【正文】 ...........................................................................38 參考文獻 ..................................................................................................39 致 謝 ......................................................................................................40 河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 前 言 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，我國的電力事業(yè)迅速發(fā)展，電網(wǎng)不斷擴大，用戶對供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也越來越高，這就要求電力供應(yīng)部門提供安全、經(jīng)濟、可 靠和高質(zhì)量的電力。 硬件抗干擾設(shè)計 .......................................................................36 167。 SPI 寫操作 ..........................................................................31 167。 寄存器定義 ........................................................................26 167。 復位電路 ....................................................................................22 167。 接口模塊 ............................................................................19 167。 內(nèi)部框圖介紹 ....................................................................13 167。 小節(jié) ............................................................................................. 9 第 2 章 電量計量模塊硬件設(shè)計 ..........................................................10 167。 系統(tǒng)工作原理 ............................................................................ 3 167。 硬件部分選取 AT89S51 單片機作為系統(tǒng)主控機，采用高精度三相電能專用計量芯片 ATT7026 實時監(jiān)測電流和電壓值，電流、電壓檢測電路由電流互感器和電壓互感器組成。實時地監(jiān)測配電變壓器運行中的各種參數(shù)，及時地發(fā)現(xiàn)配電變壓器運行中出現(xiàn)的異常情況并加以控制和解決，對于電網(wǎng)穩(wěn)定、優(yōu)化運行具有十分重要的意義。 工作電流、工作電壓和變壓器油溫是決定中小型變壓器是否安全運行的三個主要參數(shù)，因此，這三個參數(shù)的實時監(jiān)控對保證變壓器的安全運行具有很大的作用。在軟件設(shè)計中采用可讀性和可移植性都較好的 KEILC 語言進行編程，以此實現(xiàn)對單片機及其外圍設(shè)備的控制，使軟件開發(fā)的效率和靈活性大大提高。 AT89S51 單片機簡介 ................................................................. 5 167。 電量計量芯片 ATT7026 介紹 .................................................10 167。 應(yīng)用示意圖 ........................................................................14 167。 互感器電路設(shè)計 .......................................................................20 167。 +5V 電壓設(shè)計 ............................................................................23 167。 參數(shù)計算 ............................................................................27 167。 小結(jié) ............................................................................................33 第 4 章 系統(tǒng)原理圖設(shè)計 .......................................................................34 167。 傳輸通道抗干擾設(shè)計 ........................................................36 167。據(jù)統(tǒng)計連接在電網(wǎng)中的變壓器總?cè)萘考s為發(fā)電設(shè)備總裝機容量的 8～ 9倍，因此配電變壓器的安全可靠決定了配電網(wǎng)安全可靠地運行。相對于大 型輸電變壓器而言，中小型配電變壓器由于安裝分散，工作環(huán)境相對惡劣，因此在此類變壓器的運行過程中特別是用電高峰時容易出現(xiàn)過負荷、欠壓和變壓器過熱等危及變壓器安全運行的問題，如何以一種經(jīng)濟穩(wěn)定的方式實現(xiàn)對中小型配電變壓器的集中監(jiān)控是一個亟待解決的問題。 作為變壓器保護系統(tǒng)中很重要的一部分 ——電量計量模塊，在國內(nèi)外有很多產(chǎn)品用于電量檢測。由于在農(nóng)村或是邊遠地區(qū)的配電網(wǎng)中，配電變壓器數(shù)量眾多，分散性大，保護措施不完善等，變壓器運行中容易出現(xiàn)很多問題，而目前很少有專門針對中小型配電系統(tǒng)的故障檢測和保護等保護裝置，本設(shè)計就是針對這樣的問題建立的。 變壓器運行過程的工作參數(shù) : 1).設(shè)計能夠?qū)崟r檢測變壓器電量信息的電量計量電路，要求設(shè)計的硬件電路簡單可靠，人機界面友好，可操作性高； 2).設(shè)計智能保護模塊的電原理圖。 圖 11 變壓器智能保護模塊組成框圖 互感器及其它電流、電壓檢測電路實時地采集變壓器的輸出的三相電壓、三相電流，然后將這些數(shù)據(jù)傳送給電量計量模塊。報警電路模塊是在當采集的電壓、電流和油溫異常時，及時報警并單片機作出切閘河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 命令。 總體設(shè)計工作如下： （ 1）過負荷保護功能。 （ 3）自動重合閘功能。 （ 4）數(shù)據(jù)存儲功能。若油溫和電流都符合要求時，則顯示數(shù)據(jù)即可；若在 1min內(nèi)連續(xù)切閘三次，就會永久切閘。 AT89S51提供以下標準功能： 4k字節(jié) Flash閃速存儲器， 128字節(jié)內(nèi)部RAM， 32個 I/O口線，看門狗（ WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16位定時 /計數(shù)器，一個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為 高阻 輸入。在FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收； P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當 P2口被寫 ―1‖時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 ―1‖時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲器 進行讀寫時， P2口輸出其 特殊功能寄存器 的內(nèi)容。 P3口除了作為普通 I/O 口，還有第二功能： RXD（串行輸入口）； TXD（串行輸出口）； （外部 中斷 0）； （外部中斷 1）； T0（ T0定時器 的外部計數(shù)輸入）； 河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 T1（ T1定時器 的外部計數(shù)輸入）； （ 外部數(shù)據(jù) 存儲器 的寫選通）； （ 外部數(shù)據(jù) 存儲器 的讀選通）。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到 內(nèi)部總線 。當 振蕩器 復位器件時，要保持 RST 腳兩個 機器周期 的高電平時間； ALE/PROG： 地址鎖存 允許 /編程 脈沖信號端。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。另外，該 引腳 被略微拉高。當 EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器 （ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。利用 P1 口與電量計量芯片的河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 SPI 通訊接口相連，實現(xiàn)通訊。當電容兩端的電壓達到電源電壓時，電容充電電流為零，電容相當于開路， RST 端降為低電平，單片機開始正常工作。此外還提到了單片機與計量芯片ATT7026 的通訊接口，這一部分會在以后章節(jié)詳細介紹。 167。 ATT7026片內(nèi)集成了 6路 16位的 ADC，采用雙端差分信號輸入。 電源監(jiān)控電路連續(xù)對模擬電源（ AVCC）進行監(jiān)控。 ATT7026芯片提供一個 SPI接口，方便與主控制單片機之間進行計量參數(shù)和校表參數(shù)的數(shù)據(jù)傳遞。 圖 21 ATT7026 芯片引腳圖 引腳定義： RESET（ 1）：輸入，復位管腳，低電平有效，內(nèi)部有 300K 上拉電阻； SIG（ 2）：輸出，正常應(yīng)用時為高電平。6V； REFCAP（ 5）：輸出，基準 ，可以外接。6V； AGND（ 8， 15）：電源，模擬電路（即 ADC 和基準電源）的接地參考點。6V； REFOUT（ 11）：輸出，基準電壓輸出，用做外部信號的直流偏置，偏置電壓為 左右； AVCC（ 12）：電源，該引腳提供 ATT7026 模擬電路的電源，正常工作電源電壓應(yīng)保持在 5V177。6V； V4P/V4N（ 16， 17）：輸入， B 相 電壓信道正、負模擬輸入引腳。完全差動輸入方式，正常工作最大信號電平為 177。內(nèi)部有 300K 上拉電阻； CF1（ 27）：輸出，有功頻率校驗輸出，其頻率反映合相平均有功功率的河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 大小，常用于儀表有功功率的校驗，也可以用作電能計量； CF2（ 28）：輸出，無功頻率校驗輸出，其頻率反映合相平均無功功率的大小，常用于儀表無功功率的校驗，也可以用作電能計量； F1/F2（ 29， 30）：輸出，低頻脈沖輸出，其輸出反映三相平均有功功率的大小。據(jù)此可判斷接線是否出錯； OSCI（ 42）：輸入，系統(tǒng)晶振的輸入端，或是外灌系統(tǒng)時鐘輸入； OSCO（ 43）：輸出，晶振的輸出端； GND (44)：電源，數(shù)字地引腳。 應(yīng)用示意圖 如圖 23 所示， ATT7026 外部硬件電路主要包括電源、電壓及電流模擬輸入、脈沖輸出及 SPI 通訊接口等電路。 ATT7026 與單片機一般有六條連線，其中 4 條是 SPI 口線 CS、 SCLK、 DIN、 DOUT，一條復位控制線，一條握手信號 SIG。 軟件復位通過 SPI 口完成，當往 SPI 口寫入 0xD3 命令后，系統(tǒng)進行一次復位，復位之后 ATT7026A 從初始狀態(tài)開始運行。 相關(guān)數(shù) 值的測 量 電壓 電壓 有功功率 視在功率 電流 視在功率 功率因數(shù) 電流 圖 25 數(shù)字信號處理框圖 信號處理模塊說明： （ 1）數(shù)字高通濾波器：主要是用于去除電