PIC16F877單片機在智能站用電源系統中的應用

1 概述

供電系統是直接影響人們日常生活和工作的重要系統。特別是在變電站、發(fā)電廠(chǎng)、通信機房、大廈、醫院等需要重要電源的地方和實(shí)行無(wú)人值守的電源系統，供電控制系統能否對供電電源進(jìn)行故障監測，并能及時(shí)處理，保證系統正常供電，尤其顯得重要。智能型變電站站用電源系統的設計采用ATS（Automatic Transfer Switch）自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)和智能監測及控制技術(shù)，來(lái)實(shí)現電氣和機械雙閉鎖，從而根本保證了電源的安全可靠切換。同時(shí)系統還可以方便地實(shí)現多電量的集中監測，并可根據用戶(hù)需要接入遠程監測控制系統中。本文主要介紹PIC16F877單片機在智能站用電源系統中的應用。

2 智能站用電源系統的構成和功能

2．1系統工作原理

2．1．1單母線(xiàn)

站用電正常時(shí)，兩路電源同時(shí)供電，當任意一路電源由于故障或需要而退出時(shí)，可自動(dòng)切換至另一路電源供電，當退出電源恢復正常時(shí)，可自動(dòng)恢復主供電電源供電。系統也可以根據需要選擇某一路電源工作在強制供電模式或停電退出模式。

2．1．2 單母線(xiàn)分段

站用電正常時(shí)，兩路電源同時(shí)供電，每一路電源分別帶一段母負載，實(shí)現母線(xiàn)分段運行，當任意一路電源由于故障或需要而退出時(shí)，可自動(dòng)切換至另一路電源供電，帶兩段母線(xiàn)負載。當退出電源恢復正常時(shí)，可自動(dòng)恢復為兩路電源供電。系統也可以根據需要選擇某一路電源工作在強制供電模式或停電退出模式。

2. 2系統構成

該系統由ATS自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)、單片機控制器、電壓監測模塊、電量監測模塊、RS485串行通信接口等構成。智能型變電站站用交流電源系統單片機控制器系統框圖如1所示。

2．3 系統功能

該系統功能說(shuō)明如下：如果主電源（I）失電，備用電源（II）自動(dòng)投入，保證不間斷供電。由電壓監測模塊進(jìn)行電壓檢測，智能模塊單片機控制器進(jìn)行邏輯控制，ATS執行部分實(shí)現自投。另外用戶(hù)也可以自主改變主供電電源和備用電源。

3 智能模塊——單片機控制器的硬件組成

由于該系統所需輸入、輸出點(diǎn)較少，控制程序也相對簡(jiǎn)單，因此可選擇價(jià)格低廉，使用較普遍的元器件來(lái)構成單片機控制器系統。本控制器具有開(kāi)關(guān)輸入、輸出、鍵控、顯示、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、通訊等功能。

在設計本控制器時(shí)，選用PIC16F877單片機，該單片機性?xún)r(jià)比較高。內部帶有368字節的RAM，256字節的FLASH，其程序存貯器的容量是8K words，有三個(gè)內部定時(shí)器和計數器，一個(gè)串行通訊接口，看門(mén)狗定時(shí)器等。通過(guò)外接8255擴展接口芯片；將可帶24點(diǎn)數字輸入/輸出量，完全能滿(mǎn)足變電站站用交流電源系統的需要。

本系統分別選用8路開(kāi)關(guān)量信號輸入和8路開(kāi)關(guān)量信號輸出，共可輸入12路開(kāi)關(guān)量信號和輸出12路開(kāi)關(guān)量信號，適當留有一定備用點(diǎn)。

4 單片機控制器的程序設計

該控制器使用PIC的匯編語(yǔ)言編程 。整個(gè)系統程序設計分主程序模塊和幾個(gè)子程序模塊。它們是：（1） 主程序模塊 （2）顯示子程序 （3）鍵盤(pán)處理子程序 （4）輸出子程序（5）通信處理子程序（6）串行中斷服務(wù)子程序。主程序流程框圖如圖2所示

主程序的工作是對各個(gè)功能模塊的子程序不斷進(jìn)行循環(huán)調用，從而完成整個(gè)系統的工作。其各個(gè)子程序功能模塊工作過(guò)程描述如下：
（1） 系統初始化：對系統I/O擴展芯片8255的控制字進(jìn)行設置。把它的PA口和PC口的高4位設為輸入方式，PB口和PC中的低4位設為輸出方式。設置系統的串行通訊口控制字，串行通訊的波特率可以通過(guò)鍵盤(pán)設置，其初始值為9600，工作在半雙工工作方式。串行中斷級別為系統最高級別中斷。
（2） 顯示子程序：主程序調用運行顯示子程序，首先對系統所處的工作模式進(jìn)行判斷，如在正常工作模式，則按正常工作模式方式將顯示數據送顯示器。否則，要對現在系統所處的工作模式進(jìn)行識別后，按系統所要求的相應功能進(jìn)行相應的顯示。
（3）鍵盤(pán)處理子程序：主程序調用鍵盤(pán)處理子程序，首先延時(shí)去抖動(dòng)處理后，再次取鍵值，判斷是否干擾，若不是干擾，則根據相應的鍵值轉相應的鍵處理程序模塊。
（4）輸入、輸出處理子程序：主程序調用運行輸入、輸出子程序，首先讀入系統輸入狀態(tài)，如系統工作正常，則該子程序不做處理直接返回，否則轉故障處理程序后，延時(shí)輸出。
（5）通信處理子程序：主程序調用通信處理子程序，首先從保存通訊數據的棧中取出數據后，再斷判是否讀到了一幀數據，未到，則不做處理返回。已到，對所讀數據進(jìn)行分析判斷后轉相應的功能處理模塊，進(jìn)行功能處理。
（6）串行中斷服務(wù)子程序：當串行中斷發(fā)生時(shí)執行該子程序。其主要功能為：判斷通訊中接收的數據是否正確，如果不正確，則初始化通訊數據接收棧，中斷返回。如果正確，則直接將數據入棧，中斷返回。

5.系統抗干擾措施

控制板做好后，軟件的抗干擾措施就顯得尤為重要，因此在軟件方面加強了可靠性設計，采取了如下措施：a程序中所有空余未用的中斷都應編制相應的錯誤處理程序，一旦由于干擾觸發(fā)了這些中斷，在執行完簡(jiǎn)單的錯誤處理程序后，依然可以轉入正常返回。b增加軟件復位功能，當出現一些不可恢復的情況時(shí)，可先執行復位操作，引導機器重新工作。c為防止RAM中的關(guān)鍵數據遭到破壞，影響程序的正確運行，可在RAM中相距較遠的不同區域內存放若干個(gè)數據備份，并在該數據區的特定單元內存入標志字。當發(fā)現某些特志遭破壞時(shí)，可在其余的備份數據區調用備份數據恢復它。d使用了看門(mén)狗定時(shí)器，當程序進(jìn)入死循環(huán)，時(shí)間超過(guò)了看門(mén)狗定時(shí)值時(shí)，看門(mén)狗使系統復位進(jìn)入出錯處理程序，進(jìn)行出錯處理最恢復正常處理程序。

6.結束語(yǔ)

該系統已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功，投入了正常運行。該系統能夠較好保證需要重要電源的地方和無(wú)人值守的電源系統的安全可靠供電。還可以方便地實(shí)現多電量的集中監測，并將數據送入遠程測控系統，實(shí)現用電的集中管理。

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