【正文】 。如下圖19，圖20，圖21，圖22，圖23，圖24，圖25。 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析通過(guò)上一節(jié)的分析可以知道，通過(guò)液晶可以輕松的知道，當(dāng)前的運(yùn)行狀況，通過(guò)不斷的改變系統(tǒng)中的電感值，可以很方便的看到系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，以及系統(tǒng)的工作情況。Proteus仿真建模原理圖詳見(jiàn)附錄?；?1單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)的Proteus建模圖如圖18所示。詳細(xì)的仿真圖見(jiàn)圖17中所示，電壓電流均用變壓器來(lái)采取，然后通過(guò)換算得到系統(tǒng)的功率因數(shù)腳。在系統(tǒng)中，在節(jié)點(diǎn)HH處，補(bǔ)償電容C1，實(shí)際中C1是電容投切電路，通過(guò)改變電容大小可以方便測(cè)量出系統(tǒng)的功率因數(shù)，由于系統(tǒng)的要求電壓為220V，電流為100A，所以在系統(tǒng)中，由于要求系統(tǒng)電流為100A，所以當(dāng)補(bǔ)償完成后，系統(tǒng)的相當(dāng)于阻性負(fù)載,，而功率因數(shù)通過(guò)計(jì)算，當(dāng)系統(tǒng)的電感為5mH時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)的電感為15mH時(shí)，,。本文選用Proteus作為本系統(tǒng)的建模仿真環(huán)境。而且，proteus也在不斷的進(jìn)步中，它在2010年的時(shí)候，又在軟件里面添加了一些功能，比如數(shù)字信號(hào)處理，Cortex等系列的處理器。完成本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試，已驗(yàn)證本設(shè)計(jì)軟硬件設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。所以 ，在仿真中我們需要補(bǔ)償?shù)碾娙萑缦卤? 表1 需求補(bǔ)償電容值5 系統(tǒng)建模與仿真結(jié)果分析通過(guò)第3章和第4章設(shè)計(jì)，本文完成了系統(tǒng)硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在計(jì)算投切的過(guò)程中需要理論依據(jù)，為補(bǔ)償前的功率因數(shù)，是補(bǔ)償后的功率因素，P是系統(tǒng)的功率，則計(jì)算需要補(bǔ)償?shù)碾娙菘梢杂檬?和式2計(jì)算得到公式3. （1） （2） （3）通過(guò)用公式3就可以通過(guò)測(cè)量出需要補(bǔ)償?shù)碾娙葜?，在?shí)際的計(jì)算中將電容的值分別設(shè)計(jì)為25uF, 50uF, 100uF, 200uF, 400uF, 800uF, 1600F, 3200uF八組電容值，計(jì)算出電容C后，用得到的電容C除以25uF就可得到一個(gè)數(shù)值N,將這個(gè)N直接賦給控制端P2便可以得到相應(yīng)的電容值。 在實(shí)際的測(cè)量電力系統(tǒng)的功率因數(shù)的時(shí)候，這也是一種最為簡(jiǎn)單最為方便的方法，特別是對(duì)于在系統(tǒng)中對(duì)于控制器成本要求比較高的環(huán)境中，這也可以很大程度上節(jié)約成本。當(dāng)通過(guò)外部中斷控制定時(shí)器開(kāi)啟時(shí)，定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)計(jì)數(shù)，一直等到另外一個(gè)中斷來(lái)停止計(jì)數(shù)器，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，定時(shí)向上累加的值便是兩個(gè)下降沿的時(shí)間差，由于系統(tǒng)的時(shí)鐘是沒(méi)1us計(jì)數(shù)一次，便可以方便的計(jì)算出系統(tǒng)的兩個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的相位差。計(jì)數(shù)最大值為65535。中斷程序流程圖如圖16所示。該中斷程序包括兩個(gè)外部中斷，以及定時(shí)器1工作在定時(shí)模式，用于計(jì)量功率因數(shù)角度。圖15系統(tǒng)主程序流程圖用戶(hù)設(shè)置完成后，開(kāi)啟中斷，實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的功率因數(shù)角以及電壓電流的信號(hào)，當(dāng)功率因數(shù)不滿(mǎn)足要求的時(shí)候，開(kāi)啟系統(tǒng)電容投切程序，當(dāng)滿(mǎn)足要求后，將補(bǔ)償前的功率因數(shù)角存入到存儲(chǔ)器中，并且實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的電壓值電流值以及功率因數(shù)角。同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的功率因數(shù)。將定時(shí)器的定時(shí)值配置好，初始化完成后，開(kāi)啟中斷。系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后首先進(jìn)行初始化,包括定時(shí)器,中斷,ADC，存儲(chǔ)器以及液晶顯示器的初始化。同時(shí)對(duì)于電容投切理論以及程序設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。其中主程序主要完成電容的投切，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及顯示，中斷程序?yàn)閮蓚€(gè)外部中斷，分別用于A(yíng)DC0832測(cè)量系統(tǒng)的電壓以及電流，最主要的是測(cè)量電壓信號(hào)和電流信號(hào)的相位差。但在使用和維護(hù)C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序時(shí)，就不會(huì)遇到這樣的困擾，這時(shí)候C語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)就大大的體現(xiàn)出來(lái)了。另外，C語(yǔ)言還有效率高的，可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。其次，它豐富的運(yùn)算和數(shù)據(jù)類(lèi)型，便于實(shí)現(xiàn)各類(lèi)復(fù)雜的數(shù)據(jù)解耦。在這個(gè)軟件中，我們可以用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，生成HEX文件用在其他的仿真軟件中進(jìn)行仿真。 在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的目標(biāo)是對(duì)于220V交流電的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)，由于系統(tǒng)要計(jì)算電容的補(bǔ)償量，需要對(duì)系統(tǒng)的各種阻抗分析，所以這個(gè)輔助電源最好不能接到電網(wǎng)中，接到電網(wǎng)中將給電網(wǎng)帶來(lái)很大的不確定因素，導(dǎo)致不能定量的分析，但是當(dāng)系統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)完成后，可以將這個(gè)輔助電源上掛到系統(tǒng)中。圖14 系統(tǒng)電源電路 如圖14所示，電路圖的原理如下，220V交流電經(jīng)過(guò)線(xiàn)性變壓器T1變壓后轉(zhuǎn)換成一個(gè)峰值比較小的交流信號(hào)，通過(guò)整流橋后，交流小信號(hào)變換成一個(gè)脈動(dòng)的直流信號(hào)，經(jīng)過(guò)后級(jí)的電容C14和C11的濾波，信號(hào)變換成一個(gè)脈動(dòng)很小的直流信號(hào)，通過(guò)5V的穩(wěn)壓器構(gòu)成的穩(wěn)壓電路后，輸出5V的直流電壓，后級(jí)接兩個(gè)電容用于穩(wěn)壓以及減少輸出電壓的的脈動(dòng)。所接電源為220V交流市電。本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)供電電源為5V，由于運(yùn)放和外部存儲(chǔ)單元以及ADC電路都屬對(duì)電源的紋波要求較高，所以系統(tǒng)供電采用線(xiàn)性電源。圖13 無(wú)功補(bǔ)償電容投切電路及其控制電路電路圖 如圖13所示：無(wú)功補(bǔ)償電容投切電路由繼電器，三極管以及電容構(gòu)成，其工作原理如下，由三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器的通斷，從而控制電容是否投切到網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為HH的線(xiàn)路中，三極管截止，繼電器斷開(kāi)，電容不投切，三極管導(dǎo)通，繼電器閉合，電容投切到電路中。圖12 SSR固態(tài)繼電器及驅(qū)動(dòng)電路圖在本次設(shè)計(jì)中，使用的是PNP型的三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。本次設(shè)計(jì)中就選用SSR50DA固態(tài)繼電器作為電容投切的繼電器，通過(guò)使用單片機(jī)輸出電平信號(hào)來(lái)控制繼電器的通斷。而且為了實(shí)現(xiàn)這次設(shè)計(jì)，在單片機(jī)的輸出投切信號(hào)的端口要跟1個(gè)三極管相連，所以三極管和繼電器可以進(jìn)行同時(shí)的導(dǎo)通和斷開(kāi)。而SSR50DA固態(tài)繼電器為雙向可控硅輸出，零電壓開(kāi)啟，零電流關(guān)斷；輸入回路與輸出回路之間有光電隔離很好的保證了抗干擾性。通過(guò)計(jì)算功率因數(shù)，把計(jì)算出來(lái)的數(shù)字和我們?cè)瓉?lái)設(shè)定好的數(shù)字比較下，根據(jù)比較的結(jié)果，送到單片機(jī)里面，讓單片機(jī)自己運(yùn)行需要幾組電容器。 電容投切原理根據(jù)設(shè)計(jì)的要求每次投切都需保證功率因素cos∮，所以此裝置設(shè)計(jì)了幾乎每種可能的需要無(wú)功補(bǔ)償?shù)那闆r。在本次電路中，將單片機(jī)的P36和P37分別用來(lái)讀寫(xiě)FM24C64，可以充分利用單片機(jī)資源，先使用I2C協(xié)議將此款存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)函數(shù)寫(xiě)出來(lái)，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)的時(shí)候，調(diào)用寫(xiě)命令，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到指定的存儲(chǔ)單元，當(dāng)要讀存儲(chǔ)器的數(shù)值的時(shí)候，調(diào)用讀命令將對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元的數(shù)值賦給一個(gè)變量即可，另外在本設(shè)計(jì)中使用此款存儲(chǔ)電路用來(lái)存儲(chǔ)前一次的功率因數(shù)，并且在數(shù)據(jù)顯示的過(guò)程中，將存儲(chǔ)的功率因數(shù)顯示到屏幕中去。圖10 控制器最小系統(tǒng) 存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)本次電路中使用64位非遺失性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器，它是一種串行非易失性記憶體，它的邏輯結(jié)構(gòu)為8192*8位，接口為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的兩線(xiàn)接口，與串行EEPROM的功能操作相似，不同之處在于鐵電存儲(chǔ)器比EEPROM寫(xiě)的速度快的多，無(wú)延時(shí),如圖11所示。以保證單片機(jī)輸出1時(shí)，液晶數(shù)據(jù)口接收到的信號(hào)為高電平。由于51單片機(jī)設(shè)計(jì)者為了滿(mǎn)足多電平的兼容性。加上現(xiàn)在液晶成本低廉，在本設(shè)計(jì)中是一個(gè)很好的選擇。由于液晶顯示以及程序設(shè)計(jì)靈活，可以省去數(shù)碼管顯示的繁瑣操作。LCD液晶接口電路如圖10右所示。電壓電流的信號(hào)通過(guò)過(guò)零比較電路后，直接送到單片機(jī)的INT0和INT1口。形成晶體諧振電路為單片機(jī)提供一個(gè)12MHz的穩(wěn)定的時(shí)鐘源。電路中為了計(jì)時(shí)方便計(jì)算，本設(shè)計(jì)的晶振選用12MHz無(wú)源外部晶振。又C1,S3，R10組成復(fù)位電路，由數(shù)據(jù)手冊(cè)知51單片機(jī)為高電平復(fù)位，單片機(jī)上電時(shí)，電容C1和R10組成的RC電路中電容緩慢充電，使RST端保持一個(gè)幾個(gè)微秒的高電平，使單片機(jī)上電復(fù)位，當(dāng)電容C1充滿(mǎn)電后RST腳電平通過(guò)下拉電阻將電平拉低為零，單片機(jī)開(kāi)始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，復(fù)位完成。 在當(dāng)前，我們所知道的的大多數(shù)液晶顯示器都是根據(jù)HD44780來(lái)設(shè)計(jì)的，雖然型號(hào)可能不相同，但是大多數(shù)的運(yùn)行原理是相同的，所以這些顯示器的控制程序都可以用那控制44780的程序。很多個(gè)5x1之類(lèi)的點(diǎn)陣位構(gòu)成了1602，而每一個(gè)要顯示的東西都能被這些點(diǎn)陣位顯示出來(lái)，而且這些位里面無(wú)論是橫著的位還是豎之間的位都有一定的距離，這樣就有了了字符之間的行間距的用處，但是也正因?yàn)槭沁@樣的，所以顯示出來(lái)的圖形的效果就不是很好了（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。字符型液晶又是LCD1602的另一個(gè)稱(chēng)呼，如圖8所示。所以由上面可以知道，在我們進(jìn)行程序仿真的時(shí)候，為了防止上一次的仿真對(duì)本次的仿真造成影響，在一開(kāi)始時(shí)我們就要對(duì)Timer里面所有的寄存器進(jìn)行初始化，這樣我們才能確定Timer的運(yùn)行狀態(tài)和T1和T0的動(dòng)作。51單片機(jī)內(nèi)部的Timer/counter兩個(gè)結(jié)構(gòu)是相似的，TL0和TH0兩個(gè)功能相反的寄存器構(gòu)成了Timer的其中一個(gè)對(duì)應(yīng)的寄存器T0，同樣的是TL1和TH1這兩個(gè)功能相反的寄存器就組成了Timer的另外一個(gè)寄存器T1。 定時(shí)器 在單片機(jī)的定時(shí)器里面有兩個(gè)十六位的Timer/counter，在它們里面有些特殊的寄存器，用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，它們都是可以被編程的，所以，我們可以通過(guò)編程用來(lái)控制這些寄存器，這樣就可以讓單片機(jī)工作在我們想要的狀態(tài)。 在本設(shè)計(jì)中我們就可以運(yùn)用到外部中斷，因?yàn)橥獠恐袛嗍峭獠吭O(shè)備發(fā)出的，比如：Timer發(fā)出的中斷信號(hào)等。而中斷源就是我們對(duì)于引起中斷或者發(fā)出中斷的這一類(lèi)來(lái)源的稱(chēng)呼。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用STC89C52的外部中斷和定時(shí)器中斷等片上自帶的外部資源 中斷系統(tǒng) 一個(gè)外部的突發(fā)情況進(jìn)入到處理器中，那么處理器就會(huì)中斷，這是一個(gè)對(duì)處理器很重要的一個(gè)技術(shù)。 根據(jù)上面的介紹，我們知道，單片機(jī)有