【導(dǎo)讀】電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)間：2020年4月8號(hào)

　　

【正文】 源取自貫通線(xiàn)（或自閉線(xiàn)）的變壓器。由于貫通線(xiàn)線(xiàn)路用電量經(jīng)常變化，發(fā)電設(shè)備工作不穩(wěn)定，造成電網(wǎng)波形失真嚴(yán)重、電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍大，使得遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)電源電路很容易受到干擾，造成開(kāi)關(guān)電源不能正常工作。 總之，鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用能夠使調(diào)度值班員在調(diào)度中心就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控全線(xiàn)電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，也能夠使調(diào)度中心的上級(jí)主管部門(mén)及時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，進(jìn) 一步提高故障分析的全面性；同時(shí)遠(yuǎn)程操作大大降低了操作人員人身事故發(fā)生的幾率，適應(yīng)了新時(shí)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。 7 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集硬件 設(shè)計(jì) 16 位最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)以 AT89C51單片機(jī)為核心，可以對(duì) 16路模擬量、 16路數(shù)字開(kāi)關(guān)量和兩路脈沖量進(jìn)行采集，模擬量采集精度達(dá)到 12位，在實(shí)際應(yīng)用中，可以對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行直接采集，如果要對(duì)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)電流量進(jìn)行采集時(shí)，還需加入采樣電阻，把電流轉(zhuǎn)換成電壓后進(jìn)行采集。對(duì)采集的脈沖量的頻率取決于單片機(jī)的時(shí)鐘頻率，一般不能高于單片機(jī)的運(yùn)行時(shí)鐘，如單片機(jī)用 12MHz 的晶振 ，則采集的脈沖頻率只能低于 12MHz。本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中已調(diào)試通過(guò)，采集的數(shù)據(jù)精度高，速度快。 鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)由遠(yuǎn)動(dòng)控制主站、遠(yuǎn)動(dòng)終端和通信通道三部分組成，是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)全面推廣的鐵路電力新技術(shù)，其技術(shù)含量高，是涉及鐵路電力工程設(shè)計(jì)、各級(jí)電力調(diào)度管理模式、遠(yuǎn)動(dòng)終端的數(shù)據(jù)采集和處理、各級(jí)遠(yuǎn)動(dòng)控制主站與遠(yuǎn)動(dòng)終端之間數(shù)據(jù)通信及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等多專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)工程。 如圖 。系統(tǒng)選擇一個(gè)串行的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，用模擬開(kāi)關(guān)作擴(kuò)展，兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)即可擴(kuò)展成 16路的模擬量輸入。開(kāi)關(guān)量的采集可以直接用單片 機(jī)的 I/O，用兩個(gè)并口即可完成 16路的開(kāi)關(guān)量采集。 AT89C51單片機(jī)還有兩個(gè)外部中斷接口，即可用來(lái)測(cè)量脈沖量的輸入，采集其輸入頻率。單片機(jī)可以通過(guò)串口與上位 PC 機(jī)進(jìn)行通訊，把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)上。 電氣工程系電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 15 圖 16位最小系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理圖 模擬量采集電路 模擬量的采集要用到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，而且精度為 12位，這里選擇 MAX1241 A/D 轉(zhuǎn)換器。 MAX1241是一種低功耗、低電壓的 12位逐次逼近型 ADC，最大非線(xiàn)性誤差小于 1LSB，轉(zhuǎn)換時(shí)間 9s，內(nèi)置快速采樣／保持電路。 MAX1241采用 三線(xiàn)式串行接口，與單片機(jī)的接線(xiàn)簡(jiǎn)單，如圖 。圖中兩個(gè)電容是去藕電容，用以對(duì)電源進(jìn)行濾波。 Vi 是采集電壓的輸入端， Vref 是 A/D 轉(zhuǎn)換器的參考電壓。一般情況下可以接單片機(jī)的電源。 圖 MAX1241與單片機(jī)的接線(xiàn)圖 系統(tǒng)要求對(duì) 16路的模擬量進(jìn)行采集，因此，只有一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器就不夠的，但如果用多個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器一方面會(huì)造成資源浪費(fèi)，成本加大，另一方面單片機(jī)的 I/O 也不夠，因此這里用兩個(gè)８路模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展成 16路。如圖 的原理圖所示，系統(tǒng)選用兩個(gè) CD4051模擬開(kāi)關(guān)，并用單片機(jī)的四 個(gè) I/O 口控制電氣工程系電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 16 兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的通道選擇端，在采集過(guò)程中，選擇不同的通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 開(kāi)關(guān)量采集電路 對(duì)開(kāi)關(guān)量的采集電路相對(duì)比較簡(jiǎn)單，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)量的狀態(tài)只有 0和１兩種，所以只要用兩個(gè)單片機(jī)的并口就可以了，這里用的是 P0口和 P2口。但是有一點(diǎn)需要說(shuō)明的是： 由于 AT89C51單片機(jī)的 P0口內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，所以在電路中必須加入外部上拉電阻，阻值可以是 4。 7K～ 10K。而 P2口內(nèi)部自帶上拉電阻，所以不需外加上拉電阻。采集輸入電路如圖 。 圖 8 數(shù)據(jù)采集 軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按照實(shí)現(xiàn)功能的分類(lèi)，軟件部分主要完成四項(xiàng)任務(wù)：系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、向 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理中，需要進(jìn)行大量浮點(diǎn)數(shù)的乘除法和正弦、余弦運(yùn)算，因此數(shù)據(jù)處理部分采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，在 Keil環(huán)境中模塊化編程，充分利用 C 語(yǔ)言強(qiáng)大的計(jì)算能力。在數(shù)據(jù)采集部分中，MAX1241 對(duì)時(shí)序要求比較嚴(yán)格，采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，所有功能模塊均為獨(dú)立的C 文件或 ASM 文件。而實(shí)現(xiàn) C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程是軟件設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和關(guān)鍵之一。 在設(shè)計(jì)中，匯編語(yǔ)言采用單獨(dú)的文件，通過(guò)寄存器傳遞函數(shù)參數(shù)。程序流程圖如圖 所示。 電氣工程系電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 17 圖 這里給出 MAX1214 的控制程序，是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě) 詳細(xì)見(jiàn)附錄 ，控制子程序完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換和輸入，輸入數(shù)據(jù)存放于 R0， R1 寄存器。 設(shè)計(jì)結(jié)論 為期一周多的課程設(shè)計(jì)終于做完了，在這一周多的學(xué)習(xí)中我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識(shí)的很多漏洞，看到了自己的 。 實(shí)際經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。 這次的課程設(shè)計(jì)也讓我看到了團(tuán)隊(duì)的力量，我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)段對(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng) 團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。剛開(kāi)始的時(shí)候，大家就分配了各自的任務(wù)，有的寫(xiě)論文的，有的積極查詢(xún)相關(guān)資料，并且聚在一起討論各個(gè)方案的可行性。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次設(shè)計(jì)也正好鍛煉了我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。回顧此次設(shè)計(jì)，至今我感慨頗多，的確，從理論到實(shí)際，在整整一個(gè)多星期的日子里。可以說(shuō)苦多于天，但是可以學(xué)到很多的東西，不僅可以鞏固以前學(xué)過(guò)的知識(shí)，還可以學(xué)到很多書(shū)本上沒(méi)有的學(xué)到過(guò)的東西。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)踐想結(jié)合 ，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們遇到了很多問(wèn)題，可以說(shuō)是困難重重，這畢竟是第一次做的， 但是 在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)知識(shí)理解不夠深刻，掌握不夠牢固，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后，一定 把 以前 所學(xué)知識(shí)進(jìn)行溫習(xí)。 開(kāi)始 初始化 數(shù)據(jù)采集 1 分鐘到 ? 數(shù)據(jù)傳輸 N Y 初始化 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結(jié)束 ? 讀入高 4 位數(shù)據(jù) 讀入低 8 位數(shù)據(jù) 結(jié)束 N Y 電氣工程系電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 18 參考文獻(xiàn) [1] 柳永智 ，劉曉川 ． 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng) 中國(guó)電力出版社， 2020 年 7 月 ． [2] 鐵路電力牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（ TB1101798），鐵道部，鐵道出版社， 2020年 12 月 ． [3] 鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范（ TB100642020），鐵道部，鐵道出版社， 2020 年12 月 ． [4] 張鵬雄，閆越明．鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介及探討 [J]． 鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2020，（ 2）． 電氣工程系電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 19 附 錄 CS： BIT ；片選信號(hào)位 DOUT： BIT ；串行數(shù)據(jù)輸入位 SCLK： BIT ；驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘位 DATA_BH： EQU R0 ；高字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 DATA_BL： EQU R1 ；低字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 CONT_H： EQU R0 ；高位取數(shù)計(jì)數(shù)器 CONT_L： EQU R1 ；低 8位取數(shù)計(jì)數(shù)器 SADC_R： XRL A， A ；清 A MOV CONT_H，＃ 04H ；高 8位計(jì)數(shù) MOV CONT_L，＃ 08H ；低 8位計(jì)數(shù) CLR SCLK ； SCLK 置 “0” CLR CS ；選中 1241，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 SADC END： JNB DOUT， SADC_ END ；檢測(cè) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束 READ_H： SETB SCLK ； CLR SCLK ；產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘 MOV C， DOUT ；輸 入一位數(shù)據(jù) RLC A ；數(shù)據(jù)移位至 ACC． 0 DJNZ CONT_H， READ_H ；高 4位輸入結(jié)束判別 MOV DATA_BH， A ；高 4位數(shù)據(jù)送寄存器 READ_L： SETB SCLK CLR SCLK ；產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘 MOV C， DOUT ； 輸入一位數(shù)據(jù) RLC A ；數(shù)據(jù)移位置 ACC． 0 DJNZ CONT_L， READ_L ；低 8位輸入結(jié)束判別 MOV DATA_BL， A ；低 8位數(shù)據(jù)送寄存器 SETB SCLK CLR SCLK ；清 DOUT 輸出 SETB CS ；撤消片 選 RET