基于A(yíng)VR單片機的新型自動(dòng)準同期裝置的設計

前言

自動(dòng)準同期裝置在電力系統并網(wǎng)中有著(zhù)十分重要的作用。本文采用ATMEGA128單片機為處理器，開(kāi)發(fā)一種主要用于機組同期操作的自動(dòng)準同期裝置，該裝置能自動(dòng)檢測系統側和對象側的壓差、頻差和相差，進(jìn)行同期操作。如果采用一個(gè)同期點(diǎn)配備一個(gè)裝置的方式，則能大大提高整個(gè)系統的同期可靠性。

1 系統的總體設計和硬件框圖

作為準同期裝置，首先必須要準確地測量系統側和待并側的同期參數。也就是精確測量?jì)蓚鹊碾妷?、頻率，以及相位差。在這個(gè)基礎上，裝置要進(jìn)行準確的同期動(dòng)作以及和上位機的通信。因此，系統的硬件設計和軟件流程圍繞這三個(gè)方面展開(kāi)。為了減少干擾和便于操作，硬件分為CPU板、信號板和顯示按鍵板。下面的硬件框圖清楚地表示了三者之間的連接關(guān)系和信號的流動(dòng)情況。

圖1 系統硬件框圖

單片機89C58主要負責識別和保存按鍵值(中斷方式)，以及直接驅動(dòng)LCD。

Atmega128單片機有兩個(gè)串行口，通過(guò)串口0和89C58通訊，通過(guò)串口1和上位機進(jìn)行數據交換。

2 頻率、電壓和相差的計算

ATMEGA128單片機的定時(shí)器1和定時(shí)器3具有輸入捕獲的功能。因此頻率(周期)的計算可以完全依賴(lài)硬件來(lái)實(shí)現。只需要設計一個(gè)轉換電路將正弦波變換成為方波即可。方波兩個(gè)上升沿(或下降沿)之間的時(shí)間間隔即是系統側或對象側的周期，這樣就可以準確地測量出周期。注意，定時(shí)器1和定時(shí)器3中的計數值盡量不要采用軟件清零。筆者剛開(kāi)始的思路是每隔一次輸入捕獲中斷將TCNT1或TCNT3的值清零，然后下一次的計數值乘以計數間隔時(shí)間就是系統側或是對象側周期長(cháng)度。但是這樣的辦法很容易受到其他中斷的影響。當外部事件發(fā)生的時(shí)候(上升沿或下降沿來(lái)到)，硬件自動(dòng)將計數值捕捉到相應的捕獲寄存器，但如果此時(shí)有更高級中斷同時(shí)到來(lái)的話(huà)，就必然會(huì )推遲一會(huì )才可以進(jìn)入輸入捕獲中斷程序，則軟件必然會(huì )推遲清零，因此所測的周期會(huì )偏小、頻率會(huì )偏大。特別是當更高優(yōu)先級的中斷程序執行時(shí)間較長(cháng)時(shí)，所測周期根本無(wú)法使用。正確的做法是：在初始化時(shí)將定時(shí)器1和定時(shí)器3按照同樣的分頻系數同時(shí)開(kāi)放，然后就不要對這兩個(gè)定時(shí)器進(jìn)行清零或其他操作。對于這兩個(gè)16位定時(shí)器的溢出問(wèn)題，可以通過(guò)在定時(shí)器1和定時(shí)器3的溢出中斷程序中設置分別的溢出標志來(lái)解決。本裝置所設計的波形轉換電路如圖2 所示。VAA1為對象側或系統側經(jīng)過(guò)初步處理的交流信號。

圖 2