電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基于單片機(jī)的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展中，電力設(shè)備及電路的老化，各種問題導(dǎo)致電路不能

3、正常工作，電力緊張已是社會(huì)普遍現(xiàn)象。而城市化的加快又需要更多的照明路燈，據(jù)調(diào)查，城市公共照明在我國照明耗電中占30％的比例，約439億kWh，即便是北京、上海、廣州這樣的繁華都市也有用電量高低的差別。由于一般照明路燈電壓總是在用電高峰低于額定值，用電低峰高于額定值，這將會(huì)造成路燈不能正常工作且浪費(fèi)電力資源。所以研究路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)就變得十分重要。</p><p>　　針對上述問題，設(shè)計(jì)了一個(gè)以單片機(jī)為核心的路燈穩(wěn)

4、壓控制系統(tǒng)。電網(wǎng)電壓通過變壓器降壓后，經(jīng)過橋式整流電路，再通過濾波之后實(shí)現(xiàn)AC/DC轉(zhuǎn)換，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。接著將獲得的電壓信號(hào)輸入由ADC0809芯片控制的A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號(hào)量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)量，然后把所得的數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)AT89C51。經(jīng)過內(nèi)部設(shè)定的程序運(yùn)算處理之后，根據(jù)結(jié)果通過74LS373芯片來選擇補(bǔ)償穩(wěn)壓線圈組合。并將數(shù)據(jù)輸入由MOC3061控制的可控硅觸發(fā)電路，由此控制可控硅的開關(guān)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對補(bǔ)償線圈組合電路

5、的通斷，最后基本實(shí)現(xiàn)電路穩(wěn)壓。且在不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓時(shí)，便啟動(dòng)報(bào)警電路，提示工作人員關(guān)斷電路。另外本設(shè)計(jì)需要再添加一個(gè)降壓整流濾波電路，以提供單片機(jī)的工作電壓。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)；補(bǔ)償式；無觸點(diǎn)開關(guān)；穩(wěn)壓；晶閘管控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the development of

6、 modern industry, various problems such as electrical equipment and circuit out of aging make electrical circuit can't work normally. These problems have become a social phenomenon. But the developing cities need mor

7、e lighting lamps. According to the survey, the power of urban public lighting accounted for about 30 percent in our country.it is about 439 billion kWh. Even Beijing, Shanghai, Guangzhou such cities also has the differen

8、ce in electricity .Because voltage is alway</p><p>　　According to these problems, designing a control system about lamps based on SCM. This design takes SCM as control core for voltage control system.It chan

9、ge alternating current to direct current by using a rectifier filter circuit.Then put the vampl into A/D circuit controled by ADC0809 chip.And then put the singnal into AT89C51 chip.After taking operations in the chip.th

10、en chose coils to achieve voltage compensation by using 74LS373 chip.And it can control silicon-controlled trigger circuit by </p><p>　　Keywords: MCU; compensating;BCR;Constant voltage; Thyristor control<

11、/p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言 1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　第2章 系統(tǒng)主電路及硬件的設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)思路5</p>

12、<p>　　2.2元件選擇及介紹5</p><p><b>　　2.3電路設(shè)計(jì)8</b></p><p>　　2.4 主電路結(jié)構(gòu)10</p><p>　　2.5 AC/DC轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.6 A/D轉(zhuǎn)換器11</p><p>　　2.7 雙向可控

13、硅觸發(fā)電路13</p><p>　　2.8 報(bào)警電路13</p><p>　　2.9 本章小結(jié)14</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1 穩(wěn)壓控制主程序設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2延時(shí)程序設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3數(shù)據(jù)采樣程序的

14、設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)處理與故障分析程序的設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.5 本章小結(jié)20</p><p><b>　　小結(jié) 21</b></p><p>　　致謝 錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b><

15、/p><p>　　附錄1 系統(tǒng)程序23</p><p>　　附錄2 系統(tǒng)電路圖28</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的目的是通過單片機(jī)控制無觸點(diǎn)開關(guān)的通斷來選擇補(bǔ)償線圈組合以實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的穩(wěn)壓效果。旨在解決路燈電路由于高峰低峰用電量差別而引起的電路原件損壞，電路壽命減短而導(dǎo)致的一系

16、列后果。針對當(dāng)前城市路燈應(yīng)用的要求，裝置路燈穩(wěn)壓器之后的路燈系統(tǒng)無論在用電高峰還是用電低谷．始終能使輸出電壓穩(wěn)定在額定值范圍內(nèi)，而且效率高，無波形畸變，電壓調(diào)節(jié)平穩(wěn)，適應(yīng)負(fù)載廣泛，能承受瞬時(shí)超載，可長期連續(xù)工作，設(shè)定過、欠壓自動(dòng)保護(hù)報(bào)警功能。</p><p>　　根據(jù)電力專家的測試，電網(wǎng)中經(jīng)常發(fā)生并且對電腦和精密儀器產(chǎn)生干擾或破壞的問題主要有以下幾種：由于大型電氣設(shè)備開關(guān)機(jī)時(shí)，電網(wǎng)由此而產(chǎn)生的高壓電涌;由于雷擊、

17、電弧放電、靜態(tài)放電等原因而產(chǎn)生的高壓尖脈沖;電壓有效值介于額定值的80%到85%之間，且持續(xù)好幾個(gè)周期的低壓狀態(tài)。所以使用穩(wěn)壓器，對用電設(shè)備特別是對電壓要求嚴(yán)格的精密設(shè)備來說是必不可少的。</p><p>　　本設(shè)計(jì)可以緩解許多地方電力供應(yīng)緊張的情況，減少城市路燈照明耗電量，提高用電效率，同時(shí)可以延長照明設(shè)備使用壽命。并且可以節(jié)省財(cái)政支出，將資金投入到其他領(lǐng)域，同時(shí)提高電路的壽命，增加電網(wǎng)使用的安全性，還可以減少

18、電荒地區(qū)的數(shù)量。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　不穩(wěn)定的電壓會(huì)使設(shè)備造成致命傷害或誤動(dòng)作，影響生產(chǎn)，造成財(cái)產(chǎn)損失、品質(zhì)不穩(wěn)定等多方面損失。同時(shí)加速設(shè)備的老化、影響使用壽命甚至燒毀配件，加重人們的負(fù)擔(dān)且浪費(fèi)資源；嚴(yán)重者甚至發(fā)生安全事故，造成不可估量的損失。隨著時(shí)間流逝，我國許多地區(qū)的電路老化嚴(yán)重，電氣設(shè)備的損壞情況也較突出，而隨著

19、城市化的快速發(fā)展，照明路燈需求量也越來越大，據(jù)調(diào)查，城市公共照明在我國照明耗電中占30％的比例。在我國大多數(shù)大城市中，在晚上9點(diǎn)后的路燈用電量遠(yuǎn)小于9點(diǎn)之前，用電量在高峰期與低峰期差距甚大。而電路在用電高峰期，電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行，電網(wǎng)電壓都低于額定值，在用電低谷期供電電壓又高于額定值，這種情況不但影響照明設(shè)備的使用壽命，而且耗電量也大幅增加，電源電壓若增加20%，則耗電量增加44%。當(dāng)?shù)凸葧r(shí)，照明設(shè)備又不能正常工作，再加上部分電路老化，極容

20、易對電力設(shè)備造成難以預(yù)估的損害，不能保障電路正常運(yùn)行，甚至?xí)θ说纳踩斐赏{。這不僅在加大政府對此的財(cái)政支出，同時(shí)影響人們?nèi)罕姷娜粘Ｉ?。因而有必要針對上述問題開發(fā)出一種使用方便又節(jié)能的裝置，它具有自動(dòng)檢測路燈電網(wǎng)電壓、自動(dòng)穩(wěn)壓并輸出額定電壓和過欠壓報(bào)警的功能。</p><p>　　穩(wěn)壓器，就是使輸出電壓穩(wěn)定的設(shè)備。穩(wěn)壓器的工作原理大都相同，一般都是利用了相同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定輸出。電壓通過連接到誤差

21、放大器反相輸入端的分壓電阻進(jìn)行采樣，誤差放大器的同相輸入端連接到一個(gè)參考電壓Vref。 參考電壓由內(nèi)部的參考源產(chǎn)生。 誤差放大器總是使其兩端輸入相等。因此，它提供負(fù)載電流以保證輸出電壓穩(wěn)定。穩(wěn)壓器由調(diào)壓電路、控制電路、及伺服電機(jī)等組成。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)，控制電路對電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣、比較、放大，然后通過各種方式調(diào)節(jié)變壓器線圈匝數(shù)比，將補(bǔ)償電壓加入電路，從而保持輸出電壓在一定范圍內(nèi)能穩(wěn)定，以確保主電路能長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。這既可以延長電路

22、壽命，還可以實(shí)現(xiàn)資源的合理配置，更可以降低事故發(fā)生率，保障人們?nèi)粘Ｉ畹陌踩?。另外容量較大的穩(wěn)壓器，還采用電壓補(bǔ)償?shù)脑砉ぷ鳌?lt;/p><p>　　集成穩(wěn)壓器又叫集成穩(wěn)壓電路，將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓的集成電路， 用分立元件組成的穩(wěn)壓電源，固有輸出功率大，適應(yīng)性較廣的優(yōu)點(diǎn)，但因體積大焊點(diǎn)多可靠性差而使其應(yīng)用范圍受到限制，近年來，集成穩(wěn)壓電源已得到廣泛應(yīng)用，其中小功率的穩(wěn)壓電源以三端式串聯(lián)型穩(wěn)壓器應(yīng)

23、用最為普遍。 集成穩(wěn)壓器的分類：一般分為線性集成穩(wěn)壓器和開關(guān)集成穩(wěn)壓器兩類，線性集成穩(wěn)壓器又分為低壓差集成穩(wěn)壓器和一般壓差集成穩(wěn)壓器；開關(guān)集成穩(wěn)壓器分為降壓型集成穩(wěn)壓器、升壓型集成穩(wěn)壓器和輸入與輸出極性相反集成穩(wěn)壓器。電路中常用的集成穩(wěn)壓器主要有78XX系列、79XX系列、可調(diào)集成穩(wěn)壓器、精密電壓基準(zhǔn)集成穩(wěn)壓器等。</p><p>　　由于市電供電壓因各種原因而不穩(wěn)定，特別是有些供電場所電壓波動(dòng)幅度很大，從而影響

24、用電設(shè)備的正常工作，還可能造成用電設(shè)備損壞，而交流穩(wěn)壓器是一種能夠使用電設(shè)備的工作電壓基本穩(wěn)定的穩(wěn)壓設(shè)備。交流穩(wěn)壓器種類固然很多，主回路工作原理有所不同，但基本上(交流參數(shù)穩(wěn)壓器例外)基本都是輸入開關(guān)取樣電路,控制電路,電壓調(diào)節(jié)裝置，輸出保護(hù)裝置,驅(qū)動(dòng)裝置，顯示器及及組成，具體組成一般如下：</p><p>　　1、輸入開關(guān)：作為穩(wěn)壓器輸入工作開關(guān)，一般都采用有限流保護(hù)的空氣開關(guān)式小型斷路開關(guān)，它能對穩(wěn)壓器和用電

25、設(shè)備起到保護(hù)作用。 </p><p>　　2、電壓調(diào)節(jié)裝置：是一種可以調(diào)節(jié)輸出電壓的裝置,它能將輸出電壓升高或降低是穩(wěn)壓器最主要的部件。 </p><p>　　3、采樣電路：它對主電路的輸出電壓和電流進(jìn)行檢測，將輸出電壓變化的情況給傳送給控制電路。 </p><p>　　4、驅(qū)動(dòng)裝置：由于控制電路的控制電信號(hào)較弱,所以需要用驅(qū)動(dòng)裝置來進(jìn)行功率放大和轉(zhuǎn)換。 </

26、p><p>　　5、驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置：一種連通和斷開穩(wěn)壓器的輸出的裝置，一般常用繼電器或接觸器或保險(xiǎn)器等。 </p><p>　　6、控制電路：它將取樣的電路檢測信號(hào)進(jìn)行分析,當(dāng)輸出電壓偏高時(shí)，則向驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)送將電壓降低的控制信號(hào)，則驅(qū)動(dòng)裝置將驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置將輸出電壓調(diào)低，當(dāng)輸出電壓偏低時(shí)，則向驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)送將電壓升高的控制信號(hào)，則驅(qū)動(dòng)裝置將驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置將輸出電壓調(diào)高，而使輸出電壓穩(wěn)定達(dá)到穩(wěn)定

27、輸出的目的。當(dāng)檢測到輸出電壓或電流超出穩(wěn)壓器的控制范圍時(shí)?？刂齐娐穼⒖刂戚敵霰Ｗo(hù)裝置使之?dāng)嚅_輸出而保護(hù)用電設(shè)備，而在正常時(shí)輸出保護(hù)裝置是連通輸出的，用電設(shè)備可以得到穩(wěn)定的電壓供給。</p><p>　　控制系統(tǒng)是指由控制主體、被控對象和控制媒體組成的具有本身實(shí)際功能的管理系統(tǒng)。 　　控制系統(tǒng)意味著通過它可以按照它所希望達(dá)到的結(jié)果通過改變機(jī)器、機(jī)構(gòu)或其他設(shè)備內(nèi)任何有關(guān)或可變化的量來實(shí)現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)同時(shí)是為了使被控制對

28、象達(dá)到預(yù)定的理想狀態(tài)而實(shí)施的?？刂葡到y(tǒng)使被控制對象最終穩(wěn)定在某種需要的穩(wěn)定狀態(tài)。常用的方法便是檢測輸出量（被控制量）的實(shí)際值；將輸出量的實(shí)際值與給定值（輸入量）進(jìn)行比較得出偏差；用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出。編程軟件是針對于可編程中控主機(jī)而開發(fā)的程序應(yīng)用系統(tǒng)，所謂的可編程其實(shí)就是用類如C語言、匯編程序等工具對主機(jī)進(jìn)行編程。用戶可根據(jù)具體控制過程的需要而設(shè)定可編程中控主機(jī)的可實(shí)現(xiàn)的功能，如何控制外圍設(shè)備。控

29、制系統(tǒng)的構(gòu)造必須包括正確的外部電路及硬件設(shè)施，還有便是內(nèi)部軟件程序。</p><p>　　基于單片機(jī)的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，它將經(jīng)過轉(zhuǎn)化的電壓信號(hào)由單片機(jī)進(jìn)行處理后，通過其控制無觸點(diǎn)開關(guān)（BCR）調(diào)節(jié)變壓器繞組組合，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定，具有高效、節(jié)能、省財(cái)、調(diào)節(jié)快速、重量輕及體積小等特點(diǎn)。單片機(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)，主要用于控制系統(tǒng)中，具有嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)多要求的體系結(jié)構(gòu)，如微處理器、指令系統(tǒng)、總線模式、管理模式等。它是

30、指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和各種輸入輸出接口。同時(shí)集成諸如通訊接口，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。</p><p>　　單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Micro

31、computer）階段，這一階段是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。最終“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，它的主要的技術(shù)發(fā)展方向是：在不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用的同時(shí)，加強(qiáng)其對象系統(tǒng)的智能化控制能力。由于這一階段主要的研究領(lǐng)域都和對象系統(tǒng)有關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。最后，由于單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立

32、發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SOC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，對單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系

33、統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。單片機(jī)是世界上應(yīng)用最多的計(jì)算機(jī)。人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。</p><p>　　在現(xiàn)代生活中，單片機(jī)在我們生活的各個(gè)領(lǐng)域處處可見，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用必將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。這是一個(gè)必然的歷程。

34、而且隨著科技的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)將越來越精妙，由于其體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，必將取代現(xiàn)有的大部分電器?，F(xiàn)實(shí)生活中，單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。此外，單片機(jī)在其他諸如工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途?？梢灶A(yù)見，未來的幾

35、十年器發(fā)展必將圍繞于單片機(jī)為中心。</p><p>　　本章闡述了何為穩(wěn)壓器，并就穩(wěn)壓器的工作原理作了簡要說明，同時(shí)闡述了研究路燈穩(wěn)壓器控制系統(tǒng)的必要性，并且介紹了單片機(jī)的定義以及單片機(jī)的大概發(fā)展情況和發(fā)展歷史。最后再次重申了本設(shè)計(jì)對于城市發(fā)展道路中的重要意義。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)主電路及硬件的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)思

36、路</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)選用以單片機(jī)為基礎(chǔ)而不是PLC主要看重于單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低，效益高的優(yōu)點(diǎn)。而且單片機(jī)程序擦除方便，控制簡單，適合于這種大規(guī)模的改善工作。本設(shè)計(jì)將主電路電壓信號(hào)通過變壓器降壓，再經(jīng)過橋式整流濾波電路后，通過單片機(jī)ADC0809芯片所控制的A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號(hào)量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)量，輸入單片機(jī)AT89C51芯片的P0口，再由單片機(jī)進(jìn)行內(nèi)部程序的運(yùn)算和處理，由此控

37、制可控硅的開關(guān)狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對補(bǔ)償線圈組合的選擇，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)壓效果。系統(tǒng)硬件框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　如圖所示，系統(tǒng)主要由AC/DC轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)控制系統(tǒng)、可控硅觸發(fā)電路、過欠壓報(bào)警電路等組成。</p><p>　　2.2元

38、件選擇及介紹</p><p>　　主控制單片機(jī)采用AT89C51芯片。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1K次。</p><p>　　該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL

39、的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　AT89C51芯片可與MCS-51 兼容，而且數(shù)據(jù)保留時(shí)間長達(dá)10年。全靜態(tài)狀態(tài)工作頻率為0Hz-24Hz。擁有三級程序存儲(chǔ)器鎖定以及128*8位內(nèi)部RAM32和可編程I/O線兩個(gè)，外部有16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和5個(gè)中斷源可編程串行通道，而且擁有低功耗的閑置和掉電模式，是一塊性能好，價(jià)格低廉

40、且使用壽命高的好芯片，十分適合作為路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)的主要控制系統(tǒng)。</p><p>　　AT89C51芯片引腳圖如下所示：</p><p>　　圖2.2 AT89C51引腳圖</p><p>　　AT89C51芯片主要引腳功能：</p><p>　　RST：復(fù)位引腳。當(dāng)RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個(gè)機(jī)器周期時(shí)，所有I/O引腳復(fù)位置“1”。<

41、/p><p>　　X1：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>　　X2：反向振蕩放大器的輸出。</p><p>　　P1.2～P1.7：內(nèi)部提供上拉的雙向I/O口，當(dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時(shí)，它們將輸出電流。</p><p>　　P1.0和P1.1：需要外部上拉，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入和反向輸入。<

42、;/p><p>　　P3.0～P3.5與P3.7：帶內(nèi)部上拉的雙向I/0引腳，具有第二功能。</p><p>　　P0：作為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能作用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(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。

43、</p><p>　　P2：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門電流，當(dāng)P2口被寫“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，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)

44、，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>　　此外P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）<

45、;/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 T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p

46、>　　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)。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(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。另外每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(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MO

47、VX，MOVC指令是ALE才起作用。而且，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)。</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-FF

48、FFH），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）。</p><p>　　圖2.3 石英晶體振蕩電路</p><p>　　石英晶體振蕩電路，就是用石英晶體取代LC振蕩電路中的L、C元件所組成的正弦波振蕩電路，具有極高的頻率穩(wěn)定度，端口本分別連接芯片的X

49、1和 X2接口。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)采用ADC0809芯片，ADC0809是AD公司采用CMOS工藝生產(chǎn)的一種8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器。是目前國內(nèi)運(yùn)用最廣泛的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片。</p><p>　　圖2.4 ADC0809引腳圖</p><p>　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。 　</p><p>　　D0-D7：8

50、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：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。　　</p><p>　　EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高

51、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)，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，才能打開輸出三態(tài)門，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>　　VREF（+）、VREF（-）：基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　

52、圖2.5 74LS373芯片</p><p>　　74LS373芯片是一塊三態(tài)輸出的8位D類鎖存器，當(dāng)其三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，既不驅(qū)動(dòng)總線，也不成為總線負(fù)載，其內(nèi)邏輯操作不受影響。當(dāng)LE為高電平時(shí)。Q隨著D的改變而變，當(dāng)LE為低電平時(shí)，Q被鎖存。</p><p><b>　　2.3電路設(shè)計(jì)</b></p>

53、<p>　　根據(jù)電路的穩(wěn)壓原理來設(shè)計(jì)主電路，本設(shè)計(jì)采用補(bǔ)償線圈的方法來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。</p><p>　　在每半個(gè)周期內(nèi)通過晶閘管開通相位的控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。交流調(diào)壓方式有多種，常見的有自耦變壓器調(diào)壓方式、調(diào)相方式、磁飽和穩(wěn)壓方式等，這幾種方式均無法滿足路燈節(jié)能裝置的功能要求。自耦變壓器方式在大電流供電時(shí)，具有電路簡單，輸入電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，由于其碳刷的限制，不

54、能滿足要求，而且存在輸出波形THD高，穩(wěn)壓精度較低，體積重量大等缺陷。而調(diào)相方式存在著波形畸變，即對電網(wǎng)有干擾，又對一些新型照明設(shè)備有干擾，無法滿足要求；磁飽和方式在大功率時(shí)因其體積龐大無法滿足要求。</p><p>　　補(bǔ)償變壓器方式可應(yīng)用于交流調(diào)壓中，這種方式由單片機(jī)控制可控硅調(diào)節(jié)控制變壓器線圈與補(bǔ)償變壓器繞組組合，來實(shí)現(xiàn)電壓的補(bǔ)償，以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。由于補(bǔ)償線圈的特殊性，這種方法有體積小、成本低、通用性強(qiáng)、

55、運(yùn)行可靠、容易維修等特點(diǎn)。而且對于路燈系統(tǒng)這種大規(guī)模配套設(shè)施十分實(shí)用。</p><p>　　另外由于采用雙向可控硅無觸點(diǎn)調(diào)節(jié)變壓器繞組組合來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償穩(wěn)壓，取消了機(jī)電式補(bǔ)償穩(wěn)壓電源中笨重而反應(yīng)慢的電機(jī)、齒輪傳動(dòng)機(jī)制及碳刷機(jī)構(gòu)，不僅快捷方便，而且一旦發(fā)生錯(cuò)誤能很快檢查出來，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度及維護(hù)方面有明顯改善。雙向可控硅相比一對反并聯(lián)晶閘管是較經(jīng)濟(jì)的，而且控制電路相對簡單，因此在交流調(diào)壓電路應(yīng)用比較多。其電氣原理圖如下

56、圖所示：</p><p>　　圖2.6補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器原理</p><p>　　其中UI為電網(wǎng)輸入電壓,補(bǔ)償電壓UB，輸出電壓UO全為工頻電壓，則有 </p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b&

57、gt;　　（2-2）</b></p><p>　　其矢量圖如圖2.7所示。</p><p><b>　　（2-3）</b></p><p><b>　　圖2.7 矢量圖</b></p><p>　　補(bǔ)償方式采用改變UB模的方式，令α=0或α=π，則UO=（UI+UB）或U0=(U1- U

58、B)。當(dāng)UI<UO(UO為額定電壓220V)時(shí)，UTi（i=1,2,3）提供正補(bǔ)償；相反，當(dāng)UI>UO時(shí)，UTi提供負(fù)補(bǔ)償；當(dāng)UI=UO時(shí)，UTi不提供電壓補(bǔ)償，所以，一旦電網(wǎng)輸入電壓偏離UI偏離額定電壓時(shí)，單片機(jī)控制單元便調(diào)節(jié)雙向可控硅的開關(guān)狀態(tài)，來控制補(bǔ)償變壓器TRi（i=1,2,3）的UTi的補(bǔ)償方式。</p><p><b>　　2.4 主電路結(jié)構(gòu)</b></p&g

59、t;<p>　　由于三相交流電補(bǔ)償電路及補(bǔ)償過程完全相同，所以本設(shè)計(jì)只選擇其中一相加以分析。</p><p>　　圖2.8 補(bǔ)償式穩(wěn)壓器主電路</p><p>　　單相主電路如圖2.8所示。TR1，TR2,TR3是3個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)償穩(wěn)壓器，根據(jù)精度及輸入電壓范圍的要求來選擇補(bǔ)償變壓器的臺(tái)數(shù)以及其耦合系數(shù)，本次設(shè)計(jì)選擇了3臺(tái)。其次級繞組上的補(bǔ)償電壓UT設(shè)計(jì)為11V,22V,44V,

60、變壓器耦合系數(shù)分別為0.0025、0.01、0.04。當(dāng)全部加入電路時(shí)，可以獲得最大補(bǔ)償電壓為77V。由于本設(shè)計(jì)研究范圍為10%，即只需要比較接入補(bǔ)償后的電壓與電網(wǎng)輸入電壓的差是否控制在22V以內(nèi)，若電壓差小于22V則補(bǔ)償成功，反之若是大于22V，則補(bǔ)償失敗，須開啟報(bào)警電路。</p><p>　　補(bǔ)償過程大略如下：U1～U8是雙向可控硅器件，它與補(bǔ)償變壓器TR1，TR2,TR3組成全橋電路形式，U7和U8為公用橋

61、臂，它們分別與U1,U2,U3和U4,U5,U6組成3個(gè)全橋電路。工作過程為：當(dāng)采樣電壓高于額定電壓UO時(shí)，要求補(bǔ)償穩(wěn)壓器TR1，TR2,TR3中的1個(gè)，2個(gè)或3個(gè)同時(shí)工作產(chǎn)生負(fù)補(bǔ)償電動(dòng)勢來抵消UI升高的那部分電壓。例如，當(dāng)判斷僅需TR1投入時(shí)(設(shè)UI極性為U正N負(fù))，可觸發(fā)U1和U8導(dǎo)通，電流通路為：U→TR1（上繞組）→U1→TR1（下繞組）→U8→N。當(dāng)U,N反極性時(shí)，沿上述通路反向流動(dòng)。當(dāng)輸入電壓低于額定電壓的時(shí)候，需要TR1產(chǎn)

62、生正補(bǔ)償電動(dòng)勢補(bǔ)償U(kuò)I所缺少的那部分電壓，此時(shí)U5和U7導(dǎo)通。</p><p>　　如果UI升高（或降低）很多時(shí)，需要TR1和TR2同時(shí)投入，在UI高于額定值時(shí)，可使U1, U3和U8導(dǎo)通；在UI低于額定值時(shí)，可使U2,U4和U7導(dǎo)通，此時(shí)補(bǔ)償線圈1、2工作，同時(shí)提供補(bǔ)償電壓。</p><p>　　如果需要TR1，TR2,TR3都投入，在UI高于額定值時(shí)，使U1、U3、U5和U8導(dǎo)通；在U

63、I低于額定值時(shí)，使U2,U4,U6和U7導(dǎo)通，兩者皆補(bǔ)償最大電壓77V。</p><p>　　雙向晶閘管電路安排在補(bǔ)償變壓器的輸出側(cè)，可提高電路的抗干擾能力，此時(shí)的TR1，TR2,TR3都有濾波作用，可吸收電網(wǎng)側(cè)的各種瞬間干擾。在輸入輸出側(cè)接入壓敏電阻R1和R2，可防止各種過電壓信號(hào)的串入。</p><p>　　開關(guān)器件不在負(fù)載電流的主通路上，從而使其易于選擇，并可靠工作。</p&g

64、t;<p>　　2.5 AC/DC轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　AC/DC變換電路是將交流電變換為直流電，AC/DC轉(zhuǎn)換器就是將交流電變?yōu)橹绷麟姷脑O(shè)備。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的。整流電路按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路，本設(shè)計(jì)采用橋式電路。</p><p>　　AC/DC轉(zhuǎn)換電路如圖所示

65、：</p><p>　　圖2.9 AC/DC轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　交流電由電路左側(cè)輸入，經(jīng)過變壓器降壓后經(jīng)整流和電容濾波電路，最后由右側(cè)輸出電壓，完成AC/DC轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)選擇的A/D轉(zhuǎn)換器參考電壓為5V,因此采樣變壓器耦合系數(shù)設(shè)為0.0196。整流電路選擇橋式整流電路，整流電路由4個(gè)二極管組成，其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓的整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載上的電壓和電流方向始終不變。在橋式

66、整流電路中，電路利用二極管單向?qū)ǖ奶匦詠韺?shí)現(xiàn)。橋式整流不存在變壓器直流磁化問題，變壓器繞組的利用率也高。整流電壓平均值為：U1為輸入電壓，U2為變壓后電壓，Ud為輸出端口電壓。</p><p>　　Ud=0.9U2（1+cosa）/2 （2-4）</p><p>　　整流電路輸出后要經(jīng)過電容濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸?lt

67、;/p><p>　　2.6 A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換電路， 即模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，簡稱“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”。其作用就是將模擬量或連續(xù)變化的量進(jìn)行離散采樣后，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。 A/D變換包含三個(gè)部分：采樣、量化和編碼。一般情況下，量化和編碼是同時(shí)完成的。 采樣就是將模擬信號(hào)按一定時(shí)間段分別取樣，實(shí)現(xiàn)其離散化； 量化是將模擬信號(hào)在幅度上離散化的過程。編碼是指將量化后的每個(gè)模擬信號(hào)樣

68、值用一定的二進(jìn)制代碼來表示。最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)由模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量的過程。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器選擇ADC0809芯片。ADC0809是一種8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件，可以和單片機(jī)直接接口。其功耗低，大概在15mW左右。輸入電壓由AC/DC變換電路轉(zhuǎn)換成0~5V的直流信號(hào)，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的輸入通道，通過0809芯片轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)，

69、由CPU檢測穩(wěn)壓電源的輸入值。</p><p>　　圖2.10 ADC0809內(nèi)部邏輯圖</p><p>　　輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。地址數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼后選通8路模擬輸入中的一路到比較器。START上升沿將片內(nèi)寄存器復(fù)位。在下降沿啟動(dòng)時(shí)開始A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換過程中，EOC輸出信號(hào)變低，表示轉(zhuǎn)換仍在進(jìn)行中。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成的時(shí)候，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示A/D轉(zhuǎn)換

70、結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，將三態(tài)輸出緩沖器的數(shù)據(jù)送到在數(shù)據(jù)總線。 </p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)AT89C51進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述方式，把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請求信號(hào)，用中斷的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 一旦確定轉(zhuǎn)換完成之后，

71、就可以通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。</p><p>　　圖2.11 整流電壓經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　圖中顯示了經(jīng)過整流濾波后的采樣電壓信號(hào)進(jìn)入ADC0809芯片。這里A/D轉(zhuǎn)換器參考電壓選擇+5V，以0809八位255的轉(zhuǎn)換精度每一位的電壓值為（5-0）/255≈0.0196V。</p

72、><p>　　設(shè)輸入電壓為X，則：</p><p>　　X-270.0196>=0,則D7=1否則D7=0；</p><p>　　X-260.0196>=0，則 D6=1否則D6=0；</p><p>　　X-250.0196>=0,則D5=1否則D5=0；</p><p>　　X-240.0196>

73、;=0,則D4=1否則D4=0；</p><p>　　X-230.0196>=0,則D3=1否則D3=0；</p><p>　　X-220.0196>=0,則D2=1否則D2=0；</p><p>　　X-210.0196>=0,則D1=1否則D1=0；</p><p>　　X-200.0196>=0,則D0=1否則D

74、0=0；</p><p>　　根據(jù)輸入電壓來確定D0-D7的輸出信號(hào)，數(shù)字信號(hào)再通過AT89C51芯片的P0口進(jìn)入，然后進(jìn)行程序運(yùn)算。</p><p>　　2.7 雙向可控硅觸發(fā)電路</p><p>　　晶閘管又叫可控硅，是一種非常重要的功率器件，可以用來控制高電壓和高電流，可控硅器件主要用作開關(guān)?？煽毓枳鳛殚_關(guān)的反應(yīng)極快，是無觸點(diǎn)運(yùn)行，且無噪音，效率高，成本低。雙

75、向可控硅是根據(jù)普通可控硅的基礎(chǔ)發(fā)展而成的，它可以代替兩只反極性并聯(lián)的可控硅，而且僅需一個(gè)觸發(fā)電路，是比較理想的交流開關(guān)器件。雙向可控硅是一種功率半導(dǎo)體器件，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，可作為功率驅(qū)動(dòng)器件。由于可控硅的單向?qū)ㄌ匦?，雙向可控硅沒有反向耐壓問題，控制電路簡單因此特別適合做交流無觸點(diǎn)開關(guān)使用。雙向可控硅接通的一般都是一些功率較大的用電器，且連接在強(qiáng)電網(wǎng)絡(luò)中，所以必須加強(qiáng)其的抗干擾能力。</p><p>　　雙向

76、可控硅的觸發(fā)方式有移相觸發(fā)和過零觸發(fā)兩種。過零觸發(fā)是指在電壓為零或零附近的瞬間接通，這種觸發(fā)方式相比移相方式，大大降低了開關(guān)過程產(chǎn)生的電源波動(dòng)的干擾。由于采用過零觸發(fā)，因此電路一般還需要過零檢測電路。常用的觸發(fā)電路與主回路之間由于有電的聯(lián)系，十分容易受電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和電源波形畸變的干擾。為解決同步問題，又會(huì)使電路結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜不符合經(jīng)濟(jì)效益。為減小驅(qū)動(dòng)功率和可控硅觸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的干擾，交流電路雙向可控硅的觸發(fā)常采用過零觸發(fā)電路。MOTOROL

77、A公司生產(chǎn)的MOC3021-3081器件可以很好地解決這些問題。該器件用于觸發(fā)可控硅，具有價(jià)格低廉、觸發(fā)電路簡單可靠的特點(diǎn)。</p><p>　　該設(shè)計(jì)雙向晶閘管由光隔離/光耦合過零觸發(fā)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器MOC3061驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　MOC3061采用雙列直插6腳封裝，可靠觸發(fā)電流Ift5-15mA；保持Ih 100μA；超阻斷電壓600V；重復(fù)沖擊電流峰值1A；關(guān)斷狀態(tài)額定電壓

78、上升率dV/dt =100V/μs。 MOC3061的管腳排列如下：1、2腳為輸入端；4、6為輸出端；3、5腳懸空。其驅(qū)動(dòng)原理如圖2.12所示。</p><p>　　MOC3061驅(qū)動(dòng)器由單片機(jī)經(jīng)74LS373控制。通過MOC3061控制雙向可控硅來調(diào)節(jié)控制補(bǔ)償變壓器繞組的組合，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。圖中R2為輸入限流電阻，R1為輸出限流電阻，R3是為了防止可控硅誤觸發(fā)；R4、C為阻容保護(hù)電路，防止浪涌電壓損壞可控硅

79、。</p><p>　　圖2.12 雙向晶閘管過零觸發(fā)電路</p><p><b>　　2.8 報(bào)警電路</b></p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”表示。在單片機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)上，很多方

80、案都會(huì)用到蜂鳴器，大部分都是使用蜂鳴器來做提示或報(bào)警。由于自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要利用交流信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只需對驅(qū)動(dòng)口輸出驅(qū)動(dòng)電壓并通過三極管放大驅(qū)動(dòng)電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音因此我們將三極管基極直接單片機(jī)接口連接就可以完成這個(gè)簡便式的蜂鳴報(bào)警器。</p><p>　　過壓、欠壓報(bào)警電路采用蜂鳴器報(bào)警電路，蜂鳴器用三極管驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，報(bào)警電路的開關(guān)控制量直接由單片機(jī)的P1.0口輸出。當(dāng)P1.0為低電平時(shí)，三

81、極管便會(huì)溝通，電流流通蜂鳴器，蜂鳴器報(bào)警。</p><p>　　報(bào)警電路如圖2.13所示。</p><p>　　圖2.13 蜂鳴器報(bào)警電路</p><p><b>　　2.9 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了本設(shè)計(jì)的工作原理、選擇的單片機(jī)、硬件電路圖和工作原理，包括AC/DC轉(zhuǎn)換單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、雙向

82、可控硅觸發(fā)單元以及報(bào)警單元。硬件的選擇和設(shè)計(jì)在整個(gè)控制系統(tǒng)中非常重要，硬件電路設(shè)計(jì)的正確與否是整個(gè)設(shè)計(jì)能否正常執(zhí)行的保障，硬件電路設(shè)計(jì)正確才能繼續(xù)軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)和保持整個(gè)系統(tǒng)的可靠工作。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 穩(wěn)壓控制主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　為避免路燈開啟時(shí)電源不穩(wěn)或電流過大造成的影響設(shè)計(jì)了延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間

83、為1S。當(dāng)輸入采樣電壓UI過高或過低，使輸出電壓與額定輸出電壓偏差超出10%時(shí)，將啟動(dòng)報(bào)警。軟件設(shè)計(jì)保證了同組雙向可控硅只有1個(gè)導(dǎo)通控制字，提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　由于路燈電路為三相電路，必須將三相電壓皆采樣。A/D轉(zhuǎn)換控制器采用中斷程序以確保數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成。流程圖中的過欠壓檢測是指在由單片機(jī)處理運(yùn)算，在添加補(bǔ)償電壓后的電壓修正值與額定電壓相比，差值是否在10%以內(nèi)。若是，則穩(wěn)壓成功；不是，則穩(wěn)壓

84、失敗，需要跳轉(zhuǎn)報(bào)警電路。</p><p>　　延時(shí)程序的設(shè)計(jì)主要是為了防止路燈啟動(dòng)瞬間的大電流造成的干擾。</p><p>　　穩(wěn)壓控制系統(tǒng)程序見附錄1?？刂瞥绦蛄鞒虉D如下所示：</p><p>　　圖3.1 穩(wěn)壓控制系統(tǒng)程序流程圖</p><p><b>　　3.2延時(shí)程序設(shè)計(jì)</b></p><p

85、>　　為避免剛接通電源時(shí)輸入電壓不穩(wěn)或瞬間大電流沖擊等影響，軟件設(shè)計(jì)了延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間為1S。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)選擇的單片機(jī)晶振為6MHz，一個(gè)機(jī)器周期為2μS，則一次循環(huán)（DJNZ指令）為4μS，需要采用多重循環(huán)實(shí)現(xiàn)1S延時(shí)。由于1S=4μS*125*200*10，則程序流程圖如圖3.2，其中R4,R5,R6,R7分別賦值為1，125，200和10。</p><p>

86、;<b>　　延時(shí)子程序：</b></p><p>　　YANSHI: MOV R7,#10</p><p>　　DELAY3: MOV R6,#200</p><p>　　DELAY2: MOV R5,#125 ;分別賦值 </p><p>　　DELAY1: DJNZ R5

87、,DELAY1 ;檢測R5是否為零，否則繼續(xù)循環(huán)，是則執(zhí)行下條程序</p><p>　　DJNZ R6,DELAY2 ;0.5ms*200=0.1s</p><p>　　DJNZ R7,DELAY3 ;0.1s*10=1s</p><p>　　DJNZ R4,YANSHI ;其中R

88、4內(nèi)容為1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　圖3.2 延時(shí)程序流程圖</p><p>　　3.3數(shù)據(jù)采樣程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　此段程序分ADC0809查詢程序和中斷檢測兩部分。其程序流程圖如下面兩圖所示。其中圖3.3為ADC0809查詢流程圖，圖3.4為中斷檢測流程圖。中斷程

89、序的設(shè)計(jì)是為了確保A/D轉(zhuǎn)換完成。</p><p><b>　　中斷處理過程：</b></p><p>　　（1）保護(hù)被中斷進(jìn)程現(xiàn)場，系統(tǒng)必須保存當(dāng)前處理機(jī)狀態(tài)字PSW和程序計(jì)數(shù)器PC等的值，為了在中斷處理結(jié)束后能夠使進(jìn)程準(zhǔn)確地返回到中斷點(diǎn)。　　</p><p>　?。?）分析中斷原因，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。在多個(gè)中斷請求同時(shí)發(fā)生時(shí)，處理

90、優(yōu)先級最高的中斷源發(fā)出的中斷請求。由于本設(shè)計(jì)只有一級中斷，故省略次操作部分?！　?lt;/p><p>　?。?）恢復(fù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場，CPU繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的進(jìn)程。</p><p><b>　　中斷子程序：</b></p><p>　　INT1: CLR EX1 ;禁止外部中斷</p><p&

91、gt;　　PUSH PSW ;保護(hù)現(xiàn)場</p><p>　　MOVX A,@DPTR ;讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p>　　MOV R1,A ;存數(shù)據(jù)</p><p>　　INC DPTR ;更新通道</p><p>　　MOV A,31

92、H ;存放通道號(hào)</p><p>　　INC A ;更換通道</p><p>　　MOV 31H,A ;轉(zhuǎn)換通道</p><p>　　MOV R3,#03H ;重新賦初值，采樣三路通道</p><p>　　POP PSW

93、 ;出棧指令 </p><p>　　RETI ;返回中斷</p><p>　　圖3.3 ADC0809查詢流程圖</p><p>　　圖3.4 中斷檢測流程圖</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)處理與故障分析程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　這部

94、分是路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)的中心部分，整個(gè)控制系統(tǒng)就是靠這部分來控制無觸點(diǎn)開關(guān)進(jìn)而選擇補(bǔ)償繞組組合，來實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定的目的。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)AT89C51后，需檢測其大小與額定電壓之差。當(dāng)采樣電壓小于額定電壓時(shí)，則需判定經(jīng)過補(bǔ)償后是否能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)壓，若不能，則P1.0置0，發(fā)動(dòng)蜂鳴警報(bào)器。若補(bǔ)償后實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，則繼續(xù)返回執(zhí)行下一組指令；當(dāng)采樣電壓大于等于額定電壓時(shí)，則需判斷經(jīng)過負(fù)補(bǔ)償后是否能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，將電壓差控制在額定電壓的10%

95、以內(nèi)，不能則蜂鳴器作用，能則繼續(xù)執(zhí)行下一指令。</p><p>　　分析補(bǔ)償時(shí)，須要將采樣電壓與額定電壓的差分別減去11V、22V、44V、55V、66V、77V以做判斷，然后根據(jù)所減電壓數(shù)值來確定需要開幾個(gè)晶閘管開關(guān)，如11V足夠便只需將線圈1補(bǔ)償，即只開通T0、T7;若是77V就需TO、T2、T4和T7。由于數(shù)量較多且都相同，下面只顯示T0晶閘管觸發(fā)電路的控制。</p><p>　　圖

96、3.5 T0觸發(fā)電路</p><p>　　圖3.6 相應(yīng)控制晶閘管</p><p>　　當(dāng)Q0輸出低電平時(shí)，MOC3061工作，T0電壓開通，相應(yīng)的可控硅也正常工作，從而建立回路。為更好反映電壓補(bǔ)償過程，我們建立了一個(gè)流程圖以作詳細(xì)說明。</p><p>　　該部分程序流程圖如圖3.7</p><p>　　圖3.7 數(shù)據(jù)處理與故障分析程序流

97、程圖</p><p>　　該段程序中的OE選擇是由電壓采樣通道確定的，即采樣通道為哪一相電壓，OE相應(yīng)的選擇控制該相電壓所要用到的74LS373鎖存器，進(jìn)而控制無觸點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)來確定可控硅的開關(guān)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓補(bǔ)償。</p><p>　　該部分程序首先應(yīng)判斷輸入電壓經(jīng)補(bǔ)償調(diào)壓后是否仍高于額定輸出電壓的10%，如果是則報(bào)警，不是則繼續(xù)執(zhí)行下一條指令。</p><p>　　

98、若R1賦值為120V時(shí)，最大補(bǔ)償后是199V，超過額定電壓10%的偏差，所以報(bào)警，P2被置0，關(guān)閉選擇可控硅觸發(fā)，就是說，不執(zhí)行補(bǔ)償。P1.0被置1，蜂鳴器報(bào)警電路啟動(dòng)。另由于31H單元是01通道，所以O(shè)E子程序中P1.5被置1，所以P1值為21H，即：“0010 0001”。</p><p>　　當(dāng)R1賦值為250V時(shí)，經(jīng)CPU處理， P1.0置0，蜂鳴器不動(dòng)作。需要選擇反相補(bǔ)償穩(wěn)壓部分的33V的補(bǔ)償組合，即執(zhí)

99、行“BU3 MOV P2,#85H”語句，P2口輸出“1000 0101”，控制無觸點(diǎn)開關(guān)選擇補(bǔ)償線圈組合，達(dá)到穩(wěn)壓效果。然后繼續(xù)處理下一組數(shù)據(jù)，如此循環(huán)。</p><p>　　當(dāng)R1賦值為220V時(shí)，根據(jù)流程圖顯示，該系統(tǒng)在進(jìn)行最下次奧補(bǔ)償后仍繼續(xù)工作，但因其恰好處于穩(wěn)壓狀態(tài)，故程序設(shè)計(jì)不進(jìn)行補(bǔ)償，CPU直接執(zhí)行“SHUCHU: MOV P2,#00H”語句，P2輸出為“0000 0000”。</p&g

100、t;<p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)的軟件程序部分進(jìn)行了說明和調(diào)試，包括延時(shí)程序，A/D轉(zhuǎn)換程序的中斷程序，數(shù)據(jù)處理和控制部分程序等。軟件的設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，因?yàn)橄到y(tǒng)能否正常工作就是靠軟件來控制的，到此就可以對整個(gè)控制系統(tǒng)的工作原理及工作過程有了大概的了解。本章重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)一套能實(shí)現(xiàn)上述流程的程序。只有一

101、套相應(yīng)的匯編程序，才能真正使內(nèi)部處理動(dòng)起來。</p><p><b>　　小 結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使路燈始長期處于穩(wěn)壓工作狀態(tài)，不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響，從而既可以延長照明設(shè)備的使用時(shí)間，又可以節(jié)約電力資源，減少安全隱患。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為控制核心，采用補(bǔ)償式穩(wěn)壓

102、原理，并通過無觸點(diǎn)開關(guān)來控制補(bǔ)償線圈組合，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。由于使用了單片機(jī)，所以本系統(tǒng)可以說是一個(gè)智能穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以通過已經(jīng)設(shè)計(jì)的程序就可以實(shí)現(xiàn)高智能、高效率以及高可靠性的控制。而補(bǔ)償式穩(wěn)壓和無觸點(diǎn)開關(guān)的運(yùn)用則使該系統(tǒng)性能更加的快捷、穩(wěn)定，最終使該系統(tǒng)具有輸出電壓穩(wěn)定、高效、節(jié)能、省材、調(diào)節(jié)快速、重量輕及體積小等優(yōu)點(diǎn)，解決了以往有觸點(diǎn)工作不可靠、故障率高、維護(hù)量大、使用壽命短等問題，符合現(xiàn)代路燈穩(wěn)壓控制的需要。</

103、p><p>　　隨著我國城市化的快速發(fā)展，照明路燈的需求越來越大，而我國許多地區(qū)電力資源一直處于緊張狀態(tài)，所以無論是對路燈工作效率上還是節(jié)約能源上，都有對穩(wěn)壓控制系統(tǒng)的需要，這是很長時(shí)間都無法改變的現(xiàn)實(shí)，所以基于單片機(jī)的智能穩(wěn)壓控制系統(tǒng)有著很廣闊的應(yīng)用價(jià)值。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　[1] 曹曉偉.

104、MOC3061系列光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器[J].國外電子元器件，1996，（12），20-25</p><p>　　[2] 劉華毅等.一種無觸點(diǎn)大功率補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器的研制[J].大連理工大學(xué)，2010.11-12</p><p>　　[3] 李劍霞等.用光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器組成的三相交流調(diào)功器[J].LSI制造與測試，1993，14（1），22-26</p><p

105、>　　[4] 遲健男.雙向可控硅構(gòu)成無觸點(diǎn)開關(guān)的簡單方法[J].電子世界，2001.（11），11-13</p><p>　　[5] 鄭學(xué)平等.微機(jī)控制補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器.電力電子技術(shù)[M].福州:福州大學(xué)，1994.11</p><p>　　[6] 郭文川.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2007.8</p><p>　　[7] 邱關(guān)

106、源.電路[M].北京:高等教育出版社,2005.4</p><p>　　[8] 康華光,陳大欽.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京:高等教育出版社，1999.6</p><p>　　[9] 康華光,鄒壽彬 秦臻.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.1</p><p>　　[10] 周明德. 微型計(jì)算機(jī)硬件、軟件及應(yīng)用[M].(第二版).北京:清

107、華大學(xué)出版社,1998.</p><p>　　[11] 張友德,趙志英.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M]. 上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,1992</p><p>　　[12] 王兆安,黃俊電力電子技術(shù)[M]. (重印版). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2009.1</p><p>　　[13] 張勇. PROTEL 99SE 電路設(shè)計(jì)技術(shù)入門與應(yīng)用[M].(第一版).北京：電

108、子工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[14] 李建忠主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2004.</p><p>　　[15] 張為民,蔡美琴. MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用[M]. 北京：等高等教育出版社.2005.4</p><p>　　[16] 高尚楷.單片機(jī)控制交流穩(wěn)壓的設(shè)計(jì).微計(jì)算機(jī)信息[J].1995.(6),8