1 多功能電量控制器的結(jié)構(gòu)與功能

多功能電量控制器是一種為配電系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)配套使用的智能控制器，用于監(jiān)測(cè)電路中電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)，配合電動(dòng)控制的低壓電器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的自動(dòng)控制，根據(jù)要求可以提供各種保護(hù)功能。作為一種模塊化的產(chǎn)品，給電氣設(shè)計(jì)人員及實(shí)際應(yīng)用者帶來極大的方便。

對(duì)系統(tǒng)中需要被監(jiān)控的支回路或來自供電、用電的各電氣參量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)跟蹤被監(jiān)控電路的變化，自動(dòng)優(yōu)化選定供電、配電方式。提供與計(jì)算機(jī)通訊的接口，為此可以由計(jì)算機(jī)管理有關(guān)信息的輸入、輸出、指導(dǎo)設(shè)備工作的計(jì)算功能，使設(shè)備及應(yīng)用具有較高的性能和智能。

多功能電量控制器是以單片機(jī)為核心配置輸入輸出接口電路的智能儀器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)采用薄膜鍵盤及LED顯示器提供人機(jī)對(duì)話功能 。用戶可以通過鍵盤對(duì)儀表的輸入、輸出、報(bào)警及控制方式進(jìn)行設(shè)置。有專用參數(shù)對(duì)修改參數(shù)作有限度的限制，可以有效防止現(xiàn)場(chǎng)工人誤操作導(dǎo)致參數(shù)錯(cuò)誤而造成不良后果。多功能電量控制器的功能：

1 ）測(cè)量電壓、電流并顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)值；

2 ）輸出報(bào)警信號(hào)（包括指示燈顯示和繼電器開關(guān)輸出）及控制信號(hào)；

3 ）可與計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計(jì)分析、打印等功能。 多功能電量控制器的主要技術(shù)指標(biāo)： 監(jiān)控電壓：交流380V（配互感器可用于交流660V），直流 220V;

監(jiān)控電流：0～630A（配互感器可用于 630A以上使用）

工作電壓：交流 220V

監(jiān)控回路：1～8

測(cè)量誤差：5%

響應(yīng)時(shí)間：0.05%

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 多功能電量控制器的硬件電路設(shè)計(jì)

2．1 輸入通道

由電流輸入通道及電壓輸入通道組成，電流通道配備電流傳感器，可以接收外部 0～630A的電流輸入，超過 630A由外部設(shè)置互感器轉(zhuǎn)換成適合輸入的電流。電壓通道配備電壓傳感器對(duì)外部輸入電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，超過 380V的由外部設(shè)置互感器轉(zhuǎn)換成 380V以下輸入。內(nèi)部的電流、電壓傳感器將外部輸入的電流、電壓轉(zhuǎn)換成0～5V直流電壓，供 A/D轉(zhuǎn)換之用。

2．2 A/D轉(zhuǎn)換通道

A/D轉(zhuǎn)換部分電路由單片12位二進(jìn)制串行分頻器CD4040和單片模數(shù)轉(zhuǎn)換器ICL7135構(gòu)成。單片機(jī) AT89C52的 ALE通過 CD4040分頻供給 ICL7135所需的時(shí)鐘。當(dāng) ICL7135進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，BUSY信號(hào)為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí) BUSY為低電平。將 ICL7135的 BUSY和 POL分別與單片機(jī)的INT0和 T1連接，程序?qū)?INT0設(shè)成門控方式工作，即當(dāng)INT0腳為高電平時(shí)，T1工作在計(jì)時(shí)方式來計(jì)算高電平的時(shí)間。ICL7135進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換與時(shí)間成比例關(guān)系，應(yīng)用T1、ALE與系統(tǒng)時(shí)鐘頻率之間的比例關(guān)系，可以計(jì)算出要轉(zhuǎn)換的結(jié)果。

2．3 中央處理單元

由單片機(jī) AT89C52和非易失性存儲(chǔ)器 AT24C04構(gòu)成。

AT89C52是 8位低功耗高性能 CMOS單片機(jī)，具有 8kB內(nèi)部 FLASH MEMORY存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I／O口。多功能電量控制器采用非易失性存儲(chǔ)器AT24C04，作為設(shè)定參數(shù)及有關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)（不低于 10年），在各種惡劣環(huán)境下運(yùn)行，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

2．4 串行通信

AT89C52能與計(jì)算機(jī)通訊使得智能電量控制器的測(cè)量數(shù)據(jù)可以由計(jì)算機(jī)保存、分析和打印。

多功能電量控制器采用異步串行通訊接口，接口電平符合 RS232C或 RS485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。數(shù)據(jù)格式為 1個(gè)起始位，8位數(shù)據(jù)，無校驗(yàn)位，1個(gè)或2個(gè)停止位。

2．5 控制輸出

多功能電量控制器采用程序控制選擇繼電器開關(guān)輸出或 SSR電壓輸出。程序控制選擇SSR電壓輸出時(shí)， AT89C52的 P1.1給出高電平信號(hào)，P1.0給出低電平信號(hào)， 則 SSR驅(qū)動(dòng)電路選通，給出 SSR驅(qū)動(dòng)信號(hào)；當(dāng) SSR電流大于額定電流時(shí)，SSR被關(guān)斷，SSR電壓輸出控制電路主要由 OP07構(gòu)成（如圖2）。該驅(qū)動(dòng)電路可與不同規(guī)格的 SSR配合使用，性能穩(wěn)定可靠。

系統(tǒng)根據(jù)輸入量，以及設(shè)計(jì)的給定值進(jìn)行比較，確定對(duì)輸出通道的控制，形成閉環(huán)控制。配有通訊接口電路，可以和其它計(jì)算機(jī)通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，給網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化、數(shù)字化提供方便。

圖2控制輸出原理

2．6人機(jī)對(duì)話

本控制器的輸入物理量為電流與電壓，監(jiān)控多條回路，故分別將每一回路的電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)進(jìn)行顯示。通過按鍵可以對(duì)控制方式進(jìn)行編程，根據(jù)人工設(shè)置的上下限進(jìn)行聲光報(bào)警提示，并將數(shù)值閃爍顯示。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用模塊程序設(shè)計(jì)方法。一個(gè)模塊可被多個(gè)任務(wù)共享，有效節(jié)省程序存儲(chǔ)空間，也便于設(shè)計(jì)和調(diào)試。采用參數(shù)輸入容錯(cuò)技術(shù)提高可靠性并且滿足精度要求，除了必要的硬件抗干擾措施外。充分利用了軟件抗干擾的優(yōu)勢(shì)，提高控制器的性價(jià)比。

3.1主程序

主程序包括初始化程序，鍵盤掃描程序及數(shù)值顯示程序，由于數(shù)值及狀態(tài)顯示采用液晶模塊，所以采用液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序。

3.2監(jiān)控及設(shè)置程序

設(shè)置程序?yàn)橛脩籼峁﹨?shù)設(shè)置所需要的人機(jī)對(duì)話環(huán)境，具有參數(shù)輸入的容錯(cuò)功能，以保證正確的輸入?yún)?shù)。監(jiān)控程序調(diào)度指揮有關(guān)子程序完成相關(guān)工作，實(shí)施一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)相關(guān)誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，獲得較高精度的控制輸出，給予被檢測(cè)的物理量準(zhǔn)確定量的表述。

監(jiān)控程序包含有抗干擾程序、實(shí)時(shí)監(jiān)控程序，數(shù)據(jù)交換通訊程序等子程序。采用數(shù)字調(diào)零技術(shù)減小測(cè)量附加誤差，提高儀器的精度。

4 結(jié)語

多功能電量控制器已廣泛應(yīng)用于以下幾方面的電氣參數(shù)的監(jiān)測(cè)與控制：

1 消防工程、公共場(chǎng)所提供保障安全可靠供電項(xiàng)目。

2 雙回路供電或不準(zhǔn)許停電，必須連續(xù)供電的項(xiàng)目。

3 不能同時(shí)使用的，但必須有一部分保持使用的設(shè)備。

4 其它需要電量監(jiān)控的項(xiàng)目。

實(shí)踐證明，上述設(shè)計(jì)滿足了各項(xiàng)電氣參數(shù)要求，效果很好。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：本設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89C52為核心，利用多路轉(zhuǎn)換器構(gòu)成多路測(cè)量電路，利用放大器 OP07構(gòu)成輸出電路，實(shí)現(xiàn)多路一一對(duì)應(yīng)的閉環(huán)測(cè)量控制。經(jīng)實(shí)踐證明：系統(tǒng)生產(chǎn)可模塊化，根據(jù)產(chǎn)品需要可增減系統(tǒng)信號(hào)采樣通道的數(shù)目。測(cè)控系統(tǒng)可作為整機(jī)適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制應(yīng)用，也可作為控制模塊應(yīng)用在體積小、測(cè)量精度要求較高的大型系統(tǒng)中。產(chǎn)品適用范圍廣，低成本、高效益。

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