51單片機(jī)智能低壓斷路器研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）創(chuàng)作誠信承諾書</p><p>　　1.本人鄭重承諾：所提交的畢業(yè)設(shè)計（論文），題目《 </p><p>　　》是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，沒有弄虛作假，沒有抄襲、剽竊別人的內(nèi)容； </p><p>　　2.畢業(yè)

2、設(shè)計（論文）所使用的相關(guān)資料、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等均真實可靠，文中所有引用的他人觀點(diǎn)、材料、數(shù)據(jù)、圖表均已標(biāo)注說明來源； </p><p>　　3. 畢業(yè)設(shè)計（論文）中無抄襲、剽竊或不正當(dāng)引用他人學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、思想和學(xué)術(shù)成果，偽造、篡改數(shù)據(jù)的情況； </p><p>　　4.本人已被告知并清楚：學(xué)校對畢業(yè)設(shè)計（論文）中的抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學(xué)術(shù)規(guī)范的行為將嚴(yán)肅處理，并可能導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計（論文）成績

3、不合格，無法正常畢業(yè)、取消學(xué)士學(xué)位資格或注銷并追回已發(fā)放的畢業(yè)證書、學(xué)士學(xué)位證書等嚴(yán)重后果； </p><p>　　5.若在省教育廳、學(xué)校組織的畢業(yè)設(shè)計（論文）檢查、評比中，被發(fā)現(xiàn)有抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學(xué)術(shù)規(guī)范的行為，本人愿意接受學(xué)校按有關(guān)規(guī)定給予的處理，并承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。 </p><p><b>　　學(xué)生（簽名）： </b></p><p

4、>　　日期： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 智能型低壓斷路器的研究意義1</p><p>　　1.2 低壓斷路器概述及智能化前景2</p><p&

5、gt;　　1.3 本設(shè)計的主要工作3</p><p>　　2 智能型低壓斷路器的方案設(shè)計4</p><p>　　2.1 智能型低壓斷路器的工作原理4</p><p>　　2.2 設(shè)計方案的選擇4</p><p>　　2.3 控制核心單片機(jī)的選用5</p><p>　　3 智能型低壓斷路器的模塊化設(shè)計7<

6、;/p><p>　　3.1 模擬信號采集模塊7</p><p>　　3.2 信號處理模塊8</p><p>　　3.3 單片機(jī)輸入輸出模塊10</p><p>　　3.4 故障保護(hù)11</p><p>　　3.5 電源設(shè)計12</p><p>　　3.6 串口通信14</p>

7、<p>　　4 智能型低壓斷路器的軟件設(shè)計15</p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計方案15</p><p>　　4.2 初始化程序16</p><p>　　4.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序18</p><p>　　4.4 LCD顯示子程序19</p><p>　　4.5 故障判斷子程序19<

8、;/p><p>　　4.6 中斷子程序19</p><p>　　5 仿真與調(diào)試21</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：22</b></p><p>　　智能型低壓斷路器研究</p><p>　　摘 要： 為了將低壓斷路器智能化，采用AT89C51單片機(jī)作為智能控制器。使用電壓和電流互感器采集

9、電壓及電流信號，經(jīng)過放大處理進(jìn)入ADC0808進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，單片機(jī)根據(jù)采集的數(shù)字信號進(jìn)行智能控制，在LCD液晶屏上顯示電壓及電流，當(dāng)檢測到的信號超出設(shè)定安全值，單片機(jī)將根據(jù)設(shè)定的時間決定是否動作，做出判斷后，驅(qū)動脫扣器，使斷路器斷開，并將故障原因顯示在液晶屏上，當(dāng)故障恢復(fù)時，單片機(jī)控制脫扣器讓斷路器閉合，整個電路恢復(fù)正常。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 低壓；斷路器；AT89C51；故障保護(hù)</p>

10、<p>　　Research on Intelligent Controller of Low-voltage Circuit Breaker</p><p>　　Student: Yangchao(Faculty Adviser: Lioushilin)</p><p>　　(College of mechanical and Electronic Engineering,

11、West Anhui University)</p><p>　　Abstract: In order to low-voltage circuit breaker intelligent, AT89C51 MCU is used as the intelligent controller. Voltage transformers and current transformers are collecting

12、signals of voltage and current. The signal into the ADC0808 conduct AD conversion after amplification. MCU is used to intelligently control based on signal of acquisition digital. Display of voltage and current in LCD s

13、creen. The MCU will according to the set time to decide whether the action when the detected signal excee</p><p>　　Keywords: low-voltage; circuit breaker; AT89C51; fault protection</p><p><b&

14、gt;　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 智能型低壓斷路器的研究意義</p><p>　　目前科學(xué)技術(shù)在蓬勃發(fā)展，電力電子技術(shù)方面的進(jìn)步更可謂一日千里，隨著應(yīng)用層面的不斷加深，電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式越來越復(fù)雜，因此我們要對電力設(shè)備的各方面性能以及設(shè)備創(chuàng)新提出更高的要求，但是傳統(tǒng)斷路器的發(fā)展根本無法滿足高速發(fā)展的現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動化的需要。將低壓斷路器進(jìn)行智能化

15、在如今看來是很有必要的，也是迫在眉睫的。</p><p>　　1.2 低壓斷路器概述及智能化前景</p><p>　　低壓斷路器是一種廣泛應(yīng)用的電力設(shè)備，在供配電系統(tǒng)中必不可缺，它是一種自動開關(guān)，它既可以手動分?jǐn)啵帜茏詣舆M(jìn)行各過壓、欠壓、過流保護(hù)的設(shè)備，即除了要能正常分合外，還要在相關(guān)故障時能快速可靠分?jǐn)嘞鄳?yīng)短路故障電壓及電流，且不能有亂動或拒動現(xiàn)象的產(chǎn)生。其主要結(jié)構(gòu)如下圖1-1所示。&

16、lt;/p><p>　　圖1-1 低壓斷路器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　斷路器根據(jù)檢測的模擬量，決定脫扣線圈是否動作，其性能很大程度上取決于對電路進(jìn)行參數(shù)檢測的脫扣器的性能。在單片機(jī)大量應(yīng)用的今天，保護(hù)裝置由之前的電子式、電磁式迅速轉(zhuǎn)入智能化發(fā)展的軌道，智能型低壓斷路器與傳統(tǒng)斷路器相比更加準(zhǔn)確、人性化，安全性能更高。脫扣器也向多功能方向發(fā)展。</p><p>　　智能型

17、低壓斷路器中使用的多功能脫扣器是集保護(hù)、測量、監(jiān)控于一體的智能應(yīng)用核心，是智能型斷路器的“大腦”。它主要由微處理器為中樞、并兼有信號檢測采集模塊、LED顯示模塊、執(zhí)行輸出模塊、電源模塊等幾部分組成，具有實時顯示、電流保護(hù)、負(fù)載監(jiān)控、故障顯示等功能。它能在正常運(yùn)行時接通或斷開負(fù)載電流，且可以在不正常情況下選擇性切斷電路，精確保護(hù)，從而保護(hù)非故障用電設(shè)備和電纜安全可靠運(yùn)行，減少不必要的損失。并且能夠迅速檢測故障是否排除，一旦故障排除，可以迅

18、速恢復(fù)故障設(shè)備供電。智能型低壓斷路器能夠通過網(wǎng)絡(luò)組成智能網(wǎng)絡(luò)，可以與PC或其他微機(jī)通信，可以遠(yuǎn)距離控制。按照目前的趨勢，當(dāng)前己斷路器是否先進(jìn)要看其顯示、保護(hù)、報警、故障診斷等功能是否完善，能否防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，整個系統(tǒng)能否在保證人身財產(chǎn)安全的情況下盡可能的安全運(yùn)行。</p><p>　　1.3 本設(shè)計的主要工作</p><p>　　本次設(shè)計為了將低壓斷路器智能化，采用AT89C51單片機(jī)

19、作為智能控制器。使用互感器采集電信號，經(jīng)過放大處理進(jìn)入ADC0808進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，單片機(jī)根據(jù)采集的數(shù)字信號進(jìn)行智能控制，在LCD液晶屏上顯示電壓及電流，當(dāng)檢測到的信號超出設(shè)定安全值，單片機(jī)將根據(jù)設(shè)定的時間決定是否動作，做出判斷后，驅(qū)動脫扣器，使斷路器斷開，并將故障原因顯示在液晶屏上，當(dāng)故障恢復(fù)時，單片機(jī)控制脫扣器讓斷路器閉合，整個電路恢復(fù)正常。</p><p>　　2 智能型低壓斷路器的方案設(shè)計</p>

20、;<p>　　2.1 智能型低壓斷路器的工作原理</p><p>　　智能型低壓斷路器可由斷路器和智能脫扣器兩部分組成，其中斷路器可以使用萬能式低壓斷路器提供模擬脫扣方式和合閘的基本硬件設(shè)備，而智能脫扣器則是在此基礎(chǔ)上增加智能脫扣方式，使得整個斷路器性能得到巨大提升。智能型低壓斷路器基本工作原理如下圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 工作原理圖</p>

21、<p>　　其中斷路器部分主要是模擬電路部分，主要包括采集信號的互感器部分，過電流的模擬脫扣部分以及脫扣輸出的驅(qū)動電路、銜鐵、觸頭等執(zhí)行部分。</p><p>　　智能脫扣器部分主要是數(shù)字電路部分，其核心是單片機(jī)，用來顯示電壓電流及智能處理各種故障。</p><p>　　2.2 設(shè)計方案的選擇</p><p>　　在確定設(shè)計方案時，對硬件硬件構(gòu)成進(jìn)行了細(xì)

22、致的考量。比如信號處理模塊需要使單片機(jī)能夠檢測交流信號，可控選擇的方案一個是采用全波整流，一個是使用有效值芯片，還有就是舍棄硬件，直接使用單片機(jī)進(jìn)行快速傅里葉變換算出電壓值。在實際仿真時發(fā)現(xiàn)全波整流電路較為復(fù)雜，輸出較難控制，而快速傅里葉變緩對單片機(jī)要求較高，最后使用真有效值芯片交流轉(zhuǎn)直流。還比如自身電源的設(shè)計，串口通訊的設(shè)計，液晶顯示方案都本著簡單實用的原則進(jìn)行選用。</p><p>　　最終本設(shè)計采用的智能斷

23、路器是以單片機(jī)作為核心，圍繞單片機(jī)從而實現(xiàn)各種功能。使用電壓互感器和電流互感器分別采集交流電信號，經(jīng)過放大和真有效值處理轉(zhuǎn)換為直流模擬信號，此時便可以進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換變?yōu)閱纹瑱C(jī)能夠識別的數(shù)字信號。這些信號在單片機(jī)進(jìn)一步的處理后，由LED液晶屏顯示采集到的電壓電流等信息，并與設(shè)定好的各種整定值對比，作出脫扣判斷并設(shè)定動作時間，同時將故障類型顯示在LED上。為了保障整臺設(shè)備安全可靠運(yùn)行，單片機(jī)采用雙電源供電，并且除了有單片機(jī)控制的智能脫扣外，還

24、有互不關(guān)聯(lián)的模擬脫扣方式，它們都可以通過驅(qū)動電路使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。單片機(jī)采用RS一485標(biāo)準(zhǔn)接口與上位機(jī)連接和通信。</p><p>　　2.3 控制核心單片機(jī)的選用</p><p>　　本設(shè)計采用AT89C51單片機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)的51系列單片機(jī)，該單片機(jī)價格低廉，性能良好，兼容性高，能夠很好的滿足要求。</p><p><b>　　有如下特點(diǎn)：</b>

25、;</p><p>　　與MCS-51單片機(jī)兼容</p><p><b>　　8位CPU</b></p><p>　　4K字節(jié)可編程FLASH存儲器</p><p>　　頻率范圍支持0Hz-24MHz，實際使用12MHz</p><p>　　32可編程I/O接口線，滿足使用</p>

26、<p><b>　　三級程序鎖定存儲器</b></p><p>　　兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p>　　串行通道RXD和TXD可編程</p><p>　　有5個中斷源，良好的中斷性能</p><p>　　圖2-2 AT89C51引腳圖 </p><p>　　本

27、設(shè)計在AT89C51的使用中用到的引腳較多，引腳1到8即P1.0到P1.7是A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)字信號輸入口；引腳18、19是晶振輸入/輸出引腳；引腳9接復(fù)位電路；引腳32到39即P0.7到P0.0是LED液晶屏輸出引腳；引腳21到26是LED液晶屏控制引腳；引腳27是脫扣器控制引腳；引腳28是A/D轉(zhuǎn)換芯片采樣通道控制引腳；引腳15、16、17是A/D轉(zhuǎn)換芯片控制引腳；引腳14是時鐘輸出引腳，為A/D轉(zhuǎn)換芯片提供時鐘脈沖；引腳12是中斷輸入

28、引腳；引腳10、11是外部通信引腳，接通信串口；引腳40、20接電源正負(fù)極。</p><p>　　3 智能型低壓斷路器的模塊化設(shè)計</p><p>　　智能型低壓斷路器主要包括模擬信號采集、信號處理、單片機(jī)輸入輸出、故障保護(hù)、電源設(shè)計和串口通信模塊。</p><p>　　3.1 模擬信號采集模塊</p><p>　　智能斷路器要實現(xiàn)過欠壓保護(hù)

29、，過電流保護(hù)，需要檢測低壓電網(wǎng)的電壓和電流?？梢圆捎眯⌒偷碾妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅?，將它們分別接入低壓線路上用來獲取電壓和電流信號。</p><p><b>　　圖3-1電壓互感器</b></p><p><b>　　圖3-2電流互感器</b></p><p>　　電壓互感器結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。工作時與變壓器原理類似，由圖明

30、顯可以看出其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是一次側(cè)繞組匝數(shù)相對比較多，相應(yīng)電壓較高，二次側(cè)繞組匝數(shù)相對比較少，相應(yīng)電壓較低，在實際使用中是一次側(cè)的繞組并聯(lián)在線路中，而二次側(cè)的繞組并聯(lián)一些儀表線圈，比如繼電器中的電壓線圈，主要特點(diǎn)是與傳統(tǒng)變壓器相比，容量很小，以接近空載的方式在正常運(yùn)行的時候。</p><p>　　電流互感器結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。雖然與變壓器有區(qū)別，但是也是基于電磁感應(yīng)工作的，由圖明顯能夠看出其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一次側(cè)繞組匝數(shù)相對比

31、較少，甚至某些電流互感器不采用繞組，直接將一次線路穿過鐵芯就已產(chǎn)生足夠的磁場；其二次繞組匝數(shù)非常多，導(dǎo)線也極細(xì)，在實際使用中和電壓互感器類似但是并聯(lián)改成串聯(lián)，一次側(cè)的繞組串聯(lián)在線路中，而二次側(cè)的繞組與儀表線圈串聯(lián)、比如繼電器中的電流線圈，主要特點(diǎn)是與電壓互感器相比，以接近短路的狀態(tài)在正常運(yùn)行的時候。</p><p>　　電壓互感器和電流互感器的型號要根據(jù)實際需要進(jìn)行選用，要滿足設(shè)計精確度的要求。</p>

32、;<p>　　3.2 信號處理模塊 </p><p>　　信號采集是由互感器實現(xiàn)的，所以采集到的電信號是交流電信號，雖然單片機(jī)可以通過快速傅里葉變換對交流信號A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行檢測，可是出于精確度的要求，本設(shè)計采用真有效值芯片將交流信號變?yōu)橹绷饔行е敌盘?，?jīng)過運(yùn)放放大為0到5V的電壓信號以便使用A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信

33、號供單片機(jī)使用。 </p><p>　　3.2.1 真有效值轉(zhuǎn)換電路 </p><p>　　為了仿真順利進(jìn)行采用真有效值值芯片AD736，AD736是精密AC/DC真有效值轉(zhuǎn)換芯片。對于正弦波電壓測量的誤差不超過±3%，完全可以滿足本設(shè)計的要求。它在高準(zhǔn)確度的同時有較快的測量速率和較寬的頻率特性（工頻范圍可達(dá)0～460kHz），高阻抗輸入、低阻抗輸出、電源的電壓，功耗和工作電流要

34、求較低。</p><p>　　AD736使用方式非常多。采用圖3-3電路，使用正負(fù)5V電壓供電，在該電路中1引腳+Vs與8引腳COM并一0.1μF的電容、4引腳-Vs與低之間并一只0.1μF的電容、4引腳與5引腳并一只33μF的電容、3引腳與6引腳并一只10μF的電容起到過濾高頻雜波的作用。AD736支持DC和AC的檢測，取決于電容Cc，實際使用未將Cc短路，只檢測AC的電壓值，屏蔽了DC的電壓值，R、D1、D2

35、都是用來保護(hù)芯片，R用來限制電流，D1和D2是開關(guān)二極管，使AD736檢測電壓固定在-Vs到+Vs之間，使芯片不至于燒毀。Vin輸入正弦電壓值，Vo輸出測得的電壓有效值。</p><p>　　圖3-3 真有效值芯片AD736接口電路</p><p>　　3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　由于AT89C51單片機(jī)沒有內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換，所以需要外接A/D轉(zhuǎn)換

36、芯片。</p><p>　　本設(shè)計需要采集多路信號，所以采用ADC0808芯片。ADC0808采樣分辨率為8位、8通道的A/D轉(zhuǎn)換芯片。同時只能使用8路模擬輸入信號中選中一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過三根地址線切換通道。ADC0808是ADC0809的簡化版，功能相似，有如下特性：</p><p>　　8位分辨率，8通道 </p><p>　　總的不可調(diào)誤差：A

37、DC0808為±21LSB,ADC0809為±1LSB</p><p>　　轉(zhuǎn)換時間：時鐘為500kHz時為128us，時鐘為640KHz時為100us </p><p><b>　　電源輸入：+5V </b></p><p>　　模擬電壓輸入：0～5V</p><p>　　具有三

38、態(tài)可控輸出的緩存器 </p><p>　　在實際使用中，ADC0808接法如下圖3-4所示。IN0到IN7引腳是8路模擬輸入引腳，為了簡化電路，只檢測了一相電信號，因此只用到IN0和IN1；ADDA、ADDB、ADDC引腳是模擬通道選擇地址信號引腳，ADDA為低位，ADDC為高位，由于只用了兩路，所以ADDB和ADDC接地，ADDA低電平即為通道0，高電平即為通道1；D7到D0引腳是A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸

39、出引腳，D7為最高位，D0為最低位，為三態(tài)可控輸出，可直接和單片機(jī)數(shù)據(jù)線連接；6、7、9引腳分別接單片機(jī)10、16、11引腳，22引腳接到6引腳上，是ADC0808的轉(zhuǎn)換控制引腳；ADC0808需要外部時鐘信號，本設(shè)計使用單片機(jī)產(chǎn)生500KHz脈沖輸入10引腳；VREF(+)、VREF(-)引腳是正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓，分別接+5V和地。</p><p>　　圖3-4 ADC0

40、808結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3 單片機(jī)輸入輸出模塊</p><p>　　3.3.1 LCD顯示</p><p>　　為了使智能斷路器更加人性化，更加直觀化，使用了LCD顯示屏，由LED液晶屏實時顯示采集到的電壓和電流等信息，并且若發(fā)生故障，LCD將顯示故障類型。</p><p>　　本設(shè)計使用的液晶屏為LGM12641，是128*6

41、4的點(diǎn)陣液晶屏，其8個數(shù)據(jù)口接在單片機(jī)A0口上，六個控制口接在單片機(jī)P2.0到P2.5上，接入電源和地。</p><p>　　3.3.2 斷路器通短控制</p><p>　　單片機(jī)IO口輸出的控制信號帶負(fù)載能力很弱，設(shè)計如圖3-5接口電路。</p><p>　　圖3-5繼電器驅(qū)動電路</p><p>　　本設(shè)計斷路器使用24V繼電器。在單片

42、機(jī)與繼電器線圈之間采用光耦增加帶負(fù)載能力，同時隔離電路以保護(hù)單片機(jī)，并以三極管控制線圈電路通斷。單片機(jī)通過該驅(qū)動電路控制繼電器。</p><p>　　單片機(jī)的P2.6口輸出斷路器的通段控制信號，由于為了仿真更為直觀，直接在P2.6口上接了一個非門帶一個發(fā)光二極管，通過二極管的亮滅表示斷路器的斷通。</p><p>　　3.3.3 按鍵中斷輸入</p><p>　　中

43、斷0即P3.2口接按鍵一端，按鍵另一端接地，通過按鍵輸入低電平信號，實現(xiàn)中斷信號的輸入。</p><p>　　通過該按鍵可手動控制斷路器的通斷。</p><p><b>　　3.4 故障保護(hù)</b></p><p>　　出于安全性的考慮，本設(shè)計設(shè)置了過電流保護(hù)，過電壓保護(hù)和欠電壓保護(hù)。</p><p>　　3.4.1 過

44、電流保護(hù)</p><p>　　對于用電設(shè)備來說無論什么形式的過電流都是非常危險的，因此本設(shè)計的斷路器采用智能化保護(hù)具有反限時特性，其保護(hù)特性曲線如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 低壓斷路器的保護(hù)特性曲線</p><p>　　本設(shè)計設(shè)定的最大安全工作電流為5A。根據(jù)公式</p><p>　　瞬時過流斷路器動作時間為0.02s時，可

45、靠系數(shù)取1.35，對應(yīng)電流為大于6.75A；短延時過流斷路器動作時間采用0.2s，可靠系數(shù)取1.2，對應(yīng)電流為大于6A；長延時過流主要用于負(fù)荷保護(hù)，動作特性是反延時的，動作時間一般在1h左右，為了仿真直觀取為5s到10s，可靠系數(shù)取1.1，對應(yīng)電流為大于5.5A。</p><p>　　3.4.2 電壓保護(hù)</p><p>　　為了用電設(shè)備安全可靠運(yùn)行，對安全電壓進(jìn)行了設(shè)置，低于200V為欠

46、電壓，高于240V為過電壓，動作時間為0.02s。由于電壓可以持續(xù)監(jiān)控，所以電壓低于或高于設(shè)定值時，會切斷電路，當(dāng)電壓恢復(fù)正常范圍時，電路會接通，能夠繼續(xù)正常運(yùn)行，體現(xiàn)出智能化的特點(diǎn)。</p><p><b>　　3.5 電源設(shè)計</b></p><p>　　采用雙電源供電方式，只要其中任何一路電源正常工作，即可可靠給智能脫扣器供電。一路電源為自生電源，用速飽和鐵芯電

47、流互感器從主電路感應(yīng)獲得電源。但是，該電源在主電路電流較小時不能工作。另一路電源為輔助電源，由外部提供，它不僅在主電源不能工作時提供電源，還可在斷路器斷開(主電路停電)的情況下，使智能脫扣器繼續(xù)工作，如參數(shù)整定、狀態(tài)顯示、通信。</p><p>　　電路需用到正負(fù)5V電源，因此自生電源采用7805和7905芯片產(chǎn)生穩(wěn)定的+5V和-5V電源以供使用，電源電路設(shè)計如下圖3-7所示。</p><p&

48、gt;　　圖3-7 正負(fù)5V電源</p><p><b>　　3.6 串口通信</b></p><p>　　本設(shè)計使用的單片機(jī)只需要與上位機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)通訊，所以采用 RS-485接口，兩線制半雙工網(wǎng)絡(luò)，單片機(jī)接RXD與TXD口與上位機(jī)通訊。</p><p>　　單片機(jī)與PC機(jī)之間的串通信接口電路如圖3-8所示，由于無法直接通訊，采用RS-485/R

49、S-232轉(zhuǎn)換電路。該電路使用CD4019四與或選譯門轉(zhuǎn)換信號，連接MAX232與MAX485接口芯片。</p><p>　　圖3-8 RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　4 智能型低壓斷路器的軟件設(shè)計</p><p>　　一個控制系統(tǒng)中硬件和軟件是必不可缺的兩部分，硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂，在許多情況下二者的某些功能可以相互替代、相互轉(zhuǎn)化、相互實

50、現(xiàn)。例如就在本例中對信號處理模塊的設(shè)計方案就體現(xiàn)了這一特點(diǎn)，既可以使用真有效值行片對信號進(jìn)行硬件處理，也可以借用單片機(jī)用快速傅里葉算法對信號進(jìn)行軟件處理。在實際應(yīng)用中，滿足精確度、安全性等要求的前提下，應(yīng)盡量增加軟件部分的分量，減少硬件的數(shù)量，在本例中已盡量滿足這一要求。軟件設(shè)計有跡可循這里主要對其進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計，即程序設(shè)計，其主要內(nèi)容包括擬定總體的解決方案、繪制程序流程圖、編寫程序以及測試修改。在有關(guān)單片機(jī)的程序設(shè)計中一般均采用模塊化的

51、程序設(shè)計，要實現(xiàn)某項功能單獨(dú)寫成一個模塊。編寫主程序時，使用哪個模塊便調(diào)用哪個模塊，使得整個程序清晰明朗，便于修改和閱讀。</p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計方案</p><p>　　由于智能型低壓斷路器實現(xiàn)的功能較多、所以C語言程序采用模塊化設(shè)計，包括如下程序:初始化子程序、1ms延時子程序、LCD驅(qū)動子程序、A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動子程序、LCD顯示子程序、故障判斷子程序、多個中斷子程序和

52、主程序組成。而其中的主程序自上而下運(yùn)行，在完成初始化后進(jìn)入循環(huán)，顯示電壓及故障檢測，等待中斷產(chǎn)生。</p><p>　　為了直觀展示，程序執(zhí)行的大概步驟做成了流程圖如圖4-1所示。 </p><p><b>　　4.2 初始化程序</b></p><p>　　初始化是對程序運(yùn)行用到的寄存器初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，許多值并不需要一一設(shè)定，單片

53、機(jī)可以自動運(yùn)行設(shè)置，這里是對一些必要的值進(jìn)行初始化。</p><p>　　4.2.1 定時器T0初值的計算與設(shè)定</p><p>　　在本設(shè)計中A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0808需要用到500KHz時鐘脈沖，因此采用定時器來輸出500KHz方波。實現(xiàn)該功能只需每1us取反一次即可，當(dāng)系統(tǒng)的時鐘頻率為12MHz時，使用定時器T0處于工作方式2，其最大定時時間為256us，此時的計數(shù)值為1，初值為2

54、56-1=255，在C語言的環(huán)境下，初始化如下：</p><p><b>　　圖4-1控制流程圖</b></p><p>　　TMOD=0x02;//設(shè)定T0工作于方式2</p><p><b>　　TH0=0xff;</b></p><p>　　TL0=0xff;//賦予T0初值</p

55、><p>　　IE=0x82;//IE是中斷允許寄存器，值為10000010表示允許T0溢出中斷</p><p>　　TR0=1;//開定時器T0</p><p>　　此外程序中的延遲未使用定時器，而是使用12MHz系統(tǒng)時鐘制作的1ms延遲程序，可能在精確度上不如定時器計數(shù)準(zhǔn)確。</p><p>　　void delay(unsigned i

56、nt ms) //延時程序 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int i;</p><p>　　while(ms--)for(i=0;i<120;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　

57、4.2.2 串口初始化</p><p>　　單片機(jī)使用到串口時需要對串口進(jìn)行初始化，通過初始化決定串口的波特率和串口的工作方式，波特率的確定需要用到定時器T1，T1也需要類似于T0進(jìn)行初始化。</p><p>　　在本設(shè)計串口初始化包括設(shè)定串口工作方式，定時器工作方式，設(shè)置波特率，開總中斷開，開串口中斷。在程序中使用的寄存器包括TOMD、TCON和串口特殊功能寄存器SCON、PCON。本設(shè)

58、計中的串口工作方式為方式二，它的計算如下式：</p><p>　　SCON=0x50;</p><p>　　TMOD=0x20;//設(shè)置定時器1工作方式2</p><p>　　PCON=0x80;// SMOD置1</p><p>　　波特率計算公式如下：</p><p>　　波特率=（2SMOD/32）·

59、;(TI溢出率)，TI溢出率=fosc/[12×（256—TH1)]</p><p>　　在本設(shè)計中晶振頻率設(shè)置為12KHz，波特率設(shè)計為1200bit/s，因此經(jīng)過計算可以得出計數(shù)器初始值為0Xcc。初始化程序步驟如下所示：</p><p>　　設(shè)置串口特殊功能寄存器SCON的控制字</p><p>　　設(shè)置控制方式，向TOMD寫入控制字</p&g

60、t;<p>　　設(shè)置特殊功能寄存器PCON最高位SMOD的值</p><p>　　向計數(shù)器中TH1和TL1中寫入初值</p><p><b>　　打開定時器</b></p><p>　　打開總中斷，開串口中斷</p><p>　　圖4-2 ADC0808工作時序</p><p>　　

61、4.2.3 ADC0808的初始化</p><p>　　當(dāng)時鐘周期為CLK=500kHz時，轉(zhuǎn)換時間為TCONV=128us，A/D轉(zhuǎn)換程序按照其工作時序進(jìn)行編寫，其初始化一目了然，詳細(xì)信息可以參考ADC0808的數(shù)據(jù)手冊，其具體的工作時序如圖4-2所示。</p><p>　　4.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序</p><p>　　本設(shè)計用到兩路轉(zhuǎn)換，為了程序易于理解，通道0

62、和通道1的轉(zhuǎn)換程序分開處理，主要思路如下：</p><p>　　adda=0;//ADDB和ADDC已接地，選擇通道0</p><p><b>　　st=0;</b></p><p><b>　　st=1;</b></p><p>　　st=0;//st是start和ale引腳，讀取通

63、道地址鎖存，啟動轉(zhuǎn)換</p><p>　　while(eoc==0); //等待轉(zhuǎn)換完畢的信號，eoc=1是轉(zhuǎn)換完畢；</p><p>　　oe=1;//單片機(jī)開始讀取數(shù)據(jù) </p><p>　　dy=ad0_7;//數(shù)據(jù)存入變量</p><p>　　oe=0;//單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)結(jié)束</p><p

64、>　　這是單片機(jī)對讀取數(shù)據(jù)的初步處理：</p><p>　　temp=5.0*dy/256.0;//A/D轉(zhuǎn)換得到的電壓</p><p>　　dy=(unsigned int)(temp*100+2);//根據(jù)變比計算出線路電壓</p><p>　　對于電流的處理類似于電壓，不再綴訴。</p><p>　　4.4 LCD顯示子

65、程序</p><p>　　本設(shè)計使用LGM12641，是128*64的點(diǎn)陣液晶屏，其與單片機(jī)的接法可有數(shù)據(jù)手冊查得。該液晶屏驅(qū)動程序較為復(fù)雜，包括寫數(shù)據(jù)，清除內(nèi)存，初始化以及顯示程序，此外，對于用到的漢字還要額外加入漢字字模，放入單片機(jī)的code段。</p><p>　　4.5 故障判斷子程序</p><p>　　在實際使用中輸電線路上的總負(fù)載不是一成不變的，輸電線

66、路的電壓電流也會不停變動，尤其是大功率設(shè)備的接入和斷開的瞬間，輸電線路可能處于瞬時故障狀態(tài)，此時要求斷路器不能誤動作，動作要留有延遲。由于線路故障來說，對用電設(shè)備造成損壞的根本原因是短時間內(nèi)過大電流流經(jīng)設(shè)備產(chǎn)生大量熱量，使設(shè)備燒毀，所以在將故障折算成單位時間熱量以量化形式方便計算對應(yīng)切斷時間。</p><p>　　故障判斷子程序就是基于采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能判斷故障類型并處理。</p><p&g

67、t;<b>　　4.6 中斷子程序</b></p><p>　　中斷子程序是指在程序運(yùn)行中只要中斷允許開放，一旦滿足中斷條件時，則會自動轉(zhuǎn)入執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，中斷服務(wù)子程序運(yùn)行完畢才會返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。本設(shè)計使用的中斷較多，外部中斷0，定時器中斷T0,串口中斷，其中外部中斷0用作按鍵，定時器中斷TO用來輸出500KHz時鐘脈沖，串口中斷響應(yīng)串口通訊，如圖4-3所示。</p>

68、<p>　　圖4-3 中斷響應(yīng)流程圖</p><p><b>　　5 仿真與調(diào)試</b></p><p>　　本設(shè)計為了更好地展示內(nèi)容，并確定方案的可靠性，對主要實現(xiàn)的功能進(jìn)行了仿真與調(diào)試，仿真電路圖見附錄1，程序見附錄2。</p><p>　　單片機(jī)程序使用keil3軟件進(jìn)行了調(diào)試，一些語法錯誤，定義錯誤都能夠檢查出來，得以修正，

69、調(diào)試通過輸出hex文件供仿真使用。整個單片機(jī)電路使用protues軟件進(jìn)行了仿真。在實際使用中，發(fā)現(xiàn)了許多問題，比如ADC0808的時鐘與單片機(jī)取樣周期不吻合的問題，通過修改ADC0808的時鐘周期得以解決；比如LCD的顯示問題，由于需要顯示一些漢字，所以使用了取模軟件，本設(shè)計采用的LCD采用列行式逆向取模，按此取得16*16的字模數(shù)組供單片機(jī)使用；還比如按鍵選擇問題，采用了中斷式按鍵，與查詢式按鍵相比能夠極大的提高響應(yīng)速度。</

70、p><p>　　此外為了保證串口能夠通訊，采用串口調(diào)試工具對串口進(jìn)行了測試，串口能夠可靠運(yùn)行。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 傅啟國.低壓斷路器智能測控系統(tǒng)設(shè)計[J].電工電氣,2009,03:4-8.</p><p>　　[2] 徐四元,張琪,任福勝,劉曉林,張寧.低壓斷路器選

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80、<p><b>　　附錄2</b></p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　#include <ctype.h></p><p>　　#include <string.h></p><p>　　#include <stdlib.h

81、></p><p>　　#include <stdio.h></p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#include <math.h></p><p>　　unsigned char code zero[]=</p><p>　　{0

82、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x10,0x20,0x20,0x10,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　unsigned char

83、code one[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x10,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};&

84、lt;/p><p>　　unsigned char code two[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x70,0x08,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x30,0x28,0x24,0x22,0

85、x21,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　unsigned char code three[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x30,0x08,0x88,0x88,0x48,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x0

86、0,0x00,0x00,0x00,0x18,0x20,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　unsigned char code four[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xC0,0x20,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00

87、,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x07,0x04,0x24,0x24,0x3F,0x24,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　unsigned char code five[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF8,0x08,0x

88、88,0x88,0x08,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x19,0x21,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　unsigned char code six[]=</p><p>　　{0

89、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xE0,0x10,0x88,0x88,0x18,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x11,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　unsigned char

90、code seven[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x38,0x08,0x08,0xC8,0x38,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}

91、;</p><p>　　unsigned char code eight[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x70,0x88,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1C,0x22,0x21,0x

92、21,0x22,0x1C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　unsigned char code nine[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,

93、0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x31,0x22,0x22,0x11,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　unsigned char code point[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,

94、0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x30,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　unsigned char code mao[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00

95、,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x36,0x36,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　unsigned char code unit[]=</p><p>

96、　　{0x08,0x78,0x88,0x00,0x00,0xC8,0x38,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x07,0x38,0x0E,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　unsigned c

97、har code amp[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0xC0,0x38,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x20,0x3C,0x23,0x02,0x02,0x27,0x38,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0

98、0};</p><p>　　unsigned char code dian[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0xF8,0x88,0x88,0x88,0x88,0xFF,0x88,0x88,0x88,0x88,0xF8,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x1F,0x08,0x08,0x08,0x08,0x7F,0

99、x88,0x88,0x88,0x88,0x9F,0x80,0xF0,0x00};//電</p><p>　　unsigned char code ya[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0xFE,0x02,0x82,0x82,0x82,0x82,0xFA,0x82,0x82,0x82,0x82,0x82,0x02,0x00,</p><p>　　0x8

100、0,0x60,0x1F,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x7F,0x40,0x40,0x44,0x58,0x40,0x40,0x00};//壓</p><p>　　unsigned char code liou[]=</p><p>　　{0x10,0x60,0x02,0x8C,0x00,0x44,0x64,0x54,0x4D,0x46,0x44,0x54,0x64,0

101、xC4,0x04,0x00,</p><p>　　0x04,0x04,0x7E,0x01,0x80,0x40,0x3E,0x00,0x00,0xFE,0x00,0x00,0x7E,0x80,0xE0,0x00};//流</p><p>　　unsigned char code guo[]=</p><p>　　{0x40,0x40,0x42,0xCC,0x00,0x

102、08,0x48,0x88,0x08,0x08,0x08,0xFF,0x08,0x08,0x08,0x00,</p><p>　　0x00,0x40,0x20,0x1F,0x20,0x40,0x40,0x41,0x40,0x48,0x50,0x4F,0x40,0x40,0x40,0x00};//過</p><p>　　unsigned char code qian[]=</p>

103、<p>　　{0x00,0x80,0x40,0x30,0x0F,0x08,0x08,0xE8,0x08,0x08,0x08,0x48,0x28,0x18,0x00,0x00,</p><p>　　0x80,0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x06,0x01,0x06,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x80,0x00};//欠</p><p>

104、;　　unsigned char code kong[]=</p><p>　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00

105、,0x00,0x00,0x00};//</p><p>　　unsigned char code duan[]=</p><p>　　{0x00,0xFC,0x20,0x24,0xA8,0xFF,0xA8,0x24,0x00,0xFC,0x44,0x44,0xC4,0x42,0x40,0x00,</p><p>　　0x00,0x3F,0x22,0x21,0x20,

106、0x2F,0x20,0xA3,0x60,0x1F,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00};//斷</p><p>　　unsigned char code kai[]=</p><p>　　{0x80,0x82,0x82,0x82,0xFE,0x82,0x82,0x82,0x82,0x82,0xFE,0x82,0x82,0x82,0x80,0x00,</p>

107、;<p>　　0x00,0x80,0x40,0x30,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//開</p><p>　　unsigned char code duan1[]=</p><p>　　{0x90,0x88,0x87,0xFC,0x84,0x84,0x80,0x02,0xF2,0x1

108、2,0x12,0x12,0x12,0xF2,0x02,0x00,</p><p>　　0x80,0x60,0x18,0x07,0x08,0x30,0x00,0x40,0x45,0x59,0x41,0x41,0x51,0x4D,0x40,0x00};//短</p><p>　　unsigned char code lu[]=</p><p>　　{0x00,0x3E,

109、0x22,0xE2,0x22,0x3E,0x00,0x10,0x88,0x57,0x24,0x54,0x8C,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x40,0x7E,0x40,0x3F,0x22,0x22,0x00,0x01,0xFE,0x42,0x42,0x42,0xFE,0x01,0x01,0x00};//路</p><p>　　unsigned char code z

110、ai[]=</p><p>　　{0x90,0x94,0x94,0xF4,0x9F,0x94,0x94,0x94,0x10,0x10,0xFF,0x10,0x12,0xD4,0x10,0x00,</p><p>　　0x20,0x26,0x25,0x24,0xFE,0x14,0x14,0x14,0x80,0x40,0x27,0x18,0x26,0x41,0xF0,0x00};//載<

111、/p><p>　　unsigned char *da[]={zero,one,two,three,four,five,six,seven,eight,nine};</p><p>　　unsigned char l,m,n;</p><p>　　//對ADC0808的配置</p><p>　　sbit st=P3^6;</p>&l

112、t;p>　　sbit oe=P3^7; </p><p>　　sbit eoc=P3^5; </p><p>　　sbit adda=P2^7; </p><p>　　sbit clk=P3^4; </p><p>　　sbit led=P2^6; </p><p><b>　　//對lcd的配置