【文章內容簡介】 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 因為只用到 IN0通道 ，所以將 ABC都接地，全為 0選通 IN0。 單片機芯片 STC89C52RC 做為控制器的控制中樞，單片機的選取很重要。經過多次對比，我選擇了 STC 公司生產的 STC89C52RC，它是一種標準型單片機，而且程序擦寫容易，價格便宜。其采用 40 引腳雙列直插式封裝（ DIP），這 40 個引腳可分為電源線、外接晶體線、控制線、I/O 端口線四部分 [16]。引腳圖如圖 所示。 STC89C52RC1234567891011121314151617181920 2122232425262728293031323334353637383940P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4( M O S I ) P 1 . 5( M IS O ) P 1 . 6( S C K ) P 1 . 7( R X D ) P 3 . 0( TX D ) P 3 . 1( ) P 3 . 2R S T / V P D( ) P 3 . 3( T 0 ) P 3 . 4( T 1 ) P 3 . 5( ) P 3 . 6( ) P 3 . 7X TA L 2X TA L 1GNDRDWRIN T O1IN TV C CP 2 . 0 ( A 8 )P 2 . 1 ( A 9 )P 2 . 2 ( A 10 )P 2 . 3 ( A 11 )P 2 . 4 ( A 12 )P 2 . 5 ( A 13 )P 2 . 6 ( A 14 )P 2 . 7 ( A 25 )P 0 . 0 ( AD 0 )P 0 . 1 ( AD 1 )P 0 . 2 ( AD 2 )P 0 . 3 ( AD 3 )P 0 . 4 ( AD 4 )P 0 . 5 ( AD 5 )P 0 . 6 ( AD 6 )P 0 . 7 ( AD 7 ) / V P PEAA LE / PR O GP SE N 圖 單片機管腳圖 電源線： VCC（ 40 引腳）：接＋ 5V 電源正端。 GND（ 20 引腳）：接電源地端。 外接晶振線： XTAL1（ 19 引腳）和 XTAL2（ 18 引腳）。 I/O 端口線： P0 口（ 32～ 39 引腳）； 10 P1 口（ 1～ 8 引腳）； P2 口（ 21～ 28 引腳）； P3 口（ 10～ 17 引腳）； 控制線： RST/VPD（ 9 引腳）單片機復位 /備用電源引腳。 PSEN（ 29 引腳）片外程序存儲器讀選通信號，低電平有效。 ALE（ 30 引腳）地址鎖存允許信號。 EA/VPP（ 31 引腳）片外程序存儲器選用端。 顯示電路 顯示電路利用 LCD1602來顯示電網電壓、絕緣電阻整定值和絕緣電阻檢測值。其與單片機的連接圖如圖 。 LCD1602R SR / WEAT89C51D B 0D B 1D B 2D B 3D B 4D B 5D B 6D B 7V 0V S SV D DL E D AL E D BP 3 . 6P 3 . 55 KP 3 . 4P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 71231 51 61 41 31 21 11 09765483 K+ 5 V 圖 LCD1602與單片機連接關系圖 LCD1602管腳定義為： 第 1腳： VSS為電源地 第 2腳： VDD接 5V電源正極 第 3腳： V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產生“鬼影”，使用時通過一個 10K的電位器調整對比度）。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平 1時選擇 數據寄存器、低電平 0時選擇指令寄存器。 11 第 5腳： RW為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作。 第 6腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數據端。 第 15～ 16腳：空腳或背燈電源。 15腳背光正極， 16腳背光負極 控制、驅動、執(zhí)行電路 控制電路利用按鈕來實現手動跳閘 和電網電壓等級的選擇，驅動電路主要是放大單片機發(fā)出的控制信號給執(zhí)行單元，為了保證控制器的可靠性，在驅動繼電器時也加上光耦進行地間的隔離。具體電路如圖 STC89C52RCULN2003A4312+ 5 V+ 1 2 VE L 8 1 7報 警預 警狀 態(tài)1 0 K1 0 K1 0 K4 . 7 K3 3 0電 壓選 擇手 動跳 閘P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 012345678 91 01 11 21 31 41 51 6G 2 圖 控制、驅動、執(zhí)行電路 驅動電路采用 ULN2022A芯片設計， ULN2022A是一個 7路反向器電路，即當輸入端為高電平時 ULN2022A輸出端為低電平，當輸入端為低電平時 ULN2022A輸出端為高電平 。前面 7路輸入，后面七路對應輸出。 功能特點：高電壓輸出 50V 。 輸出鉗位二極管 。輸 入兼容各種類型的邏輯電路 。應用繼電器驅動器。 電源部分 各個部分要正常工作還需要提供正確的電壓。主回路部分要 36V 的直流電源，單片機， ADC0809， LCD1602 使用 5V 電源，繼電器采用的是 12V 直流繼電器，因此需要 12 12V 的電源。為了控制器的穩(wěn)定運行，不同電壓源的接地采用光耦進行了隔離。 軟件設計 軟件要根據硬件電路接線，實現數據采集、處理、顯示以及各種控制指令的讀取和發(fā)出，實現漏電保護控制器所要求的功能。此次設計采用 C 語言編程，易于模塊化編程的實現，以及檢查和修改。軟件包括以下幾個模塊：數 據采集模塊、數據處理模塊、顯示模塊。流程圖如圖 所示 主 程 序信 號 采 集信 號 處 理顯 示通 信 圖 軟件組成模塊 初始化設置 初始化包括 IO口初始化、定時器初始化、 LCD初始化和變量初始化。 IO口初始化完成各端口高低電平的狀態(tài)設置 定時器初始化完成中斷寄存器的開啟及清零，準備計時，為 ADC0809提供時鐘信號。 LCD 初始化完成 LCD1602 的基本設置，包括清除屏幕，雙行顯示 5*7 字符，開顯示，關光標。 信號采集模塊 流程圖如圖 對照圖 ，信號采集執(zhí)行過程如下： 13 Y Y 預警值 跳閘信號 整定值 計算數據 預警信號 S T A R T = 1E O C = 0A / D 寄 存 器S T A R T = 0O E = 1讀 數 據O E = 0 圖 信號采集流程圖 START=0，下跳沿開始 A/D轉換； EOC=0，轉換進行中，等待轉換結束； OE＝ 1，轉換結束后，允許 ADC0809數據輸出，然后讀取數據到單片機； OE=0，讀完數據后關閉輸出，數據鎖存。 數據處理模塊 圖 數據處理流程圖 流程圖如圖 ，該模塊主要完成采集的數字量計算為實際絕緣電阻，然后和設定值比較（可由外部按鈕 1選擇不同的值），發(fā)出驅動信號，分別對應為 正常狀態(tài)指示信號，預警信號，報警信號（外部按鈕 2手動跳閘控制），供驅動電路完成相應動作。 14 顯示模塊 該模塊主要由 LCD1602 的初始化、忙檢測、寫命令、寫數據這幾個子函數組成，調用相關子函數完成對電網電壓、絕緣電阻整定值和檢測值的顯示。如圖 所示，為顯示字符串的流程圖。 圖 字符串顯示流程圖 寫入字符串就是取出每一個字符循環(huán)寫入 LCD1602 的對應位上 第 4章 系統(tǒng)調試 硬件電路設計完成后，購買元器件進行各單元焊接，下來就要進行硬件調試和軟件調試，本章主要介紹系統(tǒng)的調試方 法，以及遇到的問題。 硬件調試 主回路的調試 N Y 字符數組 m16 顯示首地址 顯示第 m個字符 m+1 顯示地址 +1 結束 15 試驗中用 100K?的電位器來模擬電網對地的絕緣電阻，取 SKR ＝ , 01R = 02R =10K?， U =36V， 根據圖 ： 1 r?? ? （ 51） 測得 1u 的變化范圍是 ～ 。 信號采集單元的調試 如圖 ，采用線性光耦來隔離主回路與控制器的接地， 2u （輸入 IN0的電壓 ） 跟隨 1u線性變化，假設兩者比例為 k ，則有： 12 uu k? （ 52） 實驗測得部分在光耦線性區(qū)的數據如表 ： 表 線性光耦實驗數據 1u 2u 測得計算得 k=； 顯示單元調試 如圖 ，按圖 ，看 LCD1602是否能夠正確顯示出測試字符。 如果顯示一行黑塊，說明與單片機的連接有問題或程序有錯 ，檢查連線重新連接，再從載程序測試 數據轉換單元調試 如圖 ，在 IN0通道上加上電壓，按圖 ，然后測試 P0口有無高低電平的變化，然后和 LCD1602結合到一塊測試，看能否顯示出采集的數字量。 控制、驅動、執(zhí)行單元調試 如圖 ，在驅動芯片 ULN2022A的輸入端輸入高電平，查看后端的繼電器是否跳閘， LED等是否能點亮，來檢測驅動和執(zhí)行單元的好壞。 硬件綜合調試 16 將各單元連接到一塊，加上電源，編寫相應程序，調節(jié)電位器，減小絕緣電阻 值，看小于預警值和整定值時是否預警和報警、跳閘。 表 LCD1602顯示的絕緣電阻和實際值與 2u 的對應關系，可以看出該控制器的對大誤差小于 ? 4%，可以滿足要求。 表 采樣 2u 所對應的絕緣電阻值 2u /V 計算 r? /K? 實際 r? /K? r? 誤差 /％ 軟件調試 程序的編寫是在 keil環(huán)境中進行的，結合偉福單片機仿真器在線調試。按照軟件模塊化逐個進行調試， 首先用斷點運行的方式對顯示、 A/D、控制及輸出各部分分別進行調試，各子程序調試完成后，就可進行 系統(tǒng)的綜合調試。 綜合調試采用全速運行的方式進行，主要是排除系統(tǒng)中遺留的錯誤，以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能和精度。預期的功能調試完成后就可將程序固化，脫機運行，整個控制器就算研制成功了。 第 5章 總 結 針對我國煤礦井下低壓電網漏電保護的現狀及發(fā)展趨勢，結合單片機和傳統(tǒng)的附加直流電源漏電保護原理，設計出這款用于干路漏電保護的控制器，較好的解決了傳統(tǒng)直流檢測式漏電保護的部分缺陷。以下為課題研究過程中得出的結論： （ 1） 了解了國內外煤礦井下低壓電網漏電保護技術發(fā)展及趨勢，確定了研制該控制器的方向及意義； （ 2） 分析了我國煤礦 井下漏電的電氣參數，以及附加直流電源漏電保護實現的原理； （ 3） 以單片機為核心，附加直流電源漏電保護為基礎設計了該控制器的硬件電路以及相應的軟件模塊； 17 （ 4） 對硬件、軟件進行檢測和調試，實現了預定功能。 硬件電路各種功能已經實現，軟件各種功能也已經完成，經過模擬實驗和測試，結果證明該設計基本實現了低壓電網對地絕緣電阻的檢測，可以實現對漏電故障作出判斷并實現故障切除 該控制器還有以下幾個方面有待改進： （ 1） 可以加入電網電壓、電流的采集模塊，實現自動選擇絕緣電阻整定值。 （ 2）還可以加入通訊模塊，實現各控制器之間的通信。