【正文】 有關(guān)的參考文獻(xiàn)和資料均給了我許多啟發(fā)和幫助，特此感謝有關(guān)作者。本論文從選題到定稿 凝聚著 莊老師的心血和汗水， 老師毫無保留的精心指導(dǎo)將使我終生受益。希望能夠在將來得到不斷改進(jìn)和提高，并且盡量將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品，真正為用戶服務(wù)。 （ 2） 系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，便于設(shè)計(jì)、運(yùn)行安全可靠。因此，為了抑制或消除這些干擾，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用抗干擾措施也是不可忽視的一個重要方面。根據(jù)我們反復(fù)對此時間的試驗(yàn)，我們認(rèn)為，將此數(shù)值取為 秒可以滿足系統(tǒng)的控制要求和精度要求 。系統(tǒng)中每一個程序模塊都有一定的運(yùn)行時間，利用軟件看門狗不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時間，因此，我們可以為每一個程序模塊設(shè)定一個最大可能運(yùn)行時間，取這 些“最大可能運(yùn)行時間”中的最大值，利用 AT89C51 單片機(jī)本身的定時器功能，將定時器設(shè)定為此最大值，這樣處理后，正常情況下，系統(tǒng)中每一個任務(wù)的運(yùn)行時間都不會超出這個設(shè)定時間，不會影響到系統(tǒng)運(yùn)行，但當(dāng)某種意外情況導(dǎo)致此程序死機(jī)或跑飛后，使運(yùn)行時間超出了設(shè)定的最大時間，則認(rèn)為此程序運(yùn)行異常，系統(tǒng)將強(qiáng)制停止其運(yùn)行，強(qiáng)迫程序返回到 0000H 入口，在0000H 處安排出錯處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)入正軌。對于隨機(jī)出現(xiàn)的干擾，可以采用延時測量、平均值法等降低隨機(jī)干擾帶來的測量誤差，同時，為增加數(shù)據(jù)存儲的安全性，可以采用冗余設(shè)計(jì)，利用雙 RAM（ 隨機(jī)存儲器 ） 方法，將重要數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，這樣處理后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某些 RAM 中的 數(shù)據(jù)遭到了破壞，可以從另外的 RAM 中將備份數(shù)據(jù)調(diào)入，因而當(dāng)出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)錯誤時不會影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在確定某根行線 39 為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài) ； 若某列為低，則該列線與置為低電平的行線的交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。列線通過電阻接 +5V電源，這樣當(dāng)按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平。系統(tǒng)的初始狀態(tài)顯示的是電網(wǎng)的三相電壓值。 液晶屏顯示的內(nèi)容在前一章中我們己經(jīng)做了相應(yīng)的介紹。該模塊具有 的寬工作電壓范圍，且具有睡眠、正常及低功耗工作模式，可滿足系統(tǒng)各種工作電壓及便攜式儀器低功耗的要求。鍵盤顯示單元主要由硬件電路和軟件程序兩部分組成，對于該單元的硬件電路，我們已經(jīng)在前面的章節(jié)中進(jìn)行了介紹，并提供了相應(yīng)的電路圖 ；軟件程序主要由鍵盤顯示單元主程序、動態(tài)顯示子程序、鍵盤掃描子程序，求鍵值子程序和按鍵子程序等組成。其中對應(yīng)收到的字符，調(diào)用的對接受到的各個字符的處理子程序則是對相應(yīng)的開關(guān)量輸出單元位置零，從而對應(yīng)的 74LS373 輸出為低電平，相應(yīng)的繼電器動作。 在中斷初始化子程序段，對串行口中斷的初始化如下 ： NIT COMM： MOV A， 0FFH 35 MOV 22H， A MOV 23H， A ； 將需要存儲開關(guān)狀態(tài)的 RAM 單元清空 MOV DPTR， 0BFFFH MOVX DPTR， A MOV DPTR， 0DFFFH MOVX DPTR， A MOV TMOD， 20H ； 設(shè)定定時器 I 工作在方式 2（ 自動重裝初值的8 位計(jì)數(shù)器 ） MOV TH 1， 0FDH ； 寄存器賦初值 0FDH MOV TL 1， 0FDH ； 計(jì)數(shù)器賦初值 0FDH MOV SCON， 50H ； 串口工作在方式 I，單機(jī)通信，允許接收 MOV PCON， 00H ； 波特率選擇位置。為了準(zhǔn)確測量和控制，必須消除被測信號中的噪音和干擾。并且知道模擬量路數(shù)地址分別為 0000H， 0100H。 . 1 系統(tǒng)的主程序 數(shù)據(jù)采集子程序設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集處理主要是通過 ADC0809 和單片機(jī)之間完成的，其中主要包括數(shù)據(jù)采 集程序和數(shù)字濾波程序。 單片機(jī)控制 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，使得程序結(jié)構(gòu)清晰，便于今后進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。當(dāng)計(jì)算機(jī)一旦檢測到有數(shù)據(jù)過來。同 Input 屬性一樣，該屬性在設(shè)計(jì)時無效，在運(yùn)行時為只讀。該屬性在設(shè)計(jì)時無效，在運(yùn)行時為只讀。 MSCOMM 控件初始化如下 ： 通信設(shè)置 ① MSComml. PortOpen=True，表示打開串口 ； ② MSComml. CommPort=1，表示選擇串行端口 1； ③ MSComml. Settings=9600， n， 8， 1，表示波特率為 9600，不進(jìn)行奇偶校驗(yàn)， 8 位數(shù)據(jù)位， 1 位停止位 ； 31 ④ MSComml. InputLen=0，使用 Input 將使 MSCOMM 控件讀取接收緩沖區(qū)中全部的內(nèi)容 ； ⑤ = InputModeBinary，表示數(shù)據(jù)通過 Input 屬性以二進(jìn)制形式取回 ； ⑥ MSComm1. InBufferCount=0，將 InBufferCount 屬性設(shè)置為。VB 支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)化的事件驅(qū)動編程模式，而且可以十分簡便地做出良好的人機(jī)交互界面。監(jiān)控軟件主要由三部分組成，分別為 ： 通信設(shè)置 （ 包括通信 30 端口選擇和串行通信測試 ） 、試驗(yàn)狀態(tài)選擇 （ 包括機(jī)旁試驗(yàn)狀態(tài)和遙控 試驗(yàn)狀態(tài) ） 、退出試驗(yàn)狀態(tài)。我們主要介紹單片機(jī)子系統(tǒng)的各個程序的編制。 28 29 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 5. 1 概述 在進(jìn)行 軟件設(shè)計(jì)時，軟件的結(jié)構(gòu)采用了模塊化的設(shè)計(jì)思路，將本控制器所要完成的功能分別進(jìn)行編寫和調(diào)試，等到所有的模塊都調(diào)試成功后，再將各個模塊連接成整體，組成單片機(jī)軟件系統(tǒng)。 8155 芯片與 89C51 的接口電路如圖412 所示，鍵盤電路如圖 413 所示。為了消除按鍵抖動對系統(tǒng)的干擾，在鍵盤軟件設(shè)計(jì)中，我們采用了 20ms的延時程序。 27 鍵盤與顯示單元 本試驗(yàn)裝置中，設(shè)計(jì)了鍵盤與顯示單元，設(shè)計(jì)該部分的目的就是為了在缺少上位 PC 機(jī)的情況下，可以應(yīng)用鍵盤顯示單元來完成上位 PC 機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。 圖 411 為計(jì)算機(jī)與單片機(jī)串行通訊的硬件接口電路。 本試驗(yàn)裝置是近距離 （ 小于 15 米 ） 的串行通訊，因此選擇了計(jì)算機(jī)和單片機(jī)之間通過 RS232 接口直接相連。 相應(yīng)公式為 ： 定時器 TI 的溢出率的計(jì)算公式為 ： 將公式①代入公式②中，就可以得到方式 1 下波特率的計(jì)算公式為 ： 其中 K 為定時器 T1 的位數(shù)，方式 1 時 K 值取 16。 串行通信波特率的設(shè)置 串行口的通信波特率恰到好處的反映了串行傳輸數(shù)據(jù)的速率。 接收操作在 RI=0 和 REN=1 條件下進(jìn)行，平時，接收電路對高電平的 RxD 采樣，采樣脈沖頻率是接收時鐘的 16 倍。 在方式 1 下，串行口設(shè)定為 10 位異步通信方式。 串行口的發(fā)送電路由“ SBUF（ 發(fā)送 ） ”、“零監(jiān)測器”和“發(fā)送控制器”等電路組成，用于串行口的發(fā)送 ； 接收電路由“ SBUF（ 接收 ） ”、“接收移位寄存器”和“接收控制器”等組成，用于串行口的接收。 A 發(fā) B 收或 B 發(fā) A 收，交替進(jìn)行 ； 全雙工通信允許兩個方向同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， A 收 B 發(fā)的同時可以進(jìn)行 A 發(fā) B 收。串行通信的速度很慢，但是占用的傳輸線條數(shù)少，適用于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳送。我們知道，周期和頻率互為倒數(shù)關(guān)系，所以只要得到二者之中的一個值，就可知道另外一個的值，因此在實(shí)驗(yàn)中，我們采用了測量周期的方法，從而間接得到我們所需要的頻率值。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 48 所示。若 89C51 的主頻是 6MHz，則 ALE信號頻率就為 1MHz，我們采用的 89C51 的主頻是 ，故 ALE 信號頻率為 ，若使 ALE 上信號經(jīng)觸發(fā)器四分頻到 ADC0809 的 CLOCK 輸入端，就可以獲得小于 500KHz 的 AID 轉(zhuǎn)換脈沖。顯然， 89C51 此時是把 ADDA ， ADDB 和 ADDC 上地址作為數(shù)據(jù)來處理的。 Vcc 為 +5V 電源輸入線， GND 為地線。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線上高電平表示 A/D 轉(zhuǎn)換己結(jié)束，數(shù)字量己鎖入“傘態(tài)輸出鎖存器”。當(dāng) ALE線為高電平時， ADDA， ADDB 和 ADDC 三條地址線上地址信號得以鎖存，經(jīng)譯碼后控制八路模擬開關(guān)工作。 ADC0809 包括一個 8位的逼近型的 ADC 部分，并提供一個 8 通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯。 4. 2. 1 電量變換單元 電量變換單元主要由電壓變換單元和電流變換單元組成，其變換功能分別由 微型交流電壓電量隔離傳感器和微型交流電流電量隔離傳感器實(shí)現(xiàn)，這兩種隔離傳感器可以分別求取三相交流電壓和三相交流電流的有效值。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 18 該模塊的功能是將電網(wǎng)中的模擬信號 （ 電壓信號、電流信號 ） 經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成單片機(jī)系統(tǒng)能夠進(jìn)行處理的數(shù)字信號。在控制軟件的支持下， CPU 對外圍電路進(jìn)行控制、計(jì)算，將檢測電路輸入的各種測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時將計(jì)算得到的控制結(jié)果輸出給控制電路對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作， 完成整套控制過程。 此外，為了使發(fā)電機(jī)控制屏和單片機(jī)控制系統(tǒng)成為一組相對獨(dú)立的保護(hù)裝置，在缺少上位機(jī) PC 機(jī)時也能夠保證正常工作，該試驗(yàn) 裝置在單片機(jī)系統(tǒng)中擴(kuò)展了鍵盤及液晶顯示單元，通過程序處理，實(shí)現(xiàn)人際對話，完成該裝置要求的所有試驗(yàn)功能。此外，考慮到遙控狀態(tài)和機(jī)旁狀態(tài)的互鎖，所有原有動作繼電器的電路中都串聯(lián)了實(shí)現(xiàn)遙控選擇功能的繼電器的常閉觸點(diǎn)，與之相并聯(lián)的電路中串聯(lián)了實(shí)現(xiàn)遙控選擇功能的繼電器的常開觸點(diǎn)。繼電保護(hù)單元主要由船舶發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)柜構(gòu)成，裝 置內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)動作裝置還包括成比例變換電流的電流互感器、成比例變換電壓的電壓互感器、實(shí)現(xiàn)延時動作的時間繼電器以及進(jìn)行過流保護(hù)的熔斷器等等，這些裝置的設(shè)置對于繼電保護(hù)的功能實(shí)現(xiàn)都是必不可少的。而 A/D 轉(zhuǎn)換單元可以識別的信號只限于 0~5V 的直流信號，所以從繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置采集來的三相電壓（ Uab、 Ubc、 Uac）、 三相電流 （ Iab、 Ibc、 Ia） 信號首先要經(jīng)過交直變換單元轉(zhuǎn)換為與之成線性關(guān)系的直流信號，即將交流電量轉(zhuǎn)換為交流電量的有效值。其中 ： 交直變換單元的直流電量輸出到 A/D 轉(zhuǎn)換單元，再由 A/D 轉(zhuǎn)換單元 （ 包括三相電壓和三相電流 ） 送中央處理單元 ； 波形變換單元的方波輸出送到周期測量單元和相位差測量單元，測量結(jié)果 （ 16 位數(shù)字量 ） 再送中央處理單元 ； 繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置改造過程中引入了眾多繼電器。 第 3 章 船舶發(fā)電機(jī)綜合保護(hù)試驗(yàn)裝置的總體設(shè)計(jì) 3. 1 船舶發(fā)電機(jī)綜合保護(hù)試驗(yàn)裝置的總體結(jié)構(gòu) 船舶發(fā)電機(jī)綜合保護(hù)試驗(yàn)裝置主要是由船舶發(fā)電機(jī)控制屏、繼電器保護(hù)單元、電網(wǎng)參數(shù) （ 電壓、電流 ） 檢測與變送單元、 AM 轉(zhuǎn)換單元、頻率及功率因素角檢測 單元、開關(guān)量輸入輸出單元、中央處理單元、通信電平轉(zhuǎn)換單元、上位PC 機(jī)控制單元和鍵盤顯示單元等組成，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所示。船舶電網(wǎng)出現(xiàn)逆功率時，將對系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，極有可能造成另一臺在網(wǎng)機(jī)的過載，所以要對發(fā)電機(jī)實(shí)行逆功率保護(hù)措施，其主要任務(wù)是當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率運(yùn)行時，將該故障發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中切除?！耙?guī)范”對動態(tài)指標(biāo)的規(guī)定為 ： “交流發(fā)電機(jī)在負(fù)載 為空載、轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，電壓接近額定值的狀態(tài)下突加或突卸 60%額定電流及功率因數(shù)不超 %（ 滯后 ） 的對稱負(fù)載時，當(dāng)電流跌落時，其瞬態(tài)電壓值應(yīng)不低于額定電壓的 85%； 當(dāng)電壓上升的時候，其瞬態(tài)電壓值應(yīng)不超過額定電壓的 120%，而電壓恢復(fù)到與最后穩(wěn)定值相差 3%以內(nèi)所需要的時間應(yīng)不超過 。 “規(guī)范”規(guī)定 [8]“并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)應(yīng)設(shè)有欠壓保 護(hù)，并能滿足如下要求 ： 用于避免發(fā)電機(jī)不發(fā)電時斷路器若合閘則瞬時動作 ： 當(dāng)電壓降至額定電壓的 70%到 35%時，應(yīng)經(jīng)系統(tǒng)選擇性保護(hù)要求的延時動作方能動作。對同步發(fā)電機(jī)過載采取的保護(hù)措施和處理方法，也要兼顧到兩個方面 ： 一方面要保護(hù)發(fā)電機(jī)不受損壞 ； 另一方面還要考慮到盡量保證不中斷供電。發(fā)電機(jī)如果長時間在這種不正常的狀態(tài)下運(yùn)行，會使發(fā)電機(jī)過