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 STC12C5A60S2 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 CMOS 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 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3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH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