【正文】 ，4個(gè)軟件定時(shí)器。二、控制器存儲(chǔ)空間擴(kuò)展8OC196KB內(nèi)部只有256字節(jié)的RAM，因此必須在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器，配有外部存儲(chǔ)器EPROM 27C256 (32K)，用于存放控制程序，RAM 6264 (8K)用于存放數(shù)據(jù)。MS196系列單片機(jī)和51系列單片機(jī)不同，外部存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，其存儲(chǔ)空間不分程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。MS196系列單片機(jī)使用方式非常靈活，即可以以16位數(shù)據(jù)總線模式工作，也可以以8位數(shù)據(jù)總線模式工作，兩種總線可以動(dòng)態(tài)切換。在本系統(tǒng)中，采用16位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線方式，系統(tǒng)工作在8位數(shù)據(jù)總線方式時(shí)P3口共用為數(shù)據(jù)線和低位地址線A0A7，使用74LS373來鎖存地址。本系統(tǒng)的外部存儲(chǔ)器采用片選法譯碼方式，故系統(tǒng)的基本地址范圍為0000H7FFFH，共32K，用來存放系統(tǒng)程序，由P3口通過地址鎖存器74LS373提供，程序存儲(chǔ)器的取指信號(hào)為。，基本地址范圍為800OH9FFFH, ，由P3口通過地址鎖存器74LS373提供，6264存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的存取由單片機(jī)的、選通。 系列存儲(chǔ)空間擴(kuò)展第二節(jié) 系統(tǒng)硬件的各部分組成及功能一、鍵盤電路鍵盤是用來設(shè)定控制參數(shù)的最基本的手段。本裝置的鍵盤可用來設(shè)定控制參數(shù)，如電壓極限，功率因數(shù)等；還可用來選擇手動(dòng)運(yùn)行方式還是自動(dòng)運(yùn)行方式。由于標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)鍵盤技術(shù)及工藝成熟，可利用的鍵碼多，所以本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)鍵盤芯片來設(shè)計(jì)鍵盤。該鍵盤通過一個(gè)四針接口插座與主電路板相連，其引腳為VCC、GND、時(shí)鐘線SCK和數(shù)據(jù)線SIO。當(dāng)有鍵按下時(shí)，鍵盤芯片采用行列掃描法識(shí)別按下的鍵，由單片機(jī)接收并處理。鍵盤與單片機(jī)的接口電路如下圖。80C196KB的P2. 6接鍵盤的SCK, . 鍵盤接口電路二、顯示電路 本文裝置采用漢字和字符及框圖來顯示運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)、整定參數(shù)、手動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行等。裝置采用的是OCMJ4X8液晶顯示器，它具有128X64點(diǎn)陣坐標(biāo)，可以顯示各種圖形和坐標(biāo)。硬件接口采用ASK/ANSWER握手協(xié)議，采用8位并行數(shù)據(jù)格式。獨(dú)立于CPU硬件的ASK/ANSWER握手協(xié)議簡(jiǎn)單可靠。 液晶顯示器接口電路三、通信接口電路控制器帶有標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行通信口，用于和上位機(jī)通訊。EIA RS232標(biāo)準(zhǔn)接口定義了按位串行傳輸數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的接口信息。RS232與TTL、MOS邏輯電平不同，邏輯零電平規(guī)定為+5V +15V之間，因此RS232驅(qū)動(dòng)器與TTL電平連結(jié)必須通過電平轉(zhuǎn)換。常用的電平轉(zhuǎn)換芯片為MC1488,MC1489。MC1488將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平，MC 1489將RS232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，我們采用9芯RS232插座，利用三線工作方式，使用DB9型RS232C接口的第2腳TXD，第3腳RXD，第5腳GND：即TXD接RXD,RXD接TXD，信號(hào)地GND互接。，用于和上位機(jī)通信。上位機(jī)按一定的格式發(fā)送命令給單片機(jī)，單片機(jī)響應(yīng)串行口中斷，按通信協(xié)議依次將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)。 與上位機(jī)通信接口四、數(shù)據(jù)采集通道電路數(shù)據(jù)采集通道是完成電平轉(zhuǎn)換隔離，量值檢測(cè)的輸入通道。來自PT,CT的交流電壓、電流信號(hào)經(jīng)數(shù)字相位儀進(jìn)行相位比較，獲得相位差。裝置采用0 數(shù)字相位儀分別判斷三相功率因數(shù)是超前還是滯后，并把相位差以數(shù)字的形式存放在地址A000HA002H中，地址A003H存放相位超前滯后判斷的依據(jù)。電流i和電壓u經(jīng)互感器后，其輸出信號(hào)經(jīng)過零檢測(cè)器，使過零檢測(cè)器的輸出信號(hào)通過異或門的輸出信號(hào)是一個(gè)脈沖寬度與i、u兩信號(hào)之間的相位差成正比的脈沖序列信號(hào)。檢測(cè)裝置只需檢測(cè)電網(wǎng)基波電壓電流間的相位差角，就可知道需補(bǔ)償?shù)碾娋W(wǎng)的功率因數(shù)的大小。考慮到電壓電流由于非線性負(fù)荷而出現(xiàn)的畸變，由電壓電流互感器而來的電壓電流信號(hào)需進(jìn)行濾波，以使其采樣信號(hào)接近正弦波。再通過波形變換為矩形波，這兩個(gè)方波(對(duì)應(yīng)于電壓、電流)彼此間相差一定角度。若將兩方波進(jìn)行異或處理，則輸出脈寬對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)功率因數(shù)角。用D觸發(fā)器可檢測(cè)兩個(gè)同頻率信號(hào)的超前、滯后關(guān)系，由此決定相位差符號(hào)。利用單片機(jī)測(cè)出輸出方波的寬度，則可求出相應(yīng)的功率因數(shù)角。選用ALTERA公司的可編程邏輯器件EPM7160S，設(shè)計(jì)了數(shù)字相位計(jì)。用單片機(jī)讀出其定時(shí)值，再由運(yùn)算程序運(yùn)算后得出功率因數(shù)cos的值。 測(cè)量電壓、電流的值時(shí)，考慮到無功補(bǔ)償?shù)目焖傩砸螅苊獬绦蜻^多的運(yùn)算，采用了硬件轉(zhuǎn)換的方法。選用ANALOG DEVICES公司的RMSDC轉(zhuǎn)換器AD736，將含有諧波的信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓有效值。AD736是經(jīng)過激光修正的單片精密度有效值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器。其主要特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、靈敏性好、測(cè)量速率快、頻率特性好、輸入阻抗高、輸出阻抗低、電源范圍寬且功耗低，3%。經(jīng)AD736轉(zhuǎn)換后的信號(hào)再送入80C196KB的A/D輸入口，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)由程序讀取。 電壓有效值轉(zhuǎn)換電路圖在設(shè)計(jì)時(shí)，AD736采用雙電源士5V供電，對(duì)Cc端采用AC模式。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的有效值，再送到80C196KB的A/D口。80C196KB片內(nèi)集成了8路模擬開關(guān)、采樣保持電路和10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣和保持，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。Va、Vb、Vc接ACH0、ACHACH2, UIa、UIb、UIc接ACHAVHACH5，由程序讀出相應(yīng)的值。 有效值采集電路圖五、電容器組投切電路本裝置電容器組采用四組8421編碼設(shè)計(jì)，共有16種不同組合來隨無功功率不同變化進(jìn)行投切，以提高靜態(tài)補(bǔ)償精度。由單片機(jī)輸出口發(fā)出的觸發(fā)脈沖，經(jīng)光電隔離，功率放大后形成相應(yīng)組別、相應(yīng)相別的強(qiáng)觸發(fā)脈沖信號(hào)，送到相應(yīng)需觸發(fā)的晶閘管模塊上，控制晶問管的導(dǎo)通。電容器組采用三相控制方式三角形連接方案。晶閘管投切電容器技術(shù)是采用晶閘管開關(guān)，實(shí)時(shí)地投切相應(yīng)數(shù)量的電容器組，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無功補(bǔ)償量的自動(dòng)控制。其特點(diǎn)是投切速度快，能對(duì)多級(jí)電容器組進(jìn)行投切，投入時(shí)無涌流，切除時(shí)無過電壓，避免了電容器投切時(shí)的過渡過程，從而避免了涌流和過電壓對(duì)電容器的損害，延長(zhǎng)了電容器和其它電氣元件的壽命。晶閘管只作為交流開關(guān)用，不作移相控制，不破壞正弦波形。 一組電容器接線方式由于電容器兩端電壓不能突變，當(dāng)電容器投入時(shí)刻選擇不對(duì)時(shí)，將產(chǎn)生很大的暫態(tài)沖擊電流。 晶閘管投切電容器組等效圖而實(shí)際上，每相之間相差為，不可能保證三相電容器在投入時(shí)每相都無浪涌電流。為了解決這個(gè)問題，采用晶閘管與二極管反向并聯(lián)，在每次切除時(shí)電容器總保持一定的電壓。每一相的強(qiáng)電執(zhí)行部分都設(shè)計(jì)成觸發(fā)電路，實(shí)現(xiàn)電容器組投切時(shí)對(duì)電網(wǎng)不產(chǎn)生沖擊。當(dāng)電網(wǎng)需要投入電容組時(shí)，不是立即投入，而是等檢測(cè)到電網(wǎng)電壓為峰值，與電容器組電壓相等、極性一致時(shí)，才產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，使交流開關(guān)導(dǎo)通，平滑投入電容器組。這樣，電容器組投入的最大延遲時(shí)間為一個(gè)工頻周期(20ms)。否則，由電容器組上電壓跳變所產(chǎn)生的沖擊電流可能損壞交流開關(guān)和電容器組，并且對(duì)電網(wǎng)電壓質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。檢測(cè)點(diǎn)有兩種選擇方案:①控制器輸入電壓和電流信號(hào)的檢測(cè)點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償設(shè)備的前端與變壓器之間，如圖中的A點(diǎn)處；②檢測(cè)點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償設(shè)備后端，如圖中的B點(diǎn)處。 檢測(cè)點(diǎn)A由于不能直接檢測(cè)負(fù)載的物理量，測(cè)量的為補(bǔ)償后的電流電壓值，不易實(shí)現(xiàn)多組電容器的一次快速投切，通常采用逐級(jí)漸進(jìn)的投切方式，速度較慢，因此僅適用于負(fù)載運(yùn)行較平穩(wěn)，無大容量沖擊負(fù)載，不需要快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合。檢測(cè)點(diǎn)B的優(yōu)點(diǎn)是能根據(jù)電流電壓的測(cè)得值，得出一次需補(bǔ)償?shù)臒o功量，決定電容器投入組數(shù)，是一種只管投切，不能控制補(bǔ)償后的實(shí)際效果，其優(yōu)點(diǎn)是控制方式簡(jiǎn)單，可一次快速投切多組電容器，缺點(diǎn)是靜態(tài)補(bǔ)償?shù)木容^差。本文裝置是采用結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)的閉合控制方式，即檢測(cè)點(diǎn)設(shè)在A處，能檢測(cè)補(bǔ)償后的無功功率，也能得到完全補(bǔ)償時(shí)所需投入的全部電容器的無功功率，也可一次投入應(yīng)投的全部電容器，獲得快速的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償特性。 無功補(bǔ)償裝置的檢測(cè)點(diǎn)第四章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)此裝置無功補(bǔ)償?shù)能浖且环N實(shí)時(shí)功能處理軟件，它要求迅速得出結(jié)果，發(fā)出控制信號(hào)。第一節(jié) 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序軟件框圖本裝置中，單片機(jī)軟件采用C196語言編寫，采用模塊化設(shè)計(jì)，分為以下幾個(gè)方面:主程序、采集程序、各種電量的計(jì)算程序、鍵盤顯示程序、通信程序等。系統(tǒng)上電運(yùn)行后，進(jìn)行自檢和初始化工作，顯示首頁。然后開放串行口中斷，掃描鍵盤，如果有鍵按下，進(jìn)入鍵處理模塊，進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)定。之后采集電流、電壓和相角，進(jìn)行計(jì)算?？赏ㄟ^鍵盤“手動(dòng)/自動(dòng)”鍵來選擇按照手動(dòng)或自動(dòng)兩種不同的方式運(yùn)行。下面對(duì)各部分軟件逐一介紹。第二節(jié) 鍵盤顯示接口軟件設(shè)計(jì)微機(jī)鍵盤與計(jì)算機(jī)采用雙向通信方式，計(jì)算機(jī)有高優(yōu)先權(quán)，通信協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)的串行異步通信格式，即1位起始位，中間8位數(shù)據(jù)位是低位在前，高位在后，1位奇校驗(yàn)位P，最后是1位停止位。在本軟件中，單片機(jī)采用查詢方式檢測(cè)數(shù)據(jù)線狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)線變?yōu)榈碗娖剑f明鍵盤將有數(shù)據(jù)發(fā)出，則調(diào)用讀鍵盤子程序讀取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)；如要發(fā)送命令字給鍵盤，單片機(jī)調(diào)用發(fā)送鍵盤子程序來完成。根據(jù)接收到不同的碼來判斷鍵盤發(fā)送的是什么命令，程序依次做出相應(yīng)的判斷。液晶顯示接口協(xié)議為ASK/ANSWER握手方式。ASK=l表示OCMJ忙于內(nèi)部處理，不能接收用戶命令；ASK=O表示OCMJ空閑，等待接收用戶命令。在ASK=O后的任意時(shí)刻開始發(fā)送命令到OCMJ，先把命令的當(dāng)前字節(jié)放到口寄存器上，接著發(fā)高電平ANSWER脈沖把當(dāng)前命令字節(jié)鎖存到OCMJ中。然后斷OCMJ模塊是否在忙于內(nèi)部處理數(shù)據(jù)，如果ASK=l，那么把ANSWER拉低，等待下一次(ASK=0)再送下一個(gè)數(shù)據(jù)。顯示器采用五頁分屏顯示，包括各相投入的電容器組數(shù)、無功功率、電流電壓、功率因數(shù)和電壓限額。當(dāng)控制鍵盤的“顯示”鍵和“設(shè)定”鍵分別按下時(shí)，能在不同的頁面間進(jìn)行切換。 液晶顯示器接法流程圖第三節(jié) 通信軟件設(shè)計(jì)本裝置采用RS232串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，通過電纜可與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。8OC196KB的接收緩沖器SUBF(RX, 07H)和發(fā)送緩沖器SBUF(TX，07H)為雙緩沖的，允許單片機(jī)連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。8OC196KB串行口的工作受串行口控制/狀態(tài)寄存器(SPCON/SPSTAT)的控制，兩寄存器共用一個(gè)地址單元11H。串行口的工作方式可通過控制寄存器來選擇，本裝置串行口采用方式1，為標(biāo)準(zhǔn)的異步通信方式，每10位數(shù)據(jù)構(gòu)成一幀，一位起始位(0), 8位數(shù)據(jù)位(低位在前)，1位停止位(1)。串行口的波特率由16位波特率寄存器(BAUDREG，位于000EH單元)的內(nèi)容決定。以連續(xù)兩個(gè)字節(jié)寫入該寄存器，低位在前，高位在后，最高位為1(選擇XTAL1作為波特率發(fā)生器的時(shí)鐘)，波特率為波特率= ； 其中B為寫入波特率寄存器的值。當(dāng)XTAL1=12MHz，波特率采用9600bps，B=804EH。本裝置與上位機(jī)的通信協(xié)議為問答式規(guī)約，按上位機(jī)的命令回答相應(yīng)的數(shù)據(jù)，傳送的報(bào)文以8個(gè)字節(jié)為單位，附加起始位和停止位。波特率9600bps，所有字符數(shù)字均用ASCII碼發(fā)送，數(shù)據(jù)格式為一位起始位(0), 8位數(shù)據(jù)位(低位在前)，1位停止位(1)，設(shè)置80C196KB單片機(jī)接收和發(fā)送中斷，當(dāng)最后一個(gè)數(shù)據(jù)采樣后，接收位RI置位。當(dāng)停止發(fā)送時(shí)，TI被置位。上位機(jī)可用visual basic Comm控件，定義相同的波特率和通信方式來發(fā)送和接收單片機(jī)傳送的數(shù)據(jù)。當(dāng)單片機(jī)串口接收到AA、AB、AC、AD、AE、AF時(shí)，分別傳送電流、電壓、無功功率、有功功率、功率因數(shù)和電容器組的投切情況。第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集軟件包括兩部分:一是電流電壓的采集:一是功率因數(shù)角的采集。80C196KB的ACH0、 ACH ACH2分別測(cè)A、 B、C三相的電壓值，ACHACH ACH5分別測(cè)A、 B、 C三相的電流值。測(cè)量相位時(shí)，。第五節(jié) 計(jì)算部分軟件設(shè)計(jì)在得到電網(wǎng)電壓、電流、相角后，我們就可求出相應(yīng)的功率因數(shù)、有功功率和無功功率。在前面分析過，采用就地補(bǔ)償策略，得出每相需補(bǔ)償?shù)臒o功功率。在無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量的計(jì)算過程中，我們采集每相電流、電壓及相角，為此，求得的無功補(bǔ)償量是每相的，需投入的電容器組也是每相的，相當(dāng)于電容器星形接線。由于電容器組三角形接線比電容器星形界線能充分利用電容器，因而我們?cè)趯?shí)際電容器接線中采用三角形接線。 電容器的星形連接 電容器的三角形連接 計(jì)算子程序框圖第五章 控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)完后，還要考慮到抑制干擾的問題，這樣整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)才完善起來。下面來介紹產(chǎn)生干擾的原因及解決方法。第一節(jié) 干擾的形成 影響單片機(jī)系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行的主要因素主要來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，并受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些都構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的干擾因素，常會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行失常，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，重則會(huì)導(dǎo)致事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。形成干擾的基本要素有三個(gè)： 一、干擾源。指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或一用數(shù)學(xué)語言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源。 二、傳播路徑。指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。 三、敏感器件。指容易被干擾的對(duì)象。如：A/D、D/A變換器，單片機(jī)，數(shù)字IC，弱信號(hào)放大器等。第二節(jié) 干擾的分類干擾的分類有好多種，通?？梢园凑赵肼暜a(chǎn)生的原因、傳導(dǎo)方式、波形特性等等進(jìn)行不同的分類。按產(chǎn)生的原因分： 可分為放電噪聲音、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲；按傳導(dǎo)方式分：可分為共模噪聲和串模噪聲；按波形分：可分為持續(xù)正弦波、脈沖電壓、脈沖序列等等。第三節(jié) 干擾的耦合方式 干擾源產(chǎn)生的干擾信號(hào)是通過一定的耦合通道才對(duì)測(cè)控系統(tǒng)產(chǎn)生作用的。因此，我有必要看看