【正文】 容器，可以 消除大部分高頻干擾。因此，如何發(fā)現(xiàn)單片機受到干擾，如何攔截 失去控制的程序流向，如何使系統(tǒng)的損失減小，如何恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行，這些就是 CPU 抗干擾需要解決的問題。 （ 3）我們仔細分析系統(tǒng)軟件后發(fā)現(xiàn)， CPU 很多情況下是在執(zhí)行一些等待指令和循環(huán)檢查程序，由于這時 CPU 雖沒有重要工作，但卻是清醒的，很容易受干擾。采用這種安排之后，大多數(shù) CPU 可以有 50～ 95%的時間用于睡眠，從而使 CPU 受到隨機干擾的威脅大大降低，同時降低了 CPU 的功耗 。為此只要在單片機的 RESET 端加上一個高電平信號，并持續(xù) 10ms 以上即可。 軟件抗干擾 可利用以下方法提高軟件的抗干擾能力： （ 1）設(shè)置自檢程序：在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)立狀態(tài)標志，在運行中不斷循環(huán)測試，以保證系統(tǒng)中信息存儲、傳輸、運算的高可靠性。 過壓保護電路：在輸入輸出通道上應(yīng)采用一過壓保護電路，以防引入高電壓，傷害微機系統(tǒng)。 （ 2）過程通道干擾，干擾通過與系統(tǒng)相連的前向通道、后向通道及與其它系統(tǒng)的相互通道進入。因此，在本設(shè)計中，對頻率的采集采用設(shè)定一個閾值 的方式。當比較器輸出的方波上升沿送到外部中斷 0 時，啟動定時器 2 溢出中斷，其時間間隔取決于頻率采集時所獲得的周期。 （ 2）自檢與初 始化 復(fù)位后，儀器要做的第一件事就是自檢，即對硬件電路進行檢查，若發(fā)廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的智能開關(guān)研制 32 現(xiàn)錯誤則停止運行，自檢無誤后，便進行儀器的初始化工作。 RS485 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的維護 RS485 是一種低成本、易操作的通信系統(tǒng)，但是穩(wěn)定性 差， 同時相互牽制性強，通常有一個節(jié)點出現(xiàn)故障會導(dǎo)致系統(tǒng)整體或局部的癱瘓，而且又難以判斷。 本系統(tǒng)中采用反饋重發(fā)糾錯（ ARQ）方式。 //主機接收不正確，重新發(fā)送 // EA=1； Return。 do { for(i=0。 //秒 buffer[8]=recordID。 EA=1。 int po,year,month,date,hour。 （ 2） 發(fā)送以字節(jié)為單位，每個字節(jié)間要考慮延時，以免因溢出而丟失數(shù)廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的智能開關(guān)研制 27 據(jù)。 //rdMessage 定義接收字節(jié)存儲區(qū)，為全局變量 // if ((rdMessage[0]!=0x7f)amp。 （ 3）下位機內(nèi)部參數(shù)設(shè)定界面。單片機發(fā)送給 PC機的數(shù)據(jù)格式為： 開始碼 數(shù)據(jù)體 校驗和 結(jié)束碼 00H DATA[0]DATA[1]?DATA[N 1] DATASUM FFH 上下位機間的通信過程 通信均有上位機發(fā)起，下位機不主動申請通信；當處于輪詢狀態(tài)時，上位機 根據(jù) 下位機地址，定時向下位機發(fā)送呼叫指令。 （ 3） 奇偶校驗位 數(shù)據(jù)位發(fā)送完之后，便可以發(fā)送奇偶校驗位。 軟件掛鉤（握手）信號約定有 如下 ： （ 1） 起始位 當通信線上沒有數(shù)據(jù)被傳送時，處于邏輯“ 1”狀態(tài)。通信距離 1km 以上時應(yīng)通過增加中繼模塊或降低速率的方法提高傳輸可靠性。 系統(tǒng)的總體連接 本系統(tǒng) 可 采用多點通訊形式 ， 系統(tǒng)的總體連接如圖 44所示 ， 通過發(fā)送控制字和工作方式字給相應(yīng)的單片機 ，使其進行相應(yīng)的操作。 因此， 本文針對工地現(xiàn)場環(huán)境對信號 采集及傳輸，采用 RS485 通信接口。 圖 3－ 4 用移位寄存器控制數(shù)碼管 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的智能開關(guān)研制 20 第四章 數(shù)據(jù)通信設(shè)計 單片機因其優(yōu)越的 性價比和 強大 的功能而被廣泛的應(yīng)用于測控領(lǐng)域。 FYD12864 液晶顯示模塊與單片機之間的通信方式可選用并行或串行方式兩種。 在鍵 盤程序的設(shè)計中，掃描鍵盤設(shè)定合適的去抖動時間。三個按鍵分別為確認 /翻頁鍵和增大、減小待調(diào)整參數(shù)值鍵。電壓超過箝位電壓時，壓敏電阻導(dǎo)通 ， 從輸出端輸出脈沖信號，通過脈沖信號來驅(qū)動保護電路； 電壓低于箝位電壓時，壓敏電阻截止 ， LM393 的輸出端為零，不執(zhí)廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的智能開關(guān)研制 16 行保護電路 。在外部供電的方式下， DS18B20 的 GND 引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85℃ 。其過程可由圖 2－ 13 所 示： 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的智能開關(guān)研制 13 圖 213 采 集 求 相位角 的 信號 使用本方法可以 求得 一個 采集 周期內(nèi)電網(wǎng)的頻率、周期、相位角，并 求出 電壓和電流在時間上的關(guān)系。獲得了電壓和電流信號轉(zhuǎn)換來的 TTL 信號，來求得相位角。 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的智能開關(guān)研制 11 圖 29 三相不平衡交流檢測電路 由公式 a b cU U UU 3??? 和 aaUUU 1 0 0 %3? ? ?－ ，得 當 aU? ? 設(shè)定值 ? ，即不平衡；當 aU? 很小或者很大時缺相 。 18V 下工作； （ 3）電壓跟隨時間短 (10μs )，下降率低； （ 4）輸出電壓零點可調(diào)，高精度的直流誤差 (%)，低功耗等。采樣保持器對系統(tǒng)精度有很大的影響，特別是對一些瞬變模擬信號更為明顯 。由于取的標準值與計算值之間有一定的差異，因此會引起輸出電壓的改變，因此在元件選定后，可 先通過調(diào)節(jié) fR 得到所要的輸出電壓值，再調(diào) 0C 使相移滿足要求。 （ 1） DVDI001 型互感器作電壓互感器使用時，實際上是一種電流型電壓互感器，典型應(yīng)用電路如圖 24 所示。因此在進行模數(shù)轉(zhuǎn)換前，必須要對電網(wǎng)交流信號加以處理。圖中電容 C0 可以起到濾波的作用， 可 避免繼電器在直流電壓較低時發(fā)生抖動 ， 當 PA2 引腳輸出 高 電平時， 常閉觸點 KM2 和常開觸 點 KM 斷開，接觸器停止工作， 該電路簡單實用、運行可靠，適合所有采用交流接觸器的電力線路，節(jié)電效果明顯，同時還能延長交流接觸器的壽命。 智能開關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 2－ 1 所示。開關(guān)作為連接和信號檢測的重要元件在電力系統(tǒng)中使用十分廣泛，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量都有很大的影響。 因此 ， 從某種程度上說，微機芯片的利用程度體現(xiàn)一個國家工業(yè)控制的自動化水平，所以開關(guān)也要實現(xiàn)微機控制。 最后還提出應(yīng)用智能開關(guān)技術(shù)還有待進一步研究的問題。而智能開關(guān)是結(jié)合電力電子技術(shù)和微機技術(shù)的一種新型開關(guān)，能夠通過自動 檢測 ，實現(xiàn)電源 監(jiān)控和 系統(tǒng) 保護 的 功能。開關(guān)作為人機接口和信號檢測的重要元件，在電子和電氣各領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，品種也發(fā)展的越來越多。隨著微機技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，對開關(guān)智能化廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的智能開關(guān)研制 2 的研究也越來越多。 由此可見，智能開關(guān)有著明顯的優(yōu)越性，在智能電器元件的基礎(chǔ)上，研制和開發(fā)智能開關(guān)具有顯 而易見的意義 ，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用智能開關(guān)技術(shù)具有十分光明的前景。 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的智能開關(guān)研制 4 圖 22 電源設(shè)計原理圖 交流吸合直流維持 交流接觸器能夠節(jié)電運行的基本原理是采用交流吸合、直流維持的運行方式。 ATmega8L有一個 10 位的逐次逼近型 ADC。綜合對電力參數(shù)的采集的精度及單片機的處理速度，對工頻為 50Hz 的信號每周期等間隔采集 32 個采樣點 。對相電壓進行采樣時， DVDI001 的輸入端直接到三相交流電源的 220V 相電壓上。典型應(yīng)用電路如圖 26所示 ， 性能參數(shù)如下表 23所示 。雖然在 AVR 單片機的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中有自帶的采樣保持電路，但是難以在同一時間內(nèi)同時進行多路信號的采樣保持。只有具有合適的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速率才能保證 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的真實可靠 ， 為后面進行準確的分析和處理作好準備。三相電路總的功率因數(shù)就等于各相功率因數(shù)。其特點為能記錄當前定時器 /計數(shù)器 1 的值。 溫度測量 該系統(tǒng)采用溫度傳感器為 DS18B20，把 溫度 直接 轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號傳給單片機， 測 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ， 工作 電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長 ； （ 4） 在 DS18B20測溫程序設(shè)計中，向 DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS18B20的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或斷線，當程序讀該 DS18B20 時，將沒有返回信號，程序 將會 進入死循環(huán)。 圖 216 過電壓檢測電路原理圖 漏電保護 圖 217 是漏電保護原理圖，其中 S1 是手動開關(guān)。 鍵盤掃描電路如圖 32 所示 ，在鍵盤輸入中，因按鍵是機械結(jié)構(gòu)，在鍵閉合與彈開的時候，往往會生抖動，如果不經(jīng)過合理的處理，系統(tǒng)可能會把一次按鍵誤認為是連續(xù)按了多次鍵。液晶顯示器件可分為段式、字符式和點陣式三種。當使用數(shù)碼管進行顯示時，采用動態(tài)掃描方式。串行通信是計算機和外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換的重要渠道，由于其成本低，性能穩(wěn)定并遵循統(tǒng)一的標準，因而在工程中被廣泛應(yīng)用。 本 系統(tǒng)通信 中采用的是 RS485 協(xié)議，單片機需要采用 RS485 接口 ，因此， 我們 可以 采用 Maxim 公司的一種 RS485 接口芯片 MAX485， 其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 42 所示 ，該芯片 采用單一電源 +5 V 工作，額定電流為 300μA ，采用半雙工通訊方式。其中 n不大于 128。 RS485 是一種半雙工結(jié)構(gòu)通信總線，大多用于一對多點的通信系統(tǒng)，因此主機（ PC）應(yīng)置于一端，不要置于中間而形成主干的 T 型分布，同時位于總線兩端的差分端口 VA與 VB 之間應(yīng)跨接 120? 匹配電阻，以減少由于不匹配而引起的反射。起始位所起的作用就是使設(shè)備同步，通信雙方必須在傳送數(shù)據(jù)位前協(xié)調(diào)同 步。 （ 4） 停止位約定 在奇偶位或數(shù)據(jù)位（當無奇偶校驗時）之后發(fā)送的是停止位。 單片機與 PC機通訊流程圖如圖 45所示 ， 采取 PC 機查詢單片機查詢的通訊方式，首先由單片機發(fā)握手信號（ FFH） ， PC機收到后發(fā)應(yīng)答信號（ 00H），并準備接收數(shù)據(jù)，單片機收到應(yīng)答信號后，準備發(fā)送數(shù)據(jù)，并說明整個掛鉤過程成功，總的測量次數(shù)和鍵值作為第 0 組發(fā)送，發(fā)送完后累加校驗和，發(fā)現(xiàn)傳輸出錯則重發(fā)，直至結(jié)束。 //命令碼 (可定義各種命令碼 ) int nBytesSent。 goto resend } if(count=3) MessageBox(“ 發(fā)送命令字失敗 ”)。 下位機通信軟件設(shè)計 本系統(tǒng)采用 Atmega8 單片機 ，下位機的通信方式采用中斷方式。 main() { /*初始化串口和定時器 */ TMOD=020。 //數(shù)據(jù)長度 buffer[2]=year； //年 buffer[3]=month。po++) 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的智能開關(guān)研制 28 sum+=buffer[po]。 //發(fā)送數(shù)據(jù)和校驗和 // while(TI==0)。如果不加處理而把信息直接送入信道，這樣的信息碼元是沒有任何糾錯能力的。判決結(jié)果通過反饋信道 回傳，無錯時認可（ ASK） ， 有錯時否認（ NAK）。 盡管 RS485 差模電壓大于 200mV 時 就 能正常工作 ， 但 在 實際 測量 中， 一個運行良好的 系統(tǒng) ， 其差模電壓一般在 左右（因網(wǎng)絡(luò)分布、速率的差異有可能使差模電壓在 ～ 范圍內(nèi)）。 軟件程序設(shè)計 與直流采樣相比較，影響交流采樣精度的因素除了濾除雜波、 A/D 轉(zhuǎn)換的精度之外，還應(yīng)考慮到在一個周期內(nèi)等間隔采樣。為了實現(xiàn)每次溢出中斷時間在 625s? 左右，定時器 /計數(shù)器 2的分頻器應(yīng)對主時鐘進行 32 分頻。 在本設(shè)計中，頻率采集及相位角采集可以一次完成，其流程圖如圖 5－ 3所示： 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機的智能開關(guān)研制 34 圖 5－ 3 相位角及頻率采集子程序流程圖 獲取定時器值及 ICP 寄存器 ICR1 的值之后，還要進行進一步的處理才能得到實際的頻率及功率因數(shù)值。 抗干擾措施有硬件措施和軟件措施。步進電機驅(qū)動電路即采用過壓保護電路。為了保證 CPU 對按鍵每按下一次作一次處理且僅作一次處理，應(yīng)消除抖動的影響。掉電信號由硬件電路檢測到，加到單片機的外部中斷輸