單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電力補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)

以80C196KC單片機(jī)為核心的電力補(bǔ)償控制系統(tǒng)，通過模擬輸入電路對(duì)三相電壓、電流進(jìn)行采樣，計(jì)算后通過輸出單元控制電容器的投切，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)無功功率的補(bǔ)償。本文介紹了系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)方法。

　　引言

　　目前在電力補(bǔ)償系統(tǒng)中有多種補(bǔ)償方法，本文中的補(bǔ)償系統(tǒng)是根據(jù)尋優(yōu)負(fù)序電流最小進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。系統(tǒng)計(jì)算需要對(duì)交流電一個(gè)周期20 ms內(nèi)對(duì)單相電壓u、電流I進(jìn)行采樣，要求一個(gè)周期內(nèi)采樣次數(shù)至少在100次以上。針對(duì)這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于80C196KC的控制系統(tǒng)。Intel公司的高性能16 b單片機(jī)80C196KC，其運(yùn)算速度快，能夠滿足系統(tǒng)高速采樣的要求。

　　1　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的硬件部分主要由采樣輸入電路、中央控制單元、程序存儲(chǔ)單元、輸出驅(qū)動(dòng)電路4部分組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

　　1.1　模擬輸入電路

　　系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集所使用的傳感器為電壓互感器和電流互感器，需要分別采集三相的電壓和電流，共需要六路輸入。80C196KC內(nèi)有一個(gè)逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，共有8個(gè)輸入通道。其輸入引腳ACH0～ACH7與P0.0～P0.7共享。內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器8 b/10 b可調(diào)，自帶采樣、保持電路，這樣減少了外圍電路，也減少了干擾和干擾源，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，并且減少了控制板的尺寸。在本系統(tǒng)中采用10 b轉(zhuǎn)換方式。

　　為了保護(hù)A/D轉(zhuǎn)換器，增加可靠性，在A/D通道的輸入端，可采用如圖2所示的輸入接口電路。

　　其中2個(gè)二極管D1和D2起過載保護(hù)作用，當(dāng)輸入電壓高于VREF+0.7 V左右時(shí)，D1導(dǎo)通，輸入電平被箝位在VREF+0.7 V的水平上;當(dāng)輸入電壓低于-0.7 V的水平上。這種過載往往是尖峰干擾，持續(xù)時(shí)間很短。MCS-96的技術(shù)條件規(guī)定模擬輸入端對(duì)模擬地ANGND的電壓不能低于-0.3 V，這一點(diǎn)可靠輸入端的低通濾波器R4和C1來保證。圖中此濾波器的時(shí)間常數(shù)τ=R4C1=270×0.01=2.7μs，若以-0.7 V作為此濾波器的階躍輸入，則此濾波器輸出端(即80C196KC的模擬信號(hào)輸入端)達(dá)到-0.3 V的電平需耗時(shí)：

　　t=-τln(1-0.3/0.7)=1.15μs

　　而通常這類尖峰噪聲的峰值持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于上述時(shí)間，因此，這一輸入電路可有效地起到過載保護(hù)作用。

　　1.2　中央控制單元

　　80C196KC是CHMOS高性能16 b單片機(jī)中的一個(gè)新分支，內(nèi)部EPROM/ROM為16 b，內(nèi)部RAM為488 b，有24 b的專用寄存器。80C196KC中采用了“垂直窗口”結(jié)構(gòu)，使得新增的256 b RAM通過窗口映射同樣可以作為通用寄存器來訪問。80C196KC可以采用16 MHz的晶振，內(nèi)部時(shí)鐘是2分頻，其運(yùn)行速度比12 MHz的80C196KB快33%，比12 MHz的8096BH快1倍。最小電路是指能使單片機(jī)工作而所加的最少的外圍設(shè)備，一般包括復(fù)位電路和晶振。80C196KC的最小電路如圖3所示。

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