【導(dǎo)讀】采用機(jī)械元件實(shí)現(xiàn)電路的分合，在操作過(guò)程中易產(chǎn)生電弧和沖擊電流。測(cè)，實(shí)現(xiàn)電源監(jiān)控和系統(tǒng)保護(hù)的功能。力電子元件相結(jié)合的智能開關(guān)的硬件組成及工作原理。并且詳細(xì)介紹如何實(shí)。率和無(wú)功功率等全部的電力參數(shù)。能夠采取相應(yīng)的過(guò)流、欠壓、過(guò)熱、漏電等保護(hù)措施。人機(jī)交互接口以便在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試和參數(shù)的設(shè)定，還配有RS-485通信接口，可與上位計(jì)算機(jī)機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)電源的集中監(jiān)控、集中管理。最后還提出應(yīng)用智能開關(guān)技術(shù)還有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

　　

【正文】 using 1 { int i。 RI=0。 EA=0。 do { for(i=0。i=count。i++) { SBUF=buffer[i]。 //發(fā)送數(shù)據(jù)和校驗(yàn)和 // while(TI==0)。 TI=0。 } while(RI==0)。 RI=0。 }while(SBUF!=0)。 //主機(jī)接收不正確，重新發(fā)送 // EA=1； Return。 } 數(shù)據(jù)通信 中的差錯(cuò)控制技術(shù) 在數(shù)據(jù)傳輸中，可靠性是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，但是，由于傳輸信道不理想以及來(lái)自各方面的干擾，出現(xiàn)錯(cuò)誤碼是不可避免的。隨著現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的不斷發(fā)展以及傳輸速率的不斷提高，對(duì)信息碼元的差錯(cuò)概率的要求也在提高。如果不加處理而把信息直接送入信道，這樣的信息碼元是沒(méi)有任何糾錯(cuò)能力的。為了克服干擾，增加傳輸?shù)目煽啃?，需要引入差錯(cuò)控制技術(shù)，即由信息碼元和監(jiān)督碼元共同組成一個(gè)碼字，二者之間滿足一定的約束關(guān)系。在傳輸過(guò)程中如果收到干擾，碼元受到了破壞，相當(dāng)于破壞了它們之間的約束關(guān)系。接收端通過(guò) 校驗(yàn)這種約束關(guān)系是否成立，完成識(shí)別錯(cuò)誤或者進(jìn)一步判斷錯(cuò)誤位置并加以糾正的工作，從而保證通信的可靠性。 差錯(cuò)控制的基本方式有三種： （ 1）反饋重發(fā)糾錯(cuò)（ ARQ）方式； 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 29 （ 2）前向糾錯(cuò)（ FEC）方式； （ 3）混合糾錯(cuò)（ HEC）方式。 本系統(tǒng)中采用反饋重發(fā)糾錯(cuò)（ ARQ）方式。他的工作原理是：發(fā)送端對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼，產(chǎn)生可以檢測(cè)出錯(cuò)誤的發(fā)送序列，即將被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按 k 位分組，每組后面附加校驗(yàn)位，使之成為碼長(zhǎng)為 n 的校驗(yàn)序列。通信時(shí)，接收機(jī)根據(jù)收到的碼元序列中附加校驗(yàn)位的編碼規(guī)則，進(jìn)行判決。判決結(jié)果通過(guò)反饋信道 回傳，無(wú)錯(cuò)時(shí)認(rèn)可（ ASK） ， 有錯(cuò)時(shí)否認(rèn)（ NAK）。發(fā)送端根據(jù)回傳指令，將有錯(cuò)的碼組重傳，直至正確接受位置。圖 4－ 6 反饋重發(fā)糾錯(cuò)（ ARQ）方式的原理示意圖。 圖 4－ 6 反 饋重發(fā)糾錯(cuò)（ ARQ）原理示意圖 該方式操作簡(jiǎn)單，所需緩沖存儲(chǔ)器容量小。缺點(diǎn)是等待應(yīng)答浪費(fèi)了時(shí)間，傳輸效率有所降低。 RS485 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的維護(hù) RS485 是一種低成本、易操作的通信系統(tǒng)，但是穩(wěn)定性 差， 同時(shí)相互牽制性強(qiáng)，通常有一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體或局部的癱瘓，而且又難以判斷。 以下是 常用 的 一些維護(hù) RS485 方法 ： （ 1） 若出現(xiàn)系統(tǒng)完全癱瘓，大多因?yàn)槟彻?jié)點(diǎn)芯片的 VA、 VB 對(duì)電源擊穿，使用萬(wàn)用表測(cè) VA、 VB 間差模電壓為零，而對(duì)地的共模電壓大于 3V，此時(shí)可通過(guò)測(cè)共模電壓大小來(lái)排查，共模電壓越大說(shuō)明離故障點(diǎn)越近，反之越遠(yuǎn)； （ 2） 集中供電的 RS485 系統(tǒng)在上電時(shí)常常出現(xiàn)部分節(jié)點(diǎn)不正常，但每次又不完全一樣。這是由于對(duì) RS485 的收發(fā)控制端 TC 設(shè)計(jì)不合理，造成微系統(tǒng)上電時(shí)節(jié)點(diǎn)收發(fā)狀態(tài)混亂從而導(dǎo)致總線堵塞 ， 改進(jìn)的方法是將各系統(tǒng)加裝電源開關(guān)然后分別上電； （ 3） 總線連續(xù)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)不能正常工作 ， 一般是由其中的一個(gè)節(jié)點(diǎn) 故障導(dǎo)致的 ， 一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障會(huì)導(dǎo)致鄰近的 2～ 3 個(gè)節(jié)點(diǎn)（一般為后續(xù)）無(wú)法通信，因此將其逐一與總線脫離，如某節(jié)點(diǎn)脫離后總線能恢復(fù)正常，說(shuō)明該節(jié)點(diǎn)故障； （ 4） 系統(tǒng)基本正常但偶爾會(huì)出現(xiàn)通信失敗 ， 一般是由于網(wǎng)絡(luò)施工不合理廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 30 導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性處于臨界狀態(tài)，最好改變走線或增加中繼模塊 ， 應(yīng)急方法之一是將出現(xiàn)失敗的節(jié)點(diǎn)更換成性能更優(yōu)異的芯片； （ 5） MCU 有可能出現(xiàn) 故障導(dǎo)致 TC 端處于長(zhǎng)發(fā)狀態(tài)而將總線拉死一片的現(xiàn)象， 所以 必須 對(duì) TC 端的檢查。 盡管 RS485 差模電壓大于 200mV 時(shí) 就 能正常工作 ， 但 在 實(shí)際 測(cè)量 中， 一個(gè)運(yùn)行良好的 系統(tǒng) ， 其差模電壓一般在 左右（因網(wǎng)絡(luò)分布、速率的差異有可能使差模電壓在 ～ 范圍內(nèi)）。 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 31 第五章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件主要由主程序、鍵盤掃描子程序、顯示子程序和通信子程序等組成。 在本設(shè)計(jì)中， 單片機(jī)主要工作是根據(jù)采集得到的電壓、電流信號(hào)計(jì)算功率因 數(shù) 、 三相不平衡參數(shù) 等電網(wǎng)參數(shù) 。 軟件程序的組成 軟件程序是設(shè)計(jì)重要的組成部分，其主程序流程圖如圖 5－ 1所示。 圖 51 主程序流程框圖 （ 1）開機(jī)復(fù)位 開機(jī)復(fù)位，使 CPU 找到程序入口，同時(shí)完成必要的集成電路芯片的初始電平設(shè)置。 （ 2）自檢與初 始化 復(fù)位后，儀器要做的第一件事就是自檢，即對(duì)硬件電路進(jìn)行檢查，若發(fā)廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 32 現(xiàn)錯(cuò)誤則停止運(yùn)行，自檢無(wú)誤后，便進(jìn)行儀器的初始化工作。初始化的另一個(gè)作用就是設(shè)定 CPU 工作中所應(yīng)用的參數(shù)的初值。 （ 3）鍵盤操作 儀器初始化完成后，便不斷地查詢鍵盤，等待鍵操作，當(dāng)有鍵按下時(shí)，CPU 便讀入鍵碼，執(zhí)行相應(yīng)的鍵功能。 軟件程序設(shè)計(jì) 與直流采樣相比較，影響交流采樣精度的因素除了濾除雜波、 A/D 轉(zhuǎn)換的精度之外，還應(yīng)考慮到在一個(gè)周期內(nèi)等間隔采樣。如果不是等間隔采樣會(huì)造成頻譜泄漏，嚴(yán)重影響采集精度。 由于在正常工作環(huán)境中，電網(wǎng)的頻率并不是固定在 50 Hz，而是在 50 Hz附近不停的變動(dòng)。因此為了實(shí)現(xiàn)在完整的一周期內(nèi)等間隔的采樣，每次 A/D轉(zhuǎn)換必須在定時(shí)器溢出中斷中進(jìn)行，而定時(shí)器溢出中斷的時(shí)間，取決于周期的采集。 在本設(shè)計(jì)中，在獲得了周期參數(shù)之后，打開定時(shí)器溢出中斷屏蔽。當(dāng)比較器輸出的方波上升沿送到外部中斷 0 時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器 2 溢出中斷，其時(shí)間間隔取決于頻率采集時(shí)所獲得的周期。在這里，定時(shí)器 2 溢出中斷的時(shí)間間隔為： 32Tt? 。 在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)工作于 16MHz 的 頻率，使用 8 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的溢出中斷對(duì)信號(hào)進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。為了實(shí)現(xiàn)每次溢出中斷時(shí)間在 625s? 左右，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的分頻器應(yīng)對(duì)主時(shí)鐘進(jìn)行 32 分頻。此時(shí)，定時(shí)器的精度為： 632 2( )16 10 s??? （ 51） 欲以時(shí)間 32Tt? 為定值觸發(fā)定時(shí)器溢出中斷， 8位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的初值應(yīng)設(shè)置為： 616 102 25 6 32TC NT t ?? ? ? （ 52） A/D 轉(zhuǎn)換全部完成后，將 A/D 轉(zhuǎn)換標(biāo)志位 ad_flag 清零，屏蔽 A/D 轉(zhuǎn)換，廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 33 對(duì)本次轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行處理，直至 A/D 轉(zhuǎn)換標(biāo)志位 ad_flag 被置位后，才開始下一輪的 A/D 轉(zhuǎn)換。其流程圖如圖 5－ 2所示， j 為當(dāng)前采樣的周波數(shù)。 圖 5－ 2 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 由于在正常情況下，電網(wǎng)的頻率不會(huì)產(chǎn)生太大的波動(dòng)。電網(wǎng)運(yùn)行頻率的上限和下限分別為 和 。因此，在本設(shè)計(jì)中，對(duì)頻率的采集采用設(shè)定一個(gè)閾值 的方式。當(dāng)上升沿觸發(fā)中斷時(shí)，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的值不在該閾值范圍內(nèi)，認(rèn)為該次采樣無(wú)效。設(shè)該閾值上限為 ，下限為。 在本設(shè)計(jì)中，頻率采集及相位角采集可以一次完成，其流程圖如圖 5－ 3所示： 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 34 圖 5－ 3 相位角及頻率采集子程序流程圖 獲取定時(shí)器值及 ICP 寄存器 ICR1 的值之后，還要進(jìn)行進(jìn)一步的處理才能得到實(shí)際的頻率及功率因數(shù)值。 抗干擾 隨著單片微機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)其可靠性要求也越來(lái)越高。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性由多種因素決定，其中系統(tǒng)抗干擾性能是可靠性的重要指標(biāo)。工業(yè)環(huán)境 有強(qiáng)烈的電磁干擾，因此必須采取抗干擾措施，否則難以穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。 工業(yè)環(huán)境中的干擾一般是以脈沖形式進(jìn)入微機(jī)系統(tǒng)，渠道主要有三條： （ 1）空間干擾 (場(chǎng)干擾 )，電磁信號(hào)通過(guò)空間輻射進(jìn)入系統(tǒng)。 （ 2）過(guò)程通道干擾，干擾通過(guò)與系統(tǒng)相連的前向通道、后向通道及與其它系統(tǒng)的相互通道進(jìn)入。 （ 3）供電系統(tǒng)干擾，電磁信號(hào)通過(guò)供電線路進(jìn)入系統(tǒng)。 一般情況下 ， 空間干擾在強(qiáng)度上遠(yuǎn)小于其它兩種，故微機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)重點(diǎn)防止過(guò)程通道與供電系統(tǒng)的干擾。 抗干擾措施有硬件措施和軟件措施。硬件措施如果得當(dāng)，可將絕大部分干擾拒之門外，但仍然會(huì)有少 數(shù)干擾進(jìn)入微機(jī)系統(tǒng)，故軟件措施作為第二道防線必不可少。由于軟件抗干擾措施是以 CPU 為代價(jià)，如果沒(méi)有硬件消除絕廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 35 大多數(shù)干擾， CPU 將疲于奔命，無(wú)暇顧及正常工作，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作效率和實(shí)時(shí)性。因此，一個(gè)成功的抗干擾系統(tǒng)是由硬件和軟件相結(jié)合構(gòu)成的。 硬件抗干擾 光電隔離：在輸入和輸出通道上采用光電隔離器來(lái)進(jìn)行信息傳輸是很有好處的，它將微機(jī)系統(tǒng)與各種傳感器、開關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)從電氣上隔離開來(lái)，很大一部分干擾將被阻擋。 過(guò)壓保護(hù)電路：在輸入輸出通道上應(yīng)采用一過(guò)壓保護(hù)電路，以防引入高電壓，傷害微機(jī)系統(tǒng)。過(guò) 電 壓保 護(hù)電路 是 由限流電阻和穩(wěn)壓管組成，限流電阻選擇要適宜，太大會(huì)引起信號(hào)衰減，太小起不到保護(hù)穩(wěn)壓管的作用。穩(wěn)壓管的選擇也要適宜，其穩(wěn)壓值以略高于最高傳送信號(hào)電壓為宜，太低將對(duì)有效信號(hào)起限幅效果，使信號(hào)失真。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路即采用過(guò)壓保護(hù)電路。 抗干擾電源：微機(jī)系統(tǒng)供電線路是干擾的主要來(lái)源，電源采用隔離變壓器接入電網(wǎng)，可以防止電網(wǎng)的干擾侵入微機(jī)系統(tǒng)。隔離變壓器與普通變壓器不同之處在于它在初級(jí)和次級(jí)之間 有 一層屏蔽層，并將它和鐵芯一起接地。 配置去耦電容：原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)安置一個(gè) 0. 1mF 的陶瓷電容器，可以 消除大部分高頻干擾。 良好接地：本系統(tǒng)既有模擬電路又有數(shù)字電路，因此數(shù)字地與模擬地要分開，最后只在一點(diǎn)相連，如果兩者不分，則會(huì)互相干擾。 軟件抗干擾 可利用以下方法提高軟件的抗干擾能力： （ 1）設(shè)置自檢程序：在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)立狀態(tài)標(biāo)志，在運(yùn)行中不斷循環(huán)測(cè)試，以保證系統(tǒng)中信息存儲(chǔ)、傳輸、運(yùn)算的高可靠性。 （ 2）數(shù)據(jù)處理采用算術(shù)平均值法：以其平均值作為采樣結(jié)果，可以減少系統(tǒng)的隨機(jī)干擾對(duì)采集結(jié)果的影響。 （ 3）鍵盤抗干擾處理：由于機(jī)械開關(guān)的撞擊作用，開關(guān)在閉合或斷開時(shí)，開關(guān)的觸頭會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間約 5ms～ 10ms。為了保證 CPU 對(duì)按鍵每按下一次作一次處理且僅作一次處理，應(yīng)消除抖動(dòng)的影響。設(shè)計(jì)的鍵盤的抗干擾措施采用軟件編程實(shí)現(xiàn)，在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí) 10ms的子程序之后，再檢測(cè)此按鍵，如果第二次檢測(cè)結(jié)果仍為按下狀態(tài)， CPU 便確認(rèn)此按鍵已真正按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 36 前面幾項(xiàng)抗干擾措施是針對(duì)干擾還 沒(méi)有 作用到單片機(jī)本身，這時(shí)單片機(jī)還能正確無(wú)誤地執(zhí)行各種抗干擾程序，當(dāng)干擾作用到單片機(jī)本身時(shí)（通過(guò)干擾三總線等），單片機(jī)將不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序，從而引起混亂。因此，如何發(fā)現(xiàn)單片機(jī)受到干擾，如何攔截 失去控制的程序流向，如何使系統(tǒng)的損失減小，如何恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這些就是 CPU 抗干擾需要解決的問(wèn)題。我們采用了以下幾種方法： （ 1）人工復(fù)位：對(duì)于失控的 CPU，最簡(jiǎn)單的方法是使其復(fù)位，程序自動(dòng)從 0000H 開始執(zhí)行。為此只要在單片機(jī)的 RESET 端加上一個(gè)高電平信號(hào)，并持續(xù) 10ms 以上即可。 （ 2）掉電保護(hù)：電網(wǎng)瞬間斷電或電壓突然下降將使微機(jī)系統(tǒng)陷入混亂狀態(tài)，電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，微機(jī)系統(tǒng)難以恢復(fù)正常。對(duì)付這一類事故的有效方法就是掉電保護(hù)。掉電信號(hào)由硬件電路檢測(cè)到，加到單片機(jī)的外部中斷輸入端。軟件中斷將掉電中斷 規(guī)定為高級(jí)中斷，使系統(tǒng)及時(shí)對(duì)掉電作出反應(yīng)。在掉電中斷子程序中，首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，保存當(dāng)時(shí)重要的狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)電源恢復(fù)正常時(shí)， CPU 重新復(fù)位，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，繼續(xù)未完成的工作。 （ 3）我們仔細(xì)分析系統(tǒng)軟件后發(fā)現(xiàn)， CPU 很多情況下是在執(zhí)行一些等待指令和循環(huán)檢查程序，由于這時(shí) CPU 雖沒(méi)有重要工作，但卻是清醒的，很容易受干擾。讓 CPU 在沒(méi)有正常工作時(shí)休眠，必要時(shí)再由中斷系統(tǒng)來(lái)喚醒它，之后又處于休眠。采用這種安排之后，大多數(shù) CPU 可以有 50～ 95%的時(shí)間用于睡眠，從而使 CPU 受到隨機(jī)干擾的威脅大大降低，同時(shí)降低了 CPU 的功耗 。 （ 4）指令冗余 ： 當(dāng) CPU 受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來(lái)執(zhí)行，引起程序混亂。這時(shí)我們首先要盡快將程序納入正軌