基于LPC2220低壓無(wú)功補償控制器設計

　　歷史數據的存儲可以對控制器運行狀況進(jìn)行自我監測，對其進(jìn)行后臺分析后可以用來(lái)確定無(wú)功補償裝置的性能，分析該地區電網(wǎng)的實(shí)際負荷量以及負荷變化曲線(xiàn)，對于今后的電網(wǎng)維護及其改造均有著(zhù)很重要的參考價(jià)值。控制器需要存儲運行三個(gè)月內的整點(diǎn)數據、投切數據和報警數據。數據量較大，類(lèi)型也比較多。LPC2220 訪(fǎng)問(wèn)外部存儲器時(shí)必須通過(guò)其外部存儲器控制器( EMC) 。EMC 是一個(gè)AMBA- AHB 總線(xiàn)上的從模塊, 它為AMBA-AHB 系統總線(xiàn)和外部存儲器提供了一個(gè)接口。該模塊可同時(shí)支持多達4 組獨立配置的外部存儲器，每組支持M、ROM、Flash(閃存)、Burst ROM等，最大存儲容量為16MB，并通過(guò)編程可將數據總線(xiàn)寬度配置為8、16、32 位。SST39LF/VF160是一個(gè)1M×16的CMOS多功能并行Flash器件，可進(jìn)行快速擦除(扇區、塊、芯片)和字編程，具有軟、硬件寫(xiě)保護功能，掉電數據保持時(shí)間大于100年。因此，該芯片常應用在大容量數據存儲的場(chǎng)合，尤其適用于要求程序、配置或數據存儲器可方便和低成本地更新的應用[4]。具體接線(xiàn)方法是LPC2220的CS0接至SST39VF160的CE端。LPC2220的Pin90接的讀信號OE; LPC2220的WE(Pin29)接寫(xiě)信號SST39VF160的WE端;16位數據總線(xiàn)[D0～D15]與LPC2220的[D0～D15]連接; LPC2220外部存儲器的引腳地址輸出線(xiàn)[A1～A20]與SST39VF160芯片的[A0～A19]連接。

　　人機接口單元負擔裝置與操作人員之間的信息交換工作。友好的人機接口對于裝置的使用和維護都是非常重要的[5]。液晶顯示部分可以采用分段式液晶屏，常用256段(32×8)液晶屏控制芯片HT1622，它與主控制器通信只需要4條線(xiàn)，接口非常方便。

　　低壓無(wú)功補償控制器工作于變壓器副邊(低壓側)，220V電壓是控制器最易獲得的電源，由電源適配器輸入12V以上的直流電源，經(jīng)7912等器件便可得到穩定的12V直流電壓，用于復合開(kāi)關(guān)的控制信號?？紤]到開(kāi)關(guān)電源的高效節能特點(diǎn)，而內部電路工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以自身消耗的能量很低，電源效率可達80%左右，比普通線(xiàn)性穩壓電源提高近一倍?？刂破鞲鱾€(gè)模塊需要5V、3.3V、12V。MC34063本身包含了DC/DC變換器所需要的主要功能，且價(jià)格便宜。它由具有溫度自動(dòng)補償功能的基準電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器，R-S觸發(fā)器和大電流輸出開(kāi)關(guān)電路等組成，能輸出l.5A的開(kāi)關(guān)電流。它能使用最少的外接元件構成開(kāi)關(guān)式升壓變換器、降壓變換器和電源反向器。由MC34063將電壓降到5V，部分提供給外設，同時(shí)由REG1117可將電壓降至3.3V和1.8V。

　　控制器與上位機遠程通訊功能可通過(guò)使用UART外擴LQ-8100型GPRS傳輸模塊。該模塊具有RS-232數據接口，可實(shí)現串口透明的無(wú)線(xiàn)傳輸，實(shí)時(shí)穩定可靠高速、配置簡(jiǎn)單。LQ-8100采用的GPRS技術(shù)，實(shí)現數據分組發(fā)送和接收，用戶(hù)永遠在線(xiàn)且按流量計費，迅速降低了服務(wù)成本。LQ-8100與終端接線(xiàn)如圖4。

　　無(wú)功補償控制器軟件設計

　　軟件設計須在硬件、軟件功能劃分的基礎上進(jìn)行?？刂破魇莻€(gè)多任務(wù)、對實(shí)時(shí)性和可靠性要求比較高的系統。μC/OS-Ⅱ作為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，具有源代碼公開(kāi)、可移植、可固化、可裁剪、多任務(wù)、任務(wù)堆棧、系統服務(wù)、中斷管理等特點(diǎn)[6]。在LPC2220上嵌入μC/OS-Ⅱ實(shí)時(shí)操作系統。μC/OS-Ⅱ進(jìn)行任務(wù)調度的時(shí)候，會(huì )把當前任務(wù)的CPU寄存器存放到任務(wù)的堆棧中，然后當從另一個(gè)任務(wù)退出時(shí)，堆?；謴驮瓉?lái)的工作寄存器，繼續運行原來(lái)的任務(wù)?？刂破鬈浖w系結構框圖如圖5。底層驅動(dòng)程序需完成鍵盤(pán)讀取、LCD顯示、以及接口的讀寫(xiě)等底層功能，把代碼封裝成函數，供上層調用。操作系統層可將多個(gè)“同時(shí)”發(fā)生的事件劃分為相對獨立的“任務(wù)”，確保事件得到適時(shí)處理。用戶(hù)任務(wù)按照系統所需管理的任務(wù)來(lái)模塊化地編寫(xiě)程序。按系統功能可分為采集模塊、計算模塊、投切控制模塊、數據存儲模塊、通訊模塊等。整個(gè)系統的工作過(guò)程是，系統開(kāi)機數據初始化，讀取電網(wǎng)參數，進(jìn)行相應計算判斷是否投切電容，輸出控制信號。當整個(gè)過(guò)程中出現中斷，如修改設定參數、記錄歷史數據等，μC/OS-Ⅱ操作系統可以對中斷進(jìn)行及時(shí)反應，執行相應任務(wù)。

　　無(wú)功補償控制量的選擇直接關(guān)系到無(wú)功補償的效果。以功率因數為控制量是無(wú)功補償的傳統方法之一。但僅以功率因數作為投切判據并不能直接反映無(wú)功缺額的大小，可能會(huì )出現實(shí)際無(wú)功的總量已經(jīng)很大但功率因數卻仍在“合理”范圍內的情況。所以?xún)H由功率因數作為投切判據構成的自動(dòng)投切裝置無(wú)功補償效果較差，甚至在某些負荷狀態(tài)下存在頻繁誤動(dòng)作的缺陷[7]。如果以無(wú)功功率作為投切判據，由于檢測量與控制目標一致，能夠真正實(shí)現無(wú)功功率缺多少補多少，超多少切多少的目的，既可避免投切振蕩，又可實(shí)現電容器組的一次投切到位，避免了反復試投切對電網(wǎng)和電容器的影響[8]。綜合兩種控制量的優(yōu)缺點(diǎn)，及實(shí)際中適用的環(huán)境可能有所不同，在設計無(wú)功補償控制器時(shí)可采用軟件的方法，設定不同的控制量，或復合控制。電容投切采用三相共補和三相分補相結合的方式，先比較三相無(wú)功功率的最小量，由三相共補進(jìn)行補償，然后再由三相分補的方式補償剩下的無(wú)功功率?？刂品桨杠浖驁D如圖6。