【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 83。 31 通電后測(cè)試 31 7 結(jié)論 32 致謝 33 參考文獻(xiàn) 35 附錄 1 硬件電路圖 36 附錄 2 主程序源代碼 37 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 1 緒論 電力操作電源 (220V、 110 V)系統(tǒng)在現(xiàn)代動(dòng)力系統(tǒng)中占有重要的地位，主要用于發(fā)電廠、變電站中，作為直流機(jī)構(gòu) (分、合閘 )、繼電保護(hù)、信號(hào)、自動(dòng)控制、事故照明、儀器儀表以及應(yīng)急事故負(fù)荷等的重要電源。其性能和質(zhì)量直接關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和設(shè)備安全。 隨著功率半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展，80年代末高頻開關(guān)電源開始進(jìn)入了實(shí)用期，到 90年代逐漸成熟。高頻開關(guān)電源具有穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度高，體積小，重量輕、效率高，輸出及諧波失真小、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，自 90 年代開始一些西方國(guó)家新建的發(fā)電廠和變電站已逐步采用高頻開關(guān)直流電源，蓄電池已都采用閥控式密封鉛酸蓄電池。國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)使用的電力操作電源大部分還是采用相控電源，相控電源紋波、高次諧波干擾大，效率較低及體積龐大，監(jiān)控系統(tǒng)不完善，難以實(shí)現(xiàn)電池充放電智能管理。為了提高我國(guó)電力網(wǎng)的綜合效率和可靠性，目前，我國(guó)電力操作電源的發(fā)展正以高頻開關(guān)變換技術(shù)為基礎(chǔ)，其趨勢(shì)可概括為高頻化、高效率、大功率、無污染和模 塊化。在管理方式上，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、總線技術(shù)的發(fā)展，形成多級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集中監(jiān)控管理系統(tǒng)。對(duì)大容量的電力操作電源系統(tǒng)，采用多電源充電模塊并聯(lián)運(yùn)行的模塊化結(jié)構(gòu)方式，更好地提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。 電力操作電源監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對(duì)系統(tǒng)中各功能單元和蓄電池進(jìn)行長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)，獲取系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)及運(yùn)行情況實(shí)時(shí)進(jìn)行處理。并以此為依據(jù)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電力操作電源系統(tǒng)的全自動(dòng)精確管理，提高電力操作電源系統(tǒng)的可靠性，保證其工作的連續(xù)性．安全性和高可靠性。工作人員只需在監(jiān)控控制室就可了解到現(xiàn)場(chǎng)工作 狀況，實(shí)現(xiàn)變電站無人值守。 單片機(jī)的 應(yīng)用 在日新月異的 21世紀(jì)里，家 用 電 子產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展 。 許多家電 設(shè)備都 趨于人性化、 智能化 ， 這些電器設(shè)備大部分都含有 CPU 控制器 或者是 單片機(jī)。 單片機(jī)以其高可靠性、高性價(jià)比、低電壓、低功耗等一系列優(yōu)點(diǎn)，近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、通訊設(shè)備、日常消費(fèi)類產(chǎn)品和玩具等。并且已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)以及人民生活的各個(gè)方面，如車間流水線控制、自動(dòng)化系統(tǒng)等、智能型家用電器（冰箱、空調(diào)、彩電）等。 用單片機(jī)來控制的小型家電產(chǎn)品具有便攜實(shí)用，操作簡(jiǎn)單的 特點(diǎn)。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等。 但是，單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益上，更重要的意義還在于：?jiǎn)纹瑱C(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須有模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件（編程序）方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng) “ 軟化 ” 技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)是一種全新的概念，是對(duì)傳統(tǒng)控 制技術(shù)的一次革命。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實(shí)。 單片機(jī)的廣泛發(fā)展逐漸滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，給我的學(xué)習(xí)、工作、生活都帶來了很大的便利，單片機(jī)的廣泛應(yīng)用使我們的生活更加智能化、更有效率、還可以給我們帶來無限的樂趣，正是如此的便利，才使其飛速的發(fā)展，電子技術(shù)的不斷發(fā)展使其成本不斷在縮減，使其成為質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的智能化微控制器，更加推動(dòng)了其發(fā)展。 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管，晶體管，集成電路到大（超大）規(guī)模集成電路共四個(gè)階段，即通常所說的第一代，第二代，第三代和第四代計(jì)算機(jī) ?，F(xiàn)在廣泛使用的微型計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，因此它屬于第四代計(jì)算機(jī)，而單片機(jī)則是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。從 1971 年微型計(jì)算機(jī)問世以來，由于實(shí)際應(yīng)用的需要，微型計(jì)算機(jī)向著兩個(gè)不同的方向發(fā)展；一個(gè)是向高速度，大容量，高性能的高檔微機(jī)方向發(fā)展；而另一個(gè)則是向穩(wěn)定可靠、體積小和價(jià)格廉價(jià)的單片機(jī)方向發(fā)展。但是兩者在原理和技術(shù)上是緊密聯(lián)系的。 1971 年微處理器的研制成功不久，就出現(xiàn)了單片的微型計(jì)算機(jī)即單片機(jī)，但最早出現(xiàn)的單片機(jī)是一位的， 1976 年 Intel 公司推出了 8 位的 MCS48 系列單片機(jī)，它以體積小、控制功能全、價(jià)格低等特點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用和好評(píng)，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上一個(gè)重要階段，其后，在 MCS48 成功的刺激下，許多半導(dǎo)體芯片在生產(chǎn)廠商競(jìng)相研制和發(fā)展自己的單片機(jī)系列。 80 年代末，世界各地已相繼研制出大約 50 個(gè)系列 300 多個(gè)品種的單片機(jī)產(chǎn)品，其中包括 Motorola 公司的 6801， 6802， Zilog 公司的 Z8 系列， Rockwell 公司的 6501， 6502等，此外，日本的 NEC 公司，日立公司等也不甘落后，相繼推出了各自的單片機(jī)品種。盡管目前單片機(jī)的品種很多，但是我 過使用最多的是 Intel 公司的 MCS51 單片機(jī)系列。MCS51 系列是在 MCS48 的基礎(chǔ)上于 20 世紀(jì) 80 年代初發(fā)展起來的，雖然它是 8 位的單片機(jī)，但其功能較 MCS48 有很大的增強(qiáng)。此外，它還具有品種全，兼容性強(qiáng)，軟硬件資料豐富等特點(diǎn)，因此應(yīng)用愈加廣泛，成為比 MCS48 更重要的單片機(jī)品種，直到現(xiàn)在， MCS51 仍不失為單片機(jī)的主流系列。繼 8 位單片機(jī)之后，又出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)，1983 年 Intel 公司推出的 MCS96 系列單片機(jī)就是其中的典型代表。與 MCS51 相比，MCS96 不但字長(zhǎng)增加一倍，而且在其 他性能方面也有很大的提高，特別是芯片內(nèi)還增河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 加了一個(gè) 4 路或 8 路的 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，使其具有 A/D 轉(zhuǎn)換的功能。縱觀單片機(jī)近 30年的發(fā)展歷程，單片機(jī)今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價(jià)格 、外圍電路簡(jiǎn)單化以及片內(nèi)存儲(chǔ)器容量增加的方向發(fā)展。但其位數(shù)不一定會(huì)繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了 32 位單片機(jī)，但使用的并不多。 自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過了近 20 年的發(fā)展路程?？v觀 20 年來單片機(jī)發(fā) 展歷程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器 (MPU)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā) 展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉 動(dòng)，表現(xiàn)出較微處理器更具個(gè)性的發(fā)展趨勢(shì)。 在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種集機(jī)械、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的綜合技術(shù)中，單片機(jī)將發(fā)揮越來越大的作用；儀器儀表方面 現(xiàn)在儀器儀表的自動(dòng)化和智能化要求越來越高，對(duì)此最好使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，而單片機(jī)的使用又將加速儀器儀表向數(shù)字化，智能化，多功能化和柔性化方向發(fā)展。此外，單片機(jī)的使用還有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減小體積及重量而易于攜帶和使用，并具有降低成本，增強(qiáng)抗干擾的能力，便于增加顯示、報(bào)警和自診斷等功能；家用電器方 面，家用電器產(chǎn)品的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是不斷提高其智能化程度，而家電智能化的進(jìn)一步提高就需要有單片機(jī)的參與，所以生產(chǎn)廠家常標(biāo)榜 “ 電腦控制 ” 以提高其產(chǎn)品的檔次，例如洗衣機(jī)，電冰箱，空調(diào)機(jī)，微波爐，電視機(jī)和音像視頻設(shè)備等，這里說的電腦實(shí)際上是單片機(jī)。智能化家用電器將給我們帶來更大的舒適和方便，進(jìn)一步改善我們的生活質(zhì)量，把我們的生活變的更加豐富多彩；信息和通信產(chǎn)品方面信息和通信產(chǎn)品的自動(dòng)化和智能化程度很高，這絕對(duì)離不開單片機(jī)的參與。 今天還很難有一家中國(guó)大陸的公司能在如此浩大的單片機(jī)市場(chǎng)上占有一席之地，這不能不說是我 國(guó)電子工業(yè)的悲哀。另一方面，如此琳瑯滿目、讓人眼花繚亂的單片機(jī)品種，著實(shí)給單片機(jī)應(yīng)用的工程師提供了巨大的選擇空間。這么多種單片機(jī)能進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，這一事實(shí)就說明了我們的應(yīng)用工程師已經(jīng)能夠綜合各類單片機(jī)的性能、價(jià)格等方面的因素，并結(jié)合實(shí)用對(duì)象進(jìn)行選擇。較過去以剖析、復(fù)制外國(guó)產(chǎn)品為主的思路有了相當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增長(zhǎng)，開發(fā)新產(chǎn)品的思路上過去那種過多注重價(jià)格因素而使新產(chǎn)品開發(fā)上不了檔次的弱點(diǎn)有所改善，開始注意使用當(dāng)前最先進(jìn)的單片機(jī)開發(fā)高檔次產(chǎn)品。由于單片機(jī)的開發(fā)手段目前仍以仿真器為主，公司能否提供廉價(jià)的仿 真器，提供方便的技術(shù)服務(wù)與培訓(xùn)，較之能否提供高性能、低價(jià)位的單片機(jī)有著同等重要性。各單片機(jī)廠商在開發(fā)工具以及技術(shù)服務(wù)方面也進(jìn)行著激烈的競(jìng)爭(zhēng)，這種競(jìng)爭(zhēng)與推出新型的單片機(jī)以顯示高技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)是相輔相成的。競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果是為單片機(jī)應(yīng)用工程師提供更廣闊的選擇空間，而最終受益的是單片機(jī)產(chǎn)品的消費(fèi)者。由于單片機(jī)對(duì)各行各業(yè)都有用，這種電子技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致各行各業(yè)的進(jìn)步，也帶動(dòng)了人類文明的進(jìn)步。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 電力操作電源監(jiān)控系統(tǒng)的意義 電力操作電源監(jiān)控是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，其性能和質(zhì)量直接關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和設(shè)備安全。隨著計(jì)算 機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，能否有效地對(duì)電力操作電源中的電壓模塊及電池的溫度進(jìn)行監(jiān)視對(duì)電力網(wǎng)的綜合效率和可靠性，滿足電站自動(dòng)化的需求，具有非常重要作用。 本設(shè)計(jì)通過單片機(jī)對(duì)電力操作電源的 三相電壓，直流電流，直流電壓和蓄電池的溫度進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和控制，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)視滿足了電力操作電源的自動(dòng)化需求和安全需求，能夠有效地提高電站的效率和資本的節(jié)約，對(duì)于未來的電站發(fā)展提供了一種趨勢(shì)，簡(jiǎn)單可靠，不失為一種好的選擇。通過單片機(jī)控制 利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化 ，推動(dòng)了智能化微控制器的發(fā)展，對(duì)于辦公自動(dòng)化具有重要的意義。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 2 設(shè)計(jì)方案論證 功能要求 對(duì)電池溫度的測(cè)量 對(duì)三相交流電壓的測(cè)量 對(duì)直流電壓測(cè)量 對(duì)直流電流測(cè)量 通過 AD0809 對(duì)電壓采集 通過液晶顯示 能夠?qū)崿F(xiàn)聲光報(bào)警 當(dāng)被測(cè)量出現(xiàn)異常時(shí)，聲光報(bào)警并在液晶相應(yīng)位置出現(xiàn)提示 方案論證與比較 初步設(shè)想思路方面有多種方案，要逐一論證比較其利弊，選擇最優(yōu)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使得系統(tǒng)更加優(yōu)化、更加穩(wěn)定、更加質(zhì)優(yōu)價(jià)廉。 單片機(jī)芯片的選擇 方案 與論證 方案一 : 采用 89C51 芯片作為硬件核心，采用 Flash ROM，內(nèi)部具有 4KB ROM 存儲(chǔ)空間 ,能于 3V的超低壓工作 ,而且與 MCS51系列單片機(jī)完全兼容 ,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備 ISP 在線編程技術(shù) , 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。 方案二 : STC90c51RC/RD+系列單片機(jī)是新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī)，時(shí)鐘周期和機(jī)器周期可以任意選擇。它能夠降低成本，提升性能，原有程序直接使用，硬件無需改動(dòng) ， 能夠擴(kuò)展程序空間 。 本方案選擇 90C516單片機(jī)，具有更大的存儲(chǔ)空間 和 RAM空間 ，利于程序的 高速 運(yùn)行。 顯示模塊選擇方案和論證 方案一： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 采用 LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描 ,LED 數(shù)碼管價(jià)格適中 ,對(duì)于顯示數(shù)字最合適 ,而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí) ,占用的單片機(jī)口線少。 但是此種顯示不能顯示漢字，所以不采用此種顯示方式。 方案二： 采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合 ,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi) ,且價(jià)格也相對(duì)較高 ,所以也不用此種作為顯示。 方案三： 采用 240128 液晶顯示屏 ,液 晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大 ,可顯示大量文字 ,圖形 ,顯示多樣 ,清晰可見 , 它主要由行驅(qū)動(dòng)器與列驅(qū)動(dòng)器組成，可顯示 240（列） 128（行）點(diǎn)陣。可完成圖形顯示，也可顯示 158 個(gè)（ 1616 點(diǎn)陣）中文漢字。 也能形象的顯示所需的數(shù)據(jù)量，能夠準(zhǔn)確體現(xiàn)采集量及故障顯示等，利用單片機(jī)能容易控制，所以本方案采用液晶顯示。 整流電路選擇方案和論證 方案一： 半波整流：變壓器的次級(jí)繞組與負(fù)載相接，中間串聯(lián)一個(gè)整流二極管，就是半波整流。利用二極管的單向?qū)щ娦?，只有半個(gè)周期內(nèi)有電流流過負(fù)載，另半個(gè)周期被二管所阻，沒有電流 。這種電路，變壓器中有直流分量流過，降低了變壓器的效率；整流電流的脈動(dòng)成分太大，對(duì)濾波電路的要求高。只適用于小電流整流電路。 方案二： 橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路，常用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?如圖： 橋式整流電路的工作原理如下： e2為正半周時(shí)，對(duì) D D3加正 向電壓， Dl、D3導(dǎo)通；對(duì) D D4 加反向電壓， D D4 截止。電路中構(gòu)成 e D Rfz 、 D3 通電回路，在 Rfz 上形成上正下負(fù)的半波整流電壓， e2 為負(fù)半周時(shí)，對(duì) D D4加正向電壓， D D4 導(dǎo)通；對(duì) D D3加反向電壓， D D3截止。電路中構(gòu)成 e D2Rfz 、D4通電回路，同樣在 Rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 如此重復(fù)下去，結(jié)果在 Rfz 上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值， 比全波整流電路小一半 。 橋式整流是對(duì)二極管半波整流的一種改進(jìn)。 半波整流利用二極管單向?qū)ㄌ匦?，在輸入為?biāo)準(zhǔn)正弦波的情況下，輸出獲得正弦波的正半部分，負(fù)半部分則損失掉。 橋式整流器利用四個(gè)二極管，兩兩對(duì)接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負(fù)半部分時(shí)，另兩只管導(dǎo)通，由于這