【正文】 于三相三線和三相四線制。此外還提到了單片機與計量芯片ATT7026的通訊接口，這一部分會在以后章節(jié)詳細介紹。 小節(jié) 本章首先通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖簡單明了地介紹了變壓器智能保護系統(tǒng)工作原理，并按照任務書的相關(guān)要求畫出系統(tǒng)流程圖。當電容兩端的電壓達到電源電壓時，電容充電電流為零，電容相當于開路，RST端降為低電平，單片機開始正常工作。RST保持兩個機器周期以上的高電平時自動復位。利用P1口與電量計量芯片的SPI通訊接口相連，實現(xiàn)通訊。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）； XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端； XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間； ALE/PROG：地址鎖存允許/編程脈沖信號端。除了P1口外P0、PP3口都還有其他的功能。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。P3口除了作為普通I/O口，還有第二功能： RXD（串行輸入口）； TXD（串行輸出口）； （外部中斷0）； （外部中斷1）； T0（T0定時器的外部計數(shù)輸入）； T1（T1定時器的外部計數(shù)輸入）； （外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通）； （外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通）。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收； P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高；圖13 PDIP封裝的AT89S51管腳圖 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。 當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。167。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。AT89S51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 AT89S51單片機簡介167。若油溫和電流都符合要求時，則顯示數(shù)據(jù)即可；若在1min內(nèi)連續(xù)切閘三次，就會永久切閘。系統(tǒng)軟件總體設計流程圖如圖12所示，啟動單片機后，首先對電流和油溫進行檢測。（4）數(shù)據(jù)存儲功能。這時如果負載電流又達到切閘條件（油溫高于80℃），又要切閘，系統(tǒng)在1分鐘內(nèi)如果出現(xiàn)三次重合閘就會永久切閘，等待人工處理。（3）自動重合閘功能。（2）油溫監(jiān)控功能?？傮w設計工作如下：（1）過負荷保護功能。溫度檢測模塊用于實時檢測變壓器的油溫，在油溫異常時及時切閘，保護變壓器。報警電路模塊是在當采集的電壓、電流和油溫異常時，及時報警并單片機作出切閘命令。這些采集的數(shù)據(jù)通過SPI接口送到單片機內(nèi)進行數(shù)據(jù)分析與計算處理；單片機根據(jù)系統(tǒng)的要求，一方面將計算、處理與統(tǒng)計的數(shù)據(jù)進行存儲以備查詢或下次調(diào)用；另一方面，根據(jù)數(shù)據(jù)采集與處理的結(jié)果實時地對補償功率因數(shù)，或輸出控制信號。圖11 變壓器智能保護模塊組成框圖互感器及其它電流、電壓檢測電路實時地采集變壓器的輸出的三相電壓、三相電流，然后將這些數(shù)據(jù)傳送給電量計量模塊。 系統(tǒng)工作原理變壓器智能保護系統(tǒng)中主要包括基于AT89S51單片機的主控模塊，電量計量模塊,切閘驅(qū)動輸入模塊，報警電路模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊，顯示時鐘模塊，鍵盤輸入電路模塊，溫度檢測模塊，實時時鐘模塊。變壓器運行過程的工作參數(shù):1).設計能夠?qū)崟r檢測變壓器電量信息的電量計量電路，要求設計的硬件電路簡單可靠，人機界面友好，可操作性高；2).設計智能保護模塊的電原理圖。通過軟硬件設計構(gòu)成對供電系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，可以防止變壓器因為過流、過壓而出現(xiàn)故障。由于在農(nóng)村或是邊遠地區(qū)的配電網(wǎng)中，配電變壓器數(shù)量眾多，分散性大，保護措施不完善等，變壓器運行中容易出現(xiàn)很多問題，而目前很少有專門針對中小型配電系統(tǒng)的故障檢測和保護等保護裝置，本設計就是針對這樣的問題建立的。大多數(shù)智能變壓器僅是針對大型配電系統(tǒng)設計的，成本較高。作為變壓器保護系統(tǒng)中很重要的一部分——電量計量模塊，在國內(nèi)外有很多產(chǎn)品用于電量檢測。工作電流、工作電壓和變壓器油溫是決定中小型變壓器是否安全運行的三個主要參數(shù)，對這三個參數(shù)進行實時監(jiān)控對于保證變壓器的安全運行具有很重要的作用。相對于大型輸電變壓器而言，中小型配電變壓器由于安裝分散，工作環(huán)境相對惡劣，因此在此類變壓器的運行過程中特別是用電高峰時容易出現(xiàn)過負荷、欠壓和變壓器過熱等危及變壓器安全運行的問題，如何以一種經(jīng)濟穩(wěn)定的方式實現(xiàn)對中小型配電變壓器的集中監(jiān)控是一個亟待解決的問題。配電變壓器分布在各類企業(yè)、小區(qū)及城鎮(zhèn)的大街小巷，由于通信的困難，用常規(guī)的自動化檢測手段難于實現(xiàn)大量的配電變壓器實時保護。據(jù)統(tǒng)計連接在電網(wǎng)中的變壓器總?cè)萘考s為發(fā)電設備總裝機容量的8～9倍，因此配電變壓器的安全可靠決定了配電網(wǎng)安全可靠地運行。 系統(tǒng)接地的抗干擾設計 37167。 傳輸通道抗干擾設計 36167。 系統(tǒng)原理圖 34167。 小結(jié) 33第4章 系統(tǒng)原理圖設計 34167。 SPI讀操作 29167。 參數(shù)計算 27167。 軟件校表設計 26167。 +5V電壓設計 23167。 電流互感器 21167。 互感器電路設計 20167。 相關(guān)數(shù)值的測量 16167。 應用示意圖 14167。 芯片引腳定義 11167。 電量計量芯片ATT7026介紹 10167。 管腳定義 6167。 AT89S51單片機簡介 5167。美居樂變壓器智能保護電量計量模塊的軟硬件設計畢業(yè)論文前　言 1第1章 變壓器智能保護系統(tǒng) 3167。 系統(tǒng)工作原理 3167。 特性簡介 5167。 小節(jié) 9第2章 電量計量模塊硬件設計 10167。 功能簡介 10167。 內(nèi)部框圖介紹 13167。 系統(tǒng)復位 15167。 接口模塊 19167。 電壓互感器 20167。 復位電路 22167。 小結(jié) 24第3章 電量計量軟件模塊的設計 26167。 寄存器定義 26167。 SPI通信軟件設計 29167。 SPI寫操作 31167。 硬件電路圖設計 34167。 硬件抗干擾設計 36167。 供電系統(tǒng)抗干擾設計 36167。 小節(jié) 37結(jié)　論 38參考文獻 39致　謝 40 前　言隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，我國的電力事業(yè)迅速發(fā)展，電網(wǎng)不斷擴大，用戶對供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也越來越高，這就要求電力供應部門提供安全、經(jīng)濟、可靠和高質(zhì)量的電力。 對配電變壓器的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，以達到對變壓器安全、有效的保護是十分必要的。如今，國內(nèi)外越來越多的生產(chǎn)廠家不斷的推出各種的配電系統(tǒng)的保護裝置，但是大多數(shù)是針對大型配電系統(tǒng)所設計的，而對于農(nóng)村或是邊遠地區(qū)相配套的中小型配電裝置的產(chǎn)品卻是不多。當變壓器發(fā)生故障或異常運行時，配電保護裝置可以自動讀取在線電量數(shù)據(jù)，為用戶提供自動化的用電信息，迅速查出異常情況，降低勞動強度，在減少人力介入的情況下完成大量重復性的工作。本文針對中小型配電變壓器的集中監(jiān)控具有重要的工程應用價值。比如可方便地測量三相四線制電力線路的各類電參數(shù)的AC86型高精度智能電量綜合檢測儀能同時替代電流、電壓、頻率、功率、 功率因數(shù)、電量等多種電參量傳感器；可用于手機、數(shù)碼相機、MP3等手持設備的LM3658和DS278電量計量模塊；基于DSP的工頻電量測試儀，以TMS320VC33DSP為核心，采用鉗形電流互感器輸入和電壓直接輸入，實現(xiàn)對了電壓，電流，功率，電網(wǎng)頻率，電網(wǎng)功率因數(shù)的測量；ZTVI 直流電量測試儀采用單片微處理器進行控制，可以測量直流電流、電壓及輸入功率，具有量程自動切換，測試范圍廣，測試精度高，使用方便；以嵌入式為核心的數(shù)字式智能多功能電量測量設備可實現(xiàn)對電壓、電流、有功功率和無功功率等電量的測量，大大減少設備的硬件投入，簡化電路，充分利用嵌入式系統(tǒng)強大的可編程功能，完成多參數(shù)電量測量和電網(wǎng)的監(jiān)控。而對于農(nóng)村或是邊遠地區(qū)相配套的中小型配電裝置的產(chǎn)品不多。針對中小型企業(yè)和邊遠地區(qū)的低壓配電系統(tǒng)的核心設備變壓器出現(xiàn)的問題，設計基于單片機的變壓器硬件保護電路。主要工作：設計能夠?qū)崟r檢測變壓器工況的各種電量數(shù)據(jù)的電壓、電流、功率等的電量檢測電路和電量檢測驅(qū)動軟件及校表軟件。第1章 變壓器智能保護系統(tǒng)167。具體如圖11所示。該模塊主要有專門的電量計量芯片組成，它負責測量各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量，同時還能測量各相電流有效值、電壓有效值、功率因子、相角和頻率等參數(shù)。 鍵盤與顯示電路模塊組成人機接口電路，用于終端的參數(shù)設置、數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)顯示及查詢等。切閘驅(qū)動電路模塊主要用于系統(tǒng)單片機緊急或特殊情況下的開關(guān)分合。變壓器智能保護系統(tǒng)采集的信號有電流、電壓、油溫和時間；手動輸入信號有手動合閘、手動切閘、故障查詢；控制器對輸入信號進行分析處理后產(chǎn)生的輸出信號有實時電流顯示、溫度顯示、故障顯示、報警、自動切閘、故障記錄和自動重合閘。就會啟動延時切閘流程，并且記錄過負荷時間和原因。實時檢測變壓器的工作油溫，報警溫度定為油溫80℃,達到100℃時切閘并記錄故障信息。切斷負載后計時15s，如果電流降到額定電流下，自動控制接觸器吸合，將負載接到變壓器。這種狀況說明負載一直處于過載狀態(tài)且沒有減小的趨勢。每次切閘要將故障狀態(tài)、過載電流及油溫等數(shù)據(jù)信息寫入數(shù)據(jù)存儲器中以備查閱。當油溫大于80℃時，報警電路進行報警，再次檢測油溫，若大于100℃時，直接進行切閘并記錄故障，若小于100℃則檢測電流；當油溫小于80℃時，檢測電流，根據(jù)反時限過流保護軟件進行報警，延時，切閘，同時記錄故障。單片機復位 檢測油溫T80℃ Y 報警 N電流Ii T100℃ N N Y 報警 Y 延時延時15秒切閘并記錄故障三次切閘時間到？ N Y永久切閘圖12 系統(tǒng)軟件總體設計167。 特性簡介MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；4k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲器；1000次擦寫周期；~；靜態(tài)工作模式：0Hz~33MHz；三級程序加密鎖；1288字節(jié)內(nèi)部RAM；32個可編程I/O口線；2個16位定時/計數(shù)器；6個中斷源；雙工串行UART通道；低功耗空閑和掉電模式；中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)；看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針；電標識和快速編程特性；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式）。同時，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。在F1ash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 管腳定義VCC：電源電壓輸入端；GND：電源地；P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號；P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。89C51的P0、PPP3口作為輸入時都是準雙向口。 RST：復位輸入端，高電平有效。當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。如果微處理器