斷路器智能控制研究5

1、智能型低壓斷路器研究1智能化技術(shù)在低壓斷路器上的應(yīng)用29低壓斷路器智能化控制技術(shù)研究33智能型低壓斷路器研究1 緒論1.1 智能型低壓斷路器的研究意義目前科學(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(duì)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(dòng)化的需要。將低壓斷路器進(jìn)行智能化在如今看來是很有必要的，也是迫在眉睫的。1.2 低壓斷路器概述及智能化前景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(dòng)開關(guān)，它既可以手動(dòng)分?jǐn)啵帜?/p>

2、自動(dòng)進(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(shí)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(dòng)或拒動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。其主要結(jié)構(gòu)如下圖1-1所示。圖1-1 低壓斷路器結(jié)構(gòu)圖斷路器根據(jù)檢測(cè)的模擬量，決定脫扣線圈是否動(dòng)作，其性能很大程度上取決于對(duì)電路進(jìn)行參數(shù)檢測(cè)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。智能型低壓斷路器中使用的多功能脫扣器是集保護(hù)、測(cè)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

3、兼有信號(hào)檢測(cè)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(shí)時(shí)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(shí)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(cè)故障是否排除，一旦故障排除，可以迅速恢復(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(shì)，當(dāng)前己斷路器是否先進(jìn)要看其顯示、保護(hù)、報(bào)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(gè)系統(tǒng)能否在保證人身財(cái)產(chǎn)安全的情況下盡可能的安全運(yùn)行。1.3 本設(shè)計(jì)的

4、主要工作本次設(shè)計(jì)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。使用互感器采集電信號(hào)，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(hào)進(jìn)行智能控制，在LCD液晶屏上顯示電壓及電流，當(dāng)檢測(cè)到的信號(hào)超出設(shè)定安全值，單片機(jī)將根據(jù)設(shè)定的時(shí)間決定是否動(dòng)作，做出判斷后，驅(qū)動(dòng)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(shí)，單片機(jī)控制脫扣器讓斷路器閉合，整個(gè)電路恢復(fù)正常。2 智能型低壓斷路器的方案設(shè)計(jì)2.1 智能型低壓斷路器的工作原理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

5、能脫扣器則是在此基礎(chǔ)上增加智能脫扣方式，使得整個(gè)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。圖2-1 工作原理圖其中斷路器部分主要是模擬電路部分，主要包括采集信號(hào)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(dòng)電路、銜鐵、觸頭等執(zhí)行部分。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。2.2 設(shè)計(jì)方案的選擇在確定設(shè)計(jì)方案時(shí)，對(duì)硬件硬件構(gòu)成進(jìn)行了細(xì)致的考量。比如信號(hào)處理模塊需要使單片機(jī)能夠檢測(cè)交流信號(hào)，可控選擇的方案一個(gè)是采用全波整流，一個(gè)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(shí)際仿真

6、時(shí)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(duì)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(jì)，串口通訊的設(shè)計(jì)，液晶顯示方案都本著簡(jiǎn)單實(shí)用的原則進(jìn)行選用。最終本設(shè)計(jì)采用的智能斷路器是以單片機(jī)作為核心，圍繞單片機(jī)從而實(shí)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(hào)，經(jīng)過放大和真有效值處理轉(zhuǎn)換為直流模擬信號(hào)，此時(shí)便可以進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換變?yōu)閱纹瑱C(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。這些信號(hào)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(duì)比，作出脫扣判斷并設(shè)定動(dòng)作時(shí)間，同時(shí)將故障類型顯示在LED上。為了保障整臺(tái)設(shè)備安全可靠運(yùn)行，單片機(jī)采

7、用雙電源供電，并且除了有單片機(jī)控制的智能脫扣外，還有互不關(guān)聯(lián)的模擬脫扣方式，它們都可以通過驅(qū)動(dòng)電路使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)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。2.3 控制核心單片機(jī)的選用本設(shè)計(jì)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(jià)格低廉，性能良好，兼容性高，能夠很好的滿足要求。有如下特點(diǎn)：與MCS-51單片機(jī)兼容8位CPU4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器頻率范圍支持0Hz-24MHz，實(shí)際使用12MHz32可編程I/O接口線，滿足使用三級(jí)程序鎖定存儲(chǔ)器兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器串行通道RXD和TXD可編程有5個(gè)中斷源，良好的中斷性能 圖2-2 AT89C51引腳圖 本設(shè)計(jì)

8、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(hào)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(shí)鐘輸出引腳，為A/D轉(zhuǎn)換芯片提供時(shí)鐘脈沖；引腳12是中斷輸入引腳；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。3 智能型低壓斷路器的模塊化設(shè)計(jì)智能型低壓斷路器主要包括模擬信號(hào)采集、信號(hào)處理、單片機(jī)輸

9、入輸出、故障保護(hù)、電源設(shè)計(jì)和串口通信模塊。3.1 模擬信號(hào)采集模塊智能斷路器要實(shí)現(xiàn)過欠壓保護(hù)，過電流保護(hù)，需要檢測(cè)低壓電網(wǎng)的電壓和電流。可以采用小型的電壓互感器和電流互感器，將它們分別接入低壓線路上用來獲取電壓和電流信號(hào)。圖3-1電壓互感器圖3-2電流互感器電壓互感器結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。工作時(shí)與變壓器原理類似，由圖明顯可以看出其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是一次側(cè)繞組匝數(shù)相對(duì)比較多，相應(yīng)電壓較高，二次側(cè)繞組匝數(shù)相對(duì)比較少，相應(yīng)電壓較低，在實(shí)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(shí)候。電流互感器結(jié)

10、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(duì)比較少，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(chǎng)；其二次繞組匝數(shù)非常多，導(dǎo)線也極細(xì)，在實(shí)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(shí)候。電壓互感器和電流互感器的型號(hào)要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用，要滿足設(shè)計(jì)精確度的要求。3.2 信號(hào)處理模塊 信號(hào)采集是由互感器實(shí)現(xiàn)的，所以采集到的電信號(hào)是交流電信號(hào)，雖然單片機(jī)可以通過快速傅里葉變換

11、對(duì)交流信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，可是出于精確度的要求，本設(shè)計(jì)采用真有效值芯片將交流信號(hào)變?yōu)橹绷饔行е敌盘?hào)，經(jīng)過運(yùn)放放大為0到5V的電壓信號(hào)以便使用A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)使用。 3.2.1 真有效值轉(zhuǎn)換電路 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(duì)于正弦波電壓測(cè)量的誤差不超過3%，完全可以滿足本設(shè)計(jì)的要求。它在高準(zhǔn)確度的同時(shí)有較快的測(cè)量速率和較寬的頻率特性（工頻范圍可達(dá)0460kHz），高阻抗輸入、低阻抗輸出、電源的電壓，功耗和工作電流要求較低。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

12、1引腳+Vs與8引腳COM并一0.1F的電容、4引腳-Vs與低之間并一只0.1F的電容、4引腳與5引腳并一只33F的電容、3引腳與6引腳并一只10F的電容起到過濾高頻雜波的作用。AD736支持DC和AC的檢測(cè)，取決于電容Cc，實(shí)際使用未將Cc短路，只檢測(cè)AC的電壓值，屏蔽了DC的電壓值，R、D1、D2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(cè)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(cè)得的電壓有效值。 圖3-3 真有效值芯片AD736接口電路3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路由于AT89C51單片機(jī)沒有內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換，所以需要外接A/

13、D轉(zhuǎn)換芯片。本設(shè)計(jì)需要采集多路信號(hào)，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(shí)只能使用8路模擬輸入信號(hào)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(jiǎn)化版，功能相似，有如下特性：8位分辨率，8通道總的不可調(diào)誤差：ADC0808為21LSB,ADC0809為1LSB轉(zhuǎn)換時(shí)間：時(shí)鐘為500kHz時(shí)為128us，時(shí)鐘為640KHz時(shí)為100us電源輸入：+5V模擬電壓輸入：05V具有三態(tài)可控輸出的緩存器在實(shí)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(jiǎn)化電路，只檢測(cè)了一相電信

14、號(hào)，因此只用到IN0和IN1；ADDA、ADDB、ADDC引腳是模擬通道選擇地址信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)，本設(shè)計(jì)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

15、壓，分別接+5V和地。圖3-4 ADC0808結(jié)構(gòu)圖3.3 單片機(jī)輸入輸出模塊3.3.1 LCD顯示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(shí)時(shí)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。本設(shè)計(jì)使用的液晶屏為L(zhǎng)GM12641，是128*64的點(diǎn)陣液晶屏，其8個(gè)數(shù)據(jù)口接在單片機(jī)A0口上，六個(gè)控制口接在單片機(jī)P2.0到P2.5上，接入電源和地。3.3.2 斷路器通短控制單片機(jī)IO口輸出的控制信號(hào)帶負(fù)載能力很弱，設(shè)計(jì)如圖3-5接口電路。圖3-5繼電器驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)斷路器使用24V繼電器。在單片機(jī)與繼電器線圈之間采用光耦增加帶負(fù)載能力，同時(shí)隔離

16、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(dòng)電路控制繼電器。單片機(jī)的P2.6口輸出斷路器的通段控制信號(hào)，由于為了仿真更為直觀，直接在P2.6口上接了一個(gè)非門帶一個(gè)發(fā)光二極管，通過二極管的亮滅表示斷路器的斷通。3.3.3 按鍵中斷輸入中斷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(hào)，實(shí)現(xiàn)中斷信號(hào)的輸入。通過該按鍵可手動(dòng)控制斷路器的通斷。3.4 故障保護(hù)出于安全性的考慮，本設(shè)計(jì)設(shè)置了過電流保護(hù)，過電壓保護(hù)和欠電壓保護(hù)。3.4.1 過電流保護(hù)對(duì)于用電設(shè)備來說無論什么形式的過電流都是非常危險(xiǎn)的，因此本設(shè)計(jì)的斷路器采用智能化保護(hù)具有反限時(shí)特性，其保護(hù)特性曲線如圖3-

17、6所示。圖3-6 低壓斷路器的保護(hù)特性曲線本設(shè)計(jì)設(shè)定的最大安全工作電流為5A。根據(jù)公式瞬時(shí)過流斷路器動(dòng)作時(shí)間為0.02s時(shí)，可靠系數(shù)取1.35，對(duì)應(yīng)電流為大于6.75A；短延時(shí)過流斷路器動(dòng)作時(shí)間采用0.2s，可靠系數(shù)取1.2，對(duì)應(yīng)電流為大于6A；長(zhǎng)延時(shí)過流主要用于負(fù)荷保護(hù)，動(dòng)作特性是反延時(shí)的，動(dòng)作時(shí)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(duì)應(yīng)電流為大于5.5A。3.4.2 電壓保護(hù)為了用電設(shè)備安全可靠運(yùn)行，對(duì)安全電壓進(jìn)行了設(shè)置，低于200V為欠電壓，高于240V為過電壓，動(dòng)作時(shí)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(shí)，會(huì)切斷電路，當(dāng)電壓恢復(fù)正常

18、范圍時(shí)，電路會(huì)接通，能夠繼續(xù)正常運(yùn)行，體現(xiàn)出智能化的特點(diǎn)。3.5 電源設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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。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(jì)如下圖3-7所示。圖3-7 正負(fù)5V電源3.6 串口通信本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)只

19、需要與上位機(jī)點(diǎn)對(duì)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。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/RS-232轉(zhuǎn)換電路。該電路使用CD4019四與或選譯門轉(zhuǎn)換信號(hào)，連接MAX232與MAX485接口芯片。圖3-8 RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換電路4 智能型低壓斷路器的軟件設(shè)計(jì)一個(gè)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(shí)現(xiàn)。例如就在本例中對(duì)信號(hào)處理模塊的設(shè)計(jì)方案就體現(xiàn)了這一特點(diǎn)，既可以使用真有效值行片對(duì)信號(hào)進(jìn)行硬件處理，

20、也可以借用單片機(jī)用快速傅里葉算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行軟件處理。在實(shí)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(jì)有跡可循這里主要對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，即程序設(shè)計(jì)，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(cè)試修改。在有關(guān)單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)中一般均采用模塊化的程序設(shè)計(jì)，要實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能單獨(dú)寫成一個(gè)模塊。編寫主程序時(shí)，使用哪個(gè)模塊便調(diào)用哪個(gè)模塊，使得整個(gè)程序清晰明朗，便于修改和閱讀。4.1 軟件總體設(shè)計(jì)方案由于智能型低壓斷路器實(shí)現(xiàn)的功能較多、所以C語言程序采用模塊化設(shè)計(jì)，包括如下程序:初始化子程序、1ms延時(shí)子程序、LC

21、D驅(qū)動(dòng)子程序、A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)子程序、LCD顯示子程序、故障判斷子程序、多個(gè)中斷子程序和主程序組成。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(cè)，等待中斷產(chǎn)生。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。4.2 初始化程序初始化是對(duì)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，單片機(jī)可以自動(dòng)運(yùn)行設(shè)置，這里是對(duì)一些必要的值進(jìn)行初始化。4.2.1 定時(shí)器T0初值的計(jì)算與設(shè)定在本設(shè)計(jì)中A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0808需要用到500KHz時(shí)鐘脈沖，因此采用定時(shí)器來輸出500KHz方波。實(shí)現(xiàn)該功能只需每1us取反一次即可，當(dāng)系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率為12MHz時(shí)

22、，使用定時(shí)器T0處于工作方式2，其最大定時(shí)時(shí)間為256us，此時(shí)的計(jì)數(shù)值為1，初值為256-1=255，在C語言的環(huán)境下，初始化如下：初始化切斷電路NNNNYYYYNNYY欠壓顯示過流顯示啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換中斷處理過壓顯示確定采樣通道通道0通道1讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)電壓顯示過壓判斷欠壓判斷過流判斷中斷產(chǎn)生電流顯示圖4-1控制流程圖 TMOD=0x02;/設(shè)定T0工作于方式2 TH0=0xff;TL0=0xff;/賦予T0初值 IE=0x82;/IE是中斷允許寄存器，值為10000010表示允許T0溢出中斷TR0=1;/開定時(shí)器T0此外程序中的延遲未使用定時(shí)器，而是使用12MHz系統(tǒng)時(shí)鐘制作的

23、1ms延遲程序，可能在精確度上不如定時(shí)器計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。void delay(unsigned int ms) /延時(shí)程序 unsigned int i;while(ms-)for(i=0;i120;i+);4.2.2 串口初始化單片機(jī)使用到串口時(shí)需要對(duì)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(shí)器T1，T1也需要類似于T0進(jìn)行初始化。在本設(shè)計(jì)串口初始化包括設(shè)定串口工作方式，定時(shí)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)計(jì)中的串口工作方式為方式二，它的計(jì)算如下式：SCO

24、N=0x50;TMOD=0x20;/設(shè)置定時(shí)器1工作方式2PCON=0x80;/ SMOD置1波特率計(jì)算公式如下：波特率=（2SMOD/32）(TI溢出率)，TI溢出率=fosc/12（256TH1)在本設(shè)計(jì)中晶振頻率設(shè)置為12KHz，波特率設(shè)計(jì)為1200bit/s，因此經(jīng)過計(jì)算可以得出計(jì)數(shù)器初始值為0Xcc。初始化程序步驟如下所示：設(shè)置串口特殊功能寄存器SCON的控制字設(shè)置控制方式，向TOMD寫入控制字設(shè)置特殊功能寄存器PCON最高位SMOD的值向計(jì)數(shù)器中TH1和TL1中寫入初值打開定時(shí)器打開總中斷，開串口中斷圖4-2 ADC0808工作時(shí)序4.2.3 ADC0808的初始化當(dāng)時(shí)鐘周期為CL

25、K=500kHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為TCONV=128us，A/D轉(zhuǎn)換程序按照其工作時(shí)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(cè)，其具體的工作時(shí)序如圖4-2所示。4.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序本設(shè)計(jì)用到兩路轉(zhuǎn)換，為了程序易于理解，通道0和通道1的轉(zhuǎn)換程序分開處理，主要思路如下：adda=0;/ADDB和ADDC已接地，選擇通道0st=0;st=1;st=0;/st是start和ale引腳，讀取通道地址鎖存，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換while(eoc=0); /等待轉(zhuǎn)換完畢的信號(hào)，eoc=1是轉(zhuǎn)換完畢；oe=1;/單片機(jī)開始讀取數(shù)據(jù) dy=ad0_7;/數(shù)據(jù)存入變量oe=0;/單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)結(jié)束

26、這是單片機(jī)對(duì)讀取數(shù)據(jù)的初步處理：temp=5.0*dy/256.0;/A/D轉(zhuǎn)換得到的電壓dy=(unsigned int)(temp*100+2);/根據(jù)變比計(jì)算出線路電壓對(duì)于電流的處理類似于電壓，不再綴訴。4.4 LCD顯示子程序本設(shè)計(jì)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(cè)查得。該液晶屏驅(qū)動(dòng)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(duì)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。4.5 故障判斷子程序在實(shí)際使用中輸電線路上的總負(fù)載不是一成不變的，輸電線路的電壓電流也會(huì)不停變動(dòng)，尤其是大功率設(shè)備的接入和斷開的瞬間，輸電線

27、路可能處于瞬時(shí)故障狀態(tài)，此時(shí)要求斷路器不能誤動(dòng)作，動(dòng)作要留有延遲。由于線路故障來說，對(duì)用電設(shè)備造成損壞的根本原因是短時(shí)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(shí)間熱量以量化形式方便計(jì)算對(duì)應(yīng)切斷時(shí)間。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。4.6 中斷子程序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(shí)，則會(huì)自動(dòng)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(huì)返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。本設(shè)計(jì)使用的中斷較多，外部中斷0，定時(shí)器中斷T0,串口中斷，其中外部中斷0用作按鍵，定時(shí)器中斷TO用來輸出500KHz時(shí)鐘脈沖，串口中斷響應(yīng)串口通訊，如

28、圖4-3所示。開始NNYNYY通訊完畢傳輸完畢數(shù)據(jù)傳輸中斷服務(wù)子程序串行口外部中斷0中斷響應(yīng)確定優(yōu)先級(jí)定時(shí)器中斷0開始信號(hào)計(jì)數(shù)溢出輸出脈沖結(jié)束圖4-3 中斷響應(yīng)流程圖5 仿真與調(diào)試本設(shè)計(jì)為了更好地展示內(nèi)容，并確定方案的可靠性，對(duì)主要實(shí)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。單片機(jī)程序使用keil3軟件進(jìn)行了調(diào)試，一些語法錯(cuò)誤，定義錯(cuò)誤都能夠檢查出來，得以修正，調(diào)試通過輸出hex文件供仿真使用。整個(gè)單片機(jī)電路使用protues軟件進(jìn)行了仿真。在實(shí)際使用中，發(fā)現(xiàn)了許多問題，比如ADC0808的時(shí)鐘與單片機(jī)取樣周期不吻合的問題，通過修改ADC0808的時(shí)鐘周期得以解決；比如LCD

29、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(jì)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。此外為了保證串口能夠通訊，采用串口調(diào)試工具對(duì)串口進(jìn)行了測(cè)試，串口能夠可靠運(yùn)行。參考文獻(xiàn)：1 傅啟國(guó).低壓斷路器智能測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.電工電氣,2009,03:4-8.2 徐四元,張琪,任福勝,劉曉林,張寧.低壓斷路器選型若干問題的討論J.電氣應(yīng)用,2009,07:16-18+20.3 董林,程武山,司海立,李如甲.低壓斷路器智能測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.微計(jì)算機(jī)信息,2009,28:53-

30、55.4 彭磊,李春菊,劉俊.基于CAN總線的低壓斷路器智能控制器的設(shè)計(jì)J.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2009,05:137-138+153.5 任明煒,孫玉坤.基于PIC16F877的低壓斷路器在線檢測(cè)系統(tǒng)J.儀表技術(shù)與傳感器,2009,12:64-66+81.6 郗存根,蔣衛(wèi)良,王大華.基于DeviceNet協(xié)議的新型低壓斷路器智能控制器的設(shè)計(jì)J.工礦自動(dòng)化,2010,02:102-107.7 陳鵬,王拓宇,任世彬.基于DSP的智能型低壓斷路器控制器設(shè)計(jì)J.電工電氣,2010,04:8-11.8 徐霄,金立軍,梅建,陸干文,劉源.基于PIC18F458的低壓斷路器智能控制單元J. 低壓電器,20

31、10,09:22-24.9 紐春萍,陳德桂,張敬菽,康艷.電動(dòng)斥力作用下低壓斷路器分?jǐn)嗵匦缘难芯縅.電工技術(shù)學(xué)報(bào),2005,07:34-38.10 黃紹平,李永堅(jiān).低壓斷路器智能脫扣器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.機(jī)床電器,2004,03:8-10+21.11 曾慶軍,劉陽,金升福,黃巧亮.基于CAN總線的低壓斷路器新型可通信智能控制器研制J.低壓電器,2004,10:28-32.12 陳錦前,高國(guó)琴.一種新型智能型低壓斷路器控制器的設(shè)計(jì)J.低壓電器,2004,05:19-23+26.13 王計(jì)波,李奎,王堯,岳大為. 基于低壓電力載波通信的低壓斷路器智能控制器設(shè)計(jì)J. 低壓電器,2011,07:14-17

32、+29.14 王計(jì)波,李奎,王堯,岳大為.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的低壓斷路器智能控制器設(shè)計(jì)J.煤礦機(jī)械,2011,06:174-176.15 范錦明.低壓斷路器現(xiàn)狀及智能化發(fā)展研究J.企業(yè)技術(shù)開發(fā),2011,20:114+118.16 王奎英,郭志紅,秦長(zhǎng)海.基于CAN新型智能低壓斷路控制器J.儀表技術(shù)與傳感器,2012,05:42-45.17 翟亞芳,張?zhí)禊i,夏路甲,吳戰(zhàn)偉.基于CAN總線的智能型低壓斷路器控制器設(shè)計(jì)J. 鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版),2013,01:105-109.18 李愛枝,李曉光.淺析低壓斷路器J.經(jīng)營(yíng)管理者,2013,30:379.19 陳國(guó)軍,王剛,殷埝生.基于DSP的

33、低壓斷路器新型智能控制器的研制J.電氣自動(dòng)化,2007,04:61-64.20 靳小紅,林莘.新型智能型低壓斷路器J.電氣制造,2006,01:27-29.21 黃巧亮,陳國(guó)軍,蔡亮,曾慶軍.基于DSP的現(xiàn)場(chǎng)總線式低壓斷路器新型智能控制器研究J.江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,03:68-72.22 鄭昕,朱方鐵,張培銘,曾明忠.MC9S12DG128B在低壓斷路器智能控制器中的應(yīng)用J. 低壓電器,2007,01:22-24+49.23 矯莉,曹云東.基于嵌入式ARM與CAN總線的低壓斷路器智能控制器設(shè)計(jì)的研究J. 電氣應(yīng)用,2007,09:81-83.24 胡雪松. DW45系列智

34、能型萬能式低壓斷路器的選型、設(shè)計(jì)及使用要點(diǎn)J.機(jī)電工程,2001,06:70-75.17附錄1附錄2#include #include #include #include #include #include #include unsigned char code zero=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x10,0x20,0x20,0x10,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;uns

35、igned char code one=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x10,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code two=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x70,0x08,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x

36、00,0x00,0x30,0x28,0x24,0x22,0x21,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code three=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x30,0x08,0x88,0x88,0x48,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x18,0x20,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code four=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0

37、0,0xC0,0x20,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x07,0x04,0x24,0x24,0x3F,0x24,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code five=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF8,0x08,0x88,0x88,0x08,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x19,0x21,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,0x00

38、,0x00,0x00,0x00;unsigned char code six=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xE0,0x10,0x88,0x88,0x18,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x11,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code seven=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x38,0x08,0x08,0xC8,0x38,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0

39、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code eight=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x70,0x88,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1C,0x22,0x21,0x21,0x22,0x1C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code nine=0x00,0x

40、00,0x00,0x00,0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x31,0x22,0x22,0x11,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code point=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x30,0x30,0x00,0x

41、00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code mao=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x36,0x36,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code unit=0x08,0x78,0x88,0x00,0x00,0xC8,0x38,0x08,0x00,0x00,0x00,

42、0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x07,0x38,0x0E,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char code amp=0x00,0x00,0xC0,0x38,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x3C,0x23,0x02,0x02,0x27,0x38,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned cha

43、r code dian=0x00,0x00,0xF8,0x88,0x88,0x88,0x88,0xFF,0x88,0x88,0x88,0x88,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F,0x08,0x08,0x08,0x08,0x7F,0x88,0x88,0x88,0x88,0x9F,0x80,0xF0,0x00;/電unsigned char code ya=0x00,0x00,0xFE,0x02,0x82,0x82,0x82,0x82,0xFA,0x82,0x82,0x82,0x82,0x82,0x02,0x00,0x80,0x60,0x1F,0x40,0x40

44、,0x40,0x40,0x40,0x7F,0x40,0x40,0x44,0x58,0x40,0x40,0x00;/壓unsigned char code liou=0x10,0x60,0x02,0x8C,0x00,0x44,0x64,0x54,0x4D,0x46,0x44,0x54,0x64,0xC4,0x04,0x00,0x04,0x04,0x7E,0x01,0x80,0x40,0x3E,0x00,0x00,0xFE,0x00,0x00,0x7E,0x80,0xE0,0x00;/流unsigned char code guo=0x40,0x40,0x42,0xCC,0x00,0x08,0x4

45、8,0x88,0x08,0x08,0x08,0xFF,0x08,0x08,0x08,0x00,0x00,0x40,0x20,0x1F,0x20,0x40,0x40,0x41,0x40,0x48,0x50,0x4F,0x40,0x40,0x40,0x00;/過unsigned char code qian=0x00,0x80,0x40,0x30,0x0F,0x08,0x08,0xE8,0x08,0x08,0x08,0x48,0x28,0x18,0x00,0x00,0x80,0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x06,0x01,0x06,0x08,0x10,0x20,0x40,0x

46、80,0x80,0x00;/欠unsigned char code kong=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;/unsigned char code duan=0x00,0xFC,0x20,0x24,0xA8,0xFF,0xA8,0x24,0x00,0xFC,0x44,0x44,0xC4,0x42,0x40,0

47、x00,0x00,0x3F,0x22,0x21,0x20,0x2F,0x20,0xA3,0x60,0x1F,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00;/斷unsigned char code kai=0x80,0x82,0x82,0x82,0xFE,0x82,0x82,0x82,0x82,0x82,0xFE,0x82,0x82,0x82,0x80,0x00,0x00,0x80,0x40,0x30,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;/開unsigned char code duan1=0x90

48、,0x88,0x87,0xFC,0x84,0x84,0x80,0x02,0xF2,0x12,0x12,0x12,0x12,0xF2,0x02,0x00,0x80,0x60,0x18,0x07,0x08,0x30,0x00,0x40,0x45,0x59,0x41,0x41,0x51,0x4D,0x40,0x00;/短unsigned char code lu=0x00,0x3E,0x22,0xE2,0x22,0x3E,0x00,0x10,0x88,0x57,0x24,0x54,0x8C,0x00,0x00,0x00,0x40,0x7E,0x40,0x3F,0x22,0x22,0x00,0x01,

49、0xFE,0x42,0x42,0x42,0xFE,0x01,0x01,0x00;/路unsigned char code zai=0x90,0x94,0x94,0xF4,0x9F,0x94,0x94,0x94,0x10,0x10,0xFF,0x10,0x12,0xD4,0x10,0x00,0x20,0x26,0x25,0x24,0xFE,0x14,0x14,0x14,0x80,0x40,0x27,0x18,0x26,0x41,0xF0,0x00;/載unsigned char *da=zero,one,two,three,four,five,six,seven,eight,nine;unsig

50、ned char l,m,n;/對(duì)ADC0808的配置sbit st=P36;sbit oe=P37; sbit eoc=P35; sbit adda=P27; sbit clk=P34; sbit led=P26; /對(duì)lcd的配置#define Disp_On 0x3f#define Disp_Off 0x3e#define Col_Add 0x40#define Page_Add 0xb8#define Start_Line 0xc0#define Lcd_Bus P0 #define ad0_7 P1 /AD數(shù)據(jù)口 sbit Mcs=P20; sbit Scs=P21; sbit En

51、able=P23; sbit Di=P25; sbit RW=P24; sbit Lcd_Rst=P22; void delay(unsigned int ms) /顯示延時(shí)程序 unsigned int i;while(ms-)for(i=0;i120;i+);/*-寫命令到LCD-*/void write_com(unsigned char cmdcode)Di=0; RW=0;Lcd_Bus=cmdcode;delay(0);Enable=1;delay(0);Enable=0;/*-寫數(shù)據(jù)到LCD-*/void write_data(unsigned char Dispdata)Di=

52、1;RW=0;Lcd_Bus=Dispdata;delay(0);Enable=1;delay(0);Enable=0;/*-清除內(nèi)存-*/void Clr_Scr()unsigned char j,k;Mcs=1;Scs=1;write_com(Page_Add+0);write_com(Col_Add+0);for(k=0;k64;k+)write_com(Page_Add+k); for(j=0;j128;j+)write_data(0x00); Mcs=0;Scs=0;/*-初始化LCD屏-*/void init_lcd( void )Lcd_Rst=0;/復(fù)位LCDdelay(10);Lcd_Rst=1;delay(10);Mcs=1;Scs=1;delay(10);write_com(Disp_Off);write_com(Page_Add+0);write_com(Start_Line+0);write_com(Col_Add+0);write_com(Disp_On);/*-LCD屏顯示-*/void hz_disp16(unsigned char pag,unsigned c