【正文】 矩陣形式。這樣，一個端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵，比直接將端口用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也要復雜一些，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。當按下鍵盤時，改變了開關(guān)的位置，但是一旦放開就會回到原來的位置。由于AVR系列單片機內(nèi)帶上拉電阻故省去上拉電阻。采用上電復位方式，在RST復位端接一個電阻R2至VCC和一個電容C3至GND(地)，就能實現(xiàn)上電自動復位。只要保持RST引腳為高電平時間足夠長，就可使CPU復位。10MHz時，約lms；1MHz時，約l0ms。下圖為鍵盤電路以及復位電路與單片機的連接電路，~。 電壓互感器和電流互感器由于系統(tǒng)的電壓電流都比較大，單片機很難直接采集，所以要利用電壓互感器和電流互感器。在線路上接入電流互感器變電流，可以把線路上大大小小的電流，按不同的比例，統(tǒng)一變成大小相近的電流。系統(tǒng)采用電壓互感器SPT204A和電流互感器SCT205B對電壓電流進行采集，然后通過AD轉(zhuǎn)換器MAX197輸入AT89C51單片機，單片機再根據(jù)編程對數(shù)據(jù)進行分析，并做出相應的控制。SCT205B實際上是一款毫安級精密電流互感器，輸入額定電流為5A，額定輸入電壓5V~1000V，輸出電流5mA。SPT204A、： SPT204A應用電路 SCT205B應用電路 A/D轉(zhuǎn)換電路由于AT89C51單片機不能識別模擬信號，所以必須用A/D轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，該系統(tǒng)采用的A/D轉(zhuǎn)換器為MAX197芯片，它是美國MAXIM公司近年的新產(chǎn)品，是多量程(177。5V，0～10V，0～5V)、8通道、12位高精度的A/D轉(zhuǎn)換器。三態(tài)數(shù)據(jù)I／O口用做8位數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線的時序與絕大多數(shù)通用的微處理器兼容。新型A／D轉(zhuǎn)換器芯片MAX197與一般A/D轉(zhuǎn)換器芯片相比，具有極好的性能價格比，僅需單一＋5V供電，且外圍電路簡單，可簡化電路設(shè)計MAX197無需外接元器件就可獨立完成A/D轉(zhuǎn)換功能。在內(nèi)部采樣控制模式(控制位置0)中，由寫脈沖啟動采樣間隔，經(jīng)過瞬間的采樣間隔(芯片時鐘為2MHz時，為3ms)，即開始A/D轉(zhuǎn)換。它可分為內(nèi)部采樣模式和外部采樣模式，采樣模式由控制寄存器的D5位決定。在外部采樣模式(D5=1)中，由兩個寫脈沖分別控制采樣和A/D轉(zhuǎn)換。在第二個寫脈沖出現(xiàn)時，寫入控制字ACQMOD為0，MAX197停止采樣，開始A/D轉(zhuǎn)換。當一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，MAX197相應的INT引腳置低電平，通知處理器可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。對于模擬到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，時序要求非常嚴格，由于MAX197的數(shù)字信號輸出引腳是復用的，要正確讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果，時序要求尤其重要。然后按照一定的時序進行采樣和轉(zhuǎn)換。： MAX197引腳功能表引腳符號功 能1CLK時鐘輸入。2片選信號，低電平有效。4讀信號5HBEN用來傳輸12位轉(zhuǎn)換結(jié)果6停止端7~10D7~D4三態(tài)數(shù)字I/O口11D3/D11三態(tài)數(shù)字I/O口，D3輸出HBEN低，D11輸出HBEN高12D2/D10三態(tài)數(shù)字I/O口， D2輸出HBEN低，D10輸出HBEN高13D1/D9三態(tài)數(shù)字I/O口， D1輸出HBEN低，D9輸出HBEN高14D0/D8三態(tài)數(shù)字I/O口，D0輸出HBEN低，D8輸出HBEN高15AGND模擬地16~23CH0~CH7模擬輸入通道24當轉(zhuǎn)換結(jié)束和準備輸出數(shù)據(jù)時，為低25REFAD外調(diào)節(jié)引腳28REF參考緩沖輸出27VDD正電源電壓輸入端28DGND數(shù)字地~~D7相連，既用于輸入MAX197的初始化控制字，也用于讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。選擇MAX197為軟件設(shè)置低功耗工作方式，所以置SHDN腳為高電平。：、電流采集電路圖 交流信號的計算電力系統(tǒng)中，常需測量電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率等電力參數(shù)。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，人們可借助于微機將這些量在同一臺測量裝置中通過對電壓、電流的采樣及處理后再將這些參數(shù)全部顯示出來給測量者提供了很大方便。MAX197采集的信號只是一個時刻的信號，并不是有效值，所以還需要通過計算得到交流電流電壓的有效值。 同步采樣法是指信號周期為T，采樣間隔，采樣點數(shù)N嚴格滿足。設(shè)交流電壓信號 u=Usin（ωt+φ） (31)其有效值可定義為 (32)將該有效值公式離散化，以一個周期內(nèi)等間隔采樣有限個電壓數(shù)字量來代替一個周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓函數(shù)值，則 (33)式中為第n個電壓采樣的瞬時值、N為一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)。因為無功功率Q和有功功率P僅在電壓和電流相位差，所以無功功率可寫成 (37)式中 表示第 次的電流采樣值(移相后的采樣值)，當 大于N時， 取 。 直流電源監(jiān)測直流電源作為變電站的重要組成部分，必須實時對其進行監(jiān)測，確保其工作在穩(wěn)定的狀態(tài)。CON2端子的2引腳接蓄電池組的正負極，RHZL1+和RHZL1是10KΩ的電阻，MAX197的輸入電壓為5V，則根據(jù)公式38 (38)計算得RHZH1的電阻值為430KΩ。 蓄電池組總電壓測量電路當蓄電池組的電壓為220V時，HZ端輸出的電壓為5V，當蓄電池組的電壓低于220V時，HZ端輸出的電壓小于5V。 蓄電池單節(jié)巡檢電路該系統(tǒng)的具有單節(jié)蓄電池定時巡檢功能，采用時鐘芯片一個DS1302，單片機時時讀入當前時間，如果是定時巡檢時間（自定，默認為10:00 AM），則對蓄電池組進行單節(jié)電池巡檢。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。各引腳的功能為： （1）Vcc1：主電源；（2）Vcc2：備份電源。 （3）SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； （4）I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線； （5）CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。（6）XX2：。DS1302工作時為了對任何數(shù)據(jù)傳送進行初始化，需要將復位腳（RST）置為高電平且將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8（8位地址+8位數(shù)據(jù)），在多字節(jié)方式下為8加最多可達248的數(shù)據(jù)。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。當Vcc2大于Vcc1+，Vcc2給DS1302供電。X1和X2是振蕩源。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。DS1302在該系統(tǒng)中與單片機的連接電路如下圖所示，DS1302的SCLK端、I/、。18節(jié)電池組引出19個外接線，連接到一個20引腳的端子排。INH是禁止端，當“INH”=1時，各通道均不接通。此外，CD4051還設(shè)有另外一個電源端VEE，以作為電平位移時使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 CMOS電路所提供的數(shù)字信號能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰－峰值達15V的交流信號。，用一片74HC138進行片選，74HC138的A、B、C分別接單片機的P1P1P15，Y0、YY2分別接3個CD4051的INH引腳，當ABC為000時，選中第一個CD4051：當ABC為001時，選中第二個CD4051：當ABC為010時，選中第三個CD4051。對于單節(jié)蓄電池電壓的測量同樣采用分壓的方式測量，由公式38，求得RHZH2：RHZL2=7:5，RHZH2取14KΩ，RHZL2取10KΩ。對18節(jié)蓄電池一共引出19個引腳DC1~DC19，連接在一個20引腳的端子排上，每兩個引腳間的電壓就是對應蓄電池的電壓。 報警電路為了方便變電站工作人員能在第一時間收到異常通知，本系統(tǒng)采用了蜂鳴器報警，由于自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動的，不需要利用交流信號進行驅(qū)動，只需對驅(qū)動口輸出驅(qū)動電平并通過三極管放大驅(qū)動電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，很簡單。由于驅(qū)動的信號剛好為周期500μs，占空比為1/2duty 的方波，只需要每250μs 進行一次電平翻轉(zhuǎn)，就可以得到驅(qū)動蜂鳴器的方波信號。當需要I/O 口驅(qū)動的蜂鳴器鳴叫時，只需要在進入TIMER0 中斷的時候?qū)υ?I/O 口的電平進行翻轉(zhuǎn)一次，直到蜂鳴器不需要鳴叫的時候，將I/O 口的電平設(shè)置為低電平即可。本系統(tǒng)采用I/O口驅(qū)動，利用I/O 定時翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動波形的方式會比較麻煩一點，必須利用定時器來做定時，通過定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個波形就可以用來驅(qū)動蜂鳴器了。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，所以單片機的I/O 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中。內(nèi)含復位電路提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能，具有字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM，內(nèi)建有192個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM、8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。15腳背光正極，16腳背光負極。（說明1為高電平，0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H，光標復位到地址00H位置 指令2：光標復位，光標返回到地址00H 指令3：光標和顯示位置設(shè)置I/D，光標移動方向，高電平右移，低電平左移，S：屏幕上所有文字是否左移或右移，高電平表示有效，低電平表示無效。D：控制整體的顯示開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示。 指令5：光標或顯示移位 S/C ：高電平時顯示移動的文字，低電平時移動光標 指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時為雙行顯示，F(xiàn)：低電平時顯示5X7的點陣字符，高電平時顯示5X10的顯示字符。 指令8：DDRAM地址設(shè)置。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖1058所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。本文設(shè)計的系統(tǒng)中LCD1602的RS、R/W、D0~~。DC/DC轉(zhuǎn)換器分為三類：升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器、降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器以及升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PWM/PFM轉(zhuǎn)換型小負載時實行PFM控制，且在重負載時自動轉(zhuǎn)換到PWM控制。在電路類型分類上屬于斬波電路。當輸出電壓減小并低于基準電壓，比較器輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)并觸發(fā)振蕩電路開始工作。反之則MOS管將被截止。按這樣的方法，即可控制輸出電壓。電源模塊還有以下多個優(yōu)點： 每一模塊可以分別加以嚴格測試，以確保其高度可靠，其中包括通電 測試，以便剔除不合規(guī)格的產(chǎn)品。 不同的供應商可以按照現(xiàn)有的技術(shù)標準設(shè)計同一大小的模塊，為設(shè)計電源供應器的工程師提供多種不同的選擇。本文設(shè)計的系統(tǒng)是利用降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器DC24D12和DC24S05，將24V直流電源分別轉(zhuǎn)換為+5V和。 DC/DC電源電路 蓄電池組充電電路直流電源是變電站系統(tǒng)的重要組成部分，當蓄電池組的電壓過低時，要及時對其進行充電。通過多個通訊口與電源模塊、絕緣接地監(jiān)測裝置、電池檢測裝置、智能放電裝置和配電監(jiān)控單元等下級設(shè)備通訊，完成直流電源系統(tǒng)各種運行數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)的收集，進行處理并加以顯示；根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的各種參數(shù)進行報警、故障處理、歷史數(shù)據(jù)管理；實現(xiàn)對直流電源系統(tǒng)及蓄電池的智能化全自動管理。由于單片機輸出信號最高電壓為5V，未能達到IRFS254的開啟