基于单片机控制的交流调功器设计Word格式.docx
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SPC3
DesignofACpowerregulatorbasedonsinglechipmicrocomputer
Abstract
Abstract:
Thyristorregulatorcontrolisthecoreofallkindsofelectricheatingdevicesinthesystem,ithasanimportantinfluenceonthenormaloperationofthetemperaturecontrolsystemoftemperatureregulationquality.Atpresent,thereexistdisadvantagesoflowcontrolprecision,poorcommunicationfunctionssuchastraditionalthyristorregulatorfordomesticandindustrialapplications,unabletomeettherequirementsofmodernindustrialproduction.Alongwiththedevelopmentoffieldbustechnologyandintelligentcontroltechnology,intelligentandbushasbecomeaninevitabletrendofthedevelopmentofthefieldofthyristorregulator.Therefore,thedesignandapplicationofsinglechipmicrocomputercontrolledACpowerregulatorbasedon,hasbecomeaveryvaluabletopic.
Firstintheswappowersystempowerregulatingmethodandcircuitstructure,andresearchandanalysisofsystemrequirementsbasedon,theoverallprogramdesign,basedonthereasonablehardwaredesignandsoftwaredesign.BytheMCUasthemaincontroller,thehardwarepartofthethyristorregulatorunit,maincontrolunitMCUtocompletetheprocessing,storageanddisplayofdata;
inaddition,thedesignofperipheralcircuitdesign
Keywords:
thyristorregulator,DPbus,SPC3
摘要I•…
AbstractII
目录J.I.I..
1绪论.1...
1.1选题背景及意义1..
1.2系统设计原理及方案1.
1.2.1设计原理1..
1.2.2设计方案2..
1.3设计难点3..
2系统硬件电路设计4..
2.1控制器的的选择4..
2.1.1MCS-51单片机的特征4.
2.1.2系统主控芯片的介绍4.
2.2系统硬件原理5..
2.3交流调功器工作原理6.
2.4调功器主电路的硬件组成8.
2.5系统控制电路的硬件设计1.0
2.5.1系统控制电路硬件原理图10
2.5.2占空比显示电路1.1
3系统软件设计及抗干扰措施1.5
3.1系统主程序流程图15
3.2系统初始化16
3.3显示子程序流程图19
3.4输入给定值中断服务程序20
3.5抗干扰措施20
3.5.1硬件抗干扰21
3.5.2软件抗干扰21
4调试故障分析23
4.1故障分析23
4.2单片机系统可靠性测试23
4.3单片机消抖23
5系统调试26
5.1实验结果分析26
5.2结束语27.
6总结28.
参考文献29
致谢.3.0.
附录A31.
附录B.32
1绪论
1.1选题背景及意义
现代全球人民的生产和生活己经离不开电能这种清洁能源。
交流电这电能形式首次出现在1891年,从那以后电能主要是通过交流电的形式送达到千家万户的。
然而不同的负载的正常工作用电形式不同,主要分为直流电和交流电两种形式供电,因此要对电能进行变换来满足不同负载的需求。
当前随着非线性负载设备使用量的增加,会导致电能质量变差。
种类繁多的数字化和智能化家用电器,以及工业中的生产设备都需要高质量的电能,因此高质量的电能转换显得尤为重要。
世界上第一个真正意义上的晶闸管产品一一可控硅整流器诞生了,同时,半导体的出现成为了电力电子技术科学道路上一个重大的里程碑,成为整流器和晶闸管等相关电力电子器件出现的核心一步。
上世纪50
年代,美国的GeneralElectric公司制造的世界上第一半导体整流器采用是是单晶硅,最后在各行各业的工业生产中出现了多种多样的晶闸管,这在一定程度上刺激了电力电子技术的前进,由此衍生了更多种类的晶闸管产品类型。
如今晶闸管调整器的调整方式主要有两种,分别是移相调压方式和过零触发调功方式|。
在移相调压方式、晶闸管的栅电极产生一个脉冲引起的工频交流电是每半个周期中不断进行调整,这相当于负载电压的连续调节。
过零触发调功器的触发方式通常分定周期和变周期进行过零点同步调功。
在发送出控制脉冲信号后,交流电压过零点时晶闸管导通,晶闸管的关断也需要在交流电压过零点时进行,通过这种方式可调节交流电压的正弦波数量,从而改变负载端的平均功率。
本文选取占空比平均分配方式即过零触发
调功方式,由单片机控制器根据当前的开关占空比,在单位时间内,一般为100个工频
周期长度,平均分配交流电导通与关断工频周期的次数,实现对加热电流的调整,需要在电流过零点触发晶闸管导通。
基于单片机的交流调功器系统的设计是单片机系统应用、精度检测以及控制算法的程序实现的集合。
1.2系统设计原理及方案
1.2.1设计原理
本文要设计的自动控温晶闸管交流调功器如图1.1中所画的框图所示。
其中点画线部
分为调功器
交流调功器主要包括保险丝、晶闸管和隔离式电流互感器等组成。
控制电路中的
(1)是零脉冲、
(2)为锯齿波发生器、(3)表示过流截止、(4)是与”门逻辑器、(6)代表脉冲触发电加热器负载RL,温度传感器BST及PID调节器(温控调节仪表)通过外控开关S与调功器组成闭环控制,可自动调节温度。
温控调节仪表的作用是把温度传感器采集的实际温度值,与人为设定的参考温度值做对比,然后调节开关管的开光状态,晶闸管的开和关受占空比多少的控制,调整了占空比的大小就能控制温度的变化。
1.2.2设计方案
在控制电路中设置过电流截止环节。
有的晶闸管调整器内部都设计过电流保护电路,但保护速度和保护结果未必能够达到预想的效果,为了更好地保护电路,于是在晶闸管调整器中安装了快速熔断器。
熔断器(Fuse)其实是特殊材料制成的保险丝,在电路中可以起到过流保护的作用。
保险丝的工作原理是:
当电路中流过的电流超过保险丝额定电流后,会发出大量的热量,使保险丝熔断,这样就能保护电路在过流或者短路时不会出现危险。
1.3设计难点
以单片机为控制核心的交流调功器的优点很明显,但其中有许多的问题需要考虑,抗干扰是其主要问题。
单片机在工业现场会受到电磁干扰。
特别是单片机外部中断信号易受干扰,一旦外部中断信号受干扰,就会扰乱整个程序造成触发的失败,这是应用中需引起高度重视的问题。
2系统硬件电路设计
2.1控制器的的选择
2.1.1MCS-51单片机的特征
MCS-51单片机是美国Intel公司在1980年推出的MCU,在结构和功能上都要比更早的MCS-48单片机强很多。
MCS-51在内部集成了更多的电路单元和指令。
由于MCS-51的兼容性比较强,在各大高校和培训机构收到了强烈的欢迎。
MCS-51系列单片机其主要功能如下:
1)8位中央处理器;
2)4KB的内部程序存储器(ROM);
3)128字节的数据存储器(RAM);
4)32条I/O口线;
5)111条指令,大部分为单字节指令;
6)21个专用寄存器;
7)2个可编程定时/计数器;
8)5个中断源,2个优先级;
9)一个全双工串行通信口;
10)外部数据存储器寻址空间为64kB;
11)外部程序存储器寻址空间为64kB;
12)逻辑操作位寻址功能;
13)双列直插40个管脚的DIP封装;
14)正5V直流供电;
基于MCS-51的种种优点,致使世界各大芯片生产商采用或者借鉴了它的设计方
式,甚至直接采用它的内核自己进行优化设计。
世界上一些知名的电子或者电气生产商都在采用MCS-51内核,比如ATMEL公司、PHILIPS公司和Dallas公司等等。
在国内采用MCS-51内核的有STC公司以及台湾的WINBOND公司⑼
2.1.2系统主控芯片的介绍
本文设计采用的交流调功器主控芯片是8位的AT89C2051单片机,其引脚结构如图2.1所示
图2.1AT89C2051的引脚结构
单片机按CPU位数可分为8和16位,由于16位单片机成本较高不适宜在本设计中使用,选择经典的8位MCS-51内核单片机即可满足系统要求
由于其优良的性能和低廉的价格,用作于本调功器系统的控制核心是非常合适的。
这些资源在大多数场合已足够用,这里也不例外,在本系统中非常合理的运用每部分的功能,使其各尽其责,因此系统设计的电路非常简洁。
2.2系统硬件原理
本文设计的基于AT89C2051单片机的交流调功器硬件组成部分主要包括以下几个模块:
以AT89C2051单片机为控制核心的最小系统、过零点检测电路、过流检测电路、LED显示电路、脉冲信号隔离驱动输送电路以及晶闸管电路。
设计的系统整体结构框
图如图2.2所示。
图2.2系统原理结构框图
2.3交流调功器工作原理
交流调功器的原理是将两个单向的晶闸管反并联后并联在交流电路中,控制晶闸管
的导通和断开即可控制交流电的输出,电路中的晶闸管又n个周期内处于
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- 基于 单片机 控制 交流 调功器 设计