PIC16F877單片機在智能站用電源系統(tǒng)中的應用

1 概述

供電系統(tǒng)是直接影響人們日常生活和工作的重要系統(tǒng)。特別是在變電站、發(fā)電廠、通信機房、大廈、醫(yī)院等需要重要電源的地方和實行無人值守的電源系統(tǒng)，供電控制系統(tǒng)能否對供電電源進行故障監(jiān)測，并能及時處理，保證系統(tǒng)正常供電，尤其顯得重要。智能型變電站站用電源系統(tǒng)的設計采用ATS（Automatic Transfer Switch）自動轉換開關和智能監(jiān)測及控制技術，來實現(xiàn)電氣和機械雙閉鎖，從而根本保證了電源的安全可靠切換。同時系統(tǒng)還可以方便地實現(xiàn)多電量的集中監(jiān)測，并可根據用戶需要接入遠程監(jiān)測控制系統(tǒng)中。本文主要介紹PIC16F877單片機在智能站用電源系統(tǒng)中的應用。

2 智能站用電源系統(tǒng)的構成和功能

2．1系統(tǒng)工作原理

2．1．1單母線

站用電正常時，兩路電源同時供電，當任意一路電源由于故障或需要而退出時，可自動切換至另一路電源供電，當退出電源恢復正常時，可自動恢復主供電電源供電。系統(tǒng)也可以根據需要選擇某一路電源工作在強制供電模式或停電退出模式。

2．1．2 單母線分段

站用電正常時，兩路電源同時供電，每一路電源分別帶一段母負載，實現(xiàn)母線分段運行，當任意一路電源由于故障或需要而退出時，可自動切換至另一路電源供電，帶兩段母線負載。當退出電源恢復正常時，可自動恢復為兩路電源供電。系統(tǒng)也可以根據需要選擇某一路電源工作在強制供電模式或停電退出模式。

2. 2系統(tǒng)構成

該系統(tǒng)由ATS自動轉換開關、單片機控制器、電壓監(jiān)測模塊、電量監(jiān)測模塊、RS485串行通信接口等構成。智能型變電站站用交流電源系統(tǒng)單片機控制器系統(tǒng)框圖如1所示。

2．3 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)功能說明如下：如果主電源（I）失電，備用電源（II）自動投入，保證不間斷供電。由電壓監(jiān)測模塊進行電壓檢測，智能模塊單片機控制器進行邏輯控制，ATS執(zhí)行部分實現(xiàn)自投。另外用戶也可以自主改變主供電電源和備用電源。

3 智能模塊——單片機控制器的硬件組成

由于該系統(tǒng)所需輸入、輸出點較少，控制程序也相對簡單，因此可選擇價格低廉，使用較普遍的元器件來構成單片機控制器系統(tǒng)。本控制器具有開關輸入、輸出、鍵控、顯示、實時時鐘、通訊等功能。

在設計本控制器時，選用PIC16F877單片機，該單片機性價比較高。內部帶有368字節(jié)的RAM，256字節(jié)的FLASH，其程序存貯器的容量是8K words，有三個內部定時器和計數器，一個串行通訊接口，看門狗定時器等。通過外接8255擴展接口芯片；將可帶24點數字輸入/輸出量，完全能滿足變電站站用交流電源系統(tǒng)的需要。

本系統(tǒng)分別選用8路開關量信號輸入和8路開關量信號輸出，共可輸入12路開關量信號和輸出12路開關量信號，適當留有一定備用點。

4 單片機控制器的程序設計

該控制器使用PIC的匯編語言編程 。整個系統(tǒng)程序設計分主程序模塊和幾個子程序模塊。它們是：（1） 主程序模塊 （2）顯示子程序 （3）鍵盤處理子程序 （4）輸出子程序（5）通信處理子程序（6）串行中斷服務子程序。主程序流程框圖如圖2所示

主程序的工作是對各個功能模塊的子程序不斷進行循環(huán)調用，從而完成整個系統(tǒng)的工作。其各個子程序功能模塊工作過程描述如下：
（1） 系統(tǒng)初始化：對系統(tǒng)I/O擴展芯片8255的控制字進行設置。把它的PA口和PC口的高4位設為輸入方式，PB口和PC中的低4位設為輸出方式。設置系統(tǒng)的串行通訊口控制字，串行通訊的波特率可以通過鍵盤設置，其初始值為9600，工作在半雙工工作方式。串行中斷級別為系統(tǒng)最高級別中斷。
（2） 顯示子程序：主程序調用運行顯示子程序，首先對系統(tǒng)所處的工作模式進行判斷，如在正常工作模式，則按正常工作模式方式將顯示數據送顯示器。否則，要對現(xiàn)在系統(tǒng)所處的工作模式進行識別后，按系統(tǒng)所要求的相應功能進行相應的顯示。
（3）鍵盤處理子程序：主程序調用鍵盤處理子程序，首先延時去抖動處理后，再次取鍵值，判斷是否干擾，若不是干擾，則根據相應的鍵值轉相應的鍵處理程序模塊。
（4）輸入、輸出處理子程序：主程序調用運行輸入、輸出子程序，首先讀入系統(tǒng)輸入狀態(tài)，如系統(tǒng)工作正常，則該子程序不做處理直接返回，否則轉故障處理程序后，延時輸出。
（5）通信處理子程序：主程序調用通信處理子程序，首先從保存通訊數據的棧中取出數據后，再斷判是否讀到了一幀數據，未到，則不做處理返回。已到，對所讀數據進行分析判斷后轉相應的功能處理模塊，進行功能處理。
（6）串行中斷服務子程序：當串行中斷發(fā)生時執(zhí)行該子程序。其主要功能為：判斷通訊中接收的數據是否正確，如果不正確，則初始化通訊數據接收棧，中斷返回。如果正確，則直接將數據入棧，中斷返回。

5.系統(tǒng)抗干擾措施

控制板做好后，軟件的抗干擾措施就顯得尤為重要，因此在軟件方面加強了可靠性設計，采取了如下措施：a程序中所有空余未用的中斷都應編制相應的錯誤處理程序，一旦由于干擾觸發(fā)了這些中斷，在執(zhí)行完簡單的錯誤處理程序后，依然可以轉入正常返回。b增加軟件復位功能，當出現(xiàn)一些不可恢復的情況時，可先執(zhí)行復位操作，引導機器重新工作。c為防止RAM中的關鍵數據遭到破壞，影響程序的正確運行，可在RAM中相距較遠的不同區(qū)域內存放若干個數據備份，并在該數據區(qū)的特定單元內存入標志字。當發(fā)現(xiàn)某些特志遭破壞時，可在其余的備份數據區(qū)調用備份數據恢復它。d使用了看門狗定時器，當程序進入死循環(huán)，時間超過了看門狗定時值時，看門狗使系統(tǒng)復位進入出錯處理程序，進行出錯處理最恢復正常處理程序。

6.結束語

該系統(tǒng)已經開發(fā)成功，投入了正常運行。該系統(tǒng)能夠較好保證需要重要電源的地方和無人值守的電源系統(tǒng)的安全可靠供電。還可以方便地實現(xiàn)多電量的集中監(jiān)測，并將數據送入遠程測控系統(tǒng)，實現(xiàn)用電的集中管理。

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