基于AT89C51的電源切換控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、0 引言 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和社會的進步，人們對供電持續(xù)性的要求已越來越高，如要求供電電源采用兩路甚至兩路以上，一路為常用電源（如外線電源），另外的為備用電源（如內(nèi)部的發(fā)電電源）。因此，需要一種能在電源之間進行自動切換的裝置，以保證某路正在使用的電源在出現(xiàn)故障時能自動切換到另外的正常電源上，保證供電不間斷或間斷時間在允許的范圍內(nèi)。該電源切換裝置必須具有反應(yīng)靈敏、工作可靠、功能齊全、聲光指示等特點。傳統(tǒng)的電源切換裝置采用模擬信號處理方式的控制器，反應(yīng)不靈敏，可靠性不高，且工作模式固定、單一。也有采用數(shù)字信號處理方式的控制器，但這種系統(tǒng)成本高，對工作環(huán)境要求苛刻。因此，設(shè)計出一種成本低、可靠性高、

2、多工作模式、對工作環(huán)境沒有特殊要求的電源自動切換控制器，具有重要的現(xiàn)實意義。 本文以單片機程序控制為基礎(chǔ)構(gòu)成的電源切換控制器，可以達到現(xiàn)實要求。 1 控制器組成和基本原理 硬件原理方框圖如圖1所示。 圖1 硬件原理方框圖 將常用電源a、b、c三相電壓，備用電源a、b、c三相電壓送入控制器，經(jīng)過光電耦合，實現(xiàn)強電與弱電的良好隔離以及有效轉(zhuǎn)換。光電耦合器將每相電壓進行取樣，然后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的結(jié)果被單片機讀入。單片機根據(jù)用戶鍵入的功能命令，對采集到的三相電壓與標準設(shè)定值進行智能判斷，然后發(fā)出相應(yīng)的分閘、合閘指令（或聲光報警指令），經(jīng)過接口電路，驅(qū)動繼電器，使電源切換開關(guān)作相應(yīng)的動作。

3、如：某相電壓超過（或低于）規(guī)定的電壓值（簡稱過壓或欠壓）時，應(yīng)有相應(yīng)的指示及聲光報警，以及根據(jù)用戶設(shè)定的工作模式去自動切換電源，切換由繼電器帶動開關(guān)來實現(xiàn)。最后，單片機還應(yīng)對切換后的開關(guān)進行檢測，以確定是否正常分閘或正常合閘，形成閉環(huán)控制回路，以免開關(guān)本身的故障造成系統(tǒng)不正常工作。 2 電路結(jié)構(gòu) 進行硬件電路設(shè)計時，既要考慮控制功能的實現(xiàn)又要充分利用軟件的功能來簡化硬件結(jié)構(gòu)，即做到軟硬兼施。 2.1 輸入電路 輸入電路如圖2所示。 圖2 輸入電路原理圖 在圖2中，cc1端接常用電源的某一相，cn端接常用電源的中線，bb1端接備用電源的某一相，bn端接備用電源的中線。用光電耦合器is604作為強

4、電與弱電的隔離(實際電路中有6個is604，為縮小電路圖的篇幅，這里只畫出常用電源的某一相，其它光電耦合器的相關(guān)電路連接，與之類似)，is604內(nèi)采用雙向發(fā)光管，轉(zhuǎn)換效率高，外界電壓輕微變化，is604就有相應(yīng)的輸出。r1為統(tǒng)調(diào)電阻，使每個光電耦合器在相同輸入時，有相同直流輸出，以克服光電耦合器之間的誤差，避免造成誤判。模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc0809性價比極高，其in0in2接入常用電源三相電壓的取樣值，in3in5接入備用電源三相電壓的取樣值，在單片機at89c51的地址線a0、a1、a2的控制下，輪流讀入每相取樣值的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，單片機at89c51中的程序根據(jù)這些瞬時取樣值與內(nèi)設(shè)的標準值相比較

5、，做出相應(yīng)的判斷，通過p1口，p2口，p3口進行輸出控制及指示。繼電器k5的作用是將常用電源或備用電源的某相電壓輸入變壓器t1降壓、整流、穩(wěn)壓后作為控制器的工作電源。 2.2 at89c51及外圍電路 由于單片機的腳位有限，為了擴展單片機的功能腳，采用了8255并行擴展芯片。如圖3所示，將8255的pa0pa5用作工作模式指示（該圖中沒畫出發(fā)光二極管，8255可通過限流電阻直接驅(qū)動發(fā)光二極管），pc0pc5作備用電源某相過壓或欠壓指示。考慮到電源切換控制器的工作環(huán)境惡劣，因干擾或其它原因（如待機工作）可能使單片機程序進入死循環(huán)或死機，加入看門狗電路max813l。單片機程序正常時在規(guī)定時間內(nèi)由

6、pb0輸出喂狗脈沖，否則，max813l在1.6s后將單片機復位，單片機復位后根據(jù)74ls373鎖存的8255pa口的狀態(tài)，恢復原來的工作模式，進入相應(yīng)的服務(wù)程序，這樣，程序的運行基本上不受影響。此時，看門狗將單片機及8255等復位，但74ls373在不掉電時，維持復位前的信息。只有整個控制器都掉電，74ls373才不保存原有信息，這樣74ls373不影響以后的工作模式設(shè)置。這也是沒有采用eeprom而采用74ls373保存控制器工作模式的原因。at89c51的p2.0p2.5為常用電源某相電壓的過壓或欠壓指示。p2.6p2.7可以用作電網(wǎng)發(fā)電的發(fā)電指令和卸載指令輸出。p1.0p1.7及p3.

7、0p3.5用作基本的i/o口，可以通過按鍵掃描的方式接受新的工作模式指令以及某路電源分閘、合閘指令輸出、報警發(fā)音輸出。 圖3 at89c51及外圍電路 2.3 繼電器控制電路 繼電器控制電路如圖4所示。 圖4 繼電器控制電路 在圖4中，只畫出常用電源合閘控制及備用電源合閘控制電路。常用電源合閘控制繼電器的線圈k1a與備用電源合閘控制繼電器的常閉觸點k2d串接在一起，這樣當p1.1出現(xiàn)高電平、p1.3出現(xiàn)低電平時，繼電器線圈k1a通電，其常開觸點k1c閉合，常閉觸點k1d斷開，接通交流220v的常用電源閘刀控制線路，同時斷開備用電源合閘控制繼電器線圈k2a的電源，兩個繼電器接成互鎖的形式，以保證

8、任何時刻只有一路電源被合閘接通，確保供電系統(tǒng)安全運行。該控制器還有分閘控制電路，電路形式與圖4類似，但不須接成互鎖形式。 3 軟件設(shè)計 電源切換系統(tǒng)一般有幾種工作模式，如：自投自復、自投不自復、只常、只備、發(fā)電，它們各有特點。自投自復的主要特點是，當常用電源不正常時，而備用電源正常時就接通備用電源，兩路電源都正常時，接通常用電源；自投不自復的主要特點，類似自投自復，但在使用備用電源時如果備用電源正常則不切換到常用電源；只常則不管常用電源是否正常都使用常用電源，但能對常用電源及備用電源進行檢測指示；只備類似只常，只使用備用電源；發(fā)電則是指備用電源由發(fā)電電源構(gòu)成時，應(yīng)有發(fā)電指令輸出以及卸載指令輸出。這些工作模式對應(yīng)的硬件電路基本一樣，只是軟件編程時應(yīng)有針對性和選擇性。另外，為進一步提高程序的穩(wěn)定性和抗干擾能力，在程序中還應(yīng)設(shè)軟件陷阱等抗干擾措施。由于8255的復位時間比單片機長，所以在上電復位后，對8255進行初始化之前，程序中要插入適當?shù)难訒r，使8255能正常工作。主程序流程圖如圖5所示。軟件中的檢測子程序、判斷子程序的思路，在參考文獻1中有具體的闡述。 圖5 主程