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)計算需要對交流電一個周期20ms內(nèi)對單相電壓u、電流I進(jìn)行采樣，要求一個周期內(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
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)有一個逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，共有8個輸入通道。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，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：
t=-τln(1-0.3/0.7)=1.15μs
而通常這類尖峰噪聲的峰值持續(xù)時間遠(yuǎn)小于上述時間，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μA，不足以驅(qū)動后邊的光電耦合器，所以加一個TTL芯片5407作為電流驅(qū)動元件。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，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對電網(wǎng)的影響。
2軟件設(shè)計
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。對于實(shí)時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、電流計算子程序、輸出子程序、軟件定時器中斷服務(wù)程序。下面介紹主程序及A/D轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計。
2.1主程序設(shè)計
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)換與軟件定時器的中斷服務(wù)程序相結(jié)合完成的。每個周期測量開始由主程序確定模擬通道;用軟件定時器定時，然后啟動A/D轉(zhuǎn)換。軟件定時器定時時間到進(jìn)入軟件定時器中斷服務(wù)程序，由軟件定時器中斷服務(wù)程序中返回主程序完成一個周期的采樣過程。
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20ms程序：
hso_command=18h;/*采用軟件定時器0，中斷方式*/
hso_time=timer1+15000;/*定時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)。控制部分采用了80C196KC單片機(jī)為核心的控制器，實(shí)現(xiàn)了自動補(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)。