基于單片機的自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)控制器設計

1. 引言（Introduction）
隨著(zhù)近幾年技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，在電源切換系統中出現了一種新型產(chǎn)品――自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器（ＡＴＳＥ），它由１個(gè)（或幾個(gè)）轉換開(kāi)關(guān)電器和其它必需的電器組成，用于監測電源電路，并將負載電路(出現故障)從一個(gè)電源自動(dòng)轉至另一個(gè)（備用）電源的開(kāi)關(guān)電器，是專(zhuān)用于電源轉換的新型產(chǎn)品，可以說(shuō)自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器（ＡＴＳＥ）代表著(zhù)電源切換系統類(lèi)產(chǎn)品發(fā)展的方向[1]。它主要用在緊急供電系統，如：消防、電梯等供電系統，在民用住宅和商用住宅中有著(zhù)廣泛的應用。其產(chǎn)品應用的場(chǎng)合決定了其可靠性尤為重要。轉換一旦失敗將會(huì )造成以下二種危害之一：電源間的短路或重要負荷斷電（甚至短暫停電），其后果都是嚴重的。這不僅僅會(huì )帶來(lái)經(jīng)濟損失（使生產(chǎn)停頓、金融癱瘓），也可能造成社會(huì )問(wèn)題（使生命及安全處于危險之中）。因此，工業(yè)發(fā)達國家都把自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器的生產(chǎn)、使用列為重點(diǎn)加以限制與規范。
縱觀(guān)國內市場(chǎng)，長(cháng)期以來(lái)，國內使用的雙電源轉換裝置，都是設計院根據設計所需提出技術(shù)參數，由成套生產(chǎn)廠(chǎng)家利用刀開(kāi)關(guān)、空氣開(kāi)關(guān)、接觸器等電器元件組裝而成。由于先前我國相關(guān)部門(mén)、生產(chǎn)廠(chǎng)家對市場(chǎng)需求的忽視，以及缺乏系統性的考慮和相關(guān)國標的明確要求，此類(lèi)產(chǎn)品普遍存在著(zhù)結構復雜的缺陷，又因線(xiàn)路、元器件選擇及制造工藝上的質(zhì)量參差，使得我國ATSE的研制和生產(chǎn)相對落后于國外同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。
進(jìn)入20世紀90年代中期，隨著(zhù)法國、日本、新加坡、美國、韓國等國的多個(gè)品牌的ATSE產(chǎn)品先后打入中國市場(chǎng)，雖在一定程度上緩解了我國的市場(chǎng)需求，但由于國外的供電標準和供電環(huán)境和國內的差異，以及價(jià)格方面的原因，研制適合我國國情的通用ATSE產(chǎn)品，日益為廣大電氣設計人員所重視和關(guān)注。
近幾年，我國的自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器生產(chǎn)企業(yè)（尤其是生產(chǎn)CB級ATSE企業(yè)）迅速增加，其產(chǎn)品性能及產(chǎn)品質(zhì)量不一，給設計、使用部門(mén)選用造成一定困難，也由于對ATSE使用和選用不當，給國家財產(chǎn)造成很大損失。為了規范自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器（ATSE）產(chǎn)品的生產(chǎn)與選用，國家質(zhì)檢總局于2002年12月頒布了GB/T14048.11-2002《自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器》（等同IEC60947.6.1-1998）國家標準[2,3]，2003年4月1日實(shí)施。該標準將是今后ATSE生產(chǎn)制造企業(yè)、設計使用單位、商業(yè)活動(dòng)共同遵循的一部技術(shù)性法規文件，也將是3C認證依據的技術(shù)法規。
本論文中ATSE控制器的設計就是依據國家標準，設計的CB型ATSE的控制器。
在A(yíng)TSE（CB型）控制器的設計中，根據應用的場(chǎng)合和需要不同，控制器可分為兩種：一種采用繼電器實(shí)現，電路簡(jiǎn)單，但只能檢測三相電源的斷路情況，對欠壓、過(guò)壓不能檢測，功能簡(jiǎn)單；一種是采用智能控制器，不僅可以檢測斷路、欠壓、過(guò)壓情況，還有自動(dòng)/電動(dòng)設置、人機接口，可設置過(guò)壓欠壓值和轉換時(shí)間，功能強大。本文中ATSE控制器的設計，采用的是智能控制器，以51單片機為核心[4]，完成控制器的設計，實(shí)現ATSE的功能。文中從硬件和軟件設計兩部分來(lái)說(shuō)明ATSE控制器的設計。
2.ATSE控制器的硬件設計（The hardware design of the ATSE controller）
ATSE控制器的硬件部分主要由供電電源電路、兩路三相交流電電壓檢測電路、單片機、選項設置和位置檢測和電機控制電路組成，見(jiàn)圖1，分為兩塊電路板設計，一塊電路板實(shí)現電源電路和電機控制電路，另一塊電路板實(shí)現數據采集、單片機控制、選項設置和位置檢測等弱電電路，采用這種設計可防止強電和弱電之間的干擾，便于維護。
以下是各部分電路的簡(jiǎn)要說(shuō)明：

1）供電電源電路：電源電路主要是為電機控制電路的繼電器和單片機控制以及電壓檢測電路提供兩路隔離＋12V和＋5V電源，一路為單片機控制和電機控制電路的繼電器供電，一路為電壓檢測電路的交流側的數據采集提供電源，目的是對強電和弱電提供安全和抗干擾隔離。＋12V和＋5V電源由220V交流電經(jīng)過(guò)變壓器、整流濾波電路和LM7812和LM7805芯片產(chǎn)生，電路框圖見(jiàn)圖2,其中輸入交流電選擇（繼電器）用來(lái)選擇用常用電源還是備用電源供電，用繼電器實(shí)現，當常用電源正常時(shí)用常用電源，否則用備用電源。