雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)PAGEPAGE28雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)胡劍挺(自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院指導(dǎo)教師)摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力質(zhì)量日益受到人們的重視,供電的連續(xù)性是電力質(zhì)量的重要內(nèi)容。一些關(guān)鍵的場(chǎng)所如醫(yī)院、煉鋼廠、消防設(shè)施，都需要兩路電源供電，來(lái)保持供電的連續(xù)性。針對(duì)不間斷供電的需求，基于采樣、比較的工作原理。對(duì)兩路三相供電電壓的采樣，人機(jī)接口設(shè)計(jì)和電源的切換部分等硬件組成進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。采用結(jié)構(gòu)化、模塊化編程方法，用KeilC編程了采樣、人機(jī)接口、自動(dòng)轉(zhuǎn)換等軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源狀況的判斷和雙電源的自動(dòng)切換。當(dāng)工作電源發(fā)生過(guò)壓、欠壓和缺相等故障時(shí)，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)完成主、備電源間轉(zhuǎn)換，以保持供電的連續(xù)性。該系統(tǒng)具有可編程、自動(dòng)化測(cè)量、LCD顯示、數(shù)字通訊等功能，集數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化于一身，是雙電源轉(zhuǎn)換的理想產(chǎn)品。關(guān)鍵詞：雙電；自動(dòng)轉(zhuǎn)換；智能控制Abstract：Withthedevelopmentofeconomics,themountofpowerusedbyenterpriseshasexceededgreatlythemountpowersystemcansupply.Itresultedinfrequentlypowercutandthedemandforpowerqualityandsafetyismoreandmorehigh.Therearesomanyimportantgroundssuchashospitals,steel-makers,fire-controllerfacilitieswhichrequiretwopowersourcestorealizedurativeofpowersupply.Tomeetthedemandforuninterruptedpowersupply，thedevelopingschemeofintelligentautomaticswitching-overdoublepowersupplysystemcontrollerusingP87C591controllerasmaincontrolchipwasintroduced.Thesystemincludesthevoltagesampling,thepowersourcescontrol,theman-machineinterface.Itisimplementedwiththestructureandthemodularprogrammingmethod,programmedwithKeilC.Inpowerserviceequipment，basedontheworkingprincipleofsampling,comparing,runningsoftwareontheP87C591controller,themicro-controllerdetectthepowersupplystateandprocesscorrespondingcontrol.Iffaultssuchasovervoltage,undevoltage，phaselossetc,wasfoundinthenormalpower,thestandbypowerwouldswitchbytheautomatictransferswitchcontroller.Theswitchingbetweentwo-waypowerswasreliablyfinishedautomaticallytoensurethecontinuityofpowersupply.Itisonekinddoublepowersourcemodulewhichhaveprogrammablefunction,theautomationmeasures,LCDdisplay,thenumericalcommunication.Itintegratesdigitization,intellectualized,network-rization,whichleadstoautomaticmeasurementandcontrolprocess,andreducesanartificialoperationerror.Itisidealproductwhichthedoublepowersourcetransforms.Keywords：doublepowersupply；automaticswitching-over；intelligentcontrol緒論依據(jù)國(guó)家規(guī)范GB50052-95《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求：對(duì)于一些較重要的一、二級(jí)負(fù)荷，應(yīng)采用雙電源供電。特別在電梯、消防、地鐵、醫(yī)院、賓館、郵電通訊、電視臺(tái)、工業(yè)流水線。船舶及其他緊急用電部門(mén)等不能停電的重要場(chǎng)合，對(duì)電源的連續(xù)性供電可靠性尤其重要,應(yīng)在最末一級(jí)配電箱處設(shè)置自動(dòng)切換裝置。為保證重要負(fù)荷供電的連續(xù)性，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器的應(yīng)用需求已越來(lái)越大，技術(shù)性能要求也越來(lái)越高。電源自動(dòng)切換技術(shù)就是研究當(dāng)一路電源異常（失壓、過(guò)壓、欠壓缺相等），如何按規(guī)定要求自動(dòng)可靠切換到正常電源，隨著電源自動(dòng)切換技術(shù)發(fā)展和電氣設(shè)備制造水平的提高供電可靠性大大增強(qiáng)。國(guó)內(nèi)外自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的發(fā)展?fàn)顩r自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器簡(jiǎn)稱為ATSE,是Automatictransferswitchingequipment的縮寫(xiě)。ATSE主要用在電源切換系統(tǒng),一旦轉(zhuǎn)換失敗將造成電源間的短路或重要負(fù)荷斷電,這不僅帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失(使生產(chǎn)停頓、金融癱瘓),也可能造成社會(huì)問(wèn)題(使生命及安全處于危險(xiǎn)之中)。因此,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都把ATSE的生產(chǎn)、使用列為重點(diǎn)產(chǎn)品加以限制與規(guī)范。ATSE一般由部分組成：開(kāi)關(guān)本體+控制器。而開(kāi)關(guān)本體又有PC級(jí)(整體式)與CB級(jí)(斷路器)之分。PC級(jí)：能夠接通、承載、但不用于分?jǐn)喽搪冯娏鞯腁TSE。CB級(jí)：配備過(guò)電流脫扣器的ATSE,它的主觸頭能夠接通并用于分?jǐn)喽搪冯娏??？刂破髦饕脕?lái)檢測(cè)被監(jiān)測(cè)電源(兩路)工作狀況,當(dāng)被監(jiān)測(cè)的電源發(fā)生故障(如任意一相斷相、欠壓、失壓或頻率出現(xiàn)偏差)時(shí),控制器發(fā)出動(dòng)作指令,開(kāi)關(guān)本體則帶著負(fù)載從一個(gè)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換至另一個(gè)電源.國(guó)內(nèi)市場(chǎng)用于兩路電源轉(zhuǎn)換的電器產(chǎn)品目前有四類(lèi)[1]。第一類(lèi)．是由接觸器組成的ATSE；第二類(lèi)是由斷路器組成的ATSE；第三類(lèi)用電動(dòng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)(符合GBl40483標(biāo)準(zhǔn))完成兩路電源轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品，第四類(lèi)為PC級(jí)(一體式)ATSE。國(guó)內(nèi)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的控制方式經(jīng)歷了四個(gè)過(guò)程：第一代為兩接觸器型轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，是我國(guó)最早生產(chǎn)的雙電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，它由兩臺(tái)接觸器搭接而成，這種裝置因機(jī)械聯(lián)鎖不可靠、耗電大等缺點(diǎn)，工程中越來(lái)越少采用。第二代為兩斷路器式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，就是我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)中提到的CB級(jí)ATSE。它由兩斷路器改造而成，另配機(jī)械聯(lián)鎖裝置，具有短路或過(guò)電流保護(hù)功能。但是機(jī)械聯(lián)鎖不可靠。第三代為勵(lì)磁式專用轉(zhuǎn)化開(kāi)關(guān)，它由勵(lì)磁式接觸器外加控制器構(gòu)成一個(gè)整體，機(jī)械聯(lián)鎖可靠，由電磁線圈產(chǎn)生吸引力來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，速度快。第四代為電動(dòng)式專用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，是PC級(jí)ATSE。其主體為負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)，為機(jī)電一體式開(kāi)關(guān)電器。轉(zhuǎn)換由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)換平穩(wěn)且速度快，并且具有過(guò)0位功能。PC級(jí)ATSE在工程中的應(yīng)用將成為主流。80年代初，將高速高效的微處理器應(yīng)用到電源自動(dòng)切換裝置上，提升了產(chǎn)品技術(shù)含量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品智能化。電源自動(dòng)切換技術(shù)朝著容量大型化，裝置一體化，功能智能化方向發(fā)展。以美國(guó)為代表的ATSE技術(shù)代表著當(dāng)今世界PC級(jí)ATSE先進(jìn)水平[2]。目前美國(guó)較大規(guī)模企業(yè)有三四家,如ONAN、AS2CO、GE-ZENITH,主要生產(chǎn)PC級(jí)(一體式)ATSE產(chǎn)品,除基本型外,還有瞬間并聯(lián)型、旁路-隔離型、延時(shí)轉(zhuǎn)換型等。為滿足不停電電源要求,國(guó)外一些大公司推出以可控硅為主的電子式ATSE,額定工作電流100A～1200A,檢測(cè)、轉(zhuǎn)換時(shí)間≤5ms。它主要應(yīng)用在電子商務(wù)網(wǎng)站、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體芯片制造業(yè)及緊急救援中心等要害部門(mén)。本課題研究的主要任務(wù)本課題將以飛利浦P87C591單片微型計(jì)算機(jī)為核心，利用該單片微型計(jì)算的運(yùn)算能力、存儲(chǔ)能力和邏輯分析等能力實(shí)現(xiàn)對(duì)兩路電源各三相電壓有效值的實(shí)時(shí)采集檢測(cè)，判斷并執(zhí)行相應(yīng)操作。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的各轉(zhuǎn)換延時(shí)，判斷電源故障時(shí)所依據(jù)的過(guò)電壓、欠電壓設(shè)定值等參數(shù)可通過(guò)控制器上的液晶屏和按鍵進(jìn)行調(diào)整。主要任務(wù)包括：人機(jī)界面的設(shè)計(jì)開(kāi)機(jī)初始化時(shí)的液晶顯示，自投自復(fù)、自投不自復(fù)、常用供電、備用供電、斷電再扣功能按鍵對(duì)應(yīng)的五個(gè)工作模式，液晶和指示燈顯示當(dāng)前的工作模式狀態(tài)。通過(guò)液晶和指示燈顯示的狀態(tài)，可以根據(jù)需要進(jìn)行人為操作，選擇自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的工作模式。自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的實(shí)現(xiàn)利用P87C591單片微型計(jì)算機(jī)的片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換模塊，檢測(cè)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的兩路各三相電壓信號(hào)，同時(shí)計(jì)算出兩路電源每相電壓的真有效值，作為邏輯判斷的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。因此，本課題的主要任務(wù)就是利用P87C591單片微型計(jì)算機(jī)通過(guò)相應(yīng)硬件的配合，研究出能夠?qū)崿F(xiàn)上述各項(xiàng)功能。雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)和工作原理雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)有本體和智能控制器兩大部分,如圖2.1所示。裝置本體是兩臺(tái)帶有電動(dòng)操作結(jié)構(gòu)的斷路器及附屬件（輔助、報(bào)警觸頭）、機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)、熔斷器、接線端子組成，所有元件安裝在一塊金屬板上，機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)安裝在兩臺(tái)斷路器之間。具有機(jī)械聯(lián)鎖和電氣聯(lián)鎖雙重保護(hù)功能，可確保兩臺(tái)斷路器不能同時(shí)合閘。單電機(jī)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)操作，用作ATS自動(dòng)或手動(dòng)分、合閘使用。兩臺(tái)斷路器，用作ATS控制器的電源隔離，具有過(guò)載合斷路保護(hù)功能。智能控制器一種具有可編程功能，自動(dòng)化測(cè)量、LCD顯示、數(shù)字通訊為一體的智能雙電源切換模塊。它集數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化與一身，測(cè)量及控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，減少認(rèn)為操作失誤，是雙電源切換的理想產(chǎn)品。智能控制器包括強(qiáng)電控制部分合弱點(diǎn)控制部分，弱電控制部分是整個(gè)控制部分的核心，完成兩路電源的檢測(cè)和人機(jī)交互。裝置本體和智能控制器二者之間用兩端轉(zhuǎn)有連接器的專用電纜線連接。圖2.1雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)[3]雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的工作原理[4]控制器對(duì)兩路電壓/電流同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)高于額定值(可調(diào))的電源電壓判為過(guò)電壓，對(duì)低于額定值(可調(diào))的判為欠電壓。微機(jī)控制電路對(duì)上述檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷，處理結(jié)果通過(guò)延時(shí)(可調(diào))電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的指令向電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出分閘或合閘指令自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)有自動(dòng)和手動(dòng)工作模式。手動(dòng)模式主要是通過(guò)按鍵控制裝置本體動(dòng)作，使其在常用電源、備用電源、斷電再扣三個(gè)工作模式轉(zhuǎn)換。在自動(dòng)工作模式下，智能控制器不斷地對(duì)常用電源和被用電源的三相電壓進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)常用電源三相中的某一相的電壓出現(xiàn)欠壓或過(guò)壓或缺相時(shí)，微機(jī)根據(jù)設(shè)置的參數(shù)判斷切換電源，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)（012～599秒）之間，用戶可以按照需要進(jìn)行設(shè)定），將常用電源的斷路器斷開(kāi)，再經(jīng)過(guò)相同的延時(shí)時(shí)間，將備用斷路器合上，進(jìn)入備用電源供電工作方式，假如備用電源也不正常，則出于斷電狀態(tài)，既不在常用電源工作模式也不在備用電源工作模式。常見(jiàn)工作模式有以下五種：自投自復(fù)模式：是以常用供電為主，當(dāng)常用供電不正常（欠壓、缺相等）轉(zhuǎn)至備用電源，當(dāng)常用電源恢復(fù)正常自動(dòng)轉(zhuǎn)回常用供電。自投不自復(fù)模式：當(dāng)常用電源不正常(欠壓、缺相等）轉(zhuǎn)至備用電源，當(dāng)常用電源恢復(fù)正常也不會(huì)轉(zhuǎn)回常用供電，只有備用電源不正常時(shí)才能轉(zhuǎn)回常用供電。常用供電模式：是常用合閘，即使常用不正常(欠壓、缺相等）也不轉(zhuǎn)換，只能分閘，當(dāng)常用恢復(fù)正常時(shí)又能自動(dòng)合閘。備用供電模式：是備用合閘，即使備用不正常(欠壓、缺相等）也不轉(zhuǎn)換，只能分閘，當(dāng)備用恢復(fù)正常時(shí)又能自動(dòng)合閘。斷電再扣模式：一是當(dāng)斷路器托扣后，用此鍵復(fù)位；二是類(lèi)似于緊停鍵，一旦按此鍵，兩路電源立即分閘。雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)單元、電壓信號(hào)的輸入采樣和兩路電源的輸出控制單元、人機(jī)接口單元幾個(gè)部分，如圖3.1自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)圖，圖3.2硬件的弱電部分和圖3.13硬件的強(qiáng)電部分用接插件連接。圖3.1自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)圖3.2硬件的弱電部分圖3.3硬件的強(qiáng)電部分單片機(jī)系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì)P87C591單片機(jī)簡(jiǎn)介MCU選擇帶4路10位A/D的87C591單片機(jī)。P87C591是PHILIPS公司一款高性能單片機(jī)，具有片內(nèi)CAN控制器，從80C51微控制器家族派生而來(lái)。它采用了強(qiáng)大的80C51指令集并成功的包括了Philips半導(dǎo)體SJA1000CAN控制器的PeliCAN功能。全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴(kuò)展的節(jié)電方式。振蕩器可停止和恢復(fù)而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。改進(jìn)的1：1內(nèi)部時(shí)鐘預(yù)分頻器在12MHz外部時(shí)鐘速率時(shí)實(shí)現(xiàn)500ns指令周期。主要特性:=1\*GB3①全靜態(tài)80C51中央處理單元，可提供OTP，ROM和無(wú)ROM型；=2\*GB3②16K字節(jié)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，可外部擴(kuò)展到64K字節(jié)；=3\*GB3③512字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM，可外部擴(kuò)展到64K字節(jié)；=4\*GB3④3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，T1（標(biāo)準(zhǔn)80C51）和附加的T2（捕獲&比較）；=5\*GB3⑤帶6路模擬輸入的ADC；=6\*GB3⑥2個(gè)8位分辨率的脈寬調(diào)制輸出（PWM）；=7\*GB3⑦作為標(biāo)準(zhǔn)80C51引腳時(shí)有32個(gè)I/O口；=8\*GB3⑧帶字節(jié)方式主和從功能的C總線串行I/O口；=9\*GB3⑨片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器T3；=10\*GB3⑩PeliCAN；圖3.4442腳LCC封裝管腳圖單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路用于單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的時(shí)指令執(zhí)行中個(gè)信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此只需要在外部XTAL1和XTAL2引腳接入定時(shí)控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定地自激振蕩器。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。如圖本方案采用的單片機(jī)時(shí)鐘電路。振蕩器的工作頻率一般在1.2～12MHz之間。在控制系統(tǒng)中,時(shí)鐘電路非常關(guān)鍵.外部時(shí)鐘式高噪聲源,除能引起對(duì)系統(tǒng)的干擾,還可能產(chǎn)生對(duì)外界的干擾,因此選用時(shí)鐘頻率低的單片機(jī)可以降低系統(tǒng)噪聲,在本設(shè)計(jì)中,選擇了頻率為4MHz的外部時(shí)鐘電路，如圖3.5。圖3.5時(shí)鐘電路電壓信號(hào)的采樣輸入和電源輸出控制單元電路設(shè)計(jì)兩路三相電源電壓的輸入采樣電路圖3.6兩路電源三相電壓采樣常用電源和備用電源的三相電壓經(jīng)二極管整流、電阻限流和電容濾波后，將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)（如圖3.7交直流變換前后電壓信號(hào)波形圖）。將直流電壓信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到直流電壓的平均值。圖3.7交直流變換前后電壓信號(hào)波形圖P87C591單片機(jī)片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換為10位精度，也可以選擇高速的8位模式。模擬輸入電路包括一個(gè)6輸入模擬多路復(fù)用器和一個(gè)10位標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制逐次逼近式ADC。A/D還可通過(guò)置位ADC8（AUXR1.7）配置成快速轉(zhuǎn)換的8位模式。8位結(jié)果保存在ADCH寄存器中。模擬參考電壓和模擬地通過(guò)單獨(dú)的輸入腳連接。對(duì)于10位精度，轉(zhuǎn)換需要50個(gè)機(jī)器周期，即25μs@12MHz。對(duì)于8位精度，轉(zhuǎn)換需要24個(gè)機(jī)器周期。輸入電壓范圍為0~+5V。ADC可選擇在空閑模式中關(guān)閉以降低功耗或在空閑模式中保持有效以降低轉(zhuǎn)換時(shí)的內(nèi)部噪聲。該選項(xiàng)可通過(guò)AUXR1中的AIDL位進(jìn)行選擇。當(dāng)AIDL置位時(shí)，ADC在空閑模式中有效，AIDL清零時(shí)，ADC在空閑模式中關(guān)閉。常用電源和備用電源的三相電壓都需要檢測(cè)，為了節(jié)省單片機(jī)的資源，采用多路模擬開(kāi)關(guān)74HC4051芯片選通每一相電壓進(jìn)行檢測(cè)，硬件電路如圖3.6。74HC4051引腳如圖3.8所示。Z：共同輸入或輸出；：使能輸入；S0~S1：輸入選擇；Y0~Y7：獨(dú)立輸出。74HC4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼S0~S2來(lái)決定,其真值表見(jiàn)表3.1?！啊笔墙苟?，當(dāng)“”=1時(shí)，各通道均不接通。此外，74HC405還設(shè)有另外一個(gè)電源端VEE，以作為電平位移時(shí)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(hào)能直接控制這種多路開(kāi)關(guān)，并使這種多路開(kāi)關(guān)可傳輸峰－峰值達(dá)15v的交流信號(hào)。例如，若模擬開(kāi)關(guān)的供電電源VCC=＋5v，GND=0v，當(dāng)VEE=－5v時(shí)，只要對(duì)此模擬開(kāi)關(guān)施加0～5v的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為－5v～＋5v的模擬信號(hào)。整流濾波得到的直流電經(jīng)多路模擬開(kāi)關(guān)的選擇與單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換I\O口相連，根據(jù)表3.174HC4051的功能表，P3.0、P3.1、P2.2有規(guī)律的不同組合選擇X0~X5的其中一個(gè)端口與P1.2/AD0相連，單片機(jī)定時(shí)地對(duì)這兩路電源的三相電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到的電壓值與設(shè)定的電壓參數(shù)比較，做出判斷并采取措施。如果連續(xù)采樣得到的電壓值與電壓參數(shù)比較不符合時(shí)，則認(rèn)為電源不正常,電壓測(cè)量精度達(dá)到1％。圖3.874HC4051引腳表3.174HC4051功能表兩路電源的輸出控制電路圖3.9兩路電源的輸出控制電路單片機(jī)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力不足以驅(qū)動(dòng)繼電器，因此采用高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列ULN2003加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成，如圖3.10ULN2003邏輯結(jié)構(gòu)圖。該電路的特點(diǎn)如下：ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。如圖3.9，當(dāng)常用電源供電時(shí)，單片機(jī)I/O口P0.4和P0.5輸出低電平，常合繼電器和常分繼電器吸合，裝置本體的電動(dòng)機(jī)正換（或反轉(zhuǎn)），延時(shí)3秒后，單片機(jī)I/O口P0.4和P0.5輸出高電平，常合繼電器和常分繼電器釋放。當(dāng)備用電源供電時(shí)，單片機(jī)I\O口P0.2和P0.6輸出低電平，備合繼電器和備分繼電器吸合，裝置本體的電動(dòng)機(jī)反換（或正轉(zhuǎn)），延時(shí)3秒后，單片機(jī)I/O口P0.2和P0.6輸出高電平，，備合繼電器和備分繼電器釋放。如果備用電源是由發(fā)電機(jī)提供的，則單片機(jī)I/O口P0.0輸出低電平，“發(fā)電”繼電器吸和，觸頭打到M11，由發(fā)電機(jī)提供電源。圖3.10ULN2003邏輯結(jié)構(gòu)人機(jī)接口單元電路設(shè)計(jì)在當(dāng)今的各種實(shí)時(shí)自動(dòng)控制和智能化儀器儀表中，人機(jī)交互是不可缺少的一部分設(shè)計(jì)人機(jī)交互接口，進(jìn)行人機(jī)分工時(shí)，要充分發(fā)揮人機(jī)的各自特點(diǎn)。可采用最大最小原則，即人承擔(dān)的工作量應(yīng)盡量少或最少，機(jī)器承擔(dān)的工作量應(yīng)最大，在最大限度利用機(jī)器的同時(shí)，充分發(fā)揮人的積極因素。人機(jī)結(jié)合并充分注意人的主導(dǎo)地位，將有效地保證系統(tǒng)的可靠性和壽命。該智能控制器的人機(jī)交互功能通過(guò)按鍵、液晶屏、指示燈來(lái)實(shí)現(xiàn)，使人的操作快捷方便，類(lèi)似于一般電氣按鈕同樣的方便，無(wú)需專業(yè)培訓(xùn)。液晶顯示電路的設(shè)計(jì)液晶顯示模塊簡(jiǎn)介圖形點(diǎn)陣型液晶顯示器是專門(mén)用于顯示數(shù)字、字母、圖形符號(hào)及少量自定義符號(hào)的顯示器。由于LCD具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等優(yōu)點(diǎn)，自問(wèn)世以來(lái)就得到了廣泛的應(yīng)用。字符型液晶顯示器模板在國(guó)際上已經(jīng)規(guī)范化，本方案選用肇慶金鵬電子有限公司生產(chǎn)的帶字庫(kù)的OCMJ12232C系列中文液晶，如圖3.11的液晶顯示模塊。主要用來(lái)同時(shí)顯示常用電源和備用電源的六路電壓值，以及根據(jù)按鍵設(shè)置參數(shù)的顯示。以下介紹下該液晶模塊的性能和使用方法。圖3.11OCMJ12232C系列液晶模塊肇慶金鵬電子有限公司生產(chǎn)的C系列中文模塊可以顯示字母、數(shù)字符號(hào)、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫(huà)面混合顯示功能。提供三種控制接口，分別是8位微處理器接口，4位微處理器接口及串行接口。所有的功能，包含顯示RAM，字型產(chǎn)生器，都包含在一個(gè)芯片里面，只要一個(gè)最小的微處理系統(tǒng)，就可以方便操作模塊。內(nèi)置2M-位中文字型ROM(CGROM)總共提供8192個(gè)中文字型(16x16點(diǎn)陣)，16K-位半寬字型ROM(HCGROM)總共提供126個(gè)符號(hào)字型(16x8點(diǎn)陣)，64x16-位字型產(chǎn)生RAM(CGRAM)，另外繪圖顯示畫(huà)面提供一個(gè)64x256點(diǎn)的繪圖區(qū)域（GDRAM），可以和文字畫(huà)面混和顯示。提供多功能指令：畫(huà)面清除（Displayclear）、光標(biāo)歸位（Returnhome）、顯示打開(kāi)/關(guān)閉（Displayon/off）、光標(biāo)顯示/隱藏（Cursoron/off）、顯示字符閃爍（Displaycharacterblink）、光標(biāo)移位（Cursorshift）、顯示移位（Displayshift）、垂直畫(huà)面卷動(dòng)（Verticallinescroll）、反白顯示（By_linereversedisplay）、待命模式（Standbymode）。OCMJ12232C系列中文液晶模塊的引腳說(shuō)明如表3.2。表3.2引腳功能說(shuō)明引腳名稱方向說(shuō)明引腳名稱方向說(shuō)明1VSS-GN（0V）9DB2I/O數(shù)據(jù)22VDD-SupplyVoltageForLogic(3/5V)10DB3I/O數(shù)據(jù)33VO-SupplyVoltageForLCD（懸空）11DB4I/O數(shù)據(jù)44RSIH：DataL:InstructionCode12DB5I/O數(shù)據(jù)55R/WIH：ReadL:Write13DB6I/O數(shù)據(jù)66EIEnableSignal，高電平有效14DB7I/O數(shù)據(jù)77DB0I/O數(shù)據(jù)015LEDA-背光源正極（+5V）8DB1I/O數(shù)據(jù)116LEDK-背光源負(fù)極（OV）液晶模塊的顯示步驟如下：1、顯示資料RAM（DDRAM）顯示數(shù)據(jù)RAM提供64x2個(gè)字節(jié)的空間，最多可以控制4行16字（64個(gè)字）的中文字型顯示，當(dāng)寫(xiě)入顯示資料RAM時(shí)，可以分別顯示CGROM，HCGROM與CGRAM的字型；本系列模塊可以顯示三種字型，分別是半寬的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型，三種字型的選擇，由在DDRAM中寫(xiě)入的編碼選擇，在0000H～0006H的編碼中將選擇CGRAM的自定字型，02H～7FH的編碼中將選擇半寬英數(shù)字的字型，至于A1以上的編碼將自動(dòng)的結(jié)合下一個(gè)字節(jié)，組成兩個(gè)字節(jié)的編碼達(dá)成中文字型的編碼BIG5（A140～D75F）GB(A1A0～F7FF)，詳細(xì)各種字型編碼如下：（1）顯示半寬字型：將8位資料寫(xiě)入DDRAM中，范圍為02H～7FH的編碼。（2）顯示CGRAM字型：將16位資料寫(xiě)入DDRAM中，總共有0000H，0002H，0004H，0006H四種編碼。（3）顯示中文字形：將16位資料寫(xiě)入DDRAM中，范圍為A140H～D75FH的編碼(BIG5)，A1A0H～F7FFH的編碼(GB)。將16位資料寫(xiě)入DDRAM方式為透過(guò)連續(xù)寫(xiě)入兩個(gè)字節(jié)的資料來(lái)完成，先寫(xiě)入高字節(jié)（D15～D8）再寫(xiě)入低字節(jié)（D7～D0）。2、繪圖RAM（GDRAM）繪圖顯示RAM提供64x32個(gè)字節(jié)的記憶空間(由擴(kuò)充指令設(shè)定繪圖RAM地址)，最多可以控制256x64點(diǎn)的二維繪圖緩沖空間，在更改繪圖RAM時(shí)，由擴(kuò)充指令設(shè)定GDRAM地址先設(shè)垂直地址再設(shè)水平地址(連續(xù)寫(xiě)入兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)來(lái)完成垂直與水平的坐標(biāo)地址)，再寫(xiě)入兩個(gè)8位的資料到繪圖RAM，而地址計(jì)數(shù)器（AC）會(huì)自動(dòng)加一,整個(gè)寫(xiě)入繪圖RAM的步驟如下：（1）先將垂直的字節(jié)坐標(biāo)（Y）寫(xiě)入繪圖RAM地址；（2）再將水平的字節(jié)坐標(biāo)（X）寫(xiě)入繪圖RAM地址；（3）將D15～D8寫(xiě)入到RAM中(寫(xiě)入第一個(gè)Bytes)；（4）將D7～D0寫(xiě)入到RAM中(寫(xiě)入第二個(gè)Bytes)。根據(jù)液晶顯示模塊的引腳功能說(shuō)明，與單片機(jī)的硬件連接如圖3.12。圖3.12OCMJ12232液晶模塊與單片機(jī)的硬件連接液晶背光燈的單穩(wěn)態(tài)電路設(shè)計(jì)圖3.13555定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)電路我們知道，數(shù)字電路的信號(hào)只有兩種狀態(tài)：邏輯低或邏輯高，即通常所說(shuō)的0狀態(tài)或1狀態(tài)、0電平或1電平。

單穩(wěn)電路指的是該電路的輸出信號(hào)只能在一種狀態(tài)（邏輯高或低）下是穩(wěn)定的，而當(dāng)電路的輸出處在另一種狀態(tài)下時(shí)不能穩(wěn)定的保持住，會(huì)自動(dòng)的回到穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)然，雙穩(wěn)電路就是說(shuō)電路的輸出信號(hào)在兩種狀態(tài)下（0或1）都可以穩(wěn)定的存在。

單穩(wěn)電路的應(yīng)用是十分廣泛的，一般用來(lái)產(chǎn)生一定時(shí)間寬度的（正或負(fù)）脈沖信號(hào)。

單穩(wěn)（電路）觸發(fā)器同“RS觸發(fā)器”、“JK觸發(fā)器”、“D觸發(fā)器”等（后幾種為雙穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器）構(gòu)成數(shù)字電路中基本的觸發(fā)器類(lèi)型，單穩(wěn)電路也是數(shù)字電路中的基本電路。

注：在看數(shù)字電路的資料時(shí)，有時(shí)看到“三態(tài)”的字樣，三態(tài)指的是除了前面說(shuō)的邏輯狀態(tài)0、邏輯狀態(tài)1以外，還有稱為“高阻態(tài)”的第三種的狀態(tài)。“高阻態(tài)”指（信號(hào)）線呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，就像信號(hào)線“斷開(kāi)”一樣?！案咦钁B(tài)”應(yīng)理解為“電路”的一種狀態(tài)而不是“信號(hào)”的一種狀態(tài)（數(shù)字信號(hào)只有0或1）。555集成定時(shí)電路，也稱555時(shí)基電路，是一種中規(guī)模集成電路。它具有功能強(qiáng)、使用靈活、適用范圍寬的特點(diǎn)。通常只要外接少量幾個(gè)元件，就可構(gòu)成各種不同用途的脈沖電路以及許多實(shí)用電路，如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路及施密特觸發(fā)器等等。從而能夠?qū)崿F(xiàn)振蕩、定時(shí)、調(diào)光、調(diào)壓、調(diào)速等。555集成電路有雙極型和CMOS兩種。CMOS型的優(yōu)點(diǎn)是功耗低、電源電壓低、輸入阻抗高。如圖3.13就是一個(gè)人工啟動(dòng)型的單穩(wěn)態(tài)電路，當(dāng)按鍵接地時(shí)，555定時(shí)器會(huì)使LEDK（液晶背光燈的陰極）與地接通一定時(shí)間，再回到原來(lái)斷開(kāi)狀態(tài)，如圖3.14，上面的波形是555定時(shí)器輸出波形，下面是按鍵輸出波形。當(dāng)按鍵波形由高電平到低電平時(shí)，555定時(shí)器輸出由原來(lái)低電平變?yōu)楦唠娖?，?dāng)按鍵波形由低電平恢復(fù)到高電平時(shí)，此時(shí)555定時(shí)器輸出波形卻沒(méi)有馬上回到低電平，而是延時(shí)一段時(shí)間后再回到低電平，這就是單穩(wěn)態(tài)。這樣可以達(dá)到節(jié)省電的目的。在需要按鍵的時(shí)候，背光燈才點(diǎn)亮，按鍵完畢后，延時(shí)一段時(shí)間后熄滅。圖3.14555定時(shí)器的單穩(wěn)態(tài)波形圖按鍵與指示燈的電路設(shè)計(jì)控制面板上共有8個(gè)按鍵，其中5個(gè)功能鍵，如圖3.15分別是自投自復(fù)、常用供電、備用供電、斷電再扣、參數(shù)選擇，其中參數(shù)選擇功能鍵是兩個(gè)按鍵，分別是自不自復(fù)/△為復(fù)合鍵，當(dāng)按參數(shù)選擇后這鍵為分母功能，其他時(shí)為分子功能。還有個(gè)按鍵是手動(dòng)/自動(dòng)控制鍵，是一個(gè)船形開(kāi)關(guān)，凡是通電都是打在自動(dòng)位置，否則機(jī)構(gòu)不能動(dòng)作，手動(dòng)是停掉控制的輸出，操作人員檢修時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)合、分的安全。圖3.15按鍵部分電路為了節(jié)省單片機(jī)的I/O資源，采用并入串出的移位寄存器74LS165,如圖3.16芯片封裝引腳，A,B,C,D,E,F,G,H為并行輸入端，QH為串行輸出端，CLOCK為時(shí)鐘輸入端，CLOCKINHIBIT為時(shí)鐘禁止端。當(dāng)時(shí)鐘禁止端為低電平時(shí)，允許時(shí)鐘輸入，SHIFT/LOAD為移位與置位控制端，SER為擴(kuò)展多個(gè)74LS165的首尾連接端。74LS165為8個(gè)串接的RS觸發(fā)器，根據(jù)功能表3.13，可知它有兩種工作狀態(tài)，當(dāng)并行數(shù)據(jù)裝入端SHIFT/LOAD為低電平時(shí)，將并行數(shù)據(jù)裝入到8個(gè)RS觸發(fā)器中；當(dāng)SHIFT/LOAD端為高電平時(shí)，在CLOCK或CLOCKINHIBIT的作用下進(jìn)行移位操作，即將H移出，G移到H，F(xiàn)移到G，…，A移到B，SER移到A。僅當(dāng)CLOCK為低電平CLOCKINHIBIT由低變高，或CLOCKINHIBIT為低電平CLOCK由低變高時(shí)才能進(jìn)行移位。其它情況下，H~A的內(nèi)容不變。表3.374LS164功能表圖3.1674LS165封裝圖控制面板上共有9個(gè)指示燈，如圖3.17分別是自投自復(fù)、自投不自復(fù)、常用供電、備用供電、參數(shù)選擇、備用合閘、常用合閘、備用托扣、常用托扣。圖3.17指示燈電路設(shè)計(jì)利用一片串入并出移位寄存器74LS164驅(qū)動(dòng)7個(gè)指示燈，如圖3.18芯片引腳圖，A1、A2為數(shù)據(jù)輸入，CLOCK為時(shí)鐘輸入，RESET為復(fù)位輸入，QA~QH為數(shù)據(jù)輸出，同樣大大節(jié)省了單片機(jī)的I/O口資源。參表3.1074LS164功能表的輸入輸出關(guān)系，在使用時(shí)將A、B并接作為數(shù)據(jù)的串行輸入端DIO，CLK作為時(shí)鐘端。串行輸入時(shí)，先將數(shù)據(jù)在A、B端準(zhǔn)備好，在CLK端產(chǎn)生一上升沿，則一位數(shù)據(jù)移至最低位QA；再將下一位數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，在CLK端產(chǎn)生下一上升沿，則下一位數(shù)據(jù)移至低位QB，其余位順次從低位到高位移動(dòng)，既QA→QB,…,QG→QH。這種時(shí)序符合串行器件特性，即把164當(dāng)稱一典型串行外設(shè)，用具有串行外設(shè)接口（SPI）的單片機(jī)（如PIC16C6X、7X）很簡(jiǎn)單地傳入數(shù)據(jù)，也可以用普通I/O口模擬其時(shí)序?qū)?shù)據(jù)移入。164為一般TTL器件，其并行輸出端（Q0~Q7）帶拉電流負(fù)載能力很弱（約400uA），在帶灌電流負(fù)載時(shí)，每位可允許最大灌電流8mA圖3.1874LS164引腳圖表3.474LS164功能表其他單元電路設(shè)計(jì)雙電源工作電源的電路設(shè)計(jì)如圖3.19，A2是常用電源的A相，N2是常用電源的零線；A1是備用電源的A相，N1 是備用電源的零線。當(dāng)繼電器觸點(diǎn)在A2位置時(shí)，由常用電源A相給開(kāi)關(guān)電源供電；當(dāng)常用電源不正?；蚴褂脗溆秒娫磿r(shí)，繼電器吸和，觸點(diǎn)打在A1位置，由備用電源A相供電。開(kāi)關(guān)電源提供+5V和+12V的工作電壓，為了保證雙電源的正常工作，當(dāng)常用電源和備用電源都不正?；虿还╇姇r(shí)，采用外部＋24V經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓二極管將壓為+12V，+12通過(guò)LM7806芯片得到+5V，如此就得到了+5V和+12V的工作電壓，但在備用電源和常用電源給開(kāi)關(guān)電源供電時(shí)，接內(nèi)+12V的繼電器的觸頭吸和，外+24V觸頭離開(kāi)穩(wěn)壓二極管，外部電源+24V只有在內(nèi)+12V沒(méi)電時(shí)，繼電器觸頭才釋放，有外+24V供電。圖3.19工作電源的設(shè)計(jì)電路I2C總線的電路設(shè)計(jì)I2C(Inter－IntegratedCircuit)總線是一種由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開(kāi)發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇?？呻S時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。24WC02是一個(gè)2kB的串行CMOSE2PROM，它采用8引腳封裝，如圖3.21，工作電壓為1．8V～6．0V。24WC02是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C器件，其I2C地址高4位固定為1010，接下來(lái)的3位由引腳A2～A1決定，最低位為讀／寫(xiě)控制位。引腳地址A2～A1用于同類(lèi)型I2C器件的片選，本設(shè)計(jì)中只有1片24WC02，故A2～A1接地，此時(shí)，24WC02的I2C寫(xiě)操作地址為0A0H，讀操作地址為0A1H。WP引腳用于對(duì)24WC02的寫(xiě)保護(hù)控制，WP接高電平時(shí)，24WC02為只讀，WP接地或懸空時(shí)則為讀／寫(xiě)狀態(tài)。24WC02一方面可為監(jiān)控儀保存初始參數(shù)（這些參數(shù)可在系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)獲得，主要是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境灰度影響參考電平VR的設(shè)置）和膜邊界參數(shù)等；另一方面，工作過(guò)程參數(shù)（如開(kāi)機(jī)時(shí)間、穿孔數(shù)與時(shí)間等）也需要進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。圖3.2024WC02的引腳封裝I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過(guò)程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和控制量?jī)刹糠?，地址碼用來(lái)選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類(lèi)；控制量決定該調(diào)整的類(lèi)別（如對(duì)比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中共有三種類(lèi)型信號(hào)，它們分別是：開(kāi)始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)（如圖3.22）和應(yīng)答信號(hào)。開(kāi)始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。圖3.2124WC02與單片機(jī)的硬件連接圖3.2224WC02起始和停止條件雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言是單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)的一種常用工具，它能直接操作硬件，指令的執(zhí)行速度快。但其指令系統(tǒng)的固有格式受硬件結(jié)構(gòu)的限制很大，且難于編寫(xiě)與調(diào)試，可移植性也差。隨著單片機(jī)硬件性能的提高，其工作速度越來(lái)越快，因此在編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，更著重于程序本身的編寫(xiě)效率。C語(yǔ)言是一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它提供了十分完備的規(guī)范化流程控制結(jié)構(gòu)。因此采用C51語(yǔ)言設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，首先要盡可能地采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，這樣可使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護(hù)。對(duì)于一個(gè)較大的程序，可將整個(gè)程序按功能分成若干個(gè)模塊，不同的模塊完成不同的功能。對(duì)于不同的功能模塊，分別指定相應(yīng)的入口參數(shù)和出口參數(shù)，而經(jīng)常使用的一些程序最好編成函數(shù)，這樣既不會(huì)引起整個(gè)程序管理的混亂，還可增強(qiáng)可讀性，移植性也好。因此，在編寫(xiě)控制器的軟件設(shè)計(jì)時(shí)，采用C51語(yǔ)言，縮短了開(kāi)發(fā)周期。單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)流程圖4.1主程序軟件流程圖單片機(jī)程序采用模塊化編程方法,用KeilC編程完成。程序由測(cè)量與顯示程序、小波變換濾波程序、判斷與控制程序、按鍵設(shè)置程序、參數(shù)整定程序、油機(jī)啟動(dòng)程序、看門(mén)狗保護(hù)程序等部分組成。部分模塊子程序4.2.1按鍵設(shè)置程序按鍵有自投自復(fù)、常用供電、參數(shù)選擇、斷電再扣、備用供電、自投不自復(fù)功能鍵，來(lái)選擇雙電源不同的工作狀態(tài)。74LS165的并行輸入子程序如下：ucharinput_165(void){a0=P_OUT;P_CLK=0;P_CLK=1;a1=P_OUT;P_CLK=0;P_CLK=1;a2=P_OUT;P_CLK=0;P_CLK=1;a3=P_OUT;P_CLK=0;P_CLK=1;a4=P_OUT;P_CLK=0;P_CLK=1;a5=P_OUT;P_CLK=0;P_CLK=1;a6=P_OUT;P_CLK=0;P_CLK=1;a7=P_OUT;P_CLK=0;P_CLK=1;return(ACC);}4.2.2指示燈程序指示燈有備用合閘、常用合閘、參數(shù)選擇、自投自復(fù)、自投不自復(fù)、常用供電、備用供電，顯示雙電源的工作狀態(tài)。74LS164的串行行輸出子程序如下：voidsd164_8bit(uchardate){uchari;ACC=date;for(i=8;i>0;i--){P_CLK1=0;P_CLK1=0;P_DAT=a7;P_CLK1=1;P_CLK1=1;P_CLK1=0;P_CLK1=0;ACC=ACC<<1;}}voidsend164(void){voidwatchdog();uchari;EA=0;P_CLK1=0;P_DAT=0;for(i=0;i<2;i++){sd164_8bit(date164[i]);}Delay_N_mS(50);EA=1;}4.2.3I2C子程序I2C的c語(yǔ)言程序,用普通I/O模擬I2C總線，包括讀寫(xiě)一個(gè)字節(jié),讀寫(xiě)n個(gè)字節(jié)的子程序。voidSetupDelay(void)/*延時(shí)函數(shù)*/{unsignedchart=DELAY_TIME;while(t!=0)t--;}voidSetupSCL(bitABit){Scl=ABit;SetupDelay();}voidSetupSDA(bitABit){Sda=ABit;SetupDelay();}voidInitial24C04(void){SetupSCL(1);SetupSDA(1);}/*啟動(dòng)I2C總線的函數(shù)，當(dāng)SCL為高電平時(shí)使SDA產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變*/voidstart(void){SetupSDA(1);SetupSCL(1);SetupSDA(0);SetupSCL(0);}/*終止I2C總線，當(dāng)SCL為高電平時(shí)使SDA產(chǎn)生一個(gè)正跳變*/voidstop(void){SetupSDA(0);SetupSCL(1);SetupSDA(1);SetupSCL(0);}voidSendABit(bitSendBit)/*SENDABIT*/{SetupSDA(SendBit);SetupSCL(1);SetupSCL(0);Scl=0;SetupSCL(0);}/*發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后檢驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)答信號(hào)*/bitCheck_Acknowledge(void){bitk;SetupSDA(1);SetupSCL(1);k=SDA;SetupSCL(0);return(!k);}/*接收完一個(gè)字節(jié)后發(fā)送應(yīng)答信號(hào)*//*voidAck(void){SetupSDA(0);SetupSCL(1);SetupSCL(0);SetupSDA(1);}/*向I2C總線寫(xiě)一個(gè)字節(jié)*/voidWriteI2CByte(uchardat){uchari;for(i=0;i<8;i++)SendABit((dat<<i)&0x80);SDA=1;}/*從I2C總線讀一個(gè)字節(jié)*/ucharReadI2CByte(void){bitk;uchari,dat=0;SetupSDA(1);SetupSCL(0);for(i=0;i<8;i++){dat=dat<<1;SetupSCL(1);k=SDA;SetupSCL(0);if(k==1)dat=dat|0x01;}returndat雙電源自動(dòng)換開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)PAGEPAGEXXXV單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換子程序其中ADC為10位精度，也可以選擇高速的8位模式。模擬輸入電路包括一個(gè)6輸入模擬多路復(fù)用器和一個(gè)10位標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制逐次逼近式ADC。A/D還可通過(guò)置位ADC8（AUXR1.7）配置成快速轉(zhuǎn)換的8位模式。8位結(jié)果保存在ADCH寄存器中。模擬參考電壓和模擬地通過(guò)單獨(dú)的輸入腳連接。對(duì)于10位精度，轉(zhuǎn)換需要50個(gè)機(jī)器周期，即25μs@12MHz。對(duì)于8位精度，轉(zhuǎn)換需要24個(gè)機(jī)器周期。輸入電壓范圍為0~+5V。voidADC(void){unsignedcharI,data;AUXR1&=0x7F;//10位轉(zhuǎn)換for(i=0;i<250;i++);while((ADCON&0x08)!=0);ADCON=0x03;//選擇模擬通道3（ADC3）,并清除ADCIfor(i=0;i<50;i++);ADCON|=0x08;//啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換while((ADCON&0x10)==0);data=~ADCH;//將轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位在LED中顯示出來(lái)}雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的性能和使用產(chǎn)品性能如圖5.1，就是本課題設(shè)計(jì)出來(lái)的最終產(chǎn)品的外形，具有可編程功能，自動(dòng)化測(cè)量、LCD顯示、數(shù)字通訊為一體的智能雙電源切換模塊。它集數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化于一身，測(cè)量及控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，減少人為失誤，是雙電源切換的理想產(chǎn)品。它的詳細(xì)性能和特點(diǎn)如下：圖5.1智能控制器外形(1)測(cè)量與顯示：集合了電量變送器、數(shù)顯表、數(shù)據(jù)采集器等儀器的部分或全部功能。測(cè)量功能包括:兩路三相相電壓、頻率。同時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的狀態(tài)量(合閘、分閘、脫扣)等。采用LCD液晶大屏幕中文顯示。完備的中文操作提示使操作更方便；(2)判斷與控制：控制器對(duì)兩路電的供電質(zhì)量進(jìn)行延時(shí)判斷后,具有自動(dòng)切換時(shí)間可調(diào)1～60s,輸出20A無(wú)源觸點(diǎn),控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可以是兩個(gè)機(jī)械聯(lián)鎖的接觸器,電動(dòng)空開(kāi),也可以是專業(yè)的ATS(如SOCOMEC)；(3)控制器面板上設(shè)有五個(gè)功能鍵，自投自復(fù)，常用供電、備用供電、斷電再扣、參數(shù)選擇鍵（其中：自投不自復(fù)/△為復(fù)合鍵，當(dāng)按參數(shù)選擇后這鍵為分母功能，其它時(shí)為分子功能）。在通電以后可任意切換狀態(tài)（不需翻菜單），快捷方便（類(lèi)似與操作一般電氣按鈕同樣的方便，無(wú)需專業(yè)培訓(xùn)）。功能鍵也像其它參數(shù)一樣記憶在內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)器內(nèi)，在系統(tǒng)斷電后也不會(huì)丟失，重新啟動(dòng)又恢復(fù)停電前的狀態(tài)。除了斷電再扣鍵外，幾個(gè)功能鍵都各自對(duì)應(yīng)一個(gè)指示燈來(lái)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。面板上還有一船形開(kāi)關(guān)，標(biāo)有手動(dòng)、自動(dòng)，凡是通電都要打在自動(dòng)位置，否則機(jī)構(gòu)不能動(dòng)作。手動(dòng)是停掉控制的輸出，方便操作人員檢修時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)合、分的安全。(4)通訊功能：控制器同時(shí)具有RS232C、RS485串行通訊接口,應(yīng)用通訊規(guī)約,借助于PC或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上運(yùn)行的軟件,能提供一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的對(duì)工廠、電信、工業(yè)和民用建筑物雙電源切換管理方案。實(shí)現(xiàn)雙電源切換的“遙控、遙測(cè)、遙信”三遙功能。產(chǎn)品可遠(yuǎn)距離控制消防信號(hào)輸出；(5)編程與設(shè)置：允許用戶在現(xiàn)場(chǎng)或監(jiān)控中心對(duì)其工作狀態(tài)“自動(dòng)/手動(dòng)”、“一路優(yōu)先供電、二路優(yōu)先供電和無(wú)優(yōu)先供電”、通訊參數(shù)、轉(zhuǎn)換需要的各種延時(shí)等參數(shù)進(jìn)行更改設(shè)定。同時(shí)記憶在內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)器內(nèi),在系統(tǒng)掉電時(shí)也不會(huì)丟失。在現(xiàn)場(chǎng)或監(jiān)控中心設(shè)定油機(jī)啟動(dòng),報(bào)警輸出等功能；(6)時(shí)鐘功能;控制器具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘,并可進(jìn)行校準(zhǔn)；(7)優(yōu)化的電源設(shè)計(jì)：控制器的供電電源可以外接直流供電(12～24V),也可以不接;不接時(shí),當(dāng)兩路A相電壓都沒(méi)有時(shí),工作將失效；(8)數(shù)字化的參數(shù)整定：控制器的所有參數(shù)均采用數(shù)字化調(diào)整,擯棄常規(guī)采用電位器的模擬調(diào)整方法,簡(jiǎn)化了硬件電路,提高了整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性,每個(gè)參數(shù)均可以單獨(dú)調(diào)整,不會(huì)對(duì)其他參數(shù)造成影響；(9)雙電源供電雙分狀態(tài)：系統(tǒng)負(fù)載于雙分狀態(tài)時(shí),不論兩組電源是否正常以及系統(tǒng)“手動(dòng)”和“自動(dòng)”的預(yù)置狀態(tài),系統(tǒng)都仍然保持雙分狀態(tài)；(10)產(chǎn)品保護(hù)功能:過(guò)負(fù)荷和短路保護(hù);斷相、斷路保護(hù)；失壓、欠壓保護(hù),保護(hù)精度高；(11)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),嵌入方式安裝，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。操作說(shuō)明裝置開(kāi)機(jī)操作：控制器一通電即可進(jìn)入開(kāi)機(jī)狀態(tài)，通電后的初始屏：歡迎您使用雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)顯示切換操作：按參數(shù)選擇鍵（即進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置或修改）第一屏：上限電壓：（240－279）V陰影位為可修改位（0－9），用△、△鍵來(lái)修改想要達(dá)到的數(shù)，用參數(shù)選擇鍵進(jìn)位到下一位。每按一次參數(shù)選擇鍵，陰影就前移一位。當(dāng)進(jìn)到百位，再按一次參數(shù)選擇鍵，顯示進(jìn)入第二屏。下限電壓：（150－179）V仿照上述，顯示依次進(jìn)入第三屏，第四屏第三屏合閘時(shí)間（012－599）秒第四屏分閘時(shí)間（012－599）秒每屏的第一行為可修改的范圍數(shù)，超出此數(shù)為無(wú)效。當(dāng)進(jìn)入第四屏后修改已到位，這時(shí)再按參數(shù)選擇即可退出參數(shù)修改或設(shè)置，進(jìn)入到原工作狀態(tài)，正常顯示為：常：220220220V備：220220220V兩路相電壓安裝和調(diào)試安裝一體式ATS可按外形安裝尺寸直接裝在動(dòng)力控制柜(箱)內(nèi)，分體式ATS則將本體裝在柜內(nèi)，智能控制器固定在開(kāi)孔面板上，用提供的專用電纜將本體和智能控制器連接好，注意電纜兩端的連接器必須插實(shí)扣緊。ATS安裝完畢，用戶可對(duì)其接線。根據(jù)ATS額定電流的大小選用合適的導(dǎo)線將常用電源及備用電源的