单片机89C52在多功能电度表中的应用研究_朱磊

第22卷第2期山东科技大学学报(自然科学版)Vol.22No.2 2003年6月Journal of Shandong University of Science and Technology(Natural Scienc e)Jun.2003

文章编号:1672-3767(2003)02-0102-03

单片机89C52在多功能电度表中的应用研究X

朱磊1,郭华北2,朱建2

(1.泰安建筑工程公司,山东泰安271000;2.山东农业大学,泰安271000)

摘要:研讨了一种以89C52单片机为核心构成的多功能电度表,它可以同时具有电能表、自动补偿、分时段测电能等多种功能,并以先进的LCD显示屏显示当前的功率因数、总电能值、所消耗的峰、谷、平电能值。

关键词:单片机;多功能电表

中图分类号:T P368.2文献标识码:B

Applieation of Single Chip Computer89C52on Multi

Functional Kilowatt-hour Meter

ZHU Lei,GUO Hua-bei,ZHU Jian

(1.Taian Architectural Company,T aian,S handong271000,China;2.Shandong Agricultural U niversity,Taian271000,China) Abstract:A mult-i functional intellig ent kilow att-hour meter is researched and developed based on sing le chip computer89C52.It has many functions such as kilow att-hour meter,reactive power compensation con-troller,measuring electric energry in different time intervals and so on.Power factor and total electric ener-g y,the peak,valley,and level electric energy can be displayed on the screen of the advanced LCD.

Key words:sing le chip computer;mult-i function electric meter

近年来随着家用电器的大量增加,电网上电感性负荷增加,因电感性负载正常工作占用一定的无功功率使电网功率因数进一步下降,造成线路损失大,电压低的现象,加剧了供电紧张。另一方面,高峰时用电紧张,电网超负荷运转,低谷时电网利用率低,造成电网负荷严重不均衡状态。为了提高能源的利用率,我们研制了以89C52为核心的多功能智能型电度表,使其具有提高功率因数并能实行电能的分时段测量,分时段收费的功能,以经济杠杆来调节用电负荷的平衡。

1信号的采集和功率因数的计算

系统将有功表和无功表的表盘的转速经光电转换成与有功功率和无功功率成正比的脉冲数输出,然后经光电耦合器输入89C52的引脚P3.4、P3.5和P1.0、P1.1、P3.4、P3.5是有功脉冲表的两个输入引脚,P1.0、P1.1是无功脉冲表的两个输入引脚,由89C52根据每只表的两个脉冲序列的不同判断脉冲表的正反转并对脉冲累加计数。

功率因数计算的基本原理是根据公式:cos W =P/P*P+Q*Q。获得有功功率和无功功率的理论依据是电能表的转速正比于用电系统的有功功率和无功功率,有功和无功脉冲表每转产生12个脉冲,通过测得有功表和无功表的脉冲数即可获得所消耗的有功功率和无功功率,根据公式算得功率因数的大小。功率因数的算法采用定区间滑差法。

X收稿日期:2002-01-21基金项目:山东省科委重点科研项目(961155217)作者简介:朱磊(1972-),男,江苏宜兴人,工程师,从事测试计量技术与仪器及计算机应用研究.

2 补偿电容投切控制驱动电路和电能的

分时段测量

当单片机发出投切命令时,由GAL16V8触发第一个74H273或第二个74H 273,经达林顿管2803放大驱动十组继电器动作,投入或切除电容器,并由指示灯指示电容器组的工作状态。

为防止反复投切某几组电容器而导致其损坏,对电容器的投切需要实行循环投切,使各个电容器组投切的概率趋于平衡。也就是投入电容器时,总是投入上次投入的电容器的下一组电容器,切除电容器组时总是先切除最先投入的那一组电容器。

同时,为了防止投切电容器过于频繁,影响其使用寿命,采取了反时限的投入方法,即若电网的功率因数大于0.9时,不投入电容器,若小于0.9时,则需投入电容器组,但并不马上投入,而是根据功率因数的大小决定。如果当前功率因数与0.9相差很小,如0.89,则可以多检测几次再决定是否投入;如果当前功率因数与0.9相差很大,如0.7。则必须在很短的时间内就投入一组电容器,使其差值与时间成一个反比的关系。

电能的分时段测量:在计算出有功功率后算出其对应的电能,同时读出日历芯片PCF8583的时间,判断此时所处的时段,根据所处不同的时段将电能累加入不同的单元。

3 复位及掉电保护

本系统采用微处理器监控电路MAX813L,巧妙地利用MAX813L 的手动复位端(1引脚)其低电平维持140ms 以上就能引起813L 复位的特点,把看门狗电路输出端直接与手动复位端MR 相连。一旦程序跑飞引起WDO 由高变低,WDO 变低超过140ms,MAX813L 将复位,同时使看门狗定时器清零和使WDO 引脚电平变高,这样在813L 的复位信号维持200ms 结束后,单片机脱离复位状态,开始恢复程序的正常运行。该电路具有上电使单片机自动复位,允许人工随时手动复位,自动监视(掉电等)电源故障,程序跑飞使单片机自动复位的全部监控功能。这里RI 的一端接未稳压直流电源,同时使电源正常时R1与R2的分压值(即PFI 的电位)大于1.26V,一旦电源发生故障,PFI 的输入电平低于1.26V,电源故障输

出PFO 将从高变低,引起单片机INT O 中断,

CPU 便相应中断迅速执行中断服务程序,保护重要数据,将数据存储器RAM 62256中的数据迅速写入日历芯片PCF8583的RAM 中,由于日历芯片接有备用电源,掉电后数据不会丢失。

4 显示部分

随着电子仪器设备的多功能化、智能化的发展,并且普遍采用人机交互方式,需要采用显示更为丰富的信息和通用性较强的显示器,点阵式LCD 显示器能够满足这些要求,由于使用大规模专用集成电路作为点阵LCD 控制驱动,使用者仅仅直接送入数据和指令就可实现所需的显示。因为液晶显示器具有微功耗、体积小、重量轻、超薄等诸多其他显示器件无法比拟的优点,出于产品的更新换代,提高产品档次的要求,本产品采用了LCD 作为显示终端。

正常状态下,动态显示功率因数的值和所消耗的总电能值,如需要通过小按键选择可循环显示峰、谷、平、总四个时段的电能值。

5 过压检测电路

当电网电压超过额定值的+10%时,为了避免电容器过压受损,当检测出过压后,再继续检测电网电压2min,确定无误后(区别于干扰信号),将强行切除全部电容器组。

过压监测电路如图1所示:

图1 过压检测电路图

比较器用于电源电压监测,电源电压经电阻网络分压后,在a 点得到一个约3.4V 的电位,加到比较器的v+端,比较器的v-端接经变压器变压但没稳压的电源,调节变阻器时其电压约为3V,这时比较器输出为高电平,单片机的P1.2引脚为高电平,表示不过压。当电网电压高于额定值10%时,即v-输入电压高于3.4V 时,比较器输出低电平,使单片机的P1.2引脚为低电平。当单片机在P1.2引脚检测到低电平时,就按规

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第2期 朱磊等:单片机89C52在多功能电度表中的应用研究

定进行过压处理。

本系统还包括其他部分如手动/自动的选择, RS232串口等。按键中断是用来循环显示电能的峰、谷、平的值的。有两种工作方式选择,一种为自动,另一种为手动,当自动补偿出故障后,可暂用手动来进行补偿。串行口是用来将本系统与微机进行接口,使本系统具有修改某些参数,如电表常数、时段的划分、校正时间、微机抄表功能等。

在软件设计方面,采取的基本思想是尽可能多地利用软件来代替硬件,使成本降低,修改方便,采用模块设计方法,整个系统是通过不断调用子程序和接受中断服务程序来完成检测和控制工作的,并使其具有过压、过补、欠补、掉电、干扰等非常情况的自动判断与处理功能。

各模块的功能如下:

(1)主控模块:该模块使系统初始化,液晶初始化,并判断复位方式、当前所处时段、是否过压、有无按键按下、有功表和无功表的正反转并对脉冲进行计数和相应的处理,动态显示功率因数和所消耗的电能值,根据功率因数的值控制电容的投入速度并接受中断。

(2)掉电中断:该程序的功能是系统发生掉电时迅速地将RAM62256中的内容写到串行日历芯片PCF8583的RAM中保存起来。

(3)按键中断:通过该中断可循环显示峰、谷、平、总四个时段的电能值,以便于人工抄表。

(4)定时器中断:每隔0.5ms中断一次。

(5)子程序库:该模块包括电表正反转判断子程序、脉冲计数子程序、显示子程序、运算子程序、数制转换子程序、电容循环投切子程序、读写日历芯片PCF8583的子程序、比较判断功率因数子程序、过压判断子程序等。

本系统经试验运行,能达到如下性能指标:

(1)无功补偿电容的投切准确率为95%以上;

(2)电度表的精度为2级。

参考文献:

[1]何立民.M CS-51系列单片机应用系统设计[M].北

京:北京航空航天大学出版社,1990.

[2]沈德金.陈粤初.M CS-51系列单片机接口电路与应

用程序实例[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1990.

[3]冯克.M CS-51单片机实用子程序及其应用实例

[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1990.

/基础地理信息与数字化技术0

省重点实验室学术委员会会议召开

/基础地理信息与数字化技术0省重点实验室学术委员会第一次会议于4月13日在我校召开。会议主要内容是指导实验室建设,审核实验室发展规划,评审实验室开放基金课题。省教育厅科研处副处长李念祥,校领导曹书刚、王春秋、王明镇,科研处处长许广银及地科学院有关人士出席了会议,会议由卢秀山主持。学术委员会由两院院士等校内外知名专家组成。

会上,实验室主任林宗坚汇报了实验室规划及2002年度实验室任务完成情况;陶华学教授介绍了开放基金课题的申报情况,并投票选出了开放基金支持课题的13个。

4月14日,解放军信息技术大学的王家耀院士为地科学院师生作了5地理信息系统与伊拉克战争6的学术报告。

(科研处商悦) 104山东科技大学学报(自然科学版)第22卷