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

　　

【正文】 源取自貫通線（或自閉線）的變壓器。由于貫通線線路用電量經(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)電壓波動范圍大，使得遠(yuǎn)動系統(tǒng)設(shè)備的開關(guān)電源電路很容易受到干擾，造成開關(guān)電源不能正常工作。 總之，鐵路電力遠(yuǎn)動技術(shù)的應(yīng)用能夠使調(diào)度值班員在調(diào)度中心就可以實時監(jiān)控全線電力系統(tǒng)的運行情況，也能夠使調(diào)度中心的上級主管部門及時掌握系統(tǒng)運行的狀態(tài)，進 一步提高故障分析的全面性；同時遠(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)了新時代經(jīng)濟發(fā)展的要求。 7 單片機數(shù)據(jù)采集硬件 設(shè)計 16 位最小系統(tǒng)電路設(shè)計 該系統(tǒng)以 AT89C51單片機為核心，可以對 16路模擬量、 16路數(shù)字開關(guān)量和兩路脈沖量進行采集，模擬量采集精度達到 12位，在實際應(yīng)用中，可以對電壓信號進行直接采集，如果要對傳感器的標(biāo)準(zhǔn)電流量進行采集時，還需加入采樣電阻，把電流轉(zhuǎn)換成電壓后進行采集。對采集的脈沖量的頻率取決于單片機的時鐘頻率，一般不能高于單片機的運行時鐘，如單片機用 12MHz 的晶振 ，則采集的脈沖頻率只能低于 12MHz。本系統(tǒng)在實際應(yīng)用中已調(diào)試通過，采集的數(shù)據(jù)精度高，速度快。 鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)由遠(yuǎn)動控制主站、遠(yuǎn)動終端和通信通道三部分組成，是近年來在國內(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、各級電力調(diào)度管理模式、遠(yuǎn)動終端的數(shù)據(jù)采集和處理、各級遠(yuǎn)動控制主站與遠(yuǎn)動終端之間數(shù)據(jù)通信及計算機系統(tǒng)等多專業(yè)的系統(tǒng)工程。 如圖 。系統(tǒng)選擇一個串行的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，用模擬開關(guān)作擴展，兩個模擬開關(guān)即可擴展成 16路的模擬量輸入。開關(guān)量的采集可以直接用單片 機的 I/O，用兩個并口即可完成 16路的開關(guān)量采集。 AT89C51單片機還有兩個外部中斷接口，即可用來測量脈沖量的輸入，采集其輸入頻率。單片機可以通過串口與上位 PC 機進行通訊，把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機上。 電氣工程系電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計 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，最大非線性誤差小于 1LSB，轉(zhuǎn)換時間 9s，內(nèi)置快速采樣／保持電路。 MAX1241采用 三線式串行接口，與單片機的接線簡單，如圖 。圖中兩個電容是去藕電容，用以對電源進行濾波。 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的電源。 圖 MAX1241與單片機的接線圖 系統(tǒng)要求對 16路的模擬量進行采集，因此，只有一個 A/D 轉(zhuǎn)換器就不夠的，但如果用多個 A/D 轉(zhuǎn)換器一方面會造成資源浪費，成本加大，另一方面單片機的 I/O 也不夠，因此這里用兩個８路模擬開關(guān)進行擴展，擴展成 16路。如圖 的原理圖所示，系統(tǒng)選用兩個 CD4051模擬開關(guān)，并用單片機的四 個 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 16 兩個模擬開關(guān)的通道選擇端，在采集過程中，選擇不同的通道進行數(shù)據(jù)采集。 開關(guān)量采集電路 對開關(guān)量的采集電路相對比較簡單，因為開關(guān)量的狀態(tài)只有 0和１兩種，所以只要用兩個單片機的并口就可以了，這里用的是 P0口和 P2口。但是有一點需要說明的是： 由于 AT89C51單片機的 P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，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 根據(jù)設(shè)計要求，按照實現(xiàn)功能的分類，軟件部分主要完成四項任務(wù)：系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、向 PC 機發(fā)送數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理中，需要進行大量浮點數(shù)的乘除法和正弦、余弦運算，因此數(shù)據(jù)處理部分采用 C 語言編寫，在 Keil環(huán)境中模塊化編程，充分利用 C 語言強大的計算能力。在數(shù)據(jù)采集部分中，MAX1241 對時序要求比較嚴(yán)格，采用匯編語言實現(xiàn)，所有功能模塊均為獨立的C 文件或 ASM 文件。而實現(xiàn) C 語言和匯編語言的混合編程是軟件設(shè)計中的難點和關(guān)鍵之一。 在設(shè)計中，匯編語言采用單獨的文件，通過寄存器傳遞函數(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 17 圖 這里給出 MAX1214 的控制程序，是用匯編語言編寫 詳細(xì)見附錄 ，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)計結(jié)論 為期一周多的課程設(shè)計終于做完了，在這一周多的學(xué)習(xí)中我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的 。 實際經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。 這次的課程設(shè)計也讓我看到了團隊的力量，我認(rèn)為我們的工作是一個段對的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚 團結(jié)協(xié)作的精神。剛開始的時候，大家就分配了各自的任務(wù)，有的寫論文的，有的積極查詢相關(guān)資料，并且聚在一起討論各個方案的可行性。團結(jié)協(xié)作是我們成功的一項非常重要的保證。而這次設(shè)計也正好鍛煉了我們這一點，這也是非常寶貴的?；仡櫞舜卧O(shè)計，至今我感慨頗多，的確，從理論到實際，在整整一個多星期的日子里?？梢哉f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)過的知識，還可以學(xué)到很多書本上沒有的學(xué)到過的東西。通過這次的課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)理論知識與實踐想結(jié)合 ，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 在設(shè)計過程中我們遇到了很多問題，可以說是困難重重，這畢竟是第一次做的， 但是 在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)知識理解不夠深刻，掌握不夠牢固，通過這次課程設(shè)計之后，一定 把 以前 所學(xué)知識進行溫習(xí)。 開始 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 18 參考文獻 [1] 柳永智 ，劉曉川 ． 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動 中國電力出版社， 2020 年 7 月 ． [2] 鐵路電力牽引供電遠(yuǎn)動系統(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)動系統(tǒng)工程設(shè)計規(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)動系統(tǒng)的簡介及探討 [J]． 鐵路通信信號工程技術(shù)，2020，（ 2）． 電氣工程系電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計 19 附 錄 CS： BIT ；片選信號位 DOUT： BIT ；串行數(shù)據(jù)輸入位 SCLK： BIT ；驅(qū)動時鐘位 DATA_BH： EQU R0 ；高字節(jié)數(shù)據(jù)存儲單元 DATA_BL： EQU R1 ；低字節(jié)數(shù)據(jù)存儲單元 CONT_H： EQU R0 ；高位取數(shù)計數(shù)器 CONT_L： EQU R1 ；低 8位取數(shù)計數(shù)器 SADC_R： XRL A， A ；清 A MOV CONT_H，＃ 04H ；高 8位計數(shù) MOV CONT_L，＃ 08H ；低 8位計數(shù) CLR SCLK ； SCLK 置 “0” CLR CS ；選中 1241，啟動轉(zhuǎn)換 SADC END： JNB DOUT， SADC_ END ；檢測 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束 READ_H： SETB SCLK ； CLR SCLK ；產(chǎn)生一個驅(qū)動時鐘 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)生一個驅(qū)動時鐘 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