【正文】 （通過(guò)干擾三總線等），單片機(jī)將不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序，從而引起混亂。隔離變壓器與普通變壓器不同之處在于它在初級(jí)和次級(jí)之間 有 一層屏蔽層，并將它和鐵芯一起接地。由于軟件抗干擾措施是以 CPU 為代價(jià)，如果沒(méi)有硬件消除絕廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 35 大多數(shù)干擾， CPU 將疲于奔命，無(wú)暇顧及正常工作，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作效率和實(shí)時(shí)性。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性由多種因素決定，其中系統(tǒng)抗干擾性能是可靠性的重要指標(biāo)。其流程圖如圖 5－ 2所示， j 為當(dāng)前采樣的周波數(shù)。 由于在正常工作環(huán)境中，電網(wǎng)的頻率并不是固定在 50 Hz，而是在 50 Hz附近不停的變動(dòng)。 在本設(shè)計(jì)中， 單片機(jī)主要工作是根據(jù)采集得到的電壓、電流信號(hào)計(jì)算功率因 數(shù) 、 三相不平衡參數(shù) 等電網(wǎng)參數(shù) 。圖 4－ 6 反饋重發(fā)糾錯(cuò)（ ARQ）方式的原理示意圖。在傳輸過(guò)程中如果收到干擾，碼元受到了破壞，相當(dāng)于破壞了它們之間的約束關(guān)系。 } while(RI==0)。 //校驗(yàn)和 } /*發(fā)送中斷服務(wù)程序 */ void send(void) interrupt 4 using 1 { int i。 //日 buffer[5]=hour。 TR1=001。主程序用于定時(shí)器初始化、串行口初始化和中斷初始化。 } else //if1 MessageBox(串行口打開失敗 )。 resend: nBytesSent=(szMessage,strlen(szMessage))。由于本系統(tǒng)用一臺(tái)上位機(jī)監(jiān)控多臺(tái)下位機(jī)，所以上位機(jī)監(jiān)控界面主要包括 3 個(gè)： （ 1）輪詢界面，即主監(jiān)控界面。接收設(shè)備收到停止位之后，通信線路上便又恢復(fù)邏輯“ 1”狀態(tài)，直至下一個(gè)字符數(shù)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 24 據(jù)的起始位到來(lái)。數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)可以是 7 或 8， PC 機(jī)中經(jīng)常采用 7位或 8位數(shù)據(jù)傳送。 由于 RS485 通信是一種半雙工通信，發(fā)送和接受共用同一物理通道，在任意時(shí)刻只允許一臺(tái)單片機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)，因此要求應(yīng)答的單片機(jī)必須在偵聽到總線上呼叫信號(hào)已經(jīng)發(fā)送完畢，并且在沒(méi)有其他單片機(jī)應(yīng)答信號(hào)的情況下才能應(yīng)答。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)與所選 RS485芯片驅(qū)動(dòng)能力和接收器的輸入阻抗有關(guān)，如 75LBC184 標(biāo)稱最大值為 64 點(diǎn)，MAX1487E 標(biāo)稱最大值為 128 點(diǎn)。它完成將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS485 電平的功能 ，應(yīng)用電路如圖 43所示。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 盡管 RS232 有些缺點(diǎn) ， 但在兩臺(tái)設(shè)備的短距離 間 信息傳輸時(shí)， RS232還是可以作為過(guò)渡器件使用 。 由于兩個(gè)數(shù)碼管組需要 8 位段碼以及 8 位位碼，總共 16 個(gè)引腳進(jìn)行控制。但顯示字符時(shí)需要另外建立字庫(kù)?？朔存I抖動(dòng)常用的方法有兩種 :一種是用硬件消除，即在每個(gè)鍵上加 RC 濾波電路或用一個(gè) RC 觸發(fā)器組成防抖動(dòng)的電路，如圖 33所示。當(dāng)電路發(fā)生漏電或人身觸電事故時(shí)，只要漏電或觸電電流達(dá)到漏電保護(hù)裝置的動(dòng)作電流值時(shí)，零序電流互感器二次繞組輸出一個(gè)信號(hào)，使線路中的晶閘管 VT1 被觸發(fā)導(dǎo)通，整流橋被短接，使得漏電脫扣器 TQ 中流過(guò)一個(gè)較大的電流，脫扣器動(dòng)作，自動(dòng)斷開電路，切斷電源的火線，起到保護(hù)作用。 過(guò)電壓保護(hù)的基本原理是在瞬態(tài)過(guò)程電壓發(fā)生時(shí) （微秒或納秒級(jí)） ，通過(guò)過(guò)電壓檢測(cè)電路對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。 圖 214 外部供電方式的 單 點(diǎn)測(cè)溫電路 要想使 DS18B20 進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換， I/O 線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個(gè) DS18B20 在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到 1mA，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根 I/O 線上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，只靠 上拉電阻就無(wú)法提供足夠的能量，會(huì)造成無(wú)法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。 整形后的電壓信號(hào)輸入 AVR 的外部中斷引腳，上升沿觸發(fā)中斷。 圖 210 給出了三相輸電線路的相電壓、相電流的矢量圖，相位角為 ? ，則可計(jì)算出功率因數(shù) ?cos?k 。 三相電 壓 不平衡判斷 在三相電路中，影響功率因數(shù)的因素除了電壓和電流的相位差、波形 畸變外，還有一個(gè)因素就是三相不對(duì)稱， 而引起三相電壓不平衡的原因有多種，如：?jiǎn)蜗嘟拥亍嗑€、諧振等 。本系統(tǒng)采用集成采樣保持器 LF398，其價(jià)格低廉 ， 在國(guó)內(nèi)應(yīng)用非常廣泛。圖中 1 2 3 4 fR =R =R =R = R =1 0k ?， 0C 的取值方法與 在 電壓采集電路所介紹一樣。 IC 為通用運(yùn)算放大器OP470，運(yùn)放正負(fù)輸入端電阻 R R4 為配對(duì)的一般電阻，最好取值一致，一般取值為 5kΩ 到 10kΩ 之間，則電阻值 3 4 5 fR = R = R = R = 10k Ω。將具有正負(fù)半波的交流信號(hào)整形為全部信號(hào)均大于“ 0”。其轉(zhuǎn)換結(jié)果為： INREFV 1024ADC= V? （ 21） 式中， VIN表示被選中的引腳輸入電壓 ； VREF為參考電壓 。 對(duì)交流接觸器進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)測(cè)試所得的 數(shù)據(jù)如表 21所示，由該表 也 可明顯看出對(duì)交流接觸器采用 交流吸合直流維持具有顯著的節(jié)能效果。具有當(dāng)?shù)責(zé)o線通訊口，能對(duì) 下位機(jī)進(jìn)行控制；同時(shí)也具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接口。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(lái)完成 ， 同時(shí)，采用微機(jī)技術(shù)可對(duì)開關(guān)設(shè)備故障前的狀態(tài)進(jìn)行記憶。國(guó)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。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(guò)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(wú) 功功率等全部的電力參數(shù)。 通過(guò)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(guò)流、欠壓、過(guò)熱、漏電等保護(hù)措施。但是它也還是不能避免接插件表面的氧化。 近年來(lái)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(lái)的智能儀器無(wú)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(wèn)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。 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)。 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 160V 90V 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 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 5 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。 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)。 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(lái)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。 fR 的作用是通過(guò)調(diào)節(jié)其阻值大小得到所需的輸出電壓。 圖 27 電 流 采集電路 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 9 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。 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。 三相負(fù)載平衡時(shí)，交流三相電壓 aU? 、 bU? 、 cU? 在電壓幅值相等，相位角相差 0120 ， 0UUU ??? cba ??? ；一旦三相負(fù)載不平衡時(shí)，通常 aU? 、 bU? 、 cU?的幅值就不再相等，或相位角之差不再 是 120? ， 0UUU ??? cba ??? 。 圖 210 相電壓、相電流矢量圖 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 12 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(lái)實(shí)現(xiàn)。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(lái)，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(guò)單片機(jī)內(nèi)部的 ICP寄存器讀取。 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。過(guò)電壓檢測(cè)電路中主要的元件是壓敏電阻。 圖 217 漏電保護(hù) 電路 原理圖 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 17 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(guò)無(wú)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。 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 。由于 AVR 單片機(jī)的存儲(chǔ)空間有限，沒(méi)有大量的存儲(chǔ)空間用于存放字庫(kù)，因此 可 本設(shè)計(jì)中選用的 FYD12864 液晶顯示模塊為字符式，自帶中文字庫(kù)，可方便地顯示中英文字符和數(shù)字。如果直接與單片機(jī)連接對(duì)單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力及引腳資源都是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。但對(duì)于多臺(tái)設(shè)備的 長(zhǎng)距離傳輸，以往常用的 RS－ 232 協(xié)議在很大程度上 就 不能滿足設(shè)計(jì)的要求， 例如 傳輸速率慢，傳輸距離短，傳輸信號(hào)易受外界 干擾等缺點(diǎn)。 圖 42 MAX485 引腳和結(jié)構(gòu)圖 圖 43 數(shù)據(jù)通信原理圖 RO和 DI 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的 RXD 和 TXD 相連即可； RE 和 DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng) /RE 為邏輯 0 時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng) DE 為邏輯 1 時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)?MAX485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可； A 端和 B 端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端 ， 當(dāng) A引腳的電平高于 B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當(dāng) A 的電平低于 B 端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。實(shí)際使用時(shí)，因線纜長(zhǎng)度、線徑、網(wǎng)絡(luò)分布、傳輸速率不同，實(shí)際接點(diǎn)數(shù)均達(dá)不到理論值。如果在時(shí)序上配合不好，就會(huì)發(fā)生總線沖突，使整個(gè)系統(tǒng)的通信癱瘓，無(wú)法正常工作。這些數(shù)據(jù)位被接收到移位寄存器中，構(gòu)成傳送數(shù)據(jù)字符。 （ 5）波特率設(shè)置 通信線上傳送的所以位信號(hào)都保持一致的信號(hào)持續(xù)時(shí)間，每一位的寬度都由數(shù)據(jù)傳送速率確定，而傳送速率是以每秒多少個(gè)二進(jìn)制位來(lái)度量的，這個(gè)速率叫 做 作波特率?？梢员O(jiān)測(cè)到下位機(jī)的狀態(tài)（運(yùn)行，停機(jī)，故障）。 //發(fā)送命令碼 char rdMessage [20]。 } 開發(fā)通信程序的關(guān)鍵是發(fā)送和接受數(shù)據(jù) ， 這里只列幾個(gè)注意點(diǎn)： （ 1） 由于采用半雙工傳輸方式，開始發(fā)送前要禁止接受。中斷服務(wù)程序用于對(duì)上位機(jī)的通信。 ET1=000。 //時(shí) buffer[6]=minute。 RI=0。 RI=0。接收端通過(guò) 校驗(yàn)這種約束關(guān)系是否成立，完成識(shí)別錯(cuò)誤或者進(jìn)一步判斷錯(cuò)誤位置并加以糾正的工作，從而保證通信的可靠性。 圖 4－ 6 反 饋重發(fā)糾錯(cuò)（ ARQ）原理示意圖 該方式操作簡(jiǎn)單，所需緩沖存儲(chǔ)器容量小。 軟件程序的組成 軟件程序是設(shè)計(jì)重要的組成部分，其主程序流程圖如圖 5－ 1所示。因此為了實(shí)現(xiàn)在完整的一周期內(nèi)等間隔的采樣，每次 A/D轉(zhuǎn)換必須在定時(shí)器溢出中斷中進(jìn)行，而定時(shí)器溢出中斷的時(shí)間，取決于周期的采集。 圖 5－ 2 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 由于在正常情況下，電網(wǎng)的頻率不會(huì)產(chǎn)生太大的波動(dòng)。工業(yè)環(huán)境 有強(qiáng)烈的電磁干擾，因此必須采取抗干擾措施，否則難以穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。因此，一個(gè)成功的抗干擾系統(tǒng)是由硬件和軟件相結(jié)合構(gòu)成的。 配置去耦電容：原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)安置一個(gè) 0. 1mF 的陶瓷電