【正文】 1 教學(xué)樓電力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要????? ?? ??????? ? ?????????????? 1 關(guān)鍵詞????? ?? ????????????????????? 1 1 前言 ????? ?? ??????? ? ?????????????? 2 設(shè)計(jì)意義 ????? ?? ??????? ? ?????????????? 2 使用現(xiàn)狀 ????? ?? ??????? ? ?????????????? 2 單片機(jī)特點(diǎn) ????? ?? ??????? ? ????????????? 3 2 電力監(jiān)控 保護(hù)的設(shè)計(jì) ????? ?? ??????? ? ?????????? 4 電力線路保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成相關(guān)硬件 ????? ?? ??????? ? ???? 4 電力線路監(jiān)控保護(hù)系數(shù)采樣及 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ????? ?? ??????? 4 芯片介紹 ????? ?? ??????? ? ?????????? 5 引腳功能 ????? ?? ??????? ? ??????????? 6 工作原理 ????? ?? ??????? ? ?????????? 6 芯片初步了解 ????? ?? ??????? ? ???????? 7 芯片簡(jiǎn)介 ????? ?? ??????? ? ?????????? 7 特性和引腳功能及控制字簡(jiǎn)介 ????? ?? ??????? ? ???? 7 電力線路監(jiān)控保護(hù)數(shù)據(jù)顯示電路 ????? ?? ??????? ? ??? 11 芯片簡(jiǎn)介 ????? ?? ??????? ? ????????? 11 電力線路保護(hù)系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì) ????? ?? ??????? ? ? ? 17 電力線路保護(hù)鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) ????? ?? ????? ? ??????? 17 電路設(shè)計(jì) ????? ?? ??????? ? ???????????? 17 功能介紹 ????? ?? ??????? ? ???????????? 17 電力線路保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量輸出控制電路設(shè)計(jì) ???? ? ??????? ? 19 開(kāi)關(guān)量輸入控制電路 ????? ?? ??????? ? ??????? 19 2 功能介紹 ????? ?? ??????? ? ??????????? ? 20 電力線路保護(hù)單片機(jī)電源設(shè)計(jì) ????? ?? ??????? ? ???? 21 3 電力線路保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ???? ?? ??????? ? ??????? 22 單片機(jī) C51 語(yǔ)言的簡(jiǎn)介 ????? ?? ??????? ? ????? 22 電力線路保護(hù)系統(tǒng)單片機(jī)軟件總體設(shè)計(jì) ????? ?? ??????? ? 23 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) ????? ?? ??????? ? ???????? 24 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)原理 ????? ?? ??????? ? ????? 24 服務(wù)程序 C 語(yǔ)言代碼 ????? ?? ??????? ? ????? 25 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) ????? ?? ??????? ? ??????? 31 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)原理 ????? ?? ??????? ? ????? 31 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) C語(yǔ)言代碼 ????? ?? ??????? ? ?? 31 主程序設(shè)計(jì) ????? ?? ??????? ? ?????????? 36 MAIN 主程序設(shè)計(jì)原理 ????? ?? ??????? ? ?? ????? 36 主程序 C 語(yǔ)言代碼 ????? ?? ??????? ? ?????? 37 串行接受及發(fā)送程序設(shè)計(jì) ????? ?? ??????? ? ?????? 46 串行接受及發(fā)送程序設(shè)計(jì)原理 ????? ?? ??????? ? ??? 46 串行接收及發(fā)送程序 C 語(yǔ)言代碼 ????? ?? ??????? ? ?? 47 4 結(jié)果分析 ????? ?? ??????? ? ?????????????? 49 5 結(jié)論與總結(jié) ????? ?? ??????? ? ????????????? 49 參考文獻(xiàn) ????? ?? ?????? ? ? ?????????????? 50 致謝????? ?? ??????? ? ????????????????? 50 3 教學(xué)樓電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng) 摘 要： 本文介紹了用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電力線路監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)中單片機(jī)部分連接電路及程序設(shè)計(jì)?；?AT89C51單片機(jī)，參看各芯片廠商的技術(shù)手冊(cè)，詳細(xì)介紹了各個(gè)功能模塊的硬件電路。硬件部分由信號(hào)采集處理，線路狀態(tài)輸入、控制，工作電流顯示，按鍵處理，電源處理等環(huán)節(jié)組成。根據(jù)兩采樣積值算法要求，軟件部分用定時(shí)中斷對(duì)電流數(shù)據(jù)采集。程序包初始化，按鍵處理，數(shù)據(jù)采集 ，信號(hào)控制，數(shù)據(jù)顯示等部分組成，還設(shè)計(jì)了串行通信接口程序，方便與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)樓的的電力監(jiān)控保護(hù)。 關(guān)鍵詞： 電力線路保護(hù)；單片機(jī)；電流速斷保護(hù) THE BUILDING POWERSYSTEM MONITORING Abstract： Power line protection with microputer are introduced in this connection parts of MCU system circuit and program design， Based on AT89C51。 See the chip vendor39。s technical manual, detailed introduces the hardware circuit of each function module。 Hardware part consists of signal acquisition processing, circuit state input, control, working current, according to the key processing, power handling of such links. According to the two sampling value algorithms require, software part use timer interrupt the current data acquisition. Package initialization, key processing, data acquisition, signal control, data display and other parts, designed the serial munication interface program, easy to exchange data with PC. Key words： Line protection； singlechip。 current quick break protection 1 前言 設(shè)計(jì)意義 電力是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、民用住宅及企事業(yè)單位的主要能源和動(dòng)力同時(shí)呢也是現(xiàn)代 4 文明的物質(zhì)基礎(chǔ)。沒(méi)有電力，就沒(méi)有我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化。眾所周知現(xiàn)代化社會(huì)的信息化和網(wǎng)絡(luò)化都是建立在電氣化的基礎(chǔ)之上的。另外，隨著國(guó)家對(duì)教育事業(yè)的關(guān)注和加大投入，各地教學(xué)樓的建設(shè)也隨之增加，相應(yīng)的對(duì)學(xué)校的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)特別是電力設(shè)施將提出更大的挑戰(zhàn)。因此做好供配電工作對(duì)于保證正常學(xué)習(xí)、工 作、生活將有特別重要的意義。單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器 常用英文字母的縮寫(xiě) MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域 。由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由僅有 CPU的專用處理器芯片發(fā)展而來(lái) [1]，單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備 40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò) PC機(jī)和其他計(jì)算的綜合， 甚至比人類的數(shù)量還要多。因此單片機(jī)地研究前景比較廣闊通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)和鞏固書(shū)本上所學(xué)到的知識(shí)，加強(qiáng)理論與實(shí)際相結(jié)合的能力，在完成設(shè)計(jì)的過(guò)程中鍛煉搜索和遴選有用資料的能力，并通過(guò)逐步的完善設(shè)計(jì)內(nèi)容提升自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，為今后的工作打好基礎(chǔ)。 單片機(jī)控制電力線路保護(hù)由于具有功能強(qiáng)，維護(hù)調(diào)試方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，易于管理所以非常受到大眾的歡迎，教學(xué)樓經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)人值守的情況，所以，借重與單片機(jī)的應(yīng)用于管理提高了效率，節(jié)約了時(shí)間，值得廣泛應(yīng)用。 使用現(xiàn)狀 單片機(jī)由僅有 CPU的專用處理器芯片發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL的 8080是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，當(dāng)時(shí)的單片機(jī)都是 8位或 4位的 [2]。其中最成功的是 INTEL的 8031，此后在 8031上發(fā)展出了 MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。盡管 2020年以后 ARM已經(jīng)發(fā)展出了 32位的主頻超過(guò) 300M的高端單片機(jī)，直到現(xiàn)在基于 8031的單片機(jī)還在廣泛的使 5 用。在很多方面單片機(jī)比 專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多處理器，隨著單片機(jī)家族的發(fā)展壯大，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件有電子器件的產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電子產(chǎn)品中都含有單片機(jī)。在 70年代中后期，出現(xiàn)了比較完善的單片機(jī)樣機(jī)，并投入到電力系統(tǒng)中試運(yùn)行 [3]。 80年代，單片機(jī)保護(hù)在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面日漸成熟。90年代，電力系統(tǒng)在繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展到了單片機(jī)保護(hù)時(shí)代，它是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的 第四代。隨著單片機(jī)保護(hù)裝置的研究，在單片機(jī)保護(hù)軟件，算法方面也取得了很多理論成果，在實(shí)際中用用很廣泛。 單片機(jī)的特點(diǎn) 目前 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特征是將組成計(jì)算機(jī)的基本部件集成在一塊晶體芯片上，構(gòu)成一臺(tái)功能獨(dú)特的、完整的單片微型計(jì)算機(jī) ，他的組成情況如下： 1）中央處理器 單片機(jī)中中央處理器 CPU 和通用微處理器基本相同，由運(yùn)算器 以及控制器組成，另外增設(shè)了 “面向控制 ”處理功能，如位處理、查表、多種跳轉(zhuǎn)、乘除法運(yùn)算、狀態(tài)檢測(cè)、中斷處理等，增強(qiáng)實(shí)時(shí)性。 2）存儲(chǔ)器 單片機(jī)的存儲(chǔ)空間有兩種基本 的 結(jié)構(gòu)。一種是普林斯 頓結(jié)構(gòu)（ Princeton），將程序和數(shù)據(jù)合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間即 ROM 和 RAM 的地址同在一個(gè)空間里分配不同的地址。 CPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，一個(gè)地址對(duì)應(yīng)惟一一個(gè)存儲(chǔ)單元，可以是 ROM，也可以是 RAM，用同類的訪問(wèn)指令。另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱 是 哈佛（ Harvard）結(jié)構(gòu)。 CPU 用不同的指令訪問(wèn)不同的存儲(chǔ)器空間。由于單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用中 “面向控制 ”的特點(diǎn)，一般需要較大的程序存儲(chǔ)器。目前，包括 MCS51 和 80C51 系列的單片機(jī)均采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)的 結(jié)構(gòu)。 3）并行 I/O口單片機(jī)突出控制的功能，提供了數(shù)量多 的 功能強(qiáng) 的 使用靈活的并行 I/O口 。使用上不僅可靈活地選擇輸入輸出，還可作為系統(tǒng)總線 以及 控制信號(hào)線，從而為擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器和 I/O 接口提供方便。 4）串行 I/O口高速的 八 位單片機(jī)都可提供全雙工串行 I/O口 ， 因而能和某些終端設(shè)備進(jìn)行串行通信 ， 或者和一些特殊功能的器件 相互 連接。 5）定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 在實(shí)際的應(yīng)用 時(shí)候 ，單片機(jī)往往需要精確地定時(shí)，或者需對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)， 因此 在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器電路，通過(guò)中斷，實(shí)現(xiàn)定時(shí) /計(jì)數(shù)的自動(dòng)處理。 單 片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 6 1）有優(yōu)異的性能價(jià)格比 2）集成程度高，體積小，可靠性好。 單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種 I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 3） 控制功能強(qiáng)。有豐富的指令， I/O的邏輯