無(wú)功功率補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

1、<p>　　xxxxxxxx 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　無(wú)功功率補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院（系）： xxxxxxxxxxxxxx </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： xxxxxxxxxxxx </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： xxxx

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： xxxxxxxx </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： xxxx </p><p>　　評(píng) 閱 教 師： xxxxxxx </p><p>　　完 成 日 期： xxxxxx

3、x </p><p><b>　　xxxxxxx</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題研究以低壓電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償改造為背景，研制了一種低壓無(wú)功功率補(bǔ)償控制器。作為一種非實(shí)時(shí)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，該裝置以定時(shí)的電網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，以城鎮(zhèn)低壓網(wǎng)(220V)的無(wú)功補(bǔ)償為對(duì)象

4、。本文主要研究了無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)性能的改善，以及控制器的軟硬件的配置。</p><p>　　系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS 8位單片機(jī)，具有運(yùn)算速度高，實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)；軟件則使用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編譯；人機(jī)操作界面采用LCD顯示，顯示效果較好；A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809，是一款比較實(shí)用的A/D轉(zhuǎn)換裝置。該裝置可跟蹤電網(wǎng)無(wú)功功率的變化并自動(dòng)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償裝置

5、的優(yōu)化運(yùn)行，具有體積小、原理簡(jiǎn)單、智能投切等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償 單片機(jī) 功率因數(shù) </p><p>　　Reactive power compensation controller design </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　What th

6、is article studies is based on the alteration of reactive power compensation of low voltage， then design an equipment for reactive power compensation of low voltage. As a kind of reactive power compensation， this equipme

7、nt is basis on the electrical network monitor data ，and provides reactive power for city’s low voltage power grids. This thesis has discussed the importance of the reactive power compensation for the power grids ，and int

8、roduced the hardware and software of the controller.</p><p>　　This device's hardware core is AT89C51 SCM ， which has many merits such as high operating speed. This monolithic integrated circuit is the lo

9、w voltage which American ATMEL Corporation produces， a high performance CMOS 8 monolithic integrated circuits; The software uses the assembly language to carry on the translation; The man-machine operation contact surfac

10、e uses the LCD demonstration， the demonstration effect is quite good; A/D transformation uses ADC0809 ， it is a section of quite practical </p><p>　　Key Words： reactive power compensation；SCM(Single Chip Mic

11、yoco)；power factor </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>

12、　　1.1 課題的應(yīng)用背景1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)2</p><p>　　1.3 本課題主要研究的內(nèi)容2</p><p>　　1.4 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?</p><p>　　1.5低壓電網(wǎng)中的幾種無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?</p><p><b>　　2 芯片簡(jiǎn)介5</b>&l

13、t;/p><p>　　2.1 51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.2 51系列單片機(jī)的特點(diǎn)5</p><p>　　2.3 AT89C51單片機(jī)5</p><p>　　2.3.1 AT89C51特性5</p><p>　　2.3.2 AT89C51的功能6</p><p>　　2.

14、4 MAX813L芯片8</p><p>　　2.5 LCD1602芯片9</p><p>　　2.6 74HC59510</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 電源電路12</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路13</p><p>　　3

15、.3 看門(mén)狗電路15</p><p>　　3.4 LCD顯示16</p><p>　　3.5 模擬信號(hào)處理電路18</p><p>　　3.5.1電流和電壓相位檢測(cè)電路18</p><p>　　3.5.2 D觸發(fā)器控制電路19</p><p>　　3.5.2電流和電壓信號(hào)采集電路20</p>

16、<p>　　3.6電容補(bǔ)償控制電路21</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1主程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.2中A/D轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.3電容補(bǔ)償控制電路軟件設(shè)計(jì)24</p><p><b>　　結(jié) 論26</

17、b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)27</p><p>　　附錄 系統(tǒng)硬件原理圖28</p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的應(yīng)用背景</p>&l

18、t;p>　　目前，我國(guó)的電網(wǎng)，特別是廣大的低壓電網(wǎng)，普遍存在功率因數(shù)較低、電網(wǎng)線損較大的情況。導(dǎo)致此現(xiàn)象的主要原因是眾多的感性負(fù)載用電設(shè)備設(shè)計(jì)落后，功率因數(shù)較低。比如我國(guó)的電動(dòng)機(jī)消耗的電能占全部發(fā)電量的70%，而由于設(shè)計(jì)和使用等方面的原因我國(guó)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)往往較低，一般約為。</p><p>　　在這種情況下，采用無(wú)功補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)，對(duì)提高電能質(zhì)量和挖掘電網(wǎng)潛力是十分必要的，世界各國(guó)都把無(wú)功補(bǔ)償作為電網(wǎng)規(guī)劃

19、的重要組成部分[1]。從我國(guó)電網(wǎng)功率因數(shù)和補(bǔ)償深度來(lái)看，我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家有不小差距。因此大力推廣無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是非常必要的，并且從以下數(shù)據(jù)，我們也能看出發(fā)展無(wú)功補(bǔ)償所能帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益。2007年 ，我國(guó)年總發(fā)電量為32559億千瓦時(shí)，統(tǒng)計(jì)線損率為8.77%，但是這個(gè)數(shù)字沒(méi)有包含相當(dāng)大的110千伏、35千伏、10千伏的輸電線損及0.38千伏的低壓電網(wǎng)線損。據(jù)報(bào)道，估計(jì)實(shí)際的統(tǒng)計(jì)線損率約為15%，即2007年全國(guó)年線損量約為4800億千

20、瓦時(shí)。設(shè)全國(guó)的理論線損與統(tǒng)計(jì)線損相一致，其中可變線損約占理論總線損的80%，則年可變線損電量約為3900億千瓦時(shí)。設(shè)當(dāng)前全國(guó)電力網(wǎng)總負(fù)荷的當(dāng)前功率因數(shù)，采用無(wú)功功率補(bǔ)償后，把電力網(wǎng)總負(fù)荷的功率因數(shù)提高到，則每年可以降低線損約為390億千瓦時(shí)，按0.5元每千瓦時(shí)計(jì)，價(jià)值約為185億元。設(shè)2007年全國(guó)電網(wǎng)的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為5000小時(shí)，則電網(wǎng)的最大負(fù)荷約為2億千瓦，當(dāng)用無(wú)功功率補(bǔ)償法把功率因數(shù)，提高到，全國(guó)電網(wǎng)需總補(bǔ)償容量約為0.58

21、億千瓦。當(dāng)</p><p>　　綜上所述 ，無(wú)功補(bǔ)償不僅具有如上所述的節(jié)省投資、節(jié)省電力、節(jié)省燃煤及污染等作用[2]，同時(shí)還可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電能力，改善電壓質(zhì)量，減少用戶(hù)電費(fèi)開(kāi)支，延緩用戶(hù)的增容改造等作用。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)</p><p>　　在電力系統(tǒng)中，電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)最基本、最重要的指標(biāo)。為確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行

22、，供電電壓和頻率必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。頻率的控制與有功功率的控制密切相關(guān)，而電壓控制的重要方法之一是對(duì)電力系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行控制。</p><p>　　早期的無(wú)功補(bǔ)償裝置為并聯(lián)電容器和同步補(bǔ)償器，多用在系統(tǒng)的高壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償。至今并聯(lián)電容器仍是一種主要補(bǔ)償方式，應(yīng)用范圍廣泛，只是控制器在不斷的更新發(fā)展。同步補(bǔ)償器的實(shí)質(zhì)是同步電機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)可隨之平滑的改變輸出無(wú)功電流的大小和方向，對(duì)電力系統(tǒng)

23、的穩(wěn)定運(yùn)行有好處。但同步補(bǔ)償器成本高，安裝復(fù)雜，維護(hù)困難，使其推廣使用受到限制。</p><p>　　隨著近代電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)也隨之發(fā)展。在第一個(gè)工業(yè)用晶閘管出現(xiàn)之前，電子半導(dǎo)體由于功率過(guò)小，在直流傳動(dòng)，交流傳動(dòng)，電磁合閘，交流不間斷電源和無(wú)功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域內(nèi)一直沒(méi)有得到應(yīng)有的推廣使用[3]。晶閘管的出現(xiàn)標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生，并以此為起點(diǎn)，隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)和變流技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子器

24、件不斷問(wèn)世，由此引發(fā)了眾多行業(yè)的變革，如交流變頻調(diào)速技術(shù)的蓬勃發(fā)展。同樣電力電子技術(shù)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)也帶來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)。</p><p>　　1.3 本課題主要研究的內(nèi)容</p><p>　　本文研究的主要有兩方面：一是無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕纠碚摵碗娋W(wǎng)中最佳補(bǔ)償方式的探討。首先是對(duì)無(wú)功補(bǔ)償中一般問(wèn)題進(jìn)行分析，其次是對(duì)無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算方案的分析。二是在傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置的基礎(chǔ)上，對(duì)其控制器和動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)

25、進(jìn)行改進(jìn)，從而開(kāi)發(fā)出一種智能無(wú)功補(bǔ)償器。文中對(duì)補(bǔ)償器的控制器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)作了較詳盡的分析。</p><p>　　1.4 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?lt;/p><p>　　將電容器和電感并連在同一電路中，電感吸收能量時(shí)，正好電容器釋放能量，而電感放出能量時(shí)，電容器卻在吸收能量。能量就在它們之間交換，即感性負(fù)荷(電動(dòng)機(jī)、變壓器等)所吸收的無(wú)功功率，可由電容器所輸出的無(wú)功功率中得到補(bǔ)償[4]。因此，把

26、由電容器組成的裝置稱(chēng)為無(wú)功補(bǔ)償裝置。此外，同步電動(dòng)機(jī)等也可以作為無(wú)功補(bǔ)償裝置。</p><p>　　無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔煤驮砜捎蓤D1.1解釋?zhuān)?lt;/p><p>　　設(shè)電感性負(fù)荷需要從電源吸取的無(wú)功功率為，裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置后，補(bǔ)償無(wú)功功率為，使電源輸出的無(wú)功功率減少為，功率因數(shù)由提高到，視在功率減少到。</p><p>　　圖1.1無(wú)功補(bǔ)償補(bǔ)償原理示意圖</p>

27、;<p>　　視在功率的減少可相應(yīng)減少供電線路的截面和變壓器的容量，降低供用電設(shè)備的投資。例如一臺(tái)1000千伏安的變壓器，當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)為0.7 時(shí)，可供700千瓦的有功負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)提高到0.9時(shí)，可供900千瓦的有功功率[5]。同一臺(tái)變壓器，因?yàn)樨?fù)荷的功率因數(shù)的提高而可多供200千瓦負(fù)荷，是相當(dāng)可觀的。</p><p>　　1.5低壓電網(wǎng)中的幾種無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?lt;/p>&

28、lt;p>　　廣大市電低壓電網(wǎng)處于電網(wǎng)的最末端，因此補(bǔ)償?shù)蛪簾o(wú)功負(fù)荷是電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。搞好低壓補(bǔ)償，不但可以減輕上一級(jí)電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫?，而且可以提高用?hù)配電變壓器的利用率，改善用戶(hù)功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，并有效降低電能損失。低壓補(bǔ)償對(duì)用戶(hù)及供電部門(mén)都有利。</p><p>　　低壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)是實(shí)現(xiàn)無(wú)功的就地平衡，通常采用地方式有三種： 隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。</p><p>　

29、　隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)共同投切。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)貎?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停止運(yùn)補(bǔ)償裝置也退出，不需要頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量[6]。且具有投資少，配置靈活，維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。為防止電機(jī)推出時(shí)產(chǎn)生自激過(guò)電壓，補(bǔ)償容量一般不大于電機(jī)的空載無(wú)功。</p><p>　　隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。有很多的低

30、壓配電網(wǎng)中的變壓器，尤其是農(nóng)網(wǎng)配電變壓器，普遍存在負(fù)荷輕的現(xiàn)象[7]。在負(fù)荷時(shí)接近空載，此時(shí)配電變壓器的空載無(wú)功是電網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷的主要部分。隨器補(bǔ)償由于補(bǔ)在低壓側(cè)，可有效地補(bǔ)償配變空載無(wú)功， 且連線簡(jiǎn)單， 做到無(wú)功地就地補(bǔ)償。</p><p>　　跟蹤補(bǔ)償是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶(hù)0.4kV母線上的補(bǔ)償方式。補(bǔ)償電容器組的固定連接可起到相當(dāng)于隨器補(bǔ)償?shù)淖饔茫a(bǔ)償用戶(hù)的固定無(wú)功

31、基荷；可投電容器組用于補(bǔ)償無(wú)功峰荷部分。由于用戶(hù)負(fù)荷有一定的波動(dòng)性，故推薦選用自動(dòng)投切方式[8]。此法對(duì)電容器的保護(hù)比前二種要更可靠。</p><p>　　上述三種補(bǔ)償方式均可對(duì)特定種類(lèi)無(wú)功負(fù)荷實(shí)現(xiàn)“就地平衡”的無(wú)功補(bǔ)償，降損節(jié)能效果好。本次設(shè)計(jì)使用第一種補(bǔ)償方式。</p><p><b>　　2 芯片簡(jiǎn)介 </b></p><p>　　2.1

32、 51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　51單片機(jī)是對(duì)目前所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱(chēng)。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來(lái)隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中[9]。目前很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，在目前乃至今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將

33、占有大量市場(chǎng)。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門(mén)的一個(gè)單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是51系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。</p><p>　　2.2 51系列單片機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　?。?）51片內(nèi)存儲(chǔ)容量較小： 原因是受集成度的限制。ROM一般小于8KB，RAM 一般小于256B，但可以在外部擴(kuò)展。通常ROM，RAM可分別擴(kuò)展至64KB。</p><p>

34、　?。?）可靠性高： 因?yàn)樾酒前垂I(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，故抗干擾的能力優(yōu)于 PC 機(jī)。 系統(tǒng)軟件(如:程序指令，常數(shù)，表格)固化在 ROM 中，不易受病毒破壞。 許多信號(hào)的通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故運(yùn)作時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 </p><p>　　（3）便于擴(kuò)展： 片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件，片外有很多供擴(kuò)展用的(總線，并行和串行的輸入/輸 出)管腳，很容易組成一定規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 </p>

35、<p>　?。?）控制功能強(qiáng)：具有豐富的控制指令：如條件分支轉(zhuǎn)移指令，I/O 口的邏輯操作指令，位處理指令。 </p><p>　?。?）實(shí)用性好：體積小，功耗低，價(jià)格便宜，易于產(chǎn)品化。 </p><p>　　2.3 AT89C51單片機(jī)</p><p>　　2.3.1 AT89C51特性 </p><p>　　AT89C51是美國(guó)

36、ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元[10]。</p><p>　　AT89C51引腳圖</p><p>　　圖2.1為

37、AT89C51的40根接腳圖。每根接腳都有其特定功能，而有些接腳有兩種甚至三種以上功能，也可經(jīng)由程序規(guī)劃為數(shù)字輸出輸入接腳。</p><p>　　圖2.1 AT89C51引腳圖</p><p>　　2.3.2 AT89C51的功能</p><p>　　AT89C51屬于內(nèi)嵌功能較多的單片機(jī)，包括以下各種功能。</p><p><b&g

38、t;　　簡(jiǎn)介如下：</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流，當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以

39、被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。

40、</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)

41、時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：</p>

42、<p>　　口管腳         備選功能</p><p>　　P3.0       RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1       TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 

43、      /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3       /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4       T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5       T

44、1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6        /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）</p><p>　　P3.7        /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。&l

45、t;/p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作

46、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</

47、p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的

48、輸出。</p><p><b>　　振蕩器特性:</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p&g

49、t;<p>　　2.4 MAX813L芯片</p><p>　　1MAX813L加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值為200 ms。獨(dú)立的看門(mén)狗輸出，如果看門(mén)狗輸入在1．6 s內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖健?1.25 V門(mén)限值檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測(cè)或＋5 V以外的電源。門(mén)限電壓為4.65V低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入[11]。</p><

50、p><b>　　簡(jiǎn)介如下：</b></p><p><b>　　手動(dòng)復(fù)位輸入端（）</b></p><p>　　當(dāng)該端輸入低電平保持140 ms以上，MAX813L就輸出復(fù)位信號(hào).該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)。與TTL/CMOS兼容。</p><p>　　工作電源端（VCC）：接+5V電源。&l

51、t;/p><p>　　電源接地端（GND）：接0 V參考電平。</p><p>　　電源故障輸入端（PFI）：當(dāng)該端輸入電壓低于1．25 V時(shí)，5號(hào)引腳輸出端的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　　電源故障輸出端（)：電源正常時(shí)，保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　　看門(mén)狗信號(hào)輸入端（WDI）：程

52、序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于1．6 s的時(shí)間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，以清除芯片內(nèi)部的看門(mén)狗定時(shí)器。若超過(guò)1．6 s該輸入端收不到脈沖信號(hào)，則內(nèi)部定時(shí)器溢出，8號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　　復(fù)位信號(hào)輸出端（RST）:上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200 ms的復(fù)位脈沖；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。</p><p>　　看門(mén)狗信號(hào)輸出端（）:正常工作時(shí)輸出保持高電

53、平，看門(mén)狗輸出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　　2.5 LCD1602芯片</p><p>　　所謂1602是指顯示的內(nèi)容為16*2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的[12]。因此基于HD44780寫(xiě)的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。</p><p&

54、gt;　　字符型LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來(lái)的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，引腳定義如表2.1所示：</p><p>　　表2.1 LCD1602引腳定義</p><p>　　其地址和屏幕的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2.2：</p><p>　　表2.2地址與屏幕對(duì)應(yīng)關(guān)系</p

55、><p>　　2.6 74HC595</p><p>　　74HC595 是一款漏極開(kāi)路輸出的CMOS 移位寄存器，輸出端口為可控的三態(tài)輸出 端，亦能串行輸出控制下一級(jí)級(jí)聯(lián)芯片[13]。管腳功能如表2.3所示</p><p>　　表2.3 74HC595引腳功能表</p><p>　　真值表如表2.4所示</p><

56、p>　　表2.4 74HC595真值表 </p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在一系列的理論分析之后，本次設(shè)計(jì)將采用根據(jù)功率因數(shù)來(lái)確定補(bǔ)償容量的方法，再根據(jù)當(dāng)前無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，我們采用并聯(lián)電容器型的無(wú)功補(bǔ)償裝置。它具有連線和控制方式簡(jiǎn)單，電容使用效率高及不產(chǎn)生諧波污染等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　電壓互感器和電流互感器將信號(hào)

57、轉(zhuǎn)成小電流，經(jīng)過(guò)電路處理后發(fā)給ADC0809。ACD0809再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)。再將此信號(hào)傳給單片機(jī)。單片機(jī)控制電容投入或切除。并將結(jié)果送入顯示器顯示。圖3.1為無(wú)功功率補(bǔ)償控制器系統(tǒng)的框圖。</p><p><b>　　圖3.1 系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　3.1 電源電路</b></p><p>

58、;　　系統(tǒng)需要+5V直流電源。從外部引進(jìn)的一路220V交流電壓經(jīng)過(guò)變壓器TF3變換成AC9V電壓，橋整BRIDGE1整流成+12V的直流電壓，穩(wěn)壓塊7805將+12V穩(wěn)壓到+5V輸出，供需要的器件使用[14]。系統(tǒng)的供電電源原理如圖3.2所示。+5V在原理圖中標(biāo)注為VCC。</p><p>　　圖3.2 AT89C51接腳說(shuō)明</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路</p>

59、;<p>　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說(shuō)明各引腳功能。 </p><p>　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。 </p><p>　　2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。 </p><p>　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 </p><p>　　ALE

60、：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 </p><p>　　START： A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 </p><p>　　EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 </p><p>　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，

61、輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。 </p><p>　　CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 </p><p>　　REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 </p><p>　　Vcc：電源，單一＋5V。 </p><p><b>　　GND：地。<

62、/b></p><p>　　3路模擬開(kāi)關(guān)與輸入通道如表3.1所示</p><p>　　表3.1 3路模擬開(kāi)關(guān)與輸入通道的關(guān)系表</p><p>　　ADC0809芯片可以分時(shí)處理8路模擬量輸入信號(hào)，使用模擬開(kāi)關(guān)切換。在某一時(shí)刻，模擬開(kāi)關(guān)只能與一路模擬量通道接通，對(duì)該通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。表3.1中C、B、A是三條通道的地址線[15]。當(dāng)?shù)刂匪嫘盘?hào)ALE為高電平

63、時(shí)，C、B、A 三條線上的數(shù)據(jù)送入ADC0809內(nèi)部的地址鎖存器中，經(jīng)過(guò)譯碼器譯碼后選中某一通道[16]。當(dāng)ALE=0時(shí)，地址鎖存器處于鎖存狀態(tài)，模擬開(kāi)關(guān)始終與剛才選中的輸入通道接通。</p><p>　　選中通道的模擬量到達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器并未對(duì)其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)端START出現(xiàn)下降沿并延遲后，才啟動(dòng)芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，START的上升沿復(fù)位ADC0809[17]。</p&g

64、t;<p>　　ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程是在時(shí)鐘信號(hào)的協(xié)調(diào)下進(jìn)行的，ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)由CLOCK端送入，其最高頻率為640MHz，在這個(gè)最高頻率下ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100uS左右[18]。當(dāng)ADC0809用于AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，若AT89C51用12MHz的晶振，ALE輸出為1/6，即2MHz。則ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)可以由AT89C51的ALE經(jīng)過(guò)一個(gè)四分頻電路獲取。這時(shí)ADC080

65、9的時(shí)鐘頻率為500KHz，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為130uS。ADC0809常用的時(shí)鐘電路如圖3.3 ，A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3.4。 </p><p>　　圖3.3 ADC0809常用的時(shí)鐘電路圖（4分頻）</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果(8位數(shù)字量)送到三態(tài)鎖存輸出緩沖器，此時(shí)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果還沒(méi)有現(xiàn)在DB0-DB7八條數(shù)字量輸出線上，單片機(jī)不能獲取之[19]。單片機(jī)要想

66、讀到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須使ADC0809的允許輸出控制端OE為高電平，打開(kāi)三態(tài)輸了鎖存器，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果出現(xiàn)在DB0-DB7上。</p><p>　　單片機(jī)讀取A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法有三種</p><p>　　(1)延遲法單片機(jī)啟動(dòng)ADC0809后，延時(shí)130uS以上，可以讀到正確的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　(2)查詢(xún)法EOC必須接到AT89C51的一條I

67、/O線上。單片機(jī)啟動(dòng)ADC0809后，延遲10uS，檢測(cè)EOC，若EOC=0則A/D轉(zhuǎn)換沒(méi)有結(jié)束，繼續(xù)檢測(cè)EOC直到EOC=1。當(dāng)EOC=1時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　(3)中斷法EOC必須經(jīng)過(guò)非門(mén)接到AT89C51的中斷請(qǐng)求輸入線INT0或INT1上，AT89C51的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。單片機(jī)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后可以做其它工作，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC由0—1經(jīng)過(guò)

68、非門(mén)傳到INT端，AT89C51收到中斷請(qǐng)求信號(hào)，若AT89C51開(kāi)著中斷，則進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。本設(shè)計(jì)中即采用這種方法。</p><p>　　圖3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p><b>　　3.3 看門(mén)狗電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用MAXIM公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片MAX81

69、3L構(gòu)成硬件狗與AT89C51的接口電路如圖3.5所示。MR與WDO經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管連接起來(lái)，WDI接單片機(jī)的P2.7口，RESET接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳RESET，MR經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)位按鈕接地。該監(jiān)控電路的主要功能如下：</p><p>　?。?）系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時(shí)，當(dāng)電源電壓超過(guò)復(fù)位門(mén)限電壓4.65V，RESET端輸出200ms的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。</p><p>　?。?）對(duì)+

70、5V電源進(jìn)行監(jiān)視：當(dāng)+5V電源正常時(shí)，RESET為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng)+5V電源電壓降至+4.65V以下時(shí)，RESET輸出高電平，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。</p><p>　　（3）看門(mén)狗定時(shí)器被清零，WDO維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，CPU不能在1.6s內(nèi)給出“喂狗”信號(hào)，WDO跳變?yōu)榈碗娖剑捎贛R端有一個(gè)內(nèi)部250mA的上拉電流，D導(dǎo)通MR獲得有效低電平，RESET端輸出復(fù)位脈沖，單片機(jī)復(fù)位，看門(mén)狗定時(shí)

71、器清零，WDO又恢復(fù)成高電平。</p><p>　?。?）手動(dòng)復(fù)位：如果需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，只要按下手動(dòng)復(fù)位按鈕，就能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。</p><p>　　圖3.5 MAX813L與89c51接口圖</p><p><b>　　3.4 LCD顯示</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用1602型LCD顯示，

72、現(xiàn)在的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。1602型LCD顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)[20]。</p><p>　　1602型LCD可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0～D7和RS，R/W，EN三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能。</p><p>　　1．外型尺寸：80X36X13（LXWXH）</p>

73、;<p><b>　　2．接口信號(hào)說(shuō)明</b></p><p>　　接口信號(hào)說(shuō)明如表3.2所示。</p><p>　　表3.2 1602型LCD接口信號(hào)說(shuō)明</p><p><b>　　3．主要技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　表3.3 1602型LCD的主要技術(shù)參數(shù)</p&

74、gt;<p>　　4．與8051接口電路</p><p>　　M-162液晶顯示模塊可以和單片機(jī)AT89C51直接接口，電路如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 AT89C51與DM-162接口電路</p><p>　　3.5 模擬信號(hào)處理電路</p><p>　　3.5.1電流和電壓相位檢測(cè)電路 </p>

75、;<p>　　當(dāng)電流和電壓波形一致，即電流和電壓的相位差為零時(shí)，此時(shí)的功率因數(shù)最高，無(wú)功功率為零。當(dāng)電流和電壓的波形不一致時(shí)，存在兩種情況：一種是電流的波形在電壓的波形之前到達(dá)，這種情況稱(chēng)為電流超前于電壓；另一種是電流的波形在電壓波形之后到達(dá)，這種情況稱(chēng)為電流滯后于電壓。電壓與電流的相位差的余弦稱(chēng)為功率因數(shù)。</p><p>　　相位檢測(cè)電路就是要檢測(cè)到電流和電壓的相位差，并且要檢測(cè)電流是超前還是滯

76、后。只要檢測(cè)到這兩個(gè)數(shù)據(jù)即可控制電力電容的投入或者切除。根據(jù)檢測(cè)的相位差余弦查表來(lái)求得當(dāng)前的功率因數(shù)，再根據(jù)當(dāng)前功率因數(shù)與設(shè)定的功率因數(shù)比較，如果當(dāng)?shù)墓β室驍?shù)大于設(shè)定的功率因數(shù)，并且為滯后或者功率因數(shù)等于1.00，則不進(jìn)行投入，如果為超前，則切除電力電容；如果當(dāng)前的功率因數(shù)小于設(shè)定的功率因數(shù)，則進(jìn)行電容補(bǔ)償容量的判斷是否投入電容來(lái)提高功率因數(shù)，減少無(wú)功功率。</p><p>　　功率因數(shù)是否等于1.00由單片機(jī)計(jì)

77、算而得。如果為1.00則不進(jìn)行任何操作。如果不為1.00且大于設(shè)定功率因數(shù)，則將電壓電流得出的信號(hào)輸入D觸發(fā)器，再將觸發(fā)得出的結(jié)果送入單片機(jī)[21]。由單片機(jī)處理是否投入或者切除電容。</p><p>　　從圖3.7可以看到，電壓波形的采樣是采用一個(gè)變壓器TF1，TF1把交流220V電壓變換成12V的交流電壓，經(jīng)過(guò)R27限流以及D4和D5的箝位送到LM393的第6腳負(fù)輸入端。LM393的第5腳正輸入端接地。需要注

78、意的是，此時(shí)LM393是一個(gè)電壓比較器。因?yàn)長(zhǎng)M393的第5腳正輸入端接地，所以它是一個(gè)過(guò)零比較器，當(dāng)電壓波形過(guò)零時(shí)，LM393的第7腳輸出端電平反轉(zhuǎn)。LM393的第7腳輸出端接到ADC0809的IN1端口和D觸發(fā)器CLK端。</p><p>　　圖3.7電壓轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　如流波形的采樣如圖3.8所示，通過(guò)一個(gè)電流互感器把0到5A的交流信號(hào)變換成0到50mA的交流小信號(hào)，再

79、經(jīng)過(guò)R19限流以及D2和D3的箝位送到LM393的第2腳負(fù)輸入端。LM393的第3腳正輸入端接地。LM393在這里是一個(gè)電壓比較器。因?yàn)長(zhǎng)M393的第3腳正輸入端接地，所以它是一個(gè)過(guò)零比較器，當(dāng)電流波形過(guò)零時(shí)，LM393的第1腳輸出端電平反轉(zhuǎn)。LM393的第1腳輸出端接到ADC0809的IN0口和D觸發(fā)器D端。</p><p>　　圖3.8電流轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.5.2 D觸

80、發(fā)器控制電路 </p><p>　　D觸發(fā)器如圖3.9所示，控制切斷或者投入電容。電流信號(hào)接入D觸發(fā)的CLK端。當(dāng)電流滯后電壓時(shí)，D觸發(fā)時(shí)鐘為上升沿。D端為“0”。Q端輸出為“0”。將Q端輸出送入單片機(jī)的I/O口。單片機(jī)根據(jù)功率因數(shù)情況決定是否切斷電容。若電流超前電壓，D端置“1”，當(dāng)電壓信號(hào)來(lái)到時(shí)，CLK為上升沿，Q輸出高電平“1”。并送入單片機(jī)處理。單片機(jī)根據(jù)功率因數(shù)情況決定是否切斷電容。</p>

81、<p>　　圖3.9 D觸發(fā)器控制電路</p><p>　　3.5.2電流和電壓信號(hào)采集電路 </p><p>　　電流互感器把0到5A的交流信號(hào)變換成0到50mA的小信號(hào)，此處100R是假負(fù)載，0.05AX100R=5V。經(jīng)過(guò)二極管整流和C20和C21電容濾波，R20和R22分壓后，再傳給0809的IN0端進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。電路圖如圖3.10所示。</p>&l

82、t;p>　　圖3.10 電流采集電路</p><p>　　電壓變壓器把交流220V變成交流9V的小信號(hào)電壓，經(jīng)過(guò)橋整，C23的濾波，以及R25和R24的分壓后，再送到0809的IN1進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。電路圖如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 電壓采集電路</p><p>　　3.6電容補(bǔ)償控制電路</p><p>　　本電

83、路主要功能是投入或者切除電容。為了讓電路用較小的電流去控制較大電流，繼電器起一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”的作用。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。而啟動(dòng)繼電器則使動(dòng)ULN芯片，它內(nèi)部集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。</p><p>　　電容補(bǔ)償分為兩組，每一組由單片機(jī)一個(gè)I/O口控制。每一個(gè)I/O口又控制8組電容。單片機(jī)發(fā)串行數(shù)據(jù)給74HC595的串行輸入端口，由74HC595實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換

84、。74HC595的CLK由單片機(jī)的I/0發(fā)送控制。由QA到QH輸出給發(fā)光二極管。二極管燈亮，表示此路電容投入工作。再由發(fā)光二極管傳入TLP521_4芯片。TLP521光耦導(dǎo)通，并將信號(hào)再傳至ULN2003的輸入端。再由ULN2003輸出端發(fā)信號(hào)啟動(dòng)繼電器IN4007。繼電器通電導(dǎo)通，電容連入電路進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償后的功率因數(shù)經(jīng)單片機(jī)計(jì)算后判斷是否投入更多電容，或者切除部分電容。硬件連接如圖3.12所示。</p><p&g

85、t;　　圖3.12電容補(bǔ)償控制電路</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在軟件設(shè)計(jì)上我們采用匯編語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言用來(lái)編制系統(tǒng)軟件和過(guò)程控制軟件，其目標(biāo)程序占用內(nèi)存空間少，運(yùn)行速度快，有著高級(jí)語(yǔ)言不可替代的用途。</p><p><b>　　4.1主程序設(shè)計(jì)</b></p>

86、<p>　　本次設(shè)計(jì)的裝置主要的投切標(biāo)準(zhǔn)是功率因數(shù)和測(cè)量電壓，本裝置采用默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)為。</p><p>　　隨器補(bǔ)償應(yīng)以配變?nèi)萘康?%～8%選擇電容器容量效果較好，因?yàn)檫@大約相當(dāng)于配電變壓器空載時(shí)的無(wú)功功率，又電容器補(bǔ)償容量可近似為，則本次設(shè)計(jì)一共設(shè)了2組容量為100nj400電容器組，方便控制和調(diào)節(jié)補(bǔ)償容量，采用2相共同補(bǔ)償。</p><p>　　首先檢測(cè)電壓電流數(shù)

87、值。經(jīng)計(jì)算后，若功率因數(shù)為1，則無(wú)需補(bǔ)償。再次檢測(cè)，直至功率因數(shù)不為1。</p><p>　　當(dāng)檢測(cè)到到的功率因數(shù)小于0.90時(shí)，投入第一組電容器組；再進(jìn)行第二次檢測(cè)，計(jì)算得到功率因數(shù)再于默認(rèn)值進(jìn)行比較，若實(shí)際功率因數(shù)仍然小于0.90的話，繼續(xù)投入第二組電容器組。</p><p>　　當(dāng)檢測(cè)到功率因數(shù)大于0.90時(shí)，若電流滯后電壓，即電網(wǎng)處于容性狀態(tài)，無(wú)功補(bǔ)償過(guò)量，則立即切除第一組電容；繼

88、續(xù)檢測(cè)電壓，若電壓仍然高于標(biāo)準(zhǔn)的話，則切除第二組電容器組。</p><p>　　補(bǔ)償完畢后，將功率因數(shù)、電壓、電流送入顯示電路顯示。</p><p>　　主要的程序流程如圖4.1所示。</p><p>　　4.2中A/D轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換分為兩部分：電壓與電流轉(zhuǎn)換。電壓與電流轉(zhuǎn)換相似。如圖4.2以電壓轉(zhuǎn)換為例。首先運(yùn)

89、行主程序，單片機(jī)P2.1口向ALE發(fā)送“1”，允許地址輸入。P2.0口向ADDA發(fā)送“1”，選中電壓口IN1。單片機(jī)P2.1口向ALE發(fā)送“0”，開(kāi)啟0809的地址鎖存。檢測(cè)后的電壓數(shù)據(jù)送入0809。P2.2口向0809START發(fā)送下降沿信號(hào)，開(kāi)啟A/D轉(zhuǎn)換。若轉(zhuǎn)換結(jié)束，即EOC=1，EOC由一個(gè)非門(mén)向單片機(jī)的中斷INTO，則進(jìn)入延時(shí)程序，在中斷服務(wù)程序中單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。讀取后，由P2.2向START發(fā)上升沿復(fù)位0809。

90、</p><p>　　圖4.1主程序流程圖 圖4.2 電壓轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　4.3電容補(bǔ)償控制電路軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　電容補(bǔ)償是在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，單片機(jī)由采到的數(shù)據(jù)控制投入或切除電容。如圖4.3所示。若計(jì)算結(jié)果，說(shuō)明電壓與電流相位差為0，功率因數(shù)最高，不需要補(bǔ)償，系統(tǒng)跳回檢測(cè)狀態(tài)。若不

91、為1，則需要判斷是否大于0.9。若小于0.9，則按計(jì)算結(jié)果再次計(jì)算，應(yīng)該投入多少電容，將2組電容投入電路。若大于0.9，則跟據(jù)D觸發(fā)器控制電路的Q輸出結(jié)果，若為“0”，說(shuō)明電路程感性，不需要操作。若為“1”，說(shuō)明電路呈容性。再由單片機(jī)計(jì)算切除多少電容。最后啟動(dòng)顯示電路，顯示結(jié)果。程序跳回檢測(cè)狀態(tài)。</p><p>　　圖4.3電容補(bǔ)償電路軟件設(shè)計(jì)流程圖</p><p><b>　

92、　結(jié) 論</b></p><p>　　無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在邊沿科學(xué)如電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，在電力系統(tǒng)領(lǐng)域取得了很大的發(fā)展，形成了多種補(bǔ)償方式。本文在對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的缺點(diǎn)提出了一種新型的智能無(wú)功補(bǔ)償控制器,該裝置適合對(duì)大用戶(hù)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,也就是隨器補(bǔ)償,其優(yōu)點(diǎn)如下:</p><p>　　1、裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)硬件軟件配合，穩(wěn)定

93、性高，用單片機(jī)控制，可實(shí)現(xiàn)真正的智能控制，具有很高的性?xún)r(jià)比。</p><p>　　2、采用LCD顯示，可實(shí)時(shí)顯示電壓、電流和功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。</p><p>　　3、 控制策略比較合理。該策略既考慮到無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電容容量需求，又考慮到穩(wěn)定電壓質(zhì)量的要求，比如在高電壓區(qū)間的只切不投原則和在低壓區(qū)間的只投不切原則。</p><p>　　今后本控制器在以下幾方面還有待提高:

94、</p><p>　　1、優(yōu)化采樣電路，使采樣數(shù)據(jù)更為精確。</p><p>　　2、采用較高檔的CPU系統(tǒng)，升級(jí)A/D位數(shù)，使控制器的電網(wǎng)監(jiān)測(cè)功能到進(jìn)一步的完善，也可使控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)時(shí)控制。</p><p>　　3、采用更簡(jiǎn)便準(zhǔn)確的無(wú)功計(jì)算方案和更多組數(shù)的電容器組，使軟件更為簡(jiǎn)便，控制更加精確。</p><p>　　4、可外接存儲(chǔ)裝

95、置，用于存儲(chǔ)電壓、電流等數(shù)據(jù)，這樣有助于對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。</p><p>　　總之，無(wú)功補(bǔ)償目前在我國(guó)還是很有發(fā)展?jié)摿Φ男袠I(yè)，其技術(shù)還有待于進(jìn)一步的深究和提高。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 方向暉．中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］．北京：中國(guó)水利水電出版社，2004：56~89．&

96、lt;/p><p>　　[2] 劉黎明，劉滌塵，史進(jìn)．智能式動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的研究[J]．電力情報(bào)，1998，22(3)：45～89.</p><p>　　[3] 南余榮，李剛，魯聰達(dá)．基于單片機(jī)的復(fù)合開(kāi)關(guān)及其在低壓無(wú)功補(bǔ)償中的應(yīng)用[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)2004，28(15)：15～67.</p><p>　　[4] 吳啟富，王主丁．配電網(wǎng)無(wú)功綜合優(yōu)化的補(bǔ)償模型及其應(yīng)

97、用[J]．四川電力技術(shù), 1994：106~110．</p><p>　　[5] 劉鳳君．市電電能質(zhì)量補(bǔ)償技術(shù)［M］．北京：科學(xué)出版社，2005：69~111．</p><p>　　[6] 胡秀娟．淺議低壓電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膸追N方法[J]．電力與能源．2007年35期．</p><p>　　[7] 梅麗鳳，王艷秋．單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，20

98、04：55~102．</p><p>　　[8] 劉煥平，韓樹(shù)新．ADC0809和AT89C51的一種接口方法[J]．石家莊師范專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)．2002-6．</p><p>　　[9] 丁毓山．單片機(jī)與無(wú)功補(bǔ)償[M]．南京：南京大學(xué)出版社，2006：86~121．</p><p>　　[10] 康華光，陳大欽．電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］．高等教育出版社，2004：10~

99、15</p><p>　　[11] 彭沛夫，張桂芳．微機(jī)控制技術(shù)與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M]．北京：清華大學(xué)出版社.，2005：152~ 157．</p><p>　　[12] 胡漢才．單片機(jī)原理及其接口技術(shù)［M］．清華大學(xué)出版社，2004：155~159．</p><p>　　[13]徐君毅.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].上海:上海科技大學(xué)出版社，2002.</p&g

100、t;<p>　　[14]王正洪，蔣益興。一種新的功率因數(shù)補(bǔ)償算法及實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，1998，11：35-36.</p><p>　　[15]陳建澤.單片微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用[M]北京：北京師范大學(xué)出版社，1987. </p><p>　　[16]賀康益.電力電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1995.</p><p>　　[17]韓

101、富春.電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)[M].中國(guó)水利水電出版社，2003. </p><p>　　[18]苑舜，韓水.配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化及無(wú)功補(bǔ)償裝置[M].中國(guó)電力出版社，2003. </p><p>　　[19]郭培源.電力系統(tǒng)自動(dòng)控制新技術(shù)[M].科學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[20]宵紅兵，胡輝，郭建學(xué).跟我學(xué)用單片機(jī)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2002，

102、8.</p><p>　　[21]姜齊榮，謝小榮，陳建業(yè).電力系統(tǒng)并聯(lián)補(bǔ)償-結(jié)構(gòu)、原理、控制及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004，8.</p><p>　　[22] Kundur，Tom．Power system stability and control[M]．New York, USA：McGraw-Hill, 1994：124～241．</p><p>　

103、　附錄 系統(tǒng)硬件原理圖</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是在老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。**老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識(shí)、開(kāi)闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。我從她那里不僅學(xué)到了專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還學(xué)到了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思考方法，以及忘我