引言

　　目前在電力補(bǔ)償系統(tǒng)中有多種補(bǔ)償方法,，本文中的補(bǔ)償系統(tǒng)是根據(jù)尋優(yōu)負(fù)序電流最小進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。系統(tǒng)計(jì)算需要對交流電一個(gè)周期20ms內(nèi)對單相電壓u、電流I進(jìn)行采樣,，要求一個(gè)周期內(nèi)采樣次數(shù)至少在100次以上,。針對這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于80C196KC的控制系統(tǒng),。Intel公司的高性能16b單片機(jī)80C196KC,，其運(yùn)算速度快，能夠滿足系統(tǒng)高速采樣的要求,。

　　1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的硬件部分主要由采樣輸入電路,、中央控制單元、程序存儲單元,、輸出驅(qū)動(dòng)電路4部分組成,。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

　　1.1模擬輸入電路

　　系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集所使用的傳感器為電壓互感器和電流互感器,，需要分別采集三相的電壓和電流,，共需要六路輸入。80C196KC內(nèi)有一個(gè)逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器,，共有8個(gè)輸入通道,。其輸入引腳ACH0～ACH7與P0.0～P0.7共享。內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器8b/10b可調(diào),，自帶采樣,、保持電路，這樣減少了外圍電路,，也減少了干擾和干擾源,，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，并且減少了控制板的尺寸,。在本系統(tǒng)中采用10b轉(zhuǎn)換方式,。

為了保護(hù)A/D轉(zhuǎn)換器，增加可靠性,，在A/D通道的輸入端,，可采用如圖2所示的輸入接口電路

　　其中2個(gè)二極管D1和D2起過載保護(hù)作用，當(dāng)輸入電壓高于VREF+0.7V左右時(shí),，D1導(dǎo)通,，輸入電平被箝位在VREF+0.7V的水平上;當(dāng)輸入電壓低于-0.7V的水平上。這種過載往往是尖峰干擾,，持續(xù)時(shí)間很短,。MCS-96的技術(shù)條件規(guī)定模擬輸入端對模擬地ANGND的電壓不能低于-0.3V，這一點(diǎn)可靠輸入端的低通濾波器R4和C1來保證,。圖中此濾波器的時(shí)間常數(shù)τ=R4C1=270×0.01=2.7μs,，若以-0.7V作為此濾波器的階躍輸入，則此濾波器輸出端(即80C196KC的模擬信號輸入端)達(dá)到-0.3V的電平需耗時(shí)：

　　t=-τln(1-0.3/0.7)=1.15μs

　　而通常這類尖峰噪聲的峰值持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于上述時(shí)間,，因此,，這一輸入電路可有效地起到過載保護(hù)作用。

　　1.2中央控制單元

　　80C196KC是CHMOS高性能16b單片機(jī)中的一個(gè)新分支,，內(nèi)部EPROM/ROM為16b,，內(nèi)部RAM為488b，有24b的專用寄存器,。80C196KC中采用了“垂直窗口”結(jié)構(gòu),，使得新增的256bRAM通過窗口映射同樣可以作為通用寄存器來訪問。80C196KC可以采用16MHz的晶振,，內(nèi)部時(shí)鐘是2分頻,，其運(yùn)行速度比12MHz的80C196KB快33%，比12MHz的8096BH快1倍,。最小電路是指能使單片機(jī)工作而所加的最少的外圍設(shè)備,，一般包括復(fù)位電路和晶振。80C196KC的最小電路如圖3所示,。

　　1.3輸出單元

　　輸出共有12路,，其中P1.0～P1.3控制A相，P1.4～P1.7控制B相,，HSO.0,，HSO.1，P2.6,，P2.7控制C相,。輸出經(jīng)過光控可控硅MOC3061進(jìn)行隔離，又經(jīng)一級雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)后,，加在雙向晶閘管的控制級,，控制雙向晶閘管的導(dǎo)通，進(jìn)而控制電容器的投切,。輸出電路如圖4所示,。

　　從80C196KC的輸出管腳輸出的信號電流只有幾個(gè)μA，不足以驅(qū)動(dòng)后邊的光電耦合器,，所以加一個(gè)TTL芯片5407作為電流驅(qū)動(dòng)元件,。MOC3061是常用的雙向晶閘管輸出的光電耦合器，他的輸出端是光敏雙向晶閘管,，當(dāng)光電耦合器的輸入端有15mA電流流入時(shí),，晶閘管即導(dǎo)通。MOC3061的輸出端還配有過零檢測電路,，用于控制晶閘管過零觸發(fā),，以減少用電器在接通時(shí)對電網(wǎng)的影響,。

　　2軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的軟件采用了高級語言PL/M-96嵌入?yún)R編語言編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),。對于實(shí)時(shí)性要求較高的部分如A/D轉(zhuǎn)換部分,，由于匯編語言具有靈活性好、代碼轉(zhuǎn)換速度快等特點(diǎn),，同時(shí)80C196KC的指令系統(tǒng)效率高,，執(zhí)行速度快，因此采用匯編語言來編寫A/D轉(zhuǎn)換程序,，其他部分采用高級語言編寫,，程序可讀性好。

　　整個(gè)軟件共包括7部分,，他們分別是：主程序,、A/D轉(zhuǎn)換子程序、投切子程序,、電壓投切子程序,、電流計(jì)算子程序、輸出子程序,、軟件定時(shí)器中斷服務(wù)程序,。下面介紹主程序及A/D轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計(jì)。

　　2.1主程序設(shè)計(jì)

　　主程序流程圖如圖5所示,。

　　2.2A/D轉(zhuǎn)換子程序

　　數(shù)據(jù)采樣是通過A/D轉(zhuǎn)換與軟件定時(shí)器的中斷服務(wù)程序相結(jié)合完成的,。每個(gè)周期測量開始由主程序確定模擬通道;用軟件定時(shí)器定時(shí)，然后啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換,。軟件定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到進(jìn)入軟件定時(shí)器中斷服務(wù)程序,，由軟件定時(shí)器中斷服務(wù)程序中返回主程序完成一個(gè)周期的采樣過程。

　　A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖6所示,。

　　系統(tǒng)中軟件定時(shí)器中斷子程序是采用高級語言PL/M語言來編寫的,，附程序如下：

　　定時(shí)20ms程序：

　　hso_command=18h;/*采用軟件定時(shí)器0，中斷方式*/

　　hso_time=timer1+15000;/*定時(shí)20ms*/

　　3結(jié)語

　　該補(bǔ)償器無觸點(diǎn),、不發(fā)熱,、小沖擊、過零投切,、安全可靠,、免維護(hù)?？刂撇糠植捎昧?0C196KC單片機(jī)為核心的控制器,，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)補(bǔ)償、無人值守,。他解決了以往有觸點(diǎn)投切工作不可靠,、故障率高,、維護(hù)量大、使用壽命短等特點(diǎn),。