PIC16F877單片機在智能站用電源系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 概述

供電系統(tǒng)是直接影響人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯闹匾到y(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(shè)計采用ATS（Automatic  Transfer  Switch）自動轉(zhuǎn)換開關(guān)和智能監(jiān)測及控制技術(shù)，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(jù)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(yīng)用。

2  智能站用電源系統(tǒng)的構(gòu)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(dāng)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(dāng)退出電源恢復(fù)正常時，可自動恢復(fù)主供電電源供電。系統(tǒng)也可以根據(jù)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(dāng)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(dāng)退出電源恢復(fù)正常時，可自動恢復(fù)為兩路電源供電。系統(tǒng)也可以根據(jù)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(gòu)成

該系統(tǒng)由ATS自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、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(gòu)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(gòu)成單片機控制器系統(tǒng)。本控制器具有開關(guān)輸入、輸出、鍵控、顯示、實時時鐘、通訊等功能。

在設(shè)計本控制器時，選用PIC16F877單片機，該單片機性價比較高。內(nèi)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(nèi)部定時器和計數(shù)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(shù)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(guān)量信號輸入和8路開關(guān)量信號輸出，共可輸入12路開關(guān)量信號和輸出12路開關(guān)量信號，適當(dāng)留有一定備用點。

4   單片機控制器的程序設(shè)計

該控制器使用PIC的匯編語言編程 。整個系統(tǒng)程序設(shè)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(wù)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(diào)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(shè)置。把它的PA口和PC口的高4位設(shè)為輸入方式，PB口和PC中的低4位設(shè)為輸出方式。設(shè)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(shè)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(diào)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(shù)據(jù)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(yīng)功能進行相應(yīng)的顯示。
（3）鍵盤處理子程序：主程序調(diào)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(jù)相應(yīng)的鍵值轉(zhuǎn)相應(yīng)的鍵處理程序模塊。
（4）輸入、輸出處理子程序：主程序調(diào)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(zhuǎn)故障處理程序后，延時輸出。
（5）通信處理子程序：主程序調(diào)用通信處理子程序，首先從保存通訊數(shù)據(jù)的棧中取出數(shù)據(jù)后，再斷判是否讀到了一幀數(shù)據(jù)，未到，則不做處理返回。已到，對所讀數(shù)據(jù)進行分析判斷后轉(zhuǎn)相應(yīng)的功能處理模塊，進行功能處理。
（6）串行中斷服務(wù)子程序：當(dāng)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(shù)據(jù)是否正確，如果不正確，則初始化通訊數(shù)據(jù)接收棧，中斷返回。如果正確，則直接將數(shù)據(jù)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(shè)計，采取了如下措施：a程序中所有空余未用的中斷都應(yīng)編制相應(yīng)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(zhuǎn)入正常返回。b增加軟件復(fù)位功能，當(dāng)出現(xiàn)一些不可恢復(fù)的情況時，可先執(zhí)行復(fù)位操作，引導(dǎo)機器重新工作。c為防止RAM中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)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(nèi)存放若干個數(shù)據(jù)備份，并在該數(shù)據(jù)區(qū)的特定單元內(nèi)存入標(biāo)志字。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某些特志遭破壞時，可在其余的備份數(shù)據(jù)區(qū)調(diào)用備份數(shù)據(jù)恢復(fù)它。d使用了看門狗定時器，當(dāng)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(fù)位進入出錯處理程序，進行出錯處理最恢復(fù)正常處理程序。

6.結(jié)束語

該系統(tǒng)已經(jīng)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(shù)據(jù)送入遠程測控系統(tǒng)，實現(xiàn)用電的集中管理。

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