【正文】 測(cè)，電容投切等設(shè)計(jì)三大部分程序設(shè)計(jì)。 針對(duì)以上背景，以及現(xiàn)有產(chǎn)品的一些缺陷，本文提出一種新型簡(jiǎn)單的技術(shù)方案以實(shí)現(xiàn)基于 51 單片機(jī)無(wú) 功功率補(bǔ)償裝置，以 51 單片機(jī)為主控芯片，控制繼電器組控制補(bǔ)償電容的大小，然后通過(guò)功率因數(shù)檢測(cè)電路，電壓電流檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，液晶顯示電路，鍵盤控制電路，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存電路構(gòu)成的補(bǔ)償裝置，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的功率因數(shù)補(bǔ)償，這種補(bǔ)償具有簡(jiǎn)單，靈活，不容易引起電網(wǎng)的震蕩。所以同步調(diào)相機(jī)是個(gè)不錯(cuò)的工具，但是同步調(diào)相機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)類的設(shè)備 ,它的噪音和損耗在運(yùn)行中都是比較大 第 2 頁(yè) 共 65 頁(yè) 的 ,并且運(yùn)行和維護(hù)復(fù)雜 ,而且反應(yīng)慢 ,很難滿足要求的快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。并且不止大多數(shù)的元件需要消耗無(wú)功功率，大多數(shù)的負(fù)載同樣也需要消耗無(wú)功功率，因此，最大的不合理的地方就是這么多的無(wú)功功率如果都讓發(fā)電設(shè)備供給并讓它長(zhǎng)距離的輸送，而且通常這種情況也不大可能。而且消耗無(wú)功功率的增加將會(huì)使電流和當(dāng)前的設(shè)備及線路損耗也一起增加 ,從而會(huì)失去大量的有功能量。在本章中還詳細(xì)介紹了本課題的 任務(wù)要求以及論文結(jié)構(gòu)的安排。 附錄 3：程序代碼清單 .................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 文參考獻(xiàn) .................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 關(guān)鍵字 ：無(wú)功補(bǔ)償 ST89C52 單片機(jī) 功率因素 自動(dòng)控制 ii Abstract:As we all know,In the industrial production process,Classification and statistical work of different goods and modities in the pipeline is a daunting in the process of packing shipment of the era of manual will cost a lot of manpower. A fully automatic reactive power pensation devices. This device is in the previous inspection manual or electromagic reactive power pensation devices based on selfdesigned by the author, mainly using AT89C51 singlechip microprocessor as the realization of automatic to the power grid voltage and current sampling, puting, to gain COS ∮ and active. The device can be realized from the power factor COS ∮ = pensation to the COS ∮ = , power factor and can ensure that changes in the automatic switching to realtime shows that the current power factor, current and active, and can achieve the manual and automatic control. The system hardware circuit structure is simple, including laser sensor module, shaping circuit module, control unit module, humanputer interaction module, and digital camera interface circuit module. The control unit uses STC89C52 as the core controller. Humanputer interaction module includes a separate keyboard and LCD1602 LCD display circuit. Through the test of this design fully meet the requirements of the design requirement. Keywords: Reactive power pensation。 針對(duì)這種情況，本課題設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置。 i 基于單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償裝置 摘 要 ： 眾所周知的，在現(xiàn)在的電力網(wǎng)中，因?yàn)楝F(xiàn)在的低壓電網(wǎng)里面的大多數(shù)電力設(shè)施都是感性的負(fù)載，由于它的特性，所以普遍存在著功率因素較低，在電網(wǎng)中消耗的線路損耗較大，造成電力能量比較差，所以，在實(shí)際中，無(wú)功補(bǔ)償很完美的運(yùn)用在各行各業(yè)。主要采用 ST89C52 單片機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制。 Power Factor。 附錄 ........................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第 1 頁(yè) 共 65 頁(yè) 1. 引言 本章介紹了本研究課題的背景及意義，闡述了其發(fā)展?fàn)顩r。 選題背景 隨著持續(xù)增長(zhǎng)的中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì) GDP(中國(guó)人民生產(chǎn)總值 ),在這個(gè)過(guò)程中，我國(guó)的電力工業(yè)取得了很大的進(jìn)步，這個(gè)進(jìn)步在平常的生活中是顯而易注的。接下來(lái)就使功率因數(shù)降低 ,系統(tǒng)的電壓下降。 很多人都知道以前的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置為并聯(lián)電容器和同步調(diào)相機(jī)。但并聯(lián)電容器就簡(jiǎn)單多了，它的經(jīng)濟(jì)性、靈活性、方便性都是不錯(cuò)的 ,唯一的有點(diǎn)不好的地方是它的阻抗是一定的 ,不能夠按照負(fù)載無(wú)功功率需求變化 ,也就是說(shuō)無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償。 本設(shè)計(jì)的要求 本次設(shè)計(jì)所需要做的工作是：在無(wú)功功率補(bǔ)償裝置要求和電網(wǎng)（ 220,100A）情況下，設(shè)計(jì)了基于 51 單片機(jī)的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。最后，通過(guò)系統(tǒng)仿真測(cè)試系統(tǒng)的使用性。 第二部分，分析基于單片機(jī)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑恚?duì)所用控制器芯片進(jìn)行介紹。 最后，對(duì)文章進(jìn)行了總結(jié)與展望 第 4 頁(yè) 共 65 頁(yè) 2 系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)需求分析 根據(jù)任務(wù)書要求：本文要設(shè)計(jì)出一套基于單片機(jī)的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。 無(wú)功功率裝置原理 電網(wǎng)的輸出功率由兩部分組成；一個(gè)是有功功率 ,一個(gè)是無(wú)功功率。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x ⑴補(bǔ)償無(wú)功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。還有供電行業(yè)的運(yùn)行效益主要是被線路損耗的大小所影響著。 該方案實(shí)用性和可靠性強(qiáng)，能夠簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)測(cè)量，同時(shí)便于安裝。具體方法是用電氣角度2/? 為采樣間隔的樣本去采集一個(gè)周期 循環(huán)內(nèi)的兩個(gè)數(shù)據(jù)，所以它所要求的數(shù)據(jù)窗寬度是四分之一個(gè)周期。按照這個(gè)方法來(lái)計(jì)算電壓電流的有效值和電路的有效值 U 和阻抗 XRZ j?? ，則 ZR/cos ?? 。利用多功能計(jì)量芯片 ADE7763 來(lái)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的測(cè)量。 綜合以上方案對(duì)比分析，本設(shè)計(jì)功率因數(shù)測(cè)量選用方案一。 靜止電容器的的結(jié)構(gòu)還是比較簡(jiǎn)單的，因?yàn)樗褪怯蓭讉€(gè)部件組 成的，而裝機(jī)的體積可以大點(diǎn)也可以根據(jù)情況搞小一點(diǎn)，而且又可以一起使用或者分開裝來(lái)實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償無(wú)功功率。 方案二： 同步調(diào)相機(jī)無(wú)功補(bǔ)償方案。該方案因?yàn)樵谶\(yùn)行中的實(shí)際需要還有穩(wěn)定性的要求，過(guò)勵(lì)磁的最大容量的一半左右才是欠勵(lì)磁的最大容量。整個(gè)系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)硬件電路包括功率因數(shù)測(cè)量電路，信號(hào)調(diào)理電路， AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，電容投切電路，液晶顯示器（ lcd1602 字符型液晶），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 6大部分。 第 9 頁(yè) 共 65 頁(yè) 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 如圖 1所示中，本設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)包括 6大部分電路。其計(jì)算公式為： 周期 fT 1? （ 1） 相位差 ?? 2??Tt （ 2） 功率因數(shù) ?cos? （ 3） 交流電頻率為 50Hz，則周期為 20ms。 基于單片機(jī)的測(cè)量原理分析 本設(shè)計(jì)中利用測(cè)量方法如圖 2所示。 在本設(shè)計(jì)中外部中斷都采用下降沿來(lái)開啟中斷，進(jìn)入中斷后一個(gè)外部中斷用來(lái)開啟定時(shí)器，另一個(gè)用來(lái)管段定時(shí)器，計(jì)算出這個(gè)時(shí)間差就完成了功 率因數(shù)的測(cè)量。然后經(jīng)過(guò)過(guò)零比較器器把交流電壓信號(hào)變換同相位，同頻率的方波信號(hào)，并且把這個(gè)方波信號(hào)提供單片機(jī)的外部中端口 0使用。如圖 5所示。而這一個(gè)電路中由于二極管的壓降為 ，所以利用這個(gè)原理使電容兩側(cè)電壓始終保持為交流信號(hào)的峰值減去二極管的壓降。經(jīng)過(guò) ADC 的采樣便可以求得電壓電流信號(hào)的峰值。 如圖 7 所示， ADC0832 中使用的電壓參考源和 電源共用一只腳 VCC，在本設(shè)計(jì)中，使用兩個(gè) ADC0832 分別對(duì)電壓電流進(jìn)行采樣，采樣得到的值是 0255 的數(shù)值。則由以下公式可以求得電壓和電流的值分別為： 3/*)*256n(1kU u ?? （ 4） 3/*)*2 56n(2kI I ?? （ 5） 第 14 頁(yè) 共 65 頁(yè) 上面公式的簡(jiǎn)述：由 ADC0832 的硬件設(shè)施，我們可以知道它的量程為 256，而工作電壓是 5V，所以可以根據(jù) 5/256/ Un ? 算出 U，這個(gè) U 就是峰值檢測(cè)電路的輸出電壓，這個(gè)電壓加上二極管的壓降 ，則為電壓電流傳感器輸出電壓： U1=U+，則 U1 乘以變比就為測(cè)量信號(hào)的峰值， 除以 3 就為所測(cè)信號(hào)的有效值 通過(guò)式（ 4）（ 5）中的關(guān)系，可以在程序編寫中通過(guò)化簡(jiǎn)后得到相應(yīng)的計(jì)算，從而簡(jiǎn)化單片機(jī)運(yùn)行的時(shí)間。顯示電路采用的是成本低廉的 LCD1602 來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)碼管顯示。 （ 1） STC89C52 介紹： STC89C52 是 51系列單片機(jī)的典 型產(chǎn)品，在它的內(nèi)部含有 CentralProcessingUnit 、RAM、 ROM、 Timer/counter、并行 /串行接口和中斷系統(tǒng)的幾個(gè)組成部件還有控制 control、數(shù)據(jù) imformation、地址 add 等 3大總線。所以在本次設(shè)計(jì)中， 我們選的 第 15 頁(yè) 共 65 頁(yè) STC89C52 是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，并且這是一種很方便，有很經(jīng)濟(jì)的方案。如果在 P1 口輸入高電平的時(shí)候，那么我們可以確定為高電阻輸入。但是當(dāng)它作為外面存儲(chǔ)器的時(shí)候，在輸出地址 1，它就可以用里面的上拉電阻，當(dāng)作為外面存儲(chǔ)器進(jìn)行工作的時(shí)候，它就會(huì)輸出其存儲(chǔ)的內(nèi)容。在實(shí)際中，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，我們就可以把這個(gè)放大器作為內(nèi)置的振蕩器。 根據(jù)上面的介紹，我們知道，單片機(jī)有很多的好處比如體積不大，消耗的能量小，很容易和其他的設(shè)備組合起來(lái)，所以如果能跟各種傳輸設(shè)備連接，可以對(duì)各種需要進(jìn)行測(cè)量的進(jìn)行測(cè)量，比如電壓，功率等等。而 中斷源 就是我們對(duì)于引起中斷或者發(fā)出中斷的這一類來(lái)源的稱呼。 定時(shí)器 在單片機(jī)的定時(shí)器里面有兩個(gè)十六位的 Timer/counter，在它們里面有些特殊的寄存器，用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，它們都是 可以被編程的，所以，我們可以通過(guò)編程用來(lái)控制這些寄存器，這樣就可以讓單片機(jī)工作在我們想要的狀態(tài)。所以由上面可以知道，在我們進(jìn) 行程序仿真的時(shí)候，為了防止上一次的仿真對(duì)本次的仿真造成影響，在一開始時(shí)我們就要對(duì) Timer 里面所有的寄存器進(jìn)行初始化，這樣我們才能確定 Timer的運(yùn)行狀態(tài)和 T1和 T0的動(dòng)作。很多個(gè) 5x1 之類的 點(diǎn)陣 位構(gòu)成了 1602，而每一個(gè)要顯示的東西都能被這些點(diǎn)陣位顯示出來(lái)，而且這些位里面無(wú)論是橫著的位還是豎之間的位都有一定的距離，這樣就有了了字符之間的行間距的用處，但是也正因?yàn)槭沁@樣的，所以顯示出來(lái)的圖形的效果就不是很好了（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。又 C1,S3， R10 組成復(fù)位電路，由數(shù)據(jù) 第 18 頁(yè) 共 65 頁(yè) 手冊(cè)知 51 單片機(jī)為高電平復(fù)位，單片機(jī)上電時(shí)，電容 C1 和 R10 組成的 RC 電路中電容緩慢充電，使 RST 端保持一個(gè)幾個(gè)微秒的高電平，使單片機(jī)上電復(fù)位，當(dāng)電容 C1 充滿電后RST 腳電平通過(guò)下拉電阻將電平拉低為零， 單片機(jī)開始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，復(fù)位完成。形成晶體諧振電路為單片機(jī)提供一個(gè) 12MHz 的穩(wěn)定的時(shí)鐘源。 LCD 液晶接口電路如圖 10右所示。加上現(xiàn)在液晶成本低廉，在本設(shè)計(jì)中是一個(gè)很好的選擇。以保證單片機(jī)輸出 1時(shí)