【正文】 通信模塊軟件設(shè)計(jì) 通信模塊的運(yùn)行如圖 所示，其為上層任務(wù)提供串口數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送兩組函數(shù)，分別為接收和發(fā)送緩沖資源服務(wù)，每套資源包括接收環(huán) 形 緩 沖 、環(huán)形緩 沖 頭 指 示、尾指示及調(diào)用接口的命令 [20]。 第 3 章 控制器的軟件設(shè)計(jì) 16 任 務(wù)接 收 接 口 函 數(shù)_ g e t k e y ( )串 口 接 收 維 護(hù) 資 源 ：1 .接 收 環(huán) 形 緩 沖 i n b u f [ ]2 .環(huán) 形 緩 沖 頭 指 示 i s t a r t3 .環(huán) 形 緩 沖 尾 指 示 i e n d4 .調(diào) 用 接 收 接 口 的 任 務(wù) 號(hào) i t a s k任 務(wù)接 收 接 口 函 數(shù)_ p u t c h a r ( )串 口 接 收 維 護(hù) 資 源 ：1 .接 收 環(huán) 形 緩 沖 i n b u f [ ]2 .環(huán) 形 緩 沖 頭 指 示 i s t a r t3 .環(huán) 形 緩 沖 尾 指 示 i e n d4 .調(diào) 用 接 收 接 口 的 任 務(wù) 號(hào) i t a s k串 口 發(fā) 送 接 收中 斷 處 理 函 數(shù)s e r i a l （ ）掛起掛起調(diào) 用調(diào) 用使 用使 用使 用使 用喚醒喚醒 圖 通信模塊流程圖 第 15章 本章小結(jié) 本章主要對(duì)控制器系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)的主程序、三段電流保 護(hù)程序、接地故 障 保護(hù)程序、通 信 程序及過電壓、欠電壓保護(hù)程序，通過各個(gè)模塊之間的配合，達(dá)到智能控制的效果。第 4 章 逆變器系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn) 17 第 4 章 控制器的仿真及分析 第 16章 基于 Proteus 的保護(hù)仿真模塊 為了測試控制器的保護(hù)功能，采用 proteus 軟件對(duì)其進(jìn)行仿真測試，基于 proteus 的保護(hù)功能仿真模塊如圖 所示，在仿真模塊中，采用一個(gè)繼電器來實(shí)現(xiàn)脫扣動(dòng)作。仿真實(shí)驗(yàn)開始后，繼電器閉合，與之連接的 LED 燈亮，當(dāng)單片機(jī)發(fā)出跳 閘 指令時(shí)，繼電器斷開， LED 燈滅。 圖 保護(hù)功能仿真模塊 采用計(jì)數(shù) / 定時(shí)器來完成對(duì)仿真開始到繼電器 動(dòng) 作時(shí)間的記錄。同時(shí)，為方便起見，將 0 ~5 V的交流電壓信號(hào)作為 A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入信號(hào)，并在程序中，也相應(yīng)的將設(shè)定值改為 0 ~5 V，通過將計(jì) 數(shù) / 定時(shí)器計(jì)算得到的動(dòng)作時(shí)間與設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算出相應(yīng)的誤差。模擬電壓輸入信號(hào)如圖 所示，正弦輸入電壓的 幅 值設(shè)置為 1 V，頻率為 50 Hz，通過改 變 滑動(dòng)變阻器的阻 值 來改變輸入電 壓 信號(hào)的大小。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1A I N0A I N1A I N2A I N3A I N4A I N5A I N6RS TCL KCER L 1D1DI O DEQ1R21 0 kD2L E DR32 2 0C12 2 p FC22 2 p FC31 0 u FR11 0 kA I N12A I N23A I N34A I N45A I N56A I N67A I N78A I N89A I N911A I N1012RE F +14RE F 13A I N01S DO16A DD R17CS15E O C19CL K18U2T L C15 4 3X11 2 M第 4 章 逆變器系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn) 18 圖 模擬輸入電壓電路 圖 電壓上移波形圖 根據(jù)疊加原理，輸入電壓 outV 有： V o l t s 1 .0 0ABCDA C V o l t s+ 2 . 1 5R45kR51 0 kR61 0 kR71 0 kV i nVinV o u tV i n 5 V 5 V32184U 1 : AL M 3 5 820%R V 11 0 0第 4 章 逆變器系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn) 19 1123()o u t in refRRV V V? ? ? ? ? 圖 中， 1R 、 2R 、 3R 、 4R 分別取 10k? 、 10k? 、 5k? 、 10k? 。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻 器至直流電壓表示數(shù)為 1? V時(shí)，則有 ( 2 )ou t in refV V V? ? ? 。示波器中輸入電壓 inV 和輸出電壓outV 的波形如圖 所示。 在圖 的基礎(chǔ)上，采用信號(hào)變 換 電 路將輸入電流信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，如圖 所示。 圖 電流 /電壓信號(hào)變換電路 圖 電流 /電壓信號(hào)變換電路輸出電壓波形 c ur r en t s ou r c e R810 kR91 C410 p FV i nABCD第 4 章 逆變器系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn) 20 輸入正弦電流的幅值設(shè)為 1 A，頻率為 50 Hz，電阻 R 為 1歐姆，則根據(jù)式（ 41）可得到輸出電壓，其波形如圖 所示。 第 17章 過載長延時(shí)保護(hù)性能測試 過載長延時(shí) 動(dòng) 作電流設(shè)定為 1 A，動(dòng)作時(shí)間分別為 15 s、 30 s、 60 s、 120 s，根據(jù)不同的輸 入 電 流可得到不同的動(dòng) 作 時(shí) 間，如表 41 所示。 表 41 過載長延時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù) 15Lts? AI輸 入 電 流 （ ） sT動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） 30Lts? AI輸 入 電 流 （ ） sT動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） 60Lts? AI輸 入 電 流 （ ） sT動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） 120Lts? AI輸 入 電 流 （ ） sT動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） 取 60Lts? 這組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并給出了相應(yīng)的 相 對(duì)誤差和 絕 對(duì) 誤差，如表 42 所示。 表 42 過載長延時(shí)誤差分析 A動(dòng) 作 電 流 （ ） s理 論 動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） s實(shí) 際 動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） 絕對(duì)誤差 相對(duì)誤差 2% 3% 1% 3% 2% 通過表 41 和表 42 的數(shù)據(jù)可知，動(dòng)作電流 與 時(shí) 間成反比關(guān)系，動(dòng)作電 流 越 大，動(dòng)作 時(shí) 間則越短，且保護(hù)精度誤差在 5% 范圍內(nèi)。 第 18章 短路延時(shí)保護(hù)性能測試 短路延時(shí)保 護(hù) 的 整 定值設(shè)為 ，輸入電流為 ，測試時(shí)間分別為 、 、 、 ，如表 43 所示。第 4 章 逆變器系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn) 21 表 43 短路延時(shí)保護(hù)誤差分析 s設(shè) 定 動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） s實(shí) 際 動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） 絕 對(duì) 誤 差 相 對(duì) 誤 差 14% 10% 4% 5% 由表 43 可知，當(dāng)實(shí)際電流超過設(shè) 定 值 時(shí)，控制器可發(fā)出關(guān) 斷 信 號(hào)，但精 度 相 對(duì)較差，控制在 15% 范圍內(nèi)。 第 19章 單相接地保護(hù)性能測試 單相接地保 護(hù) 的 整 定值設(shè)為 3A ，輸入電流為 ，測試時(shí)間分別為 、 、 、 ，如表 44 所示。 表 44 單相接地保護(hù)誤差分析 s設(shè) 定 動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） s實(shí) 際 動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） 絕 對(duì) 誤 差 相 對(duì) 誤 差 24% 15% 7% 5% 由表 44 可知，當(dāng)實(shí)際電 流 超 過設(shè)定值時(shí)，控制器可起到相應(yīng) 的 保 護(hù)功能，但精度相 對(duì) 較 差，控制在 25% 范圍內(nèi)。 第 20章 過壓保護(hù)性能測試 過壓保 護(hù) 的 整 定值設(shè)為 ，輸入 A 相電壓為 ，測試時(shí)間分別為 、 、 、 ，如表 45 所示。 表 45 過壓保護(hù)誤差分析 s設(shè) 定 動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） s實(shí) 際 動(dòng) 作 時(shí) 間 （ ） 絕 對(duì) 誤 差 相 對(duì) 誤 差 8% 10% 4% 8% 由表 45 可知，當(dāng)實(shí)際電流超過設(shè) 定 值 時(shí)，控制器起到相應(yīng)的保護(hù)功能，但精 度 相對(duì)較差，控制在 10% 范圍內(nèi)。 第 4 章 逆變器系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn) 22 第 21章 本章小結(jié) 本章 在 proteus 環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)功能進(jìn)行了仿真和分析，結(jié)果表明保護(hù)功能起到了良好的效果，但保 護(hù) 精 度較差，有待進(jìn)一步完善 。 第 4 章 逆變器系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn) 23 結(jié) 論 本文設(shè)計(jì)了一種基于 AT89C51 單片機(jī)的低 壓 智 能斷路器控制單元，并在proteus 軟件下搭建了仿 真 模 型，對(duì)控制器的保護(hù)功能進(jìn)行了驗(yàn)證。由此，得到如下結(jié)論： （ 1）控制器集成了測量、保護(hù)、控制和顯示等功能，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控與保護(hù)功能。 （ 2）采用單片機(jī)為控制核心，充分利用了單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)控制系統(tǒng)起到了決定性的作用。 （ 3）硬件和軟件設(shè)計(jì)采取模塊化設(shè)計(jì)，針對(duì)每個(gè)不同的功能分別設(shè)計(jì)，提高了硬件電路和軟件程序的靈活性。 （ 4）在仿真軟件 proteus 下搭建了實(shí)驗(yàn)電路，仿真數(shù)據(jù)表明，該控制系統(tǒng)可較好的實(shí)現(xiàn)智能控制效果。 由于條件和能力的限制，控制系統(tǒng)還存在諸多不足，還需要進(jìn) 一步的完善： （ 1） 控制系統(tǒng)的保護(hù)功能在仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)精確度不高、部分誤差比較大； 系統(tǒng)的可靠性不夠，需要對(duì)控制程序進(jìn)一