【應(yīng)急電源的設(shè)計4400字】

應(yīng)急電源的設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u18013摘要 129386引言 1305501.應(yīng)急電源 2279431.1應(yīng)急電源的概念及種類 224197常用應(yīng)急電源的種類 2149561.2應(yīng)急電源的特點 3239061.3應(yīng)急電源的用途 3154742.總體設(shè)計系統(tǒng)方案 4173103.硬件設(shè)計 431883.1主控芯片STC89C52 4298403.2電壓檢測模塊ADC0832 569973.3LCD1602 6217393.4繼電器 7319793.5報警部分模塊的選擇 7110934.軟件設(shè)計 8324544.1主程序 8129564.2電池電壓檢測程序 9281714.3LCD顯示程序 10211425.總結(jié) 1119809參考文獻(xiàn) 11摘要:本設(shè)計是基于單片機(jī)設(shè)計的家用應(yīng)急電源，主要實現(xiàn)以下功能：通過電壓檢測模塊檢測電網(wǎng)電壓和蓄電池電壓，當(dāng)市電電壓為OV時，可自動切換蓄電池供電，并發(fā)出報警，指示供電故障或電路異常；實現(xiàn)蓄電池充電和停止充電：采用LCD1602顯示供電電壓和蓄電池電壓。MCU具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)內(nèi)存，512字節(jié)RAM，32位I/O端口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，max810復(fù)位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，7個向量級4個中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)的515向量級2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行端口。關(guān)鍵詞：單片機(jī)STC89C52；應(yīng)急電源；LCD1602引言現(xiàn)代社會越來越依賴電力。驟然停電會干擾人們正常的學(xué)習(xí)和生活。現(xiàn)在，并網(wǎng)供電已在各地得到廣泛應(yīng)用。對于電力用戶來說，僅僅依靠電網(wǎng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。必須建立應(yīng)急供電系統(tǒng)，最大限度地減少供電中斷造成的損失，為人民生活和生產(chǎn)提供有力保障。1.應(yīng)急電源1.1應(yīng)急電源的概念及種類1.1.1應(yīng)急電源的概念應(yīng)急電源由充電器、逆變器、蓄電池、隔離變壓器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等裝置組成，將直流電源轉(zhuǎn)換成交流電源。1.1.2應(yīng)急電源的種類當(dāng)工業(yè)和民用建筑處于火災(zāi)應(yīng)急狀態(tài)時，為保證滅火成功，負(fù)責(zé)消防用電設(shè)備供電的獨立電源稱為應(yīng)急電源[1]?！睹裼媒ㄖ姎庠O(shè)計規(guī)范》明確規(guī)定：一級負(fù)荷需要有兩個電源供電，當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應(yīng)當(dāng)不會受到損壞；一級負(fù)荷的電源形式有二路高壓電源與一路高壓電源及一路低壓電源、柴油發(fā)電機(jī)組或蓄電池組；一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷除上述兩個電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。常用應(yīng)急電源的種類（1）EPS應(yīng)急電源：由充電器、逆變器、蓄電池、隔離變壓器、開關(guān)等裝置組成，是將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的應(yīng)急電源[2]。適合用在停電時間大于0.25s的負(fù)荷。（2）UPS不間斷電源：它主要以電力變流器儲能裝置（蓄電池）和開關(guān)（電子和機(jī)械式）構(gòu)成的保證供電連續(xù)性的靜止型交流不間斷電源裝置[3]。適合用于容許中斷供電時間為毫秒級的負(fù)載。（3）自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組：是以柴油機(jī)為動力，驅(qū)動工頻交流同步發(fā)電機(jī)組成的發(fā)電設(shè)備?？焖僮詥影l(fā)電機(jī)組適合用在停電的時間超過15s的建筑物。應(yīng)急電源的工作時間應(yīng)當(dāng)按照生產(chǎn)工藝要求所允許的停電時間考慮。與自動啟動發(fā)電機(jī)組配套使用時，不少于10min。（4）它是一種獨立于常規(guī)電源的特殊饋線，具有自動切換裝置。自動切換裝置的動作時間可以滿足應(yīng)急電源的要求，斷電時間是1.5s或者超過0.6s。對于容量小、停電時間毫秒的特別重要的負(fù)荷，如果可以使用直流電源，則應(yīng)使用蓄電池作為應(yīng)急電源。（5）自備應(yīng)急燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組：燃?xì)廨啓C(jī)作為動力源，驅(qū)動工頻交流同步發(fā)電機(jī)所組成的發(fā)電機(jī)器組合。1.2應(yīng)急電源的特點高可靠性、系統(tǒng)簡單、控制方便、可監(jiān)視性和免維護(hù)性。第一，高可靠性。保證供電暢通是應(yīng)急供電的首要目的，只要各部件能正常運(yùn)行而不損壞，供電就不能中斷。部件在緊急狀態(tài)下的工作狀態(tài)非常嚴(yán)峻。在特定的狀態(tài)下，電源的某些電氣參數(shù)可能并不理想，但只要電氣負(fù)載能在這些參數(shù)下工作，電源就不能停止傳輸電流。第二，可監(jiān)視性。雖然應(yīng)急電源是在特殊場合使用，但是應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)當(dāng)定期進(jìn)行測試檢驗。特別適用于應(yīng)急不間斷電源：一是利用自己的接口將信號傳輸?shù)街鳈C(jī)，并由計算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控；其次，對于正常負(fù)荷，平時可以用質(zhì)量好的應(yīng)急電源供電，這是最好的監(jiān)控方式。第三，免維護(hù)性。對于應(yīng)急電源，其免維護(hù)性能表現(xiàn)在三個方面：一是電池的充放電通過裝置的智能集成芯片來完成；二是采用免維護(hù)電池；第三，裝置能發(fā)出狀態(tài)報警信號。第四，系統(tǒng)簡單、控制方便。建筑電氣工程設(shè)計表明，在特定的火災(zāi)對象中，應(yīng)急電源的種類往往不是單一的，通常采用多個電源的組合方案。它的供電范圍和容量一般由建筑物的負(fù)荷水平、供電質(zhì)量、緊急急負(fù)荷數(shù)量及其分布情況、負(fù)荷特性等因素決定。1.3應(yīng)急電源的用途當(dāng)汽車或卡車的發(fā)動機(jī)啟動時，汽車的電池需要提供12V的電壓。當(dāng)汽車的電池不能使用時，汽車就不能啟動。這時，應(yīng)急電源可以代替汽車的電池啟動汽車。應(yīng)急電源還可以具有很多其他豐富的功能，成為一個更廣泛意義上的應(yīng)急電源，如為手機(jī)等電器充電，能用作照明，可以作為筆記本的電源；帶有氣泵的還可以給車胎打氣；帶有逆變器的還可以輸出220伏電壓給其他電器供電[4]。在產(chǎn)品的選擇上，要注意一個好的應(yīng)急電源要容易維護(hù)，甚至不需要維護(hù)。電池壽命長，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。例如，有些產(chǎn)品可以在較大的溫差范圍內(nèi)正常工作。此外還要看功能是否滿足需求，使用是否方便等[5]。2.總體設(shè)計系統(tǒng)方案本設(shè)計選擇用STC89C52作為主控芯片，采用電壓檢測模塊，通過串接口與主控芯片聯(lián)系，LCD1602作為顯示屏幕。當(dāng)出現(xiàn)識別錯誤時，首先揚(yáng)聲器廣播信息，當(dāng)市電電壓為0V時，電池電源自動切換，報警提示電源故障或電路異常。當(dāng)市電電壓為0V時，電池電源自動切換，報警器提示停電或線路異常；實現(xiàn)電池充放電、停止充電等動作，通過LCD1602顯示電源電壓和電池電壓。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.硬件設(shè)計3.1主控芯片STC89C52單片機(jī)是一種大規(guī)模集成芯片，將中斷系統(tǒng)、中央處理器、RAM、ROM、各種驅(qū)動電路、模擬電路等集結(jié)到一起構(gòu)成一個功能完善的核心系統(tǒng)。在這個信息化的時代，越來越多的系統(tǒng)、應(yīng)用等的構(gòu)造都離不開單片機(jī)系統(tǒng)，其種類多、價格低、兼容性好、抗干擾能力好等特點受到的很多研發(fā)者的喜愛[6]。本設(shè)計采用STC89C52作為主控芯片。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。它能夠非?？焖俚膶?shù)據(jù)進(jìn)行計算，同時能進(jìn)行有效的編程，故障率較低。STC89C52最小系統(tǒng)原理圖如圖2所示。圖2STC89C52單片機(jī)引腳它的封裝形式有PDIP、PQFP/TQFP與PLCC等，STC單片機(jī)有很多個系列的產(chǎn)品種類，因為stc89系列與傳統(tǒng)的51單片機(jī)完全兼容，所以使用起來非常方便，而且因為它強(qiáng)大的功能，在當(dāng)今市場上有廣泛使用。與STC89C51相比，系統(tǒng)功能有了很大的進(jìn)步。另一大特點是它的價格比較適合，性價比比較高，所以我選擇它作為本次設(shè)計的核心系統(tǒng)。3.2電壓檢測模塊ADC0832電壓檢測模塊ADC0832是由美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。ADC0832是一種8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片。它的最高分辨率可達(dá)256級，可以滿足模擬量轉(zhuǎn)換的一般要求[7]。芯片轉(zhuǎn)換時間只有32微秒。雙份數(shù)據(jù)輸出，可用作數(shù)據(jù)校驗，減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快，穩(wěn)定性強(qiáng)。獨立芯片使輸入更方便，便于多設(shè)備連接和處理器控制。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇[8]。 圖3電壓檢測模塊3.3LCD1602LCD1602液晶顯示器是一種在市場上廣泛應(yīng)用的字符型液晶顯示模塊，是一種能夠同時顯示16個×2行字符的液晶顯示器，能顯示的數(shù)據(jù)格式有：數(shù)字，字母，ASCII字符等等。該液晶通過三位控制總線和8位并行數(shù)據(jù)總線進(jìn)行控制顯示[9]。它由字符型液晶顯示器（LCD）、控制驅(qū)動主電路HD44780及其擴(kuò)展驅(qū)動電路hd44100，以及組裝在PCB板上的少量電阻、電容和結(jié)構(gòu)件組成。圖4顯示屏LCD1602模塊3.4繼電器繼電器（relay）是一種電控制器件，是當(dāng)輸入量的變化達(dá)到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器[10]。繼電器具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用[11]。嚴(yán)格地說，19世紀(jì)20年代，丹麥物理學(xué)家奧斯特和英國物理學(xué)家法拉第先后發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)與電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并通過這些發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了電和磁的合理轉(zhuǎn)換[12]。發(fā)電機(jī)和電動機(jī)就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。20世紀(jì)30年代，美國出現(xiàn)了第一種繼電器。隨著電子時代的到來，繼電器的種類和性能不斷豐富和完善，為今后科技產(chǎn)品的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。繼電器其實主要可以分為兩個部分：控制部分和驅(qū)動部分，主要作用就是傳遞信號和控制電路[13]。它主要根據(jù)電磁學(xué)原理工作。電壓的變化導(dǎo)致體內(nèi)磁性的變化。它通過磁性的改變來控制開關(guān)，從而控制電機(jī)的運(yùn)行。其原理圖如下：圖5供電切換當(dāng)電路不能正常工作時，自動切換備用電源，并及時恢復(fù)供電。避免影響正常生活。3.5報警部分模塊的選擇本次選擇的報警模塊為蜂鳴器報警。實際上，它是一個由直流電壓供電的電子蜂鳴器。蜂鳴器主要分為兩種：壓電蜂鳴器與電磁蜂鳴器。目前廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。具有報警功能，結(jié)構(gòu)相對簡單。主要由三極管連接和控制，原理圖如下：圖6蜂鳴器原理圖4.軟件設(shè)計本設(shè)計主要是針對突然停電或電路故障做出自動切換備用電源的設(shè)計，主要是為了檢測電路中的正常電壓是0V，表示停電或電路故障，然后自動切換備用電池，提供電源。其次，檢測電池電量，防止過充。4.1主程序在程序開始之前，我們需要初始化引腳。首先，我們需要初始化ADC0832芯片，然后初始化LCD1602并賦值，然后顯示初始化界面。進(jìn)入while循環(huán)，首先檢測電源電壓值，如果電壓值為0，則報警提示電源故障或電路故障，并切換電池電源。然后，檢測蓄電池電壓。如果電壓小于20V或大于25V，說明蓄電池電壓異常，停止充電并報警；當(dāng)電壓大于等于20V小于24V時，蓄電池充電正常；如果電壓值大于或等于24V且小于或等于25V，則停止充電。 圖6主流程圖4.2電池電壓檢測程序每次操作前，先對MCU進(jìn)行初始化，然后對ADC模塊進(jìn)行初始化，然后采集電池電壓值并判斷電壓值。如果電壓值小于20V或大于25V，則表示電池電壓異常，停止充電并報警；當(dāng)電壓大于等于20V小于24V時，蓄電池充電正常；如果電壓值大于或等于24V，小于或等于25V，并且表面已滿，則停止充電。圖7電池電壓檢測流程圖4.3LCD顯示程序初始化LCD1602時，第一行顯示“input:000v”，第二行顯示“bat:00.0v”。讀取實時電壓值后，填寫第一行的值以替換原來的位置。第二行是相同的操作。圖8LCD顯示運(yùn)行流程圖5.總結(jié)本設(shè)計是基于單片機(jī)設(shè)計的家用應(yīng)急電源，通過電壓檢測模塊檢測市電電壓和電池電壓，當(dāng)市電電壓為0V時，自動切換電池電源，并報警提醒電源故障或電路異常，實現(xiàn)電池充放電和停止充電等動作，通過LCD1602實現(xiàn)電源電壓和電池電壓的顯示。這樣的多功能應(yīng)急電源能同時滿足1000瓦以內(nèi)的多種用電需求，互不干擾，兼容性非常好。參考文獻(xiàn)[1]王成軍主編.《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》[D].中國計劃出版社,1993[2]李成章主編.《應(yīng)急電源用的EPS和UPS》[D].中國計劃出版社,1996[3]陳志清主編.《EPS應(yīng)急電源百事通》[D].中國電力出版社,1993[4]GB17945-2000國家標(biāo)準(zhǔn)(消防應(yīng)急燈具)[5]孟曙光，董云梅.應(yīng)急電源的設(shè)計與應(yīng)用[J].氯堿工業(yè).2020,56(02):8-10.[6]王宇松,朱劍航,賴義漢,溫發(fā)林,馬欣欣.基于STM32應(yīng)急電源車并網(wǎng)控制器設(shè)計[J].電子測試.2019,(17):5-8.[7]喬琳君,魏嚴(yán)鋒.基于STC89C52單片機(jī)的自動澆花系統(tǒng)設(shè)計[J].微型電腦應(yīng)用.2021,37(03):23-26.[8]裴梓翔,劉峰,劉玉婷,馬益平,張潔.基于超級電容的開關(guān)站DTU應(yīng)急電源設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新.2019,(06):151-153.[9]劉熙明,

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