【正文】 智能電器監(jiān)控單元的電磁兼容性設(shè)計(jì)智能監(jiān)控單元與開關(guān)電器或開關(guān)柜集成一體，在高電壓、大電流及開關(guān)電器分合閘操作引起的強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下工作，分析干擾途徑，采用對(duì)應(yīng)措施，提高監(jiān)控單元抗電磁干擾的能力，是保證智能電器可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。程序運(yùn)行到這個(gè)斷點(diǎn)后就自動(dòng)的停止下來，可以幫助我們分析程序。即最終結(jié)果正確還是錯(cuò)誤的，但如果程序有錯(cuò)，則難以確認(rèn)錯(cuò)誤出現(xiàn)在哪些程序。全速執(zhí)行：一行程序執(zhí)行完以后緊接著執(zhí)行下一條程序，中間不停止。單步執(zhí)行：每次執(zhí)行一行程序，執(zhí)行完該程序后即停止，等待命令執(zhí)行下一行程序。如面板、顯示、報(bào)警等。因?yàn)檫@樣RAM、ROM的各位均寫入過‘0’、‘1’代碼。然后，對(duì)擴(kuò)展的RAM、ROM進(jìn)行檢查調(diào)試。再檢查I/O地址分配器。硬件電路調(diào)試的一般順序是：檢查CPU的時(shí)鐘電路。通常的方法是,先編調(diào)試軟件，逐一檢查調(diào)試硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。b、仿真調(diào)試：暫時(shí)排除目標(biāo)板的CPU和EPROM，將樣機(jī)接上仿真機(jī)的40芯仿真插頭進(jìn)行調(diào)試,調(diào)試各部分接口電路是否滿足設(shè)計(jì)要求。調(diào)試的內(nèi)容主要包括下面幾個(gè)方面：a、脫機(jī)檢查：用萬能表逐步按照邏輯圖檢查機(jī)中各器件的電源及各引腳的連接是否正確，檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等故障。 一、硬件調(diào)試：根據(jù)設(shè)計(jì)的原理電路做好實(shí)驗(yàn)樣機(jī),便進(jìn)入硬件調(diào)試階段。反之，則說明未超限，消除超限標(biāo)志。三次比較完畢后，若無誤則再次進(jìn)入循環(huán)比較。通過對(duì)數(shù)據(jù)的收集處理，將輸入三相的電流與程序中設(shè)定的最大短路電流、最小短路電流、最大電流負(fù)荷進(jìn)行比較。該值為二進(jìn)制數(shù)，由于顯示的是十進(jìn)制數(shù)，所以要轉(zhuǎn)換為BCD碼。由于在內(nèi)存有效的是二位十六進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)為0～100H，顯然放大了100倍，因此即使P時(shí)要除以100即64H。 測(cè)功率子程序由于，當(dāng)測(cè)量完U、I及參數(shù)后，就無需測(cè)量功率P了。反之，還要繼續(xù)與更小量程檔（100檔）的滿度值進(jìn)行比較，直到采樣值大于下一檔的滿度值。將采樣進(jìn)行必要的計(jì)算后轉(zhuǎn)下檔量程（10檔）的滿度值進(jìn)行比較判別。顯然測(cè)得的點(diǎn)越多，結(jié)果越精確。 a b c d e 圖45 鍵盤中斷服務(wù)子程序及功能鍵程序流程圖a、R鍵功能程序流程圖 b、W鍵功能程序流程圖 c、數(shù)字鍵功能程序流程圖d、T鍵功能程序流程圖 e、鍵盤中斷服務(wù)子程序流程圖 各參數(shù)測(cè)量子程序 測(cè)電壓、電流子程序圖46 測(cè)電壓、電流程序流程圖電壓、電流測(cè)量方法為：在半個(gè)周期內(nèi)均勻的測(cè)取17個(gè)點(diǎn)，然后把在各點(diǎn)測(cè)得的值先平方，在求和，最后取平均值。鍵盤采用中斷掃描方式，即只有在有鍵按下時(shí)，才向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)掃描鍵盤，求得鍵值。如果屏幕上顯示的字符與所鍵入字符相同，則說明接收正確，按“Y”鍵，使單片機(jī)做好下一次接收準(zhǔn)備，若不同，則說明接收錯(cuò)誤，按“N”鍵，單片機(jī)收到該信息后，要求主機(jī)重新發(fā)送原來的數(shù)據(jù)，如果接收完畢，從PC機(jī)鍵盤上輸入“O”鍵，單片機(jī)收到該信息后，重置接收數(shù)據(jù)區(qū)首址，做好下次接收準(zhǔn)備。向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)主要由鍵盤中斷服務(wù)程序中的發(fā)送R鍵功能程序來完成，這里只是清發(fā)送中斷標(biāo)志TI，然后中斷返回。對(duì)于f、U、I三個(gè)參數(shù)來說，還要判斷其是否超限，若超限，則轉(zhuǎn)報(bào)警，報(bào)警消除后，重測(cè)該超限參數(shù)，若報(bào)警未消除，程序?qū)⑼Ｖ?，若沒超限，則將測(cè)量結(jié)果存入內(nèi)存，對(duì)于cosψ，P這兩個(gè)參數(shù)，則直接把測(cè)量結(jié)果存入內(nèi)存。圖42 主程序流程圖 主檢測(cè)子程序主檢測(cè)子程序功能是完成各參數(shù)的測(cè)量。顯示完畢，中斷時(shí)間到后，繼續(xù)檢測(cè)。表46是各子程序的名稱、代號(hào)及程序起始地址。表43 2FH單元的位尋址功能表位地址用途標(biāo)志78H輸入上限標(biāo)志79H輸入下限標(biāo)志7AH顯示頻率標(biāo)志7BH顯示功率因數(shù)標(biāo)志7CH電流X10檔標(biāo)志7DH電流X100檔標(biāo)志7EH測(cè)電流標(biāo)志7FH超限報(bào)警標(biāo)志表44為測(cè)量結(jié)果的具體存放表，除了功率因數(shù)外，其他存放的都是四個(gè)BCD碼，占兩個(gè)字節(jié)，存放順序?yàn)锳～C相，低位～高位功率因數(shù)存放的是2位，占一個(gè)字節(jié)。而56H～6FH送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的0100H開始單元。表42 內(nèi)存分配表地址范圍用 途20H～39H數(shù)據(jù)緩沖區(qū)3AH～58H存上下限值59H～6FH存測(cè)量結(jié)果70H～77H顯示緩沖區(qū)78H～7FH堆 棧 區(qū)因?yàn)镽AM中的數(shù)據(jù)會(huì)隨著系統(tǒng)掉電而丟失，所以每次測(cè)量完畢后，應(yīng)該把3AH～55H單元中的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，同理要把56H～6FH單元中的數(shù)據(jù)也送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。這其中的20H～2FH單元能進(jìn)行位尋址，考慮到程序設(shè)計(jì)中可能要設(shè)置判斷標(biāo)準(zhǔn)，所以應(yīng)留一個(gè)能進(jìn)行位尋址的單元，以便備用。8051內(nèi)有256字節(jié)RAM，其00H～7FH為RAM，80H～FFH為特殊功能寄存器區(qū)。表41模 塊所調(diào)用的子程序初始化模塊主程序，開機(jī)顯示子程序輸入、顯示上下限模塊延時(shí)子程序，鍵盤中斷服務(wù)子程序，顯示鍵入鍵號(hào)自程序，拼字字程序，16位二進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換子程序檢測(cè)模塊測(cè)量頻率、功率因數(shù)、功率、電壓及電流子程序按鍵選擇顯示及修改上下限模塊延時(shí)子程序，鍵盤中斷服務(wù)子程序，顯示鍵入鍵號(hào)自程序，拼字字程序，16位二進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換子程序，顯示測(cè)量結(jié)果子程序通訊模塊通訊中斷服務(wù)子程序及鍵盤中斷服務(wù)子程序程序設(shè)計(jì)開始前，先進(jìn)行內(nèi)存分配，以免發(fā)生沖突。在上述方案中，各模塊都是調(diào)用子程序來實(shí)現(xiàn)其功能的。（5） 通訊模塊：向主機(jī)發(fā)送檢測(cè)到的數(shù)據(jù)及接收從主機(jī)發(fā)送來的參數(shù)上下限值。（2） 輸入、顯示上下限模塊：輸入?yún)?shù)f、U、I上下限并顯示出入值。在有些設(shè)計(jì)中，也可采用匯編語言和C語言混合匯編，以提高編程的速度，但需要有開發(fā)商提供的專用的接口軟件。因此通常采用高效率程序設(shè)計(jì)語言，如匯編語言和針對(duì)實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)用的C語言等。此外，監(jiān)控單元物理結(jié)構(gòu)體積小，內(nèi)存容量有限，程序編制和數(shù)據(jù)存放都必須精心考慮。通信模塊是智能電器能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功錢的關(guān)鍵，用來完成現(xiàn)場(chǎng)智能電器與管理中心上位計(jì)算機(jī)之間各類信息交換。因此，與一般智能化的工業(yè)控制設(shè)備不同，智能電器監(jiān)控單元只輸出開關(guān)量。這是智能監(jiān)控單元的核心模塊，負(fù)責(zé)處理和分析現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參量，以及上級(jí)管理中心或現(xiàn)場(chǎng)操作人員給出的操作命令，模塊通常都要由中央處理器及必需的外圍電路元件組成。所以設(shè)計(jì)中只設(shè)計(jì)了電壓、電流報(bào)警，接口電路如圖317所示。當(dāng)某個(gè)參數(shù)超限時(shí)點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。當(dāng)故障排除后，又消除報(bào)警，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)報(bào)警電路。單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)從TXD腳發(fā)出，送入MAX232的11腳T1 IN，經(jīng)處理后從MAX232的14腳T1 OUT送出，送到J3的3腳T1 OUT。MAX232帶有兩路的收發(fā)器，有雙列直插和表面貼裝兩種封裝。在本設(shè)計(jì)中選用MAX232來實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。表37給出了這9根引腳的定義。一個(gè)完整的RS232C接口有22根線，采用一種標(biāo)準(zhǔn)的“D”型保護(hù)殼的25針插頭座。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)僅保證硬件兼容而沒有軟件兼容。鑒于8051單片機(jī)輸入，輸出電平為TTL電平，而PC機(jī)配置的是RS232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者電氣規(guī)范不一致，因此要完成PC機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，必須進(jìn)行接口擴(kuò)展。單片機(jī)系統(tǒng)必須把采集的數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)，以便進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。圖311 鍵盤、顯示接口電路表33 鍵號(hào)與鍵值及功能對(duì)應(yīng)關(guān)系表鍵 號(hào)對(duì)應(yīng)鍵值功 能鍵 號(hào)對(duì)應(yīng)鍵值功能0～90H～9H數(shù)字鍵 輸入數(shù)據(jù)P11H顯示功率A0AH選擇A相參數(shù)M12H輸入上限值B0BH選擇B相參數(shù)N13H輸入下限值C0CH選擇C相參數(shù)圖310 8279芯片引腳圖（3）8279與8051接口電路8279鍵盤顯示接口應(yīng)用電路如圖315所示，根據(jù)課題要求，設(shè)計(jì)一個(gè)38鍵盤即能滿足要求，顯示器為8位顯示器，為了增加信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，電路采用了2個(gè)驅(qū)動(dòng)器74LS244。 ④掃描類：掃描類引腳共4條，用于鍵盤、顯示器的掃描驅(qū)動(dòng)，可程序設(shè)定為編碼輸出（16中取1）或譯碼輸出（4中取1）。 ③與顯示器接口類：與顯示器接口相關(guān)的引腳包括A組顯示信號(hào)線OUTA0～OUTA3和B組顯示信號(hào)線OUTB0～OUTB3，兩組可獨(dú)立使用，也可組合使用；此外還有一條消隱信號(hào)線，用于數(shù)字切換時(shí)的顯示消隱。 （2）引腳功能說明 8279引腳按功能分類共有4種類型： ①與CPU接口的引腳類：與CPU接口的引腳包括數(shù)據(jù)總線D0～D系統(tǒng)時(shí)鐘CLK、復(fù)位線RESET、片選線、地址線A0、中斷請(qǐng)求線IRQ、讀寫控制線、及電源地線，共17條。顯示部分能分別對(duì)發(fā)光二極管、熒光數(shù)碼管及其他顯示器件提供按掃描方式工作的顯示接口，最多可支持16位的數(shù)碼或字符顯示。 （1）8279簡(jiǎn)介INTEL8279是一種通用可編程的鍵盤、顯示器接口芯片，它能完成鍵盤輸入和數(shù)碼顯示控制兩種接口功能。 鍵盤、顯示接口電路鍵盤、顯示接口電路采用INTEL8279作為接口芯片。圖39 ADC0809與8051的接口在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，如果采用軟件延時(shí)法，則ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC輸出端可懸空；如果采用查詢法，EOC需接8051的I/O口。由于ADC0809片內(nèi)無時(shí)鐘，可利用8051的ALE信號(hào)經(jīng)D觸發(fā)器2分頻后，提供給ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)CLK端，ALE信號(hào)頻率為8051時(shí)鐘頻率的1/6，若8051時(shí)鐘頻率為6MHz，則ALE腳的輸出頻率為1MHz，在2分頻后，ADC0809的時(shí)鐘頻率為500kHz，恰好符合ADC0809對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。 ADC0809與單片機(jī)的接口電路 ADC0809芯片內(nèi)含三態(tài)輸出緩沖器，且片外有三態(tài)緩沖器控制端OE，它的輸出端可以直接接到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線上，只需要解決通道選擇、啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和輸出允許的控制信號(hào)即可。 （3）A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC=1，可利用這一信號(hào)向CPU請(qǐng)求中斷，或在查詢方式下待CPU查詢EOC信號(hào)為“1”后進(jìn)行讀數(shù)服務(wù)。 操作過程 ADC0809操作過程如下： （1）首先通過ALE和ADDA、ADDB、ADDC地址信號(hào)線把欲選通的模擬量輸入通道地址輸送入ADC0809并鎖存。 ：數(shù)字量輸出。Vcc：電源，單一+5V。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHz。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出端，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入端，產(chǎn)生一個(gè)正脈沖以鎖存地址。OUT1～OUT8：8位數(shù)字量輸出端。 芯片引腳功能ADC0809采用28管腳雙列直插式封裝，引腳布置如圖312所示。7）低功耗，約15mW。5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640KHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500KHz時(shí)）。其功能特點(diǎn)如下：1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 ADC0809的功能特點(diǎn)ADC0809為逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，具有8個(gè)模擬量輸入通道。1/2LSB，而ADC0809的最大不可調(diào)誤差為177。 ADC0809簡(jiǎn)要介紹ADC0808與ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部管腳完全相同，但精度不同。在模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由于電子技術(shù)的發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器，采樣數(shù)據(jù)可以有以下四種形式：逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器和電壓頻率轉(zhuǎn)換器（VFC），基于PWM（脈沖寬度測(cè)量）數(shù)據(jù)采集單元和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中采樣/保持電路的應(yīng)用如圖310所示圖36 采樣保持電路 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路是數(shù)據(jù)采樣的實(shí)現(xiàn)。18V，撲捉時(shí)間小于10μs，其基本組成電路其工作原理：當(dāng)控制信號(hào)為高電平，模擬開關(guān)K閉合，輸入信號(hào)通過放大器A1向電容C充電，可經(jīng)放大器A2輸出，此時(shí)為采樣階段。在采樣/保持電路中采樣/保持器采用美國MAXIM公司生產(chǎn)的LF398芯片，LF398采樣/保持器，工作電源電壓范圍從177。當(dāng)輸入信號(hào)頻率較高時(shí)，會(huì)造成較大的轉(zhuǎn)換誤差。圖35 過零比較電路圖示電路中，當(dāng)Us≥0時(shí),Is＞0,Uo=Uom 當(dāng)Us≤0時(shí),Is＜0,Uo=UomR1=Rp=100k,LM311為單比較器,D1,D2的作用為::當(dāng)運(yùn)算放大器的共模輸入信號(hào)電壓過大時(shí),當(dāng)運(yùn)算放大器受到強(qiáng)的干擾信號(hào)時(shí),共模信號(hào)過大,產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象,自鎖產(chǎn)生時(shí),也會(huì)損壞運(yùn)放器件,因此,要加限幅保護(hù)。圖35 CD4052與8051的接口電路 過零比較電路測(cè)頻率幾功率因數(shù)時(shí)，為了把正弦信號(hào)變成脈沖信號(hào)。如果是4路模擬輸入信號(hào)，經(jīng)過CD4052選擇后，從CD4052的X、Y口輸出到模擬信號(hào)處理塊。芯片功能其真值表如表32所示。開關(guān)接通哪一通道，有輸入的2位地址碼AB來決定。這里選用CD4052實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)的輸入。它采集計(jì)算并向遠(yuǎn)方發(fā)送線電壓；采集計(jì)算并向遠(yuǎn)方發(fā)送相電流、。如果UTRIP的脈沖過窄,UTH電壓達(dá)不到2/3VCC,則UOUT不會(huì)觸發(fā),因此通過該電路可以消除前級(jí)比較器出現(xiàn)的干擾問題。如果UTRIP低脈沖保持一定的寬度,UTH隨著電容充電上升并達(dá)到2/3VCC,則UQ輸出低電平,觸發(fā)其后由個(gè)555器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路,UOUT輸出一個(gè)一定寬度的脈沖。在正常情況下