【正文】 教學(xué)樓電力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄 摘要……………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………11前言……………………………………………………………………………2……………………………………………………………………………2……………………………………………………………………………2…………………………………………………………………………3 2電力監(jiān)控保護(hù)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………4 …………………………………………………4 ……………………………………4 …………………………………………………………………5 ……………………………………………………………………6 …………………………………………………………………6 ……………………………………………………………7…………………………………………………………………7 …………………………………………………7 ………………………………………………11 ………………………………………………………………11 ……………………………………………17 ……………………………………………………17 ………………………………………………………………………17 ………………………………………………………………………17 …………………………………19 …………………………………………………………19 ………………………………………………………………………20 …………………………………………………21 3電力線路保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………22 ……………………………………………………22 ………………………………………23 ……………………………………………………………24 ……………………………………………………24 ……………………………………………………25 …………………………………………………………31 ……………………………………………………31 ……………………………………………31 …………………………………………………………………36 MAIN主程序設(shè)計(jì)原理…………………………………………………………36………………………………………………………37………………………………………………………46………………………………………………46……………………………………………474結(jié)果分析……………………………………………………………………………495結(jié)論與總結(jié)…………………………………………………………………………49參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………50致謝……………………………………………………………………………………50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)?；贏T89C51單片機(jī)，參看各芯片廠商的技術(shù)手冊，詳細(xì)介紹了各個功能模塊的硬件電路。硬件部分由信號采集處理，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，軟件部分用定時中斷對電流數(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 protection1 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力同時呢也是現(xiàn)代文明的物質(zhì)基礎(chǔ)。沒有電力，就沒有我國國民經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化。眾所周知現(xiàn)代化社會的信息化和網(wǎng)絡(luò)化都是建立在電氣化的基礎(chǔ)之上的。另外，隨著國家對教育事業(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，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計(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計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，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[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)。現(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)。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備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)百臺單片機(jī)在同時工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過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這次畢業(yè)設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)和鞏固書本上所學(xué)到的知識，加強(qiáng)理論與實(shí)際相結(jié)合的能力，在完成設(shè)計(jì)的過程中鍛煉搜索和遴選有用資料的能力，并通過逐步的完善設(shè)計(jì)內(nèi)容提升自己發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和所學(xué)知識的綜合應(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。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，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)楹唵慰煽慷阅懿诲e獲得了很大的好評。盡管2000年以后ARM已經(jīng)發(fā)展出了32位的主頻超過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、中斷處理等，增強(qiáng)實(shí)時性。2）存儲器 單片機(jī)的存儲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)合用一個存儲器空間即 ROM 和 RAM 的地址同在一個空間里分配不同的地址。CPU訪問存儲器時，一個地址對應(yīng)惟一一個存儲單元，可以是 ROM，也可以是 RAM，用同類的訪問指令。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱是哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)。CPU 用不同的指令訪問不同的存儲器空間。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器。目前，包括 MCS51 和 80C51 系列的單片機(jī)均采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的結(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)總線以及控制信號線，從而為擴(kuò)展外部存儲器和 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）定時器/計(jì)數(shù)器 在實(shí)際的應(yīng)用時候，單片機(jī)往往需要精確地定時，或者需對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了定時器/計(jì)數(shù)器電路，通過中斷，實(shí)現(xiàn)定時/計(jì)數(shù)的自動處理。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1）有優(yōu)異的性能價格比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)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計(jì)時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、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的邏輯操作以及位處理功能。4） 低功耗，低電壓，方便攜帶5） 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展系統(tǒng)配置比較規(guī)范，典型，容易構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)2 電力監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 電力線路監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)總體方案目前典型的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，微機(jī)系統(tǒng)，開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)三部分組成。為了實(shí)現(xiàn)電力線路監(jiān)控以達(dá)到保護(hù)的目的，這個系統(tǒng)可以分為兩個項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，強(qiáng)電電路設(shè)計(jì)；單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)。方案一：采用雙cpu的電力監(jiān)控設(shè)計(jì)以DSP作為從機(jī)[4]，實(shí)現(xiàn)對采集進(jìn)來的電壓、電流信號，數(shù)字濾波、諧波分析和其它相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。方案二：基于51單片機(jī)的電力線路監(jiān)控。由于方案一設(shè)計(jì)復(fù)雜造價較高需要耗費(fèi)的時間比較長但是達(dá)到的電力監(jiān)控的效果和方案二一樣，所以優(yōu)先選擇方案一。接口規(guī)定如下：a，電力線路監(jiān)控保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)10KV 兩線路保護(hù)。b，線路監(jiān)控正常時。c，系統(tǒng)提供了兩線路6通道數(shù)據(jù)采集,A,C相左保護(hù)電流檢測相，B相為工作電流檢測相。d，開關(guān)量輸入在正常情況工作時候?yàn)楦唠娖叫盘柤s+5Ve，控制信號輸出在電路正常情況工作時候?yàn)榈碗娖叫盘?V 電力監(jiān)控構(gòu)成硬件模塊介紹及A/D轉(zhuǎn)換電路電路監(jiān)控由顯示模塊，控制模塊，光耦隔離模塊，保護(hù)裝置，鍵盤控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊組成。數(shù)據(jù)采集通過max471芯片是電流信號變成電壓信號，控制模塊由51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，采樣數(shù)據(jù)通過max197芯片實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換傳輸?shù)?1單片機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片使用的max7219芯片來實(shí)現(xiàn)顯示功能，鍵盤模塊光耦隔離都采用典型的電路模式。以下是電力線路監(jiān)控示意圖圖1 電力線路監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)示意圖Figure1 Power line monitoring protection system schematic diagram line1 line2鍵盤開關(guān)編程選擇電路復(fù)位 正常指示燈加1按鍵微機(jī)復(fù)位減1按鍵跳閘指示燈 圖2 系統(tǒng)控制面板Figure2 System control panel因?yàn)橄纫獙㈦娏餍盘栟D(zhuǎn)化為電壓信號然后才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。常用的方法就是在電路里面加入一個精密電阻，由此將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號[5]。利用這種方法