毕业设计（论文）基于单片机电力柜保护装置设计

1、毕业设计报告设计题目： 电力柜保护装置 设计 专业班级/学号： 08机电(1)班 合作者1： 专业班级/学号： 08光电 合作者2： 专业班级/学号： 08机一 指导教师： 设计时间： 2011年4月15日 目 录1. 引言12. 设计任务及要求12.1 设计任务12.2 设计要求13. 系统总体设计23.1 方案论证23.2 系统结构框图设计及说明44. 软、硬件设计44.1 系统硬件设计4 对STC89C58RD+单片机的简介4 复位电路5 液晶显示电路5 温湿模块6 DS12887模块74.1.6 红外接收电路74.1.7 语音电路104.1.8 端口扩展10系统软件设计11软件系统总流程图11程序申明13系统按键扫描处理子程序15多级菜单实现165. 安装与调试17安装调试过程17故障分析176. 结论197. 仪器材料清单207.1 仪器清单207.2 材料清单208. 心得体会219. 参考文献2210. 附录231. 引言随着电力电子技术和微电子技术的发展与应用,国外各大公司在低压供电系统集中监控的基础上,开展智能化的低压成套开关设备的研究,并在20世纪90年代后期智能断

2、路器、智能型开关柜及其它智能元器件已经形成商品化进入市场,并逐渐推广应用,而我国虽已完全掌握了微处理器电控产品上的应用技术也已有一些带接口全数字产品问世,但反映国际水平的智能型低压配电装置和智能控制器还处于空白。 本文简要地介绍的是电力柜保护装置设计,由单片机STC89C58RD+芯片和LCD5110液晶屏为核心，辅以必要的电路，构成的一个单片机电力柜保护装置。开关电器是一种重要的输配电设备，它是电力系统及电力输送系统中的控制和保护设备。凡是电能生产、传输、变换、供应、分配和使用的场所都要使用开关设备。开关柜是金属封闭开关设备的俗称，主要用于发电、输电、配电及变电等电力系统的开关装置，及与其有关的控制、测量、保护和调节装置的组合，以及上述开关和装置内部连接件，辅助外壳和支持件所组装好的一种组合体统称。2. 设计任务及要求2.1 设计任务设计一个基于51系列单片机的智能开关柜保护装置。根据预先所设计的功能选择相应的模块，制作相应符合电气要求的PCB板，最后在完成整个电路的设计和制作后，通过调试和比较来完善整个硬件的实现效果。2.2 设计要求1)具有多种智能保护功能:长延时、短延时、瞬时过

3、流保护,模拟漏电保护等。2)测量显示功能:可对环境温度、湿度参数等进行测量并在开关柜保护装置上显示。3)可对开关柜进行遥控(如合闸、分闸等)、遥调(如调整有关保护参数)。3. 系统总体设计3.1 方案论证 方案（一）：采用AT89C51作为主控单片机，时钟芯片选用串行DS1302,温度传感选用PT-100,显示设备用数码管，控制选用按键执行。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程控制可擦除只读的单片机。单片机可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储制造，与工业标准的MSC-51指令集和输出管脚想兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。DS1302是美国DALLAS公司推出的的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月

4、、日、周日、时、分、秒、进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。103/，0时电阻值为100/。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（200650）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计。其系统框图如图3-1所示主控电路AT89C51DS1302时钟键盘电路PT-100温度采集电路功能端口扩展电路LED数码显示电路图3-1 系统框图 方案（二）：采用STC89C58RD+作为主控单片机，时钟模块选用DS12887作为时钟芯片，温湿度模块选用HTG3538作为温湿度传感器，显示部分选用NOKIA5110液晶显示屏，菜单操作部分采用四按键电路。DS12C887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBM PC上的时钟日历芯片DS12

5、887,同时，它的管脚也和MC146818B、DS12887相兼容。由于DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决“千年”问题。DS12C887中自带锂电池，外部掉电时，内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。HTG3538是基于独特的法国HUMIREL湿度传感器技术，HTG383X 是专业的、全校准的，湿度、温度一体的即插即用模块。专为需要可靠，精确测量的OEM 客户应用而设计,传感器将传感元件与微处理电路集成在一块微形的电路板上并带有温湿数字输出接口，可适用于大量产，极低功耗的苛刻环境外中。分析：STC89C58RD+是51的增强型，比C51，定时器多一个T2,RAM为1280B，ROM多28K中断多2个，多一个看门狗，在掉电、数据指针等方面还有一些改进。58RD+的最高外接晶振可以达到80MHZ，C51概只有24MHZ。现在市面上，C51差不多被淘汰了。DS12C88

6、7自带锂电池，并且内部自带晶振处理，而DS1302在外部需要晶体振荡器电路给数字电钟提供一个频率稳定准确的32768HZ的方波信号，为保证数字钟的走时准确级稳定，以及电路的简易性，选择DS12C887更合适。PT-100的测量范围比HTG3538范围广，性价比高，但HTG3538能实现二线通信，在单片机位口有限的情况下，更适合用，且带有湿度。因为显示时钟、温度、湿度、星期等信息，信息量大，如果用数码管，电路会显得过于繁锁，所以选择NOKIA5110液晶模块显示更为合适。综合以上分析，所以决定选择方案（二）来设计系统。3.2 系统结构框图设计及说明该系统的系统框图如图3-2所示：STC89C58RD+DS12887时钟HTG353四按键电路 NOKIA5110 液晶显示屏复位电路系统供电红外遥控接收 端口扩展语音模块图3-2 系统框图4. 软、硬件设计4.1 系统硬件设计 对STC89C58RD+单片机的简介STC89C58RD+芯片上集成了CPU、存储器、可编程I/O口、定时/计数器、串行口等，各部分通过内部总路线相连。它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。允许在系统内改写或用编程

7、器编程，片内含32k Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器，功能强大的微型计算机STC89C58RD+可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。另外, STC89C58RD+的指令系统和引脚与8051完全兼容,片内有1280B 的RAM、32条I/O口线、2个16位定时计数器、5个中断源（其中有2个外部中断源、3个内部中断源）、一个全双工串行口等。4.1.2 复位电路X5045是在单片机系统中广泛应用的一种看门狗芯片，他把上电复位、看门狗定时器、电压监控和E2PROM四种常用功能组合在单个芯片里，以降低系统成本、节约电路板空间。其看门狗定时器和电源电压监控功能可对系统起到保护作用；5128位的E2 PROM可用来存储单片机系统的重要数据。4.1.3 液晶显示电路NOKIA5110指令格式分为两种模式：如果D/C（模式选择）置为低，当前字节解释为命令字节。如果D/C置为高，接下来的字节将存储到显示数据RAM。每一个数据字节存入之后，地址计数自动递增。在数据字节最后一位期间会读取

8、D/C信号的电平。每一条指令可用任意次序发送到PCD8574。首先传送的是字节的MSB（高位）。图4-1展示一可能的命令流，用来设置LCD驱动器。当SCE为高时，串行接口被初始化。在这个状态，SCLK时钟脉冲不起作用，串行接口不消耗电力。SCE上的负边缘使能串行接口并指示开始数据传输。图4-1 命令流表4-1 NOKIA5110指令集4.1.4 温湿模块其电路如图4-2所示：图4-2 温湿度接线图其相关操作为：图4-3 温湿度时序图4.1.5 DS12887模块DS12C887电路图如下图4-4所示：图4-4 DS12887原理图4.1.6 红外接收电路本课程设计的红外接收头采用一体化红外接收解调器，如下图4-5: 图4-5 实物图图4-6 引脚图 一体化红外接收解调器的内部电路如下图4-7：图4-7 红外接收器内部电路图红外遥控器的红外信号发射电路把遥控板上的按键信息编成编码以红外信号的形式发射到接收板上，该一体化红外接收解调器接收到红外信息后，把其包含的编码信息传到单片机，从而完成红外信号的接收。下图为HS0038B与单片机的接口电路图4-8：图4-8 HS0038B与单片机接口图 红外遥控协议说明：一般的，红外遥控的编码由前导码、地址码和数据码组成。而且有比较精准的时序要求。遥控码的发射由38KHZ 或40KHZ 的载波信号，由信号的时间长度来表示二进制数据。遥控的协议表示方法很多，下面是典型的例子：图4-9 典型遥控器的波形这是某型号长虹电视机遥控器的波形，从图中可以看得出它是用一个毫秒的高电平和4.5 毫秒的低电平作为前导码。之后以0.56 毫秒高电平和0.56 毫秒低电平表示数据“0”，以毫秒高电平和毫秒低电平表示数据“1”。这是某型号长虹电视机遥控器的波形，从图中可

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