1、电力系统综合设计设计说明书直流电压检测及负载供电自动控制系统班级:_AP09047_学号:_33_姓名:_ 姚辉_微电网系统课程设计微 电 网 是 一 种 新 型 网 络 结 构 ， 是 一 组 微 电 源 、 负 荷 、 储 能 系 统 和 控 制 装置 构 成 的 系 统 单 元 。 微 电 网 是 一 个 能 够 实 现 自 我 控 制 、 保 护 和 管 理 的 自 治 系统 ， 既 可 以 与 外 部 电 网 并 网 运 行 ， 也 可 以 孤 立 运 行 。 微 电 网 是 相 对 传 统 大 电网 的 一 个 概 念 ， 是 指 多 个 分 布 式 电 源 及 其 相 关 负 载
2、 按 照 一 定 的 拓 扑 结 构 组 成的 网 络 ， 并 通 过 静 态 开 关 关 联 至 常 规 电 网 。 开 发 和 延 伸 微 电 网 能 够 充 分 促进 分 布 式 电 源 与 可 再 生 能 源 的 大 规 模 接 入 ， 实 现 对 负 荷 多 种 能 源 形 式 的 高 可靠 供 给 ， 是 实 现 主 动 式 配 电 网 的 一 种 有 效 方 式 ， 是 传 统 电 网 向 智 能 电 网 过 渡 。电能是现如今保障经济发展和和技术进步最为关键的能源形式,而且正是由于工业技术的快速发展,导致了电网供电电压过高或过低引起用电设备被损坏的现象时有发生，因而对电网电压进
3、行精确的测量，充分了解电网运行状况，并实时控制，是解决电力系统出现的问题的重要途径。此次课程设计是结合单片机系统而做出的一个设计性实验 ,以 STC89C52 作为核心控制元件，采用变压器以及稳压管等分立元件模块将交流电压转换为直流信号，然后通过 ADC0809 对电压信号进行采样并转换成数字量送到 STC89C52单片机中，通过单片机控制数码管进行显示。小组成员分工：姚辉负责硬件电路的搭接，刘仕朋负责软件的调试一、设计要求：（1）利用单片机实现对电网电压的监测（2）利用市电为负载提供电能（3）自动切换备用电源并对负载提供电能二、系统组成及工作原理2.1、系统设计流程系统分为 4 个部分:系统
4、程序下载模块、A/D 采样及转换电路、单片机处理显示电路和负载供电。2.2、系统程序下载模块单片机中的 UART 和电脑串口 RS232 的区别仅在于电平的不同,电脑串口采用232 电平,而单片机 UART 则采用 TTL 电平,如果不进行电平转换,单片机跟电脑串口就不能进行直接通信,RS232 是 UART 的一种就意味着通信协议的格式是一样的,只要电平统一了,两者之间就可以直接通信,于是乎应用了 MAX232 这一芯片，MAX232 对两者之间通信的数据没有任何作用,仅仅是中介而已,而其只是负责将两者之间的电平进行统一,使两者之间没有通信障碍。如图 1-2图 1-2 串行通讯接口接线图2.
5、3、A/D 采样及转换电路对“模拟量输入电路”中提供的直流模拟量进行采用 ,完成从模拟到数字(A/D)的转换功能 ,并把所得的结果提供给单片机。本次设计采用的是 AD0809 采样芯片。采样电路的作用（1）将 ADC 所采集的电压信号显示到数码管上（2）判断 ADC 采样出的数值是否达到合闸要求ADC0809 是 8 位逐次逼近型 A/D 转换器如图 1-3 所示。它由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量，当
6、OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。图 1-3 AD0809 引脚图AD0809 与 STC89C52 单片机的连接图 1-4 AD0809 与 STC89C52 单片机的连接电路2.4、单片机处理显示电路本次设计使用的是 STC89C52。VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原
7、码，此时 P0 外部必须接上拉电阻。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于
8、外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 本次试验采用的是共阳数码管显示，显示如图：2.5、电源转换模块采用的八角继电器，如图所示：三、硬件方案电路设计3.1、系统程序下载模块电路3.2、AD 采样电路该电路通过 IN0 通道把电压模拟信号采样进来，然后 0809 把模拟量转化为数字量通过数字量输出线 D0-D7 输出给单片机。其中在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转
9、换结束信号。当 EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。CLK 为时钟输入信号线。因 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 500KHZ，VREF（） ，VREF（）为参考电压输入。其仿真图如图 3.2 所示；3.3、单片机处理及显示电路单片机的 P0 口接受 0809 转换后的数字量，在 P1 口输出并通过连接共阳数码管显示。并且把 P2.0，P2.1，P2.2 端定义与液晶显示 RS,RW,E 端相连。另外共阳数码管显示输入口需加一排提拉电阻，使其正
10、常工作。其仿真电路图如图 3.3 所示：3.4、电源转换模块电路采用的八角继电器，如图所示：其仿真电路图如图 3.4 所示3.4 元器件所需元器件芯片 STC89C51 1 个芯片 M232 1 个芯片 ADC0809 1 个晶振 12MHZ 1 个陶瓷电容 30pf 2 个按键开关 1 个电解电容 10pf 220uf 各 4 个USB 母座 1 个自锁开关 1 个电阻 1K 1OK 4.7K 0.52K 各 4 个继电器 5VDC(八引脚) 2 个共阳数码管 1 个二极管 2N4001 2 个三极管 9012 6 个四、软件设计程序流程整个程序主要包括：芯片初始化，端口初始化，地址初始化，
11、AD 采样转换，判断显示和报警。其流程图如图所示：五、实验调试和测试结果与分析5.1、软件部分端口初始化选择 AD 通道并启动 AD 转换显示数据显示数据初始化是否有新数据YN刚开始时，下载不了程序，经检查，上位机与芯片的接线错误，后经改正可以下载程序，输入程序后继电器不动作，经检查发现是程序编的是单继电器的程序，属于程序错误，后改为双继电器的动作，经调试成功，同时还遇到数码管显示不稳定，后将程序中的频率调快，采集到稳定的电压。5.2、硬件部分问题 1：电路连接好后，按下启动按钮，数码管不亮。解决的方法：先检查电路是否连接正确，再用万用表检测电路是否存在断路或短路的现象，最后有欧姆表或电压表检
12、测电子器件是否损坏。问题 2：上位机不能正常下载程序首先用万用表检查电路是否导通，经检查是线路的连接错误，芯片的接地错误。六、个人体会本次课程设计是完成一个微电网电路设计，首先通过查找书籍资料，进行电路原理图的设计、绘制，再用 Proteus 对所设计的电路进行仿真，调整各元件的参数，以确定最佳方案，然后按照设计的电路原理图完成实物的连接，连接后在实验室不断地调试、修改，最后得到设计的目的与要求。虽说设计流程很简单，但任务并不像口头说的那么轻松。记得增广贤文中有句格言：“书到用时方恨少，事到经过才知难” 。现在，经过将近一个月查阅资料，整理，自己仿真，就更深刻地体会到这句古话中所蕴含的道理了。
13、虽然很忙，但是自己很充实，认真独立的完成一个设计，很有成就感。遇到不懂的东西，找资料似乎是一个很实在的方法，但当你连自己要找的东西都没有一个较为全面的了解，找资料就不能说是一件轻易的事情了。是像这次声控开关的设计一样，对一些电子元件，课本所学的大都是它一个大家簇的通性，而个体是有它的特殊性的，总不能生搬硬套。所以不得不花很大的功夫在繁杂的资料中挑选自己需要的信息，以确定元件的参数。除了原理图的设计巩固了我的理论知识，Proteus 的仿真让我更了解这个软件外，报告的编写也让我受益匪浅。为了编写一份相对完整的有价值的报告，不仅仅是收集材料的事情，更重要的是要根据自己的理解顺着自己的思路把自己的作品较完美地展示出来。想要把原理说明清楚，又不得不在细节上下功夫，而这往往是非常费时间的。我花了几天的时间才完成这项吃力的工作。总之，只有经过自己的思考，自己的实践，才能把课本中那些看似繁杂、乏味、可望而不可即的理论知识转化成一个有机体。
