【正文】 顯示模塊為字符式，自帶中文字庫，可方便地顯示中英文字符和數(shù)字。液晶顯示器件（Liquid Crystal Display，LCD）以其功耗低、體積小、超簿、色調(diào)柔和等一系列優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。圖32 鍵盤掃描電路 圖33 防止抖動(dòng)的電路另一種方法是用軟件延時(shí)程序，待按鍵狀態(tài)穩(wěn)定后再去讀按鍵的信息，防止誤判斷。A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓存在一定溫漂，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)調(diào)校準(zhǔn)確，但裝機(jī)后又出現(xiàn)電壓、電流與實(shí)際值不符的情況，在本設(shè)計(jì)中可在裝機(jī)后通過鍵盤組精細(xì)調(diào)節(jié)電壓、電流值以便校準(zhǔn)。圖217 漏電保護(hù)電路原理圖第三章 人機(jī)交互接口設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，除了將信息通過無線電收/發(fā)模塊傳回上位機(jī)，在子機(jī)上也設(shè)置了由鍵盤組和顯示模塊組成的人機(jī)交互接口以便在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試和參數(shù)的設(shè)定，其軟件設(shè)計(jì)及軟件流程圖如31所示。過電壓檢測(cè)工作原理圖如圖216所示。過電壓檢測(cè)電路中主要的元件是壓敏電阻。當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。為了測(cè)溫系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，DS18B20采用外部電源供電方式，在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓VCC降到3V時(shí)，依然能夠保證溫度量精度。經(jīng)過電流與電壓的采樣，可獲得電壓與電流的有效值： （） (23) （） （24）由公式（23）和（24）可求得到系統(tǒng)的視在功率： （25）有功功率和視在功率、功率因數(shù)之間的關(guān)系： （26）由公式（26）可以求得有功功率： （27）系統(tǒng)的無功功率Q： （28）至此，通過單片機(jī)獲得了交流電壓和電流的有效值、電網(wǎng)頻率、周期、相位角、功率因數(shù)、視在功率、有功功率和無功功率等全部的電力參數(shù)。單片機(jī)接收到上升沿觸發(fā)中斷后，將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1清零并開始計(jì)數(shù)，直到下一個(gè)上升沿中斷的到來，該時(shí)間間隔即為一個(gè)周期，其倒數(shù)即為頻率，如圖212所示：圖212 正弦波轉(zhuǎn)方波求采樣信號(hào)周期T 整形后的電流信號(hào)輸入AVR的輸入捕獲引腳ICP，通過單片機(jī)內(nèi)部的ICP寄存器讀取。該引腳的功能為捕捉邊沿信號(hào)。圖210 相電壓、相電流矢量圖測(cè)量相位角可采用的方法是首先將正弦信號(hào)整形為方波，再利用方波的邊沿作為中斷源觸發(fā)中斷來實(shí)現(xiàn)。 電網(wǎng)參數(shù)的測(cè)量 功率因數(shù)的計(jì)算在三相對(duì)稱電路中，各相電壓、電流均為對(duì)稱，功率因數(shù)也相同。三相負(fù)載平衡時(shí)，交流三相電壓、在電壓幅值相等，相位角相差， ；一旦三相負(fù)載不平衡時(shí)，通常、的幅值就不再相等，或相位角之差不再是。圖28 采樣保持電路A/D轉(zhuǎn)換器是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，它將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，為計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理提供數(shù)據(jù)，A/D轉(zhuǎn)換的精度直接關(guān)系整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度。LF398采用了雙結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管技術(shù)，具有許多優(yōu)良的特性，如：（1）工作電源范圍寬；（2）可在供電電壓177。采樣保持電路作為A/D轉(zhuǎn)換的前級(jí)，主要完成信息隔離緩沖作用，如果要對(duì)變化速度快的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換精度要求比較高，這時(shí)為了防止A/D轉(zhuǎn)換過程中信號(hào)發(fā)生變化，就必須用采樣保持電路。圖27 電流采集電路 采樣信號(hào)保持A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換期間要求輸入的模擬量應(yīng)保持不變，以保證A/D轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確進(jìn)行。將兩個(gè)線圈按同名端串聯(lián)起來使用（即：3相接，4作輸出），變化比為3000：1。的作用是通過調(diào)節(jié)其阻值大小得到所需的輸出電壓。圖24 電壓互感器典型應(yīng)用電路表22 DVDI001作電壓互感器使用時(shí)性能參數(shù)表輸入電壓輸出電壓相移非線性度線性范圍額定電流耐壓1000Vac1/2倍IC電源電壓%2倍額定6mA/6mA3kV在本設(shè)計(jì)中，電壓采樣電路如圖25所示：圖25 電壓采集電路圖25中僅畫出對(duì)相電壓進(jìn)行采樣，對(duì)相電壓和的電路原理也是一樣的，圖中就此省略。電壓電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，電路中的電流和電壓值的采集均用DVDI001型臥式穿芯小型精密交流電壓電流通用互感器，為保證精度，不能用電阻法直接獲得采集電壓，而是用運(yùn)算放大器等來完成電流、電壓信號(hào)的獲取，并將其轉(zhuǎn)換成06V的直流電壓。如果采樣頻率選擇得過高，即采樣間隔小，則每個(gè)周期里采樣點(diǎn)數(shù)過多，造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量過大和計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)；但如果采樣頻率過低，會(huì)給有效值的近似計(jì)算帶來誤差。使用AVR的ADC需要注意：ADC的分辨范圍在以GND為基準(zhǔn)的0 V到參考電壓的范圍內(nèi)。在本設(shè)計(jì)中，采用AVR單片機(jī)的片內(nèi)逐次逼進(jìn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。表21 交流接觸器的各種動(dòng)作電壓交流電直流電吸合220V——維持160V90V要實(shí)現(xiàn)接觸器交流吸合直流維持就必須有一個(gè)電壓的切換電路，該切換電路如圖23所示：圖23電壓切換電路當(dāng)單片機(jī)PA1引腳輸出高電平，PA2引腳輸出低電平時(shí)，常開觸點(diǎn)KM1和常閉觸點(diǎn)KM2都閉合，電源電壓直接加到接觸器繞組上，常開觸點(diǎn)KM閉合，3秒鐘后PA1引腳和PA2引腳都輸出低電平，常開觸點(diǎn)KM1斷開，常閉觸點(diǎn)KM2和常開觸點(diǎn)KM繼續(xù)閉合，電源經(jīng)二極管整流繼續(xù)加到接觸器繞組上。 5V電源設(shè)計(jì)該系統(tǒng)單片機(jī)和數(shù)字溫度傳感器需+5V直流穩(wěn)壓電源，產(chǎn)生該電壓的電路原理圖如圖22所示，先利用變壓器對(duì)220V的交流電降壓，然后把變壓器次級(jí)輸出9V的交流電壓由整流橋作全波整流，經(jīng)電容濾波以及穩(wěn)壓芯片7805即可得到所需的電壓。鍵盤用于修改和設(shè)定定值，電壓上下限、電流上限值等；LCD用于顯示定值及各種運(yùn)行狀態(tài)。而且采用微機(jī)控制實(shí)現(xiàn)智能化管理，可提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子器件在各方面中應(yīng)用十分廣泛，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的智能儀器無論是在測(cè)量的準(zhǔn)確度、靈敏度、可靠性、自動(dòng)化程度、運(yùn)用功能方面或在解決測(cè)量技術(shù)問題的深度及廣度方面都有了巨大的發(fā)展，在高準(zhǔn)確度、高性能、多功能的儀器中已經(jīng)很少不采用微計(jì)算機(jī)的了。 智能開關(guān)研制的發(fā)展?fàn)顩r在我國，對(duì)微機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是在70年代末期開始的，由于繼電保護(hù)和勵(lì)磁的要求，這兩項(xiàng)技術(shù)一直發(fā)展十分迅速，應(yīng)用范圍也越來越廣。但是它也還是不能避免接插件表面的氧化。電力工業(yè)的發(fā)展必須優(yōu)先于其他工業(yè)部門的發(fā)展，整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)才能不斷前進(jìn)。通過軟件編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)開關(guān)的智能控制，能夠采取相應(yīng)的過流、欠壓、過熱、漏電等保護(hù)措施。廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制摘 要電力開關(guān)作為連接元件在電力電子系統(tǒng)中使用十分廣泛，傳統(tǒng)開關(guān)一般采用機(jī)械元件實(shí)現(xiàn)電路的分合，在操作過程中易產(chǎn)生電弧和沖擊電流。并且詳細(xì)介紹如何實(shí)現(xiàn)交流吸合直流維持，如何通過交流電壓和電流信號(hào)采集，計(jì)算出交流電壓和電流的有效值、電網(wǎng)頻率、周期、相位角、功率因數(shù)、視在功率、有功功率和無功功率等全部的電力參數(shù)。關(guān)鍵詞：智能開關(guān) 單片機(jī) 傳感器 Inventing Intelligence SwitchBase on Singlechip MicroputerAbstractSwitching power as connectivity ponents in power electronic systems used very widely, Switches generally use the traditional mechanical ponents to achieve the division circuit, in the course of operating easily arc and hit Current. Intelligent Switch bines the power electronics and puter technology as a new type of switch, through automatic detection, Implementation Supervisory and system protection functions. This article introduces a highperformance 8 AVR microcontroller Atmega8 to control the core, sensors and power electronics ponents bining the intelligent switch hardware and operating principle. And how detailed pullAC DC maintained through the AC voltage and current signals collection, calculated AC voltage and current RMS, power frequency, periodicity, phase angle, power factor, apparent power, active and reactive power of the electricity and all other parameters. Through software programming of the smart switch control to take corresponding flow, undervoltage, overheating, leakage protection measures.In this design, the submachine is provided by a bination which consisting of keyboard and LCD module for debugging and setting parameter at the scene. In addition, there is a RS485 munication interface ,so we can use the puter to centralized management and monitoring the power by this system . At last ,this text list some problem which the intelligent application switching technology still requires further study.Keywords : intelligent switches, singlechip microputer, sensors 目 錄第一章 緒論 1 智能開關(guān)研制的目的和意義 1 智能開關(guān)研制的發(fā)展?fàn)顩r 1第二章 智能開關(guān)硬件設(shè)計(jì) 3 智能開關(guān)硬件結(jié)構(gòu) 3 5V電源設(shè)計(jì) 3 交流吸合直流維持 4 電壓、電流的采集 5 采樣信號(hào)保持 9 三相電壓不平衡判斷 10 電網(wǎng)參數(shù)的測(cè)量 11 溫度測(cè)量 14 過電壓保護(hù) 15 漏電保護(hù) 16第三章 人機(jī)交互接口設(shè)計(jì) 17 鍵盤的設(shè)計(jì) 17 LCD顯示 18第四章 數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì) 20 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 20 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 22 數(shù)據(jù)通信中的差錯(cuò)控制技術(shù) 28 RS485數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的維護(hù) 29第五章 軟件設(shè)計(jì) 31 軟件程序的組成 31 軟件程序設(shè)計(jì) 32 抗干擾 34第六章 常用器件介紹 38 ATmega8的體系結(jié)構(gòu)與主要性能特點(diǎn) 38 DVDI001型臥式穿芯小型精密交流電壓電流互感器 39 數(shù)字溫度傳感器DS18B20介紹 41第七章 結(jié)論 44參考文獻(xiàn) 45致 謝 47V第一章 緒論 智能開關(guān)研制的目的和意義電力系統(tǒng)關(guān)系到國計(jì)民生，電力工業(yè)是重要的產(chǎn)業(yè)部門之一，在國民經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的作用，它為現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代國防提供必不可少的動(dòng)力，它和我們的日常生活息息相關(guān)。國外的開關(guān)使用壽命要長(zhǎng)一些，主要是機(jī)械加工精度高，接觸電阻較小。智能開關(guān)的應(yīng)用有如下作用和意義：（1）減小對(duì)傳動(dòng)元件的機(jī)械沖擊，消除開關(guān)動(dòng)作過程中的不良影響，提高開關(guān)和其他設(shè)備的使用壽命；（2）在開關(guān)中，采用標(biāo)準(zhǔn)的、開放式的現(xiàn)場(chǎng)總線，將具有通訊能力的開關(guān)器件與之相連接（或通過接口單元），能夠與上位機(jī)（主站）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的集中監(jiān)控、集中管理；（3）實(shí)現(xiàn)開關(guān)的各種故障判斷和保護(hù)，提高設(shè)備自動(dòng)化水平；（4）具有節(jié)能作用。另一方面，一些先進(jìn)的保護(hù)，分?jǐn)嗉夹g(shù)以及設(shè)備的軟啟動(dòng)控制技術(shù)等也要依靠微機(jī)芯片來