PIC16F877单片机在智能站用电源系统中的应用

1 概述

供电系统是直接影响人们日常生活和工作的重要系统。特别是在变电站、发电厂、通信机房、大厦、医院等需要重要电源的地方和实行无人值守的电源系统，供电控制系统能否对供电电源进行故障监测，并能及时处理，保证系统正常供电，尤其显得重要。智能型变电站站用电源系统的设计采用ATS（Automatic Transfer Switch）自动转换开关和智能监测及控制技术，来实现电气和机械双闭锁，从而根本保证了电源的安全可靠切换。同时系统还可以方便地实现多电量的集中监测，并可根据用户需要接入远程监测控制系统中。本文主要介绍PIC16F877单片机在智能站用电源系统中的应用。

2 智能站用电源系统的构成和功能

2．1系统工作原理

2．1．1单母线

站用电正常时，两路电源同时供电，当任意一路电源由于故障或需要而退出时，可自动切换至另一路电源供电，当退出电源恢复正常时，可自动恢复主供电电源供电。系统也可以根据需要选择某一路电源工作在强制供电模式或停电退出模式。

2．1．2 单母线分段

站用电正常时，两路电源同时供电，每一路电源分别带一段母负载，实现母线分段运行，当任意一路电源由于故障或需要而退出时，可自动切换至另一路电源供电，带两段母线负载。当退出电源恢复正常时，可自动恢复为两路电源供电。系统也可以根据需要选择某一路电源工作在强制供电模式或停电退出模式。

2. 2系统构成

该系统由ATS自动转换开关、单片机控制器、电压监测模块、电量监测模块、RS485串行通信接口等构成。智能型变电站站用交流电源系统单片机控制器系统框图如1所示。

2．3 系统功能

该系统功能说明如下：如果主电源（I）失电，备用电源（II）自动投入，保证不间断供电。由电压监测模块进行电压检测，智能模块单片机控制器进行逻辑控制，ATS执行部分实现自投。另外用户也可以自主改变主供电电源和备用电源。

3 智能模块——单片机控制器的硬件组成

由于该系统所需输入、输出点较少，控制程序也相对简单，因此可选择价格低廉，使用较普遍的元器件来构成单片机控制器系统。本控制器具有开关输入、输出、键控、显示、实时时钟、通讯等功能。

在设计本控制器时，选用PIC16F877单片机，该单片机性价比较高。内部带有368字节的RAM，256字节的FLASH，其程序存贮器的容量是8K words，有三个内部定时器和计数器，一个串行通讯接口，看门狗定时器等。通过外接8255扩展接口芯片；将可带24点数字输入/输出量，完全能满足变电站站用交流电源系统的需要。

本系统分别选用8路开关量信号输入和8路开关量信号输出，共可输入12路开关量信号和输出12路开关量信号，适当留有一定备用点。

4 单片机控制器的程序设计

该控制器使用PIC的汇编语言编程 。整个系统程序设计分主程序模块和几个子程序模块。它们是：（1） 主程序模块 （2）显示子程序 （3）键盘处理子程序 （4）输出子程序（5）通信处理子程序（6）串行中断服务子程序。主程序流程框图如图2所示

主程序的工作是对各个功能模块的子程序不断进行循环调用，从而完成整个系统的工作。其各个子程序功能模块工作过程描述如下：
（1） 系统初始化：对系统I/O扩展芯片8255的控制字进行设置。把它的PA口和PC口的高4位设为输入方式，PB口和PC中的低4位设为输出方式。设置系统的串行通讯口控制字，串行通讯的波特率可以通过键盘设置，其初始值为9600，工作在半双工工作方式。串行中断级别为系统最高级别中断。
（2） 显示子程序：主程序调用运行显示子程序，首先对系统所处的工作模式进行判断，如在正常工作模式，则按正常工作模式方式将显示数据送显示器。否则，要对现在系统所处的工作模式进行识别后，按系统所要求的相应功能进行相应的显示。
（3）键盘处理子程序：主程序调用键盘处理子程序，首先延时去抖动处理后，再次取键值，判断是否干扰，若不是干扰，则根据相应的键值转相应的键处理程序模块。
（4）输入、输出处理子程序：主程序调用运行输入、输出子程序，首先读入系统输入状态，如系统工作正常，则该子程序不做处理直接返回，否则转故障处理程序后，延时输出。
（5）通信处理子程序：主程序调用通信处理子程序，首先从保存通讯数据的栈中取出数据后，再断判是否读到了一帧数据，未到，则不做处理返回。已到，对所读数据进行分析判断后转相应的功能处理模块，进行功能处理。
（6）串行中断服务子程序：当串行中断发生时执行该子程序。其主要功能为：判断通讯中接收的数据是否正确，如果不正确，则初始化通讯数据接收栈，中断返回。如果正确，则直接将数据入栈，中断返回。

5.系统抗干扰措施

控制板做好后，软件的抗干扰措施就显得尤为重要，因此在软件方面加强了可靠性设计，采取了如下措施：a程序中所有空余未用的中断都应编制相应的错误处理程序，一旦由于干扰触发了这些中断，在执行完简单的错误处理程序后，依然可以转入正常返回。b增加软件复位功能，当出现一些不可恢复的情况时，可先执行复位操作，引导机器重新工作。c为防止RAM中的关键数据遭到破坏，影响程序的正确运行，可在RAM中相距较远的不同区域内存放若干个数据备份，并在该数据区的特定单元内存入标志字。当发现某些特志遭破坏时，可在其余的备份数据区调用备份数据恢复它。d使用了看门狗定时器，当程序进入死循环，时间超过了看门狗定时值时，看门狗使系统复位进入出错处理程序，进行出错处理最恢复正常处理程序。

6.结束语

该系统已经开发成功，投入了正常运行。该系统能够较好保证需要重要电源的地方和无人值守的电源系统的安全可靠供电。还可以方便地实现多电量的集中监测，并将数据送入远程测控系统，实现用电的集中管理。

参考文献：
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