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1、电力控制课程设计报告AP 宁瀛锋一、一、 设计内容:设计内容:本次课程设计是关于微电网方面的一个设计;当主网的供电正常的时候,负载由主网供电,当上位机检测到供电电压不正常,也就是低于预先设定的给定值时,就会进行切换,换成已经建设好的微网给负载进行供电,直到上位机检测到主网的电压达到正常工作要求的数值后,再将供电切换回主网供电。二、二、 设计准备:设计准备:微网,是相对于传统大电网的一个概念,是指多个 DG 及其相关负荷按照一定的拓扑结构组成的网络,并通过静态开关(SS)联至常规电网。其域内多个 DG 的连接的主馈线被称为公共并网点 PCC(Point of Common Coupled) 。微
2、网组成元素包括:1、微电源(Microsource,MS)或微源,内容基本包括前述分布式电源的种类,如风电、光伏、燃料电池、微型燃气轮机、生物质发电等;2、负荷,包括敏感负荷(sensitive loads)和非敏感负荷;3、快速开关,用于将微网与主网分离与再并网(reconnection) 。微电网是由各种分布式电源、储能单元、负荷以及监控和保护装置组成的集合具有灵活(Flexible)的运行方式和可调度性能。能在并网运行和孤岛(自主)运行两种模式间切换;通过相关控制装置间的协调配合,可同时向用户提供电能和热能。三、三、设计过程设计过程3.13.1 设计思路设计思路根据设计要求,选择 STC
3、12C5A60S2 单片机为核心控制器件。A/D 转换采用 ADC0808 实现,与单片机的接口为 P1 口和 P2 口的高四位引脚。电压显示采用 4 位一体的 LED 数码管。LED 数码的段码输入,由并行端口 P0 产生:位码输入,用并行端口 P2 低四位产生3.23.2 选择元器件选择元器件首先选择单片机的型号,根据性价比来考虑,我们选择了宏晶公司的芯片STC12C5A60S2,它具有以下的优点:安全性高,已经加密,其他人无法解密;价格低,功耗也很低,性价比高;实现高速读写,可靠很高;具有极高的抗干扰性和很好的抗静电能力;芯片含有一个时钟/机器周期,2 路 PWM,8 路高速 A/D 转
4、换,比 8051 快 8-12 倍,擦鞋次数 10 万次以上,输入/输出口多,采用 PDLIP-40 封装的有 36 个 I/O 口,A/D 做按键扫描还可以节省很多的 I/O 口,增加了掉电检测电路 P4.6,可在掉电时及时将数据采取到芯片的 EEPROOM 上,而正常工作时无需操作 EEPROOM。工作电压 5.53.3V,工作频率 035MHz,相当于普通 8051的 0420MHz。STC12C5A60S2 管脚如下图所示:然后是 A/D 转换器的选择,A/D 转换器选用的是 ADC0809,ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 C
5、MOS 组件。它是逐次逼近式 A/D 转换器,可以和单片机直接接口。ADC0809 应用说明 :(1) ADC0809 内部带有输出锁存器,可以与 STC12C5A60S2 单片机直接相连。 (2) 初始化时,使 ST 和 OE 信号全为低电平。 (3) 送要转换的哪一通道的地址到 A,B,C 端口上。 (4) 在 ST 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号。 (5) 是否转换完毕,我们根据 EOC 信号来判断。 (6) 当 EOC 变为高电平时,这时给 OE 为高电平,转换的数据就输出给单片机了。(7). ALE地址锁存允许信号,高电平有效。当此信号有效时,A、B、C 三位地址信号被
6、锁存,译码选通对应模拟通道。在使用时,该信号常和 START 信号连在一起,以便同时锁存通道地址和启动 A/D 转换。(8).STARTA/D 转换启动信号,正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零,下降沿开始 A/D 转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲,则原来的转换进程被中止,重新从头开始转换。(9).EOC转换结束信号,高电平有效。该信号在 A/D 转换过程中为低电平,其余时间为高电平。该信号可作为被 CPU 查询的状态信号,也可作为对 CPU 的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下,EOC 也可作为启动信号反馈接到 START 端,但在刚加电时需由外
7、电路第一次启动。(10).OE输出允许信号,高电平有效。当微处理器送出该信号时,ADC0808/0809 的输出三态门被打开,使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下,该信号往往是CPU 发出的中断请求响应信号。ADC0809 通道选择表地址码 C B A 对应的输入通道 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 第三、显示设计;在应用系统中,设计要求不同,使用的 LED 显示器的位数也不同,因此就生产了位数,尺寸,型号不同的 LED 显示器供选择,在本设计中,选择 4
8、位一体的数码型 LED 显示器,简称“4-LED” 。本系统中前一位显示电压的整数位,即个位,后两位显示电压的小数位。4-LED 显示器引脚如图 9 所示,是一个共阴极接法的 4 位 LED 数码显示管,其中a,b,c,e,f,g 为 4 位 LED 各段的公共输出端,1、2、3、4 分别是每一位的位数选端,dp 是小数点引出端,4 位一体 LED 数码显示管的内部结构是由 4 个单独的 LED 组成,每个LED 的段输出引脚在内部都并联后,引出到器件的外部。 4 位 LED 引脚,逻辑图,如下图所示:对于这种结构的 LED 显示器,它的体积和结构都符合设计要求,由于 4 位 LED 阴极的各
9、段已经在内部连接在一起,所以必须使用动态扫描方式(将所有数码管的段选线并联在一起,用一个 I/O 接口控制)显示。译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式,对于 LED 数码管显示器,通常的译码方式有硬件译码和软件译码方式两种。硬件译码是指利用专门的硬件电路来实现显示字符码的转换。软件译码就是编写软件译码程序,通过译码程序来得到要显示的字符的字段码,译码程序通常为查表程序。本设计系统中为了简化硬件线路设计,LED 译码采用软件编程来实现。由于本设计采用的是共阴极 LED,其对应的字符和字段码如下表所示:显示字符0123456789共阴极字段码3FH06H5BH4FH66H6DH7DH0
10、7H7FH6FH最后,是继电器部分;电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)释放。这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点,可以这样来区分:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点” ;处于接通状态的静触点称为“常闭触点” 。继电器一般有两股电
11、路,为低压控制电路和高压工作电路。选用继电器时,一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流,否则继电器吸合是不稳定的。这次设计,我们选用的是动合型的继电器 HK4100F-DC12V-SHG。继电器是汇科公司生产的 HK4100F-DC12V-SHG,主要特征是:价格低、具有一组转换、印制板式引出端、密闭型与半密封型两种封装方式。最大切换电流 3A,最大切换电压300VAC/60VDC,最大切换功率 750VA/90W,额定负荷 3A、250VAC、30VDC。完全可以很好地在我们的电路上进行安全的导通和切断。当单片机接收到上位机反馈回来的信号后,如果单片机
12、引脚输出高电平时,则三极管饱和导通,继电器线圈得电,状态指示的发光二极管点亮,常开触点闭合。当输出低电平时,三极管截止,继电器线圈失电,状态指示灯熄灭,常开触点释放断开。三极管截止瞬间,由于电流不能突变,继电器线圈两端会产生一个较高的感应电动势,为避免三极管被它击穿,所以两端并联一个二极管来释放此感应电动势。光耦的作用是隔离单片机与继电器的电气联系,保证继电器在开关过程产生的高压不会影响单片机,使下位机系统具备良好的电绝缘能力和抗干扰能力。也就是左边的是高压工作电路,右边的是低压控制电路。用 PROTEUS 软件进行画图和模拟:3.33.3 程序设计程序设计根据模块的划分原则,将该程序划分初始
13、化模块,A/D 转换子程序和显示子程序,这 三个程序模块构成了整个系统软件的主程序,主程序框图如下图所示:开始初始化调用 A/D 转换子程序调用显示子程序结束3.3.1 初始化程序所谓初始化,是对将要用到的 MCS_51 系列单片机内部部件或扩展芯片进行初始工作状 态设定,初始化子程序的主要工作是设置定时器的工作模式,初值预置,开中断和打开定 时器等。 3.3.2A/D 转换子程序 A/D 转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量,并将对应的数值存入相 应的内存单元,其转换流程图如下图所示:启动转换A/D 转换结束?输出转换结果数值转换显示结束3.3.3 显示子程序 显示子程序采用动态
14、扫描实现四位数码管的数值显示,在采用动态扫描显示方式时, 要使得 LED 显示的比较均匀,又有足够的亮度,需要设置适当的扫描频率,当扫描频率在 70HZ 左右时,能够产生比较好的显示效果,一般可以采用间隔 10ms 对 LED 进行动态扫描 一次,每一位 LED 的显示时间为 1ms。四、四、调试调试软件调试的主要任务是排查错误,错误主要包括逻辑和功能错误,这些错误有些是显 性的,而有些是隐形的,可以通过仿真开发系统发现逐步改正。Proteus 软件可以对基于 微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真,用户甚至可以实时采用诸如 LED/LCD、键盘、RS232 终端等动态外设模型来对设计进
15、行交互仿真。而程序方面,采用的 是汇编语言,用 wave(伟福)软件进行编译运行,检查程序是否出现错误。并且用 STC- ISP 软件将修改好的程序烧进单片机以进行实物调试。而最后就是进行实物接线调试。五、五、分工分工开始这次课程设计,我的工作主要是进行继电器部分的制作和调试,由于没有学习过protel 软件,所以不懂得画 PCB 来制板,因而选择了用万用板进行元件的焊接制板来进行测试。首先是制板前的元件选择,这些在上面已经说过,不再多说,然后是元器件的在万能板的布局,尽量让整个面板清晰简洁一些,不至于太混乱,让人在接线调试时更加轻易方便。由于以前在学习模拟电子的时候经常做实验要焊接电路板,所以对于这次的电路板焊接没有遇到什么太大的问题,就是因为第一次焊接万能板这种已经打好密密麻麻的孔的情