基于51單片機的無功補償裝置

第第頁共65頁摘要眾所周知的，在現(xiàn)在的電力網(wǎng)中，因為現(xiàn)在的低壓電網(wǎng)里面的大多數(shù)電力設(shè)施都是感性的負(fù)載，由于它的特性，所以普遍存在著功率因素較低，在電網(wǎng)中消耗的線路損耗較大，造成電力能量比較差，所以，在實際中，無功補償很完美的運用在各行各業(yè)。但一些老的的做補償裝置的準(zhǔn)確度低，容易對電網(wǎng)產(chǎn)生震蕩等等缺點，所以比較難在實際中實現(xiàn)。在電力系統(tǒng)本身來說,如果需要保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和它的經(jīng)濟性，那么保證無功補償?shù)姆€(wěn)定就是一定的，在正常的來說，當(dāng)運行正常的時候，如果它的無功功率不能被其他的裝置維持的話，那么電網(wǎng)中就需要提供大量的無功功率，這就會引起電壓的降低或者線損的增加，所以，不管是需要維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定還是我們想要的低成本，在電網(wǎng)中，我們都要加裝一些裝置，用來補償無功功率。針對這種情況，本課題設(shè)計了一種全自動無功補償裝置。主要采用ST89C52單片機進(jìn)行自動控制。系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓和電流進(jìn)行采樣、計算，從而獲得COS∮和有功功率。本裝置可實現(xiàn)功率因素從很低到，而且能讓電容自動投切進(jìn)電路，并且能顯示補償后的功率因素和補償前的，和線路電流電壓。關(guān)鍵字：無功補償ST89C52單片機功率因素自動控制

AbstractAsweallknow,Intheindustrialproductionprocess,Classificationandstatisticalworkofdifferentgoodsandcommoditiesinthepipelineisadauntingtask.Especiallyintheprocessofpackingshipmentofgoods.Intheeraofmanualprocessing.Itwillcostalotofmanpower.Afullyautomaticreactivepowercompensationdevices.Thisdeviceisinthepreviousinspectionmanualorelectromagneticreactivepowercompensationdevicesbasedonself-designedbytheauthor,mainlyusingAT89C51single-chipmicroprocessorastherealizationofautomaticcontrol.Systemtothepowergridvoltageandcurrentsampling,computing,togainCOS∮andactive.ThedevicecanberealizedfromthepowerfactorCOS∮=0.6compensationtotheCOS∮=0.95,powerfactorandcanensurethatchangesintheautomaticswitchingtoreal-timeshowsthatthecurrentpowerfactor,currentandactive,andcanachievethemanualandautomaticcontrol.Thesystemhardwarecircuitstructureissimple,includinglasersensormodule,shapingcircuitmodule,controlunitmodule,human-computerinteractionmodule,anddigitalcamerainterfacecircuitmodule.ThecontrolunitusesSTC89C52asthecorecontroller.Human-computerinteractionmoduleincludesaseparatekeyboardandLCD1602LCDdisplaycircuit.Throughthetestofthisdesignfullymeettherequirementsofthedesignrequirement.Keywords:Reactivepowercompensation;PowerFactor;Automaticcontrol;STC89C52目錄TOC\o"1-3"\h\u324311.引言 1162391.1選題背景 1303641.2本設(shè)計的要求 2280921.3論文的內(nèi)容和論文的結(jié)構(gòu)安排 3224202系統(tǒng)方案總體設(shè)計 4319522.1系統(tǒng)需求分析 4131862.2無功功率裝置原理 4287192.2.1無功補償?shù)囊饬x 4235642.3系統(tǒng)方案選擇 597792.3.1基于單片機的功率因數(shù)檢測方案選擇 510792.3.2無功功率補償方案選擇 6173342.4系統(tǒng)總體設(shè)計 730152.4.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)組成 798152.4.2系統(tǒng)原理 7110213系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 9229553.1功率因數(shù)測量電路 9106933.1.1功率因數(shù)測量原理 9120433.1.2基于單片機的測量原理分析 9251283.1.3基于單片機的無功功率因數(shù)測量電路設(shè)計 10217453.2模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 1265063.3單片機控制單元設(shè)計 14291703.3.1單片機的介紹 14166903.3.2中斷系統(tǒng) 16104583.3.3定時器 1645643.3.4顯示部分 17221473.3.5控制系統(tǒng)電路設(shè)計 17110893.3.6存儲電路設(shè)計 1980083.4電容投切電路設(shè)計 1970203.4.1電容投切原理 19208193.4.2電容投切電路設(shè)計 20228703.5電源電路設(shè)計 2125794系統(tǒng)軟件設(shè)計 2330034.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹 23165354.1.1C語言介紹 23215604.2軟件總體設(shè)計 2391314.2.1系統(tǒng)主程序設(shè)計 23295684.3.2系統(tǒng)中斷程序設(shè)計 25291564.3.3電容投切程序設(shè)計 26296325系統(tǒng)建模與仿真結(jié)果分析 28253435.1系統(tǒng)仿真環(huán)境介紹 28130555.2系統(tǒng)建模 28136265.3系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 3013701結(jié)束語 3318077文參考獻(xiàn) 3410395附錄 378513附錄1:原理圖 3727附錄2：系統(tǒng)仿真圖 3823322附錄3：程序代碼清單 39 1.引言本章介紹了本研究課題的背景及意義，闡述了其發(fā)展?fàn)顩r。目前市面上傳統(tǒng)的無功補償裝置大多數(shù)是手動投切，體積大，精度低，不能合理的實現(xiàn)武功補償，易產(chǎn)生震蕩。針對于現(xiàn)有裝置的缺點，本文介紹的基于單片機的的無功功率補償裝置克服了以上缺點，具有準(zhǔn)確度高，能迅速投切，符合需要的經(jīng)濟的優(yōu)點。在本章中還詳細(xì)介紹了本課題的任務(wù)要求以及論文結(jié)構(gòu)的安排。1.1選題背景隨著持續(xù)增長的中國國民經(jīng)濟GDP(中國人民生產(chǎn)總值),在這個過程中，我國的電力工業(yè)取得了很大的進(jìn)步，這個進(jìn)步在平常的生活中是顯而易注的。并且電網(wǎng)的無功功率補償問題也逐漸吸引了廣泛的關(guān)注,特別是我國的電力行業(yè)，這是由于電力技術(shù)和各種電力電子裝置的快速發(fā)展，并且它們在電力系統(tǒng)、生產(chǎn)業(yè)、服務(wù)業(yè)及家庭中的運用越來越普遍，因為這些技術(shù)和裝置讓這些過程越來越簡單。但是大多數(shù)電力電子裝置在運行的時候的功率因數(shù)都比較低、他們消耗大部分了的無功功率，并且這些功率在電力系統(tǒng)占了很大的比例。而且消耗無功功率的增加將會使電流和當(dāng)前的設(shè)備及線路損耗也一起增加,從而會失去大量的有功能量。接下來就使功率因數(shù)降低,系統(tǒng)的電壓下降。無功補償如果不能進(jìn)行就地補償,負(fù)荷要消耗的無功功率都靠其他設(shè)備遠(yuǎn)距離的供給，那么就會讓發(fā)電等一些設(shè)施不會完全有效的工作,惡化了電網(wǎng)供電質(zhì)量,在嚴(yán)重的情況下可能會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓完全的崩潰,造成了大面積停電的情況。電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗元件主要是電感性的，因為電感性的本身特性，所以，為了提供有效的有功功率，就會需要傳輸端和電氣終端的電壓有一個相位差，它可以實現(xiàn)在較寬的范圍里面，為了提供無功功率，則需要它們兩端的電壓有1個幅值差，但是這只可以實現(xiàn)在一個非常窄的范圍里面。并且不止大多數(shù)的元件需要消耗無功功率，大多數(shù)的負(fù)載同樣也需要消耗無功功率，因此，最大的不合理的地方就是這么多的無功功率如果都讓發(fā)電設(shè)備供給并讓它長距離的輸送，而且通常這種情況也不大可能。很多人都知道以前的無功功率補償裝置為并聯(lián)電容器和同步調(diào)相機。而同步調(diào)相機的原理可以認(rèn)為是產(chǎn)生無功功率的同步電動機。在實際的工作中，如果我們需要一些大小不同的感性或者容性的無功功率的時候，我們可以通過這個同步電動機的勵磁來調(diào)節(jié)，這個調(diào)節(jié)并不難，只要讓它工作在欠勵磁或者過勵磁的狀態(tài)就可以了。所以同步調(diào)相機是個不錯的工具，但是同步調(diào)相機屬于旋轉(zhuǎn)類的設(shè)備,它的噪音和損耗在運行中都是比較大的,并且運行和維護復(fù)雜,而且反應(yīng)慢,很難滿足要求的快速動態(tài)補償。但并聯(lián)電容器就簡單多了，它的經(jīng)濟性、靈活性、方便性都是不錯的,唯一的有點不好的地方是它的阻抗是一定的,不能夠按照負(fù)載無功功率需求變化,也就是說無法實現(xiàn)動態(tài)無功功率補償。隨著電力電子器件快速的發(fā)展，無功補償控制器在也在某種意義上體現(xiàn)了不同的發(fā)展階段。無功補償控制器己由基于SCR的靜止無功補償器（StaticVarCompensator-SVC）、晶閘管控制串聯(lián)電容補償器（ThyristorControlledSeriesCompensator-TCSC）發(fā)展到基于GTO的靜止無功發(fā)生器（StaticVarGenerator-SVG）、靜止同步串聯(lián)補償器（StaticSynchoronousSeriesCompensator-SSSC）。針對以上背景，以及現(xiàn)有產(chǎn)品的一些缺陷，本文提出一種新型簡單的技術(shù)方案以實現(xiàn)基于51單片機無功功率補償裝置，以51單片機為主控芯片，控制繼電器組控制補償電容的大小，然后通過功率因數(shù)檢測電路，電壓電流檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，液晶顯示電路，鍵盤控制電路，數(shù)據(jù)儲存電路構(gòu)成的補償裝置，實現(xiàn)電網(wǎng)的功率因數(shù)補償，這種補償具有簡單，靈活，不容易引起電網(wǎng)的震蕩。1.2本設(shè)計的要求本次設(shè)計所需要做的工作是：在無功功率補償裝置要求和電網(wǎng)（220,100A）情況下，設(shè)計了基于51單片機的無功功率補償裝置。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計內(nèi)容包括：功率因數(shù)檢測電路，電容自動投切電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，控制電路單元和人機交互單元的設(shè)計六個部分。其中控制系統(tǒng)采用STC89C52作為核心控制器。軟件系統(tǒng)包括人機交互界面設(shè)計以及功率因數(shù)檢測，電容投切等設(shè)計三大部分程序設(shè)計。最后，通過系統(tǒng)仿真測試系統(tǒng)的使用性。本設(shè)計的詳細(xì)任務(wù)要求是：（1）了解51單片機的特點，使用方法以及相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)；（2）掌握無功補償裝置的工作原理；（3）設(shè)計出基于單片機的無功功率補償電路，設(shè)計出裝置的總體方案；（4）該電路能實現(xiàn)對電路的功率因數(shù)檢測，控制電容組投切功能；（5）該電路能實現(xiàn)對電路的電壓電流測量，測量數(shù)據(jù)存儲功能（6）該電路要求有友好的人機交互界面，能方便顯示當(dāng)前電路的電壓電流值，以及當(dāng)前的無功功率因數(shù)值，以及需要補償電容值和實際補償電容值。（7）完成該電路的系統(tǒng)仿真已驗證所設(shè)計產(chǎn)品是否滿足以上要求1.3論文的內(nèi)容和論文的結(jié)構(gòu)安排1）通過任務(wù)要求分析，本文主要完成如下幾個設(shè)計內(nèi)容：A設(shè)計出基于電壓電流互感器的功率因數(shù)測量電路；B設(shè)計出信號調(diào)理電路以及AD轉(zhuǎn)換電路；C設(shè)計出電容組投切控制電路以及控制電路；D設(shè)計出人機交互電路；E設(shè)計出滿足整個任務(wù)要求的系統(tǒng)的軟件開發(fā)；F設(shè)計出基于PROTUSE的控制系統(tǒng)仿真電路。論文結(jié)構(gòu)安排如下：第一部分，介紹本設(shè)計的背景，分析無功功率補償裝置電路背景及實用意義，同時闡明本文的機構(gòu)安排。第二部分，分析基于單片機無功功率補償?shù)脑?，并對所用控制器芯片進(jìn)行介紹。第三部分，完成整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。第四部分，完成系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計。第五部分，完成本設(shè)計的系統(tǒng)調(diào)試，并分析解決調(diào)試中遇到的問題。最后，對文章進(jìn)行了總結(jié)與展望2系統(tǒng)方案總體設(shè)計2.1系統(tǒng)需求分析根據(jù)任務(wù)書要求：本文要設(shè)計出一套基于單片機的無功功率補償裝置。并完成對系統(tǒng)電路的仿真。該系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)為：該電路能實現(xiàn)電網(wǎng)電壓電流測量；該電路能實現(xiàn)無功功率因數(shù)檢測，電容組自動投切功能；該電路要求有友好的人機交互界面，能方便顯示當(dāng)前電路的電壓電流值，以及當(dāng)前的無功功率因數(shù)值，以及需要補償電容值和實際補償電容值。通過建模仿真驗證該系統(tǒng)的可靠性和實用性。2.2無功功率裝置原理電網(wǎng)的輸出功率由兩部分組成；一個是有功功率,一個是無功功率。在同一個電路里面，電容和電感中的電流矢量的方向是完全相反的，基本是一個向東一個向西。所以在電路中可以使電感和電容的電流相互抵消，使電壓和電流的矢量之間的夾角縮小，要實現(xiàn)這些就可以在電路中安裝一些電容元件進(jìn)行投切到電網(wǎng)中。無功補償?shù)氖马椃绞绞牵瑢⒏行栽骷姼泻腿菪栽骷娙莶⒙?lián)在一起，使他們之間的能量進(jìn)行互換，可以使他們之間的能量相互補充。2.2.1無功補償?shù)囊饬x⑴補償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。⑵可以減少設(shè)計發(fā)電機的運行中需要的最大容量，并且消減制作的成本，當(dāng)功率因數(shù)從低向高增加的時候，如果要節(jié)約設(shè)計中的設(shè)備容量，只要裝設(shè)容性的器件就可以了，基本上相當(dāng)與0.52KW的設(shè)備容量等于1Kvar的容性器件的容量，相反的，增加了發(fā)供電的容量，對原來設(shè)備就是增加了0.52KW的設(shè)備容量。⑶還可以降低線路損耗，由公式得出前后的功率因數(shù)，為補償前的系統(tǒng)的原有功率因數(shù)，而為補償后的系統(tǒng)功率。則：，所以只要將功率因數(shù)提升后，不止能減少容量大小的設(shè)計，減少了花費，在同時還能減少它的線路損耗，這樣就可以提高電網(wǎng)中發(fā)電設(shè)備對負(fù)荷輸送的有功功率比例。還有供電行業(yè)的運行效益主要是被線路損耗的大小所影響著。所以，考核運行效益的其中一個重要指標(biāo)就是功率因素，那么，無功補償?shù)挠媱澓瓦M(jìn)行在當(dāng)前情況下是一定要進(jìn)行的2.3系統(tǒng)方案選擇基于任務(wù)需求，無功功率補償裝置檢測中的各種電路有很多方案，下面將分析各方案優(yōu)缺點。2.3.1基于單片機的功率因數(shù)檢測方案選擇方案一：利用單片機外部中斷測量。利用電壓電流互感器將電網(wǎng)中的電壓電流轉(zhuǎn)換成信號調(diào)理電路可以處理的電壓電流值，利用比較器構(gòu)成的過零比較電路將正弦波轉(zhuǎn)換成同相位的電路，將兩個方波信號分別接入到單片機的外部中斷中，通過測量相位差，來測量該電路的功率因數(shù)為。該方案實用性和可靠性強，能夠簡單的實現(xiàn)功率因數(shù)測量，同時便于安裝。本方案實現(xiàn)起來硬件簡單，軟件比較容易實現(xiàn)，并且軟件計算比較簡單，對于處理器的要求不高，在實際應(yīng)用中可以選用比較便宜的單片機來處理，可以很大程度上降低成本以及難度，然而精度不是很高。方案二：利用AD0809測量方案。該方案中利用AD0809多通道并行采樣的特點，測量采集實時電壓電流的信號，采用兩點乘積算法對各信號進(jìn)行計算。具體方法是用電氣角度為采樣間隔的樣本去采集一個周期循環(huán)內(nèi)的兩個數(shù)據(jù)，所以它所要求的數(shù)據(jù)窗寬度是四分之一個周期。對于50Hz的工頻來說就是5ms。在一個周期內(nèi)所采集的兩個數(shù)據(jù)需要保證在5ms的間隔。這個時間一般由單片機的定時器來實現(xiàn)。按照這個方法來計算電壓電流的有效值和電路的有效值和阻抗，則。該方案電路結(jié)構(gòu)簡單，可以同時測量電網(wǎng)的電壓電流值以及功率因數(shù)。但是由于在電路中擁有大量的計算，包括平方運算，開方運算以及復(fù)數(shù)運算，對于單片機的要求比較高，并且擁有大量的要數(shù)據(jù)存儲，明顯提升了電路成本以及軟件開發(fā)難度。方案三：專業(yè)的芯片ADE7763測量方案。利用多功能計量芯片ADE7763來實現(xiàn)功率因數(shù)的測量。該芯片將AD轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理功能集成到單個芯片內(nèi)，能能夠完成有功電能，視在電能等菜蔬的準(zhǔn)確測量，依據(jù)有功電能和視在電能，就可以有微控制器計算出功率因數(shù)。該方案結(jié)構(gòu)簡單，測量精度很高。然而，由于使用專業(yè)的測量芯片，在電路中與微控制器連接起來比較簡單，但是電路成本比較高，并且在控制過程中，對于微控制器要求也比較高，數(shù)據(jù)量存儲要求也比較多，在實際中使用成本較高，軟件難度也比較大。綜合以上方案對比分析，本設(shè)計功率因數(shù)測量選用方案一。2.3.2無功功率補償方案選擇在測量功率因數(shù)方案確定為基于單片機的中斷法測量后，確定利用測量的功率因數(shù)來進(jìn)行無功功率補償方案如下。方案一：并聯(lián)電容器進(jìn)行無功功率補償方案。靜止電容器供給的無功功率與所在借點的電壓V的平方成正比。靜止電容器的的結(jié)構(gòu)還是比較簡單的，因為它就是由幾個部件組成的，而裝機的體積可以大點也可以根據(jù)情況搞小一點，而且又可以一起使用或者分開裝來實現(xiàn)就地補償無功功率。在運行中，如果我們要實現(xiàn)對電網(wǎng)的無功功率補償，我們可以調(diào)節(jié)電容器的功率，方法有很多種，常見的是可以將電容器組合成幾組，分成不同的大小組，然后可以根據(jù)負(fù)荷和電路中的變化，按需求分組切除或者投入各組，那樣，通過繼電器投切電容器就可以實現(xiàn)補償功率的調(diào)節(jié)了。我們可以根據(jù)這個原理來簡單的實現(xiàn)我們這個設(shè)計的需求。該方法很有經(jīng)濟性和靈活性，而且它的損耗低，并且安裝和維護都很方便，所以，在實際中我們也經(jīng)常用到。方案二：同步調(diào)相機無功補償方案。該方案下，調(diào)相機就相當(dāng)于一臺不帶載運行的電動機。在過勵磁運行時，它想讓系統(tǒng)供給感性無功功率而起無功電源作用，能夠提供系統(tǒng)電壓；在欠勵運行時，它想讓系統(tǒng)提供感性無功功率而用來起到無功負(fù)荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。在本次設(shè)計中，在欠勵運行的時候，系統(tǒng)發(fā)出感性的無功功率給它吸收而起到了無功負(fù)荷的作用，可降低系統(tǒng)電壓。該方案因為在運行中的實際需要還有穩(wěn)定性的要求，過勵磁的最大容量的一半左右才是欠勵磁的最大容量。綜合以上方案的優(yōu)缺點，聯(lián)系本課題研究的對象，基于51單片機的無功補償裝置設(shè)計，結(jié)合實際情況，選擇方案一為無功功率補償方案。2.4系統(tǒng)總體設(shè)計2.4.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)組成圖1系統(tǒng)框圖通過2.2節(jié)方案選擇，本文已經(jīng)確定了系統(tǒng)總體的方案設(shè)計。如圖1所示為系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)硬件電路包括功率因數(shù)測量電路，信號調(diào)理電路，AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，電容投切電路，液晶顯示器（lcd1602字符型液晶），數(shù)據(jù)存儲電路6大部分。2.4.2系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理，系統(tǒng)是基于51單片機的無功功率補償裝置設(shè)計，在系統(tǒng)中，利用51單片機作為主控制器，利用電壓電流互感器將電網(wǎng)上的電壓電流變換成在以內(nèi)的小信號，經(jīng)過過零比較電路將信號轉(zhuǎn)換成與原信號正弦波同相位的方波，然后分別將這兩個方波信號輸送給51單片機兩個外部中斷，分別利用著兩個外部中斷控制51單片機的定時器/計數(shù)器1的啟動和停止，利用兩個方波的下降沿來測量兩個方波的之間的時間差，通過時間差就可以求出相位差，功率因數(shù)就是；測量出功率應(yīng)屬后通過利用單片機的內(nèi)部運算計算出需要補償?shù)碾娙葜担ㄟ^單片機驅(qū)動繼電器來控制并聯(lián)電容的投切，從而使電網(wǎng)的功率因數(shù)達(dá)到0.95以上。另外在系統(tǒng)中，還對系統(tǒng)的電壓電流進(jìn)行了測量，利用幅值檢測電路將正弦波信號幅值檢測出來，通過利用AD0832分別測量電網(wǎng)電壓以及電流值，并且計算出當(dāng)前電網(wǎng)的有功功率和武功功率。系統(tǒng)還設(shè)置了包括以液晶LCD1602和鍵盤構(gòu)成的人及交互電路，在人機交互電路中，利用指示燈指示系統(tǒng)功率因數(shù)的測量是否在正確的運行，利用液晶1602來顯示電網(wǎng)的電壓，電流以及功率因數(shù)等參數(shù)，也可以顯示對比補償前后的功率因數(shù)的變化，用于這些測量可以方便的得出補償前后系統(tǒng)的特性。

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計如圖1所示中，本設(shè)計硬件電路設(shè)計包括6大部分電路。3.1功率因數(shù)測量電路3.1.1功率因數(shù)測量原理本設(shè)計中采用51單片機的INT0和INT1接收的信號的時間差來測量功率因數(shù)，下面介紹功率因數(shù)測量的原理。功率因數(shù)是交流電路中電壓與電流之間的相位差的余弦。在我國，電網(wǎng)的交流信號的頻率f和周期T都是知道得，所以功率因數(shù)可以根據(jù)電壓，電流之間相位差對應(yīng)的時間差t計算求得。其計算公式為：周期（1）相位差（2）功率因數(shù)（3）交流電頻率為50Hz，則周期為20ms。由于功率因數(shù)的大小在零到一之間，因此t會在0到5ms。當(dāng)大于5ms，假設(shè)時間差為，則處理方法為：可以根據(jù)計數(shù)值T確定負(fù)載特性。當(dāng)計數(shù)值T小于10ms，電壓信號超前電流信號，負(fù)載呈感性；當(dāng)計數(shù)值T大于10ms，電壓信號滯后電流信號，負(fù)載呈容性。3.1.2基于單片機的測量原理分析本設(shè)計中利用測量方法如圖2所示。在改系統(tǒng)中主要由單片機電路，顯示電路，兩個過零比較電路構(gòu)成。圖2系統(tǒng)硬件電路組成框圖在本次設(shè)計中，模塊采用兩個比較器使交流小信號變換成同相位的方波信號，在信號中，利用兩個外部中斷的中斷函數(shù)來控制定時器1或者2的的啟動或者停止，因為變換來的方波信號和原來的交流小信號具有相同的相位和周期，都是50Hz的信號，通過運用定時器來計算出兩個交流信號下降沿的的時間差，就可以計算出兩個信號的相位差，通過公式（1）（2）（3）可以換算得到系統(tǒng)的功率因數(shù)。在得到系統(tǒng)的功率因素時，使用系統(tǒng)的顯示液晶1602可以輕松的講功率因數(shù)顯示在相應(yīng)的系統(tǒng)中。在本設(shè)計中外部中斷都采用下降沿來開啟中斷，進(jìn)入中斷后一個外部中斷用來開啟定時器，另一個用來管段定時器，計算出這個時間差就完成了功率因數(shù)的測量。圖3外部中斷的時序圖3.1.3基于單片機的無功功率因數(shù)測量電路設(shè)計在本系統(tǒng)中，采用電流傳感器和電壓傳感器將單相交流信號上的電壓信號和電流信號采集出來，經(jīng)過由運放組成的過零比較器，將電壓型號和電流信號分別變換成同頻率的方波。過零比較器的工作原理是當(dāng)信號在0之上的時候，高電平就是它的輸出，而當(dāng)信號的值在0之下的時候，低電平就是它的輸出了，這樣輸入的信號就可以轉(zhuǎn)換成原來頻率的方波信號。在電壓互感器中，電壓互感器測量過程中將電壓互感器并聯(lián)到單相交流電源的兩端，由于運放供電的電壓不是很高，所以在輸入給運放的電壓不易過高，由于整個系統(tǒng)需用的是5V電壓作為供電電源，所以在本設(shè)計中選取電壓互感器的次級端串接兩個分壓電阻R23和R24，大小分別為59k和1k，采樣比為1/60,這樣將0-220V電壓信號U1變換得到0-3.67V的交流電壓小信號U2，用變比公式為可以求得上面的變化比。然后經(jīng)過過零比較器器把交流電壓信號變換同相位，同頻率的方波信號，并且把這個方波信號提供單片機的外部中端口0使用。如圖4所示。圖4電壓信號測量相位電路圖在電流互感器中，電流互感器測量過程中將電流互感器串聯(lián)到單相交流電源的負(fù)載中在電壓互感器的次級端串接兩個分壓電阻R22和R33，大小分別為9k和1k,采樣比為1/10,并且電流互感器的變比K=10，則將電流信號通過次級的電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號后可以將系統(tǒng)的0-100A的電流信號I1轉(zhuǎn)換成0-5V的電壓小信號U2。然后經(jīng)過LM339組成的過零比較器器將此交流電流信號轉(zhuǎn)換成同相位方波信號，供給單片機的外部中端口1使用。如圖5所示。圖5電流號測量相位電路圖3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計交流信號的峰值檢測電路有很多種，它的作用是將交流信號的峰值通過檢測電路將交流信號變換成為一個直流信號，直流信號的電壓值為交流信號的峰值。詳細(xì)的電路設(shè)計如圖6所示：圖6峰值檢測電路在圖6所示電路中所示，此電路原理是通過二極管的單向?qū)ㄌ匦裕媒涣餍盘柌粩嗟慕o后級電容充電，當(dāng)交流信號的電壓大于電容的電壓時，二極管導(dǎo)通，給電容充電，電容的電壓不斷升高，當(dāng)交流信號的電壓小于電容電壓的時候，二極管的截止，電容電壓保持在前一刻值，最終使電容電壓保持在交流信號的峰值。電容兩側(cè)并聯(lián)100M電阻的作用是，在交流信號峰值變化時，可以使用這個旁路將電容的電放掉，但是這個電阻不能夠取的太小，太小電容放電太快，電容兩端的電壓不穩(wěn)定，輸出的直流電壓將是一個三角波；太大，電容放電太慢，當(dāng)交流信號的峰值變化時，電路反應(yīng)時間很慢，甚至電容兩端電壓在相當(dāng)長的時間內(nèi)保持在原來的值上，從而不便于信號值的測量。而這一個電路中由于二極管的壓降為0.4V，所以利用這個原理使電容兩側(cè)電壓始終保持為交流信號的峰值減去二極管的壓降。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖7所示，為了充分的利用控制器I\O端口資源，本社就選用通用串行ADC0832作為本設(shè)計的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，圖中的兩個ADC分別是測量電壓和電流的信號，具體控制信號詳見途中的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號。如圖7所示，CS端口接P30是控制ADC0832的使能的，當(dāng)為高電平時，ADC0832不工作，當(dāng)為低電平的時候，ADC0832開始工作；CLK端口接P31為它的時鐘，為數(shù)據(jù)讀寫提供時鐘源；DI端口接P34為它的寫輸入口，用來通過單片機向它寫入一些控制命令；DO端口接P35為輸出端口，用來向單片機輸出采樣的結(jié)果，由于本次設(shè)計中采用的是STC89C52，它的I/O口既可以讀也可以寫，所以當(dāng)端口不夠用的時候可以將DI和DO用一個引腳控制。圖7ADC0832采樣電路電路在完成圖6的信號處理后，將輸出的信號送給ADC0832來采樣，通過前級的信號調(diào)理電路中信號處理，將輸入給ADC0832的信號轉(zhuǎn)換成0-5V的直流電壓信號。經(jīng)過ADC的采樣便可以求得電壓電流信號的峰值。ADC0832是國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款經(jīng)典的8位單通道ADC芯片。該芯片采用電壓逐次比較的方式將模擬信號量化為數(shù)字信號。并通過三條串行總線將量化后的8位數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器。如圖7所示，ADC0832中使用的電壓參考源和電源共用一只腳VCC，在本設(shè)計中，使用兩個ADC0832分別對電壓電流進(jìn)行采樣，采樣得到的值是0-255的數(shù)值。經(jīng)過前面分析，電壓電流通過互感器得到的變比分別為k1=60,電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的變比k2=100,而通過圖6變換的來的電壓信號是峰值，這里給定的是有效值U。則由變換公式可以求得交流信號的有效值U;假設(shè)測量得到的電壓對應(yīng)數(shù)據(jù)位。則由以下公式可以求得電壓和電流的值分別為：（4）（5）上面公式的簡述：由ADC0832的硬件設(shè)施，我們可以知道它的量程為256，而工作電壓是5V，所以可以根據(jù)算出U，這個U就是峰值檢測電路的輸出電壓，這個電壓加上二極管的壓降0.4V，則為電壓電流傳感器輸出電壓：U1=U+0.4，則U1乘以變比就為測量信號的峰值，除以就為所測信號的有效值通過式（4）（5）中的關(guān)系，可以在程序編寫中通過化簡后得到相應(yīng)的計算，從而簡化單片機運行的時間。使用兩片ADC0832分別來對電壓信號和電流信號進(jìn)行采樣，可以有效的避免他們之間的相互干擾，可以方便快捷的測得每時每刻電壓電流信號。3.3單片機控制單元設(shè)計本設(shè)計中的控制系統(tǒng)包括單片機最小系統(tǒng)，和液晶顯示電路兩部分。單片機采用宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52，該芯片是基于51核，馮諾依曼架構(gòu)的一款8位微處理器。顯示電路采用的是成本低廉的LCD1602來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)碼管顯示。3.3.1單片機的介紹單片機是單片機微型計算機的簡稱，因為它在控制領(lǐng)域的靈活和便利，所以又叫微控制器。一般來說，一個個的集成電路芯片組成了單片機，里面含有一些基本部件：比如CPU；MEMORY；I/O接口電路等等。所以只要一些合適的硬件設(shè)備加上軟件，讓它們跟單片機組合起來，這樣就可以變?yōu)橐粋€單片機的控制系統(tǒng)。（1）STC89C52介紹：STC89C52是51系列單片機的典型產(chǎn)品，在它的內(nèi)部含有CentralProcessingUnit、RAM、ROM、Timer/counter、并行/串行接口和中斷系統(tǒng)的幾個組成部件還有控制control、數(shù)據(jù)imformation、地址add等3大總線。中央處理器(CPU)在整個單片機中的身份是一位“核心成員”,這個處理器的數(shù)據(jù)寬度是八位的,所以對于8位二進(jìn)制代碼來說，處理起來得心應(yīng)手，在整個單元系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理的元件就是CPU，并且讓它們工作在合適的位置,完成了運算和I/O控制和其他的一些操作。在本次設(shè)計中我們選的是STC89C52單片機，它是一種微處理器，既可以編程又可以去除的高性能存儲器。這種單片機采用了高保密的技術(shù)制造，而且不容易丟失程序，罪重要的是它跟原來設(shè)計的單片機的輸出口等等都是兼容的。所以在本次設(shè)計中，我們選的STC89C52是一個不錯的選擇，并且這是一種很方便，有很經(jīng)濟的方案。如圖8所示是常用的一種單片機，型號為STC89C52。圖8STC89C52管腳分布●VCC：是為單片機運行提供電壓的，●GND：為了安全，所以需要有接地。●P0口：這些口其實是八位的漏級輸入/輸出口。如果在P1口輸入高電平的時候，那么我們可以確定為高電阻輸入。當(dāng)進(jìn)行程序編譯的時候，它可以當(dāng)做原碼的輸入，當(dāng)運行的時候，它就當(dāng)做原碼的輸出，這個時候它的外部就需要拉高?！馪1口：是一個八位的雙向輸入/輸出口，并且可以提供上拉電阻?！馪2口：P2口跟P1口差不多。但是當(dāng)它作為外面存儲器的時候，在輸出地址1，它就可以用里面的上拉電阻，當(dāng)作為外面存儲器進(jìn)行工作的時候，它就會輸出其存儲的內(nèi)容。●P3口：P3口的基本物理性質(zhì)跟P1和P2差不多。當(dāng)它被輸入1之后，就可以上拉成高電平信號，而且可以作為輸入P3口也可作為STC89C52的一些特殊功能口。（2）振蕩器特性：XTAL1口是反向放大器的的輸入口，而另外一個口XTAL2是反向放大器的輸出口。在實際中，經(jīng)過設(shè)計，我們就可以把這個放大器作為內(nèi)置的振蕩器。在本次設(shè)計中，我們需要用外面的時鐘驅(qū)動器件，所以，我們對XTAL2口應(yīng)采取閑置。如果有需要的信號要輸送到里面，那么時鐘信號就必須要流過一個二分頻觸發(fā)器，所以，對于外面信號的脈沖寬度我們可以不做要求，但是我們一定要確定這個信號的電平的寬度。（3）STC89C52的特點和應(yīng)用它有如下一些特點：1）、它能跟其他的51系列元件很好的組合；2）、它的flashmemory是可以多次編程的；3）、它的工作電壓很低，只有2.7-6；4）、可以在靜態(tài)的狀態(tài)下面工作；5）、它的memory有鎖定的功能，可以防止篡改；6）、它的輸入/輸出數(shù)據(jù)線有15條之多；7）、Timer/Counter都是16位的，并且每樣都有2個；8）、為了工作方便，中斷源也有6個；9）、它有3個電壓比較器，且都是準(zhǔn)確度很高的高精度；10）、它還有直接可以讓LCD動作的接口。根據(jù)上面的介紹，我們知道，單片機有很多的好處比如體積不大，消耗的能量小，很容易和其他的設(shè)備組合起來，所以如果能跟各種傳輸設(shè)備連接，可以對各種需要進(jìn)行測量的進(jìn)行測量，比如電壓，功率等等。所以，在實際中，如果用單片機代替電子電路控制的話，那樣就會智能多了；用單片機可以構(gòu)成形式多樣化的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本設(shè)計主要應(yīng)用STC89C52的外部中斷和定時器中斷等片上自帶的外部資源3.3.2中斷系統(tǒng)一個外部的突發(fā)情況進(jìn)入到處理器中，那么處理器就會中斷，這是一個對處理器很重要的一個技術(shù)。處理器在正常的運行中的時候，如果外面有個中斷的請求道那里面，就能夠很迅速的地進(jìn)行反應(yīng)，而在反應(yīng)完成后又可以馬上回到斷點，繼續(xù)去完成原來未完成的事。而中斷源就是我們對于引起中斷或者發(fā)出中斷的這一類來源的稱呼。很明顯，中斷源可以分為兩個大類，就是發(fā)生在硬件中的或者軟件中，而在硬件中的中斷源還可以分成發(fā)生在外部的和發(fā)生在內(nèi)部的兩種。在本設(shè)計中我們就可以運用到外部中斷，因為外部中斷是外部設(shè)備發(fā)出的，比如：Timer發(fā)出的中斷信號等。并且由外部中斷的原理來說，外部中斷在我們想讓它不發(fā)生的時候可以不發(fā)生，所以，我們可以運用一種中斷管理器來控制中斷。3.3.3定時器在單片機的定時器里面有兩個十六位的Timer/counter，在它們里面有些特殊的寄存器，用來存儲數(shù)據(jù)，它們都是可以被編程的，所以，我們可以通過編程用來控制這些寄存器，這樣就可以讓單片機工作在我們想要的狀態(tài)。下面我們對它們的特性進(jìn)行闡述。51單片機內(nèi)部的Timer/counter兩個結(jié)構(gòu)是相似的，TL0和TH0兩個功能相反的寄存器構(gòu)成了Timer的其中一個對應(yīng)的寄存器T0，同樣的是TL1和TH1這兩個功能相反的寄存器就組成了Timer的另外一個寄存器T1。而用來對Timer進(jìn)行控制，使它工作在我們需要的方式的寄存器是TMOD，而用來控制Timer的兩個寄存器T0和T1的動作則是TCON。所以由上面可以知道，在我們進(jìn)行程序仿真的時候，為了防止上一次的仿真對本次的仿真造成影響，在一開始時我們就要對Timer里面所有的寄存器進(jìn)行初始化，這樣我們才能確定Timer的運行狀態(tài)和T1和T0的動作。3.3.4顯示部分在這次設(shè)計中，我們選擇LCD1602圖9LCD1602液晶這個液晶顯示器是一個用在工業(yè)中顯示字符的顯示器，32個字符是它所能一起顯示出來的極限。字符型液晶又是LCD1602的另一個稱呼，如圖8所示。26個字母、10個數(shù)字、還有不同的符號等這些都能被它顯示出來。很多個5x1之類的點陣位構(gòu)成了1602，而每一個要顯示的東西都能被這些點陣位顯示出來，而且這些位里面無論是橫著的位還是豎之間的位都有一定的距離，這樣就有了了字符之間的行間距的用處，但是也正因為是這樣的，所以顯示出來的圖形的效果就不是很好了（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD的意義是指它能顯示的東西是16x2,也就是說它可以讓需要顯示的東西變?yōu)閮尚校诿恳恍兄卸加惺鶄€用來顯示數(shù)據(jù)的模塊來顯示內(nèi)容。在當(dāng)前，我們所知道的的大多數(shù)液晶顯示器都是根據(jù)HD44780來設(shè)計的，雖然型號可能不相同，但是大多數(shù)的運行原理是相同的，所以這些顯示器的控制程序都可以用那控制44780的程序。3.3.5控制系統(tǒng)電路設(shè)計如圖10所示為系統(tǒng)控制電路系統(tǒng)電路原理圖。又C1,S3，R10組成復(fù)位電路，由數(shù)據(jù)手冊知51單片機為高電平復(fù)位，單片機上電時，電容C1和R10組成的RC電路中電容緩慢充電，使RST端保持一個幾個微秒的高電平，使單片機上電復(fù)位，當(dāng)電容C1充滿電后RST腳電平通過下拉電阻將電平拉低為零，單片機開始進(jìn)入運行狀態(tài)，復(fù)位完成。當(dāng)單片機在運行的過程中，通過按下按鍵S3也可以形成一個高電平狀態(tài)，使單片機手動復(fù)位。電路中為了計時方便計算，本設(shè)計的晶振選用12MHz無源外部晶振。配合兩個起振電容C2,C3。形成晶體諧振電路為單片機提供一個12MHz的穩(wěn)定的時鐘源。為了方便起振，起振電容選用22pF。電壓電流的信號通過過零比較電路后，直接送到單片機的INT0和INT1口。這樣單片機就能及時的捕捉到傳感器信號。LCD液晶接口電路如圖10右所示。本設(shè)計中液晶主要用于功率因數(shù)和電壓電流信號的動態(tài)顯示。由于液晶顯示以及程序設(shè)計靈活，可以省去數(shù)碼管顯示的繁瑣操作。同時液晶顯示顯得更人性化。加上現(xiàn)在液晶成本低廉，在本設(shè)計中是一個很好的選擇。圖中單片機的P0口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)端口。由于51單片機設(shè)計者為了滿足多電平的兼容性。在這次設(shè)計中，P0口作為顯示電路的輸出口，因為輸出口電路的是集電極開路，所以可以當(dāng)做液晶的數(shù)據(jù)端口。以保證單片機輸出1時，液晶數(shù)據(jù)口接收到的信號為高電平。由于LED的導(dǎo)通電流為10mA所以需在電路上加上限流電阻，因電源電壓為5V，所以在此為保證燈的亮度，選擇470Ω的電阻限流，此電路用做顯示中斷進(jìn)入成功。圖10控制器最小系統(tǒng)3.3.6存儲電路設(shè)計本次電路中使用64位非遺失性鐵電隨機存儲器，它是一種串行非易失性記憶體，它的邏輯結(jié)構(gòu)為8192*8位，接口為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的兩線接口，與串行EEPROM的功能操作相似，不同之處在于鐵電存儲器比EEPROM寫的速度快的多，無延時,如圖11所示。圖11存儲電路圖在本次設(shè)計中，采用工業(yè)上傳統(tǒng)的二線接口，通過I2C協(xié)議進(jìn)行通信，由于本次設(shè)計中擁有大量的需要單片機控制的電路，所以使用此種存儲器可以有效的解決單片機I/O口不夠用的情況。在本次電路中，將單片機的P36和P37分別用來讀寫FM24C64，可以充分利用單片機資源，先使用I2C協(xié)議將此款存儲器的讀寫函數(shù)寫出來，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要存儲的時候，調(diào)用寫命令，將數(shù)據(jù)寫入到指定的存儲單元，當(dāng)要讀存儲器的數(shù)值的時候，調(diào)用讀命令將對應(yīng)存儲單元的數(shù)值賦給一個變量即可，另外在本設(shè)計中使用此款存儲電路用來存儲前一次的功率因數(shù)，并且在數(shù)據(jù)顯示的過程中，將存儲的功率因數(shù)顯示到屏幕中去。3.4電容投切電路設(shè)計在本次設(shè)計中，核心部分就是無功補償?shù)碾娙萜魍肚须娐返脑O(shè)計，并且核心控制程序也是關(guān)于無功補償?shù)某绦蛟O(shè)計。3.4.1電容投切原理根據(jù)設(shè)計的要求每次投切都需保證功率因素cos∮能從0.65達(dá)到0.95左右，所以此裝置設(shè)計了幾乎每種可能的需要無功補償?shù)那闆r。把功率因素從0.6到0.95的所有情況都整理出來，計算出電容值，用來確定電容容量的具體的分配。通過計算功率因數(shù)，把計算出來的數(shù)字和我們原來設(shè)定好的數(shù)字比較下，根據(jù)比較的結(jié)果，送到單片機里面，讓單片機自己運行需要幾組電容器。為了防止其他器件的干擾和電路里面可能出現(xiàn)的電流電壓的震蕩，所以我們用來投切器件用SSR-50DA固態(tài)繼電器。而SSR-50DA固態(tài)繼電器為雙向可控硅輸出，零電壓開啟，零電流關(guān)斷；輸入回路與輸出回路之間有光電隔離很好的保證了抗干擾性。SSR-50DA的控制電壓大概是3到32伏特的直流電壓,因此，要讓它正常的運行，那么需要在輸入端加上1個TTL信號。而且為了實現(xiàn)這次設(shè)計，在單片機的輸出投切信號的端口要跟1個三極管相連，所以三極管和繼電器可以進(jìn)行同時的導(dǎo)通和斷開。負(fù)載電壓能達(dá)到24-380VAC，完全滿足設(shè)計的要求。本次設(shè)計中就選用SSR-50DA固態(tài)繼電器作為電容投切的繼電器，通過使用單片機輸出電平信號來控制繼電器的通斷。單元電路原理圖如圖12所示。圖12SSR固態(tài)繼電器及驅(qū)動電路圖3.4.2電容投切電路設(shè)計在本次設(shè)計中，使用的是PNP型的三極管來驅(qū)動繼電器。在電路中一共使用了八組繼電器，每個繼電器控制一個電容的投切，分別用單片機的P2口控制，電容的值呈現(xiàn)二進(jìn)制編排，選擇相應(yīng)的驅(qū)動電阻R12可以控制驅(qū)動電流的大小，設(shè)置100完全可以使繼電器工作。圖13無功補償電容投切電路及其控制電路電路圖如圖13所示：無功補償電容投切電路由繼電器，三極管以及電容構(gòu)成，其工作原理如下，通過單片機的P2.0口來控制PNP三極管的導(dǎo)通與截止，由三極管來驅(qū)動繼電器的通斷，從而控制電容是否投切到網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號為HH的線路中，當(dāng)單片機P2.0輸入高電平時，三極管截止，繼電器斷開，電容不投切，當(dāng)單片機P2.0輸入低電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器閉合，電容投切到電路中。在本次設(shè)計中選取8路此種電容投切電路并聯(lián)，由于電容并聯(lián)是相當(dāng)于容值相加，所以選取不同容值到投切到電路中，可以組成一系列的電容值，可以方便的程序的控制。3.5電源電路設(shè)計本設(shè)計中系統(tǒng)供電電源為5V，由于運放和外部存儲單元以及ADC電路都屬對電源的紋波要求較高，所以系統(tǒng)供電采用線性電源。系統(tǒng)電源電路如圖14所示。所接電源為220V交流市電。通過工頻變壓器將電壓降壓到9V后，整流濾波為直流電，然后再經(jīng)過5V的三端穩(wěn)壓器將電壓穩(wěn)定為5V的直流電壓輸出為信號調(diào)理電路，單片機電路等整個系統(tǒng)供電。圖14系統(tǒng)電源電路如圖14所示，電路圖的原理如下，220V交流電經(jīng)過線性變壓器T1變壓后轉(zhuǎn)換成一個峰值比較小的交流信號，通過整流橋后，交流小信號變換成一個脈動的直流信號，經(jīng)過后級的電容C14和C11的濾波，信號變換成一個脈動很小的直流信號，通過5V的穩(wěn)壓器構(gòu)成的穩(wěn)壓電路后，輸出5V的直流電壓，后級接兩個電容用于穩(wěn)壓以及減少輸出電壓的的脈動。建立起這個一個系統(tǒng)供電電源后，便可以向存儲單元，單片機以及液晶，還有ADC和運放供電，使他們正常的工作。在本設(shè)計中，設(shè)計的目標(biāo)是對于220V交流電的無功補償設(shè)計，由于系統(tǒng)要計算電容的補償量，需要對系統(tǒng)的各種阻抗分析，所以這個輔助電源最好不能接到電網(wǎng)中，接到電網(wǎng)中將給電網(wǎng)帶來很大的不確定因素，導(dǎo)致不能定量的分析，但是當(dāng)系統(tǒng)補償設(shè)計完成后，可以將這個輔助電源上掛到系統(tǒng)中。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹本設(shè)計中選用德國KEIL公司推出的uVision4集成開發(fā)環(huán)境作為主機程序設(shè)計的編譯器。在這個軟件中，我們可以用C語言編寫程序，生成HEX文件用在其他的仿真軟件中進(jìn)行仿真。4.1.1C語言介紹C語言在發(fā)展初就是為了方便人們使用的，所以，在開始就讓它結(jié)構(gòu)化。其次，它豐富的運算和數(shù)據(jù)類型，便于實現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)解耦。不僅可用于系統(tǒng)軟件的開發(fā)，同時也適用于應(yīng)用軟件的開發(fā)。另外，C語言還有效率高的，可移植性強等特點。例如，原來使用的匯編語言編寫的程序，由于別人編寫的程序不易被讀懂，在一段時間后再去做升級和維護就會感覺非常的不方便。但在使用和維護C語言編寫的程序時，就不會遇到這樣的困擾，這時候C語言的優(yōu)勢就大大的體現(xiàn)出來了。4.2軟件總體設(shè)計本設(shè)計的軟件設(shè)計主要分為主程序設(shè)計和中斷程序設(shè)計兩大部分。其中主程序主要完成電容的投切，數(shù)據(jù)的存儲以及顯示，中斷程序為兩個外部中斷，分別用于ADC0832測量系統(tǒng)的電壓以及電流，最主要的是測量電壓信號和電流信號的相位差。本節(jié)將分別對系統(tǒng)主程序設(shè)計和中斷程序設(shè)計作詳細(xì)的設(shè)計說明。同時對于電容投切理論以及程序設(shè)計進(jìn)行介紹。4.2.1系統(tǒng)主程序設(shè)計本設(shè)計中主程序流程圖如圖13所示。系統(tǒng)開機后首先進(jìn)行初始化,包括定時器,中斷,ADC，存儲器以及液晶顯示器的初始化。通過初始化，將系統(tǒng)的一切外設(shè)配置好。將定時器的定時值配置好，初始化完成后，開啟中斷。此時ADC開始實時電壓電流的數(shù)據(jù)，并將電壓電流數(shù)據(jù)顯示到液晶顯示器上。同時實時檢測系統(tǒng)的功率因數(shù)，并且將系統(tǒng)的功率因數(shù)校正到0.95以上。具體如圖15所示。圖15系統(tǒng)主程序流程圖用戶設(shè)置完成后，開啟中斷，實時測量系統(tǒng)的功率因數(shù)角以及電壓電流的信號，當(dāng)功率因數(shù)不滿足要求的時候，開啟系統(tǒng)電容投切程序，將系統(tǒng)的功率因數(shù)補償?shù)?.95以上，當(dāng)滿足要求后，將補償前的功率因數(shù)角存入到存儲器中，并且實時顯示當(dāng)前的電壓值電流值以及功率因數(shù)角。4.3.2系統(tǒng)中斷程序設(shè)計本系統(tǒng)中的中斷程序是一個非常重要的程序，程序功能包括功能因數(shù)測量和電流電壓的采集，這個程序相當(dāng)于整個系統(tǒng)的眼睛的作用。該中斷程序包括兩個外部中斷，以及定時器1工作在定時模式，用于計量功率因數(shù)角度。兩個外部中斷分別工作在下降沿模式，用兩個外部中斷程序來控制定時器1的啟停，這樣根據(jù)圖3所示原理，就可以很方便的測量出系統(tǒng)的功率因數(shù)角度。中斷程序流程圖如圖16所示。圖16外部中斷流程圖為了方便運算，本設(shè)計中定時器工作于方式1，采用16位定時的方式。計數(shù)最大值為65535。定時器初值計算方法為：由于選用的16位定時法。當(dāng)通過外部中斷控制定時器開啟時，定時器開始定時計數(shù)，一直等到另外一個中斷來停止計數(shù)器，在這個時間段內(nèi)，定時向上累加的值便是兩個下降沿的時間差，由于系統(tǒng)的時鐘是沒1us計數(shù)一次，便可以方便的計算出系統(tǒng)的兩個信號對應(yīng)的相位差。每次使用定時器后需要使定時器清零，如下：TH1=0TL1=0使用外部中斷可以方便控制定時器1的使能TR1的值，從而方便的控制定時器是否開始計數(shù)，是否清零，使用這種辦法測量兩個方波信號的相位差，具有很明顯的優(yōu)勢，并且系統(tǒng)占用的自然較少，且精度較高。在實際的測量電力系統(tǒng)的功率因數(shù)的時候，這也是一種最為簡單最為方便的方法，特別是對于在系統(tǒng)中對于控制器成本要求比較高的環(huán)境中，這也可以很大程度上節(jié)約成本。4.3.3電容投切程序設(shè)計電容控制透氣程序是本次程序設(shè)計中的核心程序，其中包括電容的智能增減，電容投切多少的問題。在計算投切的過程中需要理論依據(jù)，為補償前的功率因數(shù)，是補償后的功率因素，P是系統(tǒng)的功率，則計算需要補償?shù)碾娙菘梢杂檬?和式2計算得到公式3.（1）（2）（3）通過用公式3就可以通過測量出需要補償?shù)碾娙葜?，在實際的計算中將電容的值分別設(shè)計為25uF,50uF,100uF,200uF,400uF,800uF,1600F,3200uF八組電容值，計算出電容C后，用得到的電容C除以25uF就可得到一個數(shù)值N,將這個N直接賦給控制端P2便可以得到相應(yīng)的電容值。在程序設(shè)計中，通過兩個定時器中斷測得的這兩個等效方波的時間差可以通過讀取定時器的TH1和TL0來實現(xiàn)，計算公式如下：(4)當(dāng)計算出兩個方波的時間差以后，因為單片機的定時周期是1，而工頻電壓電流信號的周期為,所以可以通過以下算式算出相位差：(5)例如：當(dāng)電感取用5mH的時候，此時可以通過仿真然間求得補償前的功率因數(shù)為0.65，補償完成后的功率因數(shù)為：0.95而此系統(tǒng)的電流為100A，電壓為220V，則系統(tǒng)需要補償?shù)碾娙轂椋憾诜抡嬷校覀冞x擇1200uF進(jìn)行投切，防止一些誤差。所以，在仿真中我們需要補償?shù)碾娙萑缦卤肀?需求補償電容值5系統(tǒng)建模與仿真結(jié)果分析通過第3章和第4章設(shè)計，本文完成了系統(tǒng)硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計。在本章節(jié)，本文將通過PROTEUS建模仿真。完成本設(shè)計的系統(tǒng)調(diào)試，已驗證本設(shè)計軟硬件設(shè)計是否滿足設(shè)計要求。5.1系統(tǒng)仿真環(huán)境介紹仿真軟件又稱作為EDA工具，而其中一個很有名的軟件就是proteus，在這個軟件里面我們可以從最開始的布置原理圖，到調(diào)試下所需要的程序和讓一些外面的硬件與單片機組合起來進(jìn)行仿真，最后到設(shè)計一個PCB板，也就是說這個軟件可以真正的讓一個虛擬的概念變?yōu)橐粋€真正的電子器件，完成了由虛變實的的過程，而且proteus也是當(dāng)前仿真軟件領(lǐng)域中唯一的一個3合1的平臺，它將原理電路軟件，PCB板布置軟件，模仿現(xiàn)實仿真這3個非常有用的軟件組合起來了，并且8051,8086，ARM,AVR等等單片機都能被這個軟件的處理器支持。而且，proteus也在不斷的進(jìn)步中，它在2010年的時候，又在軟件里面添加了一些功能，比如數(shù)字信號處理，Cortex等系列的處理器。基于Proteus強大的仿真功能和多編譯環(huán)境的兼容性。本文選用Proteus作為本系統(tǒng)的建模仿真環(huán)境。5.2系統(tǒng)建模系統(tǒng)的模型如圖17所示，一般系統(tǒng)都是感性負(fù)載，系統(tǒng)可以用一個電阻和電感串聯(lián)起來表示，模擬正常系統(tǒng)的運行，系統(tǒng)有220V交流源電阻，電感，電容構(gòu)成。在系統(tǒng)中，在節(jié)點HH處，補償電容C1，實際中C1是電容投切電路，通過改變電容大小可以方便測量出系統(tǒng)的功率因數(shù)，由于系統(tǒng)的要求電壓為220V，電流為100A，所以在系統(tǒng)中，由于要求系統(tǒng)電流為100A，所以當(dāng)補償完成后，系統(tǒng)的相當(dāng)于阻性負(fù)載,則可以取電阻為2.1，而功率因數(shù)通過計算，當(dāng)系統(tǒng)的電感為5mH時，系統(tǒng)的功率因數(shù)為0.65，當(dāng)系統(tǒng)的電感為15mH時，系統(tǒng)的功率因數(shù)為0.92,滿足系統(tǒng)的從功率因素0.65補償?shù)?.95的要求。這樣系統(tǒng)是跟實際情況相類似的，不過在仿真中沒有現(xiàn)實中的霍爾傳感器，所以系統(tǒng)中用一個變壓器來側(cè)系統(tǒng)的電壓來換算得到系統(tǒng)的電壓電流的相位，所以串聯(lián)到系統(tǒng)中的變壓器的后級會對系統(tǒng)有一定的影響，但是由于本系統(tǒng)采用的是循環(huán)掃描8組電容的方法，挑選一組最恰當(dāng)?shù)碾娙萃肚械较到y(tǒng)中，不會影響系統(tǒng)的功率因數(shù)校正。詳細(xì)的仿真圖見圖17中所示，電壓電流均用變壓器來采取，然后通過換算得到系統(tǒng)的功率因數(shù)腳。圖17傳系統(tǒng)建模電路圖圖18傳感器建模仿真圖根據(jù)無功補償?shù)墓ぷ髟?，本設(shè)計在Proteus建模仿真中，通過并聯(lián)電容可以輕松的改變系統(tǒng)的功率因數(shù)，也可以通過電壓表和電流表清楚的知道系統(tǒng)各個節(jié)點的電壓電流值?；?1單片機的無功補償設(shè)計的Proteus建模圖如圖18所示。根據(jù)硬件原理圖，我們可以在Proteus軟件中調(diào)出同樣型號的器件組成仿真系統(tǒng)。Proteus仿真建模原理圖詳見附錄。建立好原理圖后，將預(yù)先編譯通過的程序代碼中的HEX文件下載如單片機中即完成整個系統(tǒng)的建模。5.3系統(tǒng)仿真結(jié)果分析通過上一節(jié)的分析可以知道，通過液晶可以輕松的知道，當(dāng)前的運行狀況，通過不斷的改變系統(tǒng)中的電感值，可以很方便的看到系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀態(tài)，以及系統(tǒng)的工作情況。下面分別介紹系統(tǒng)的歡迎界面，在閃爍兩次后，進(jìn)入到系統(tǒng)測量顯示程序中，通過改變電感值，分別設(shè)計在歡迎界面，5mH,7mH,9mH,11mH,13mH,15mH的仿真界面。如下圖19，圖20，圖21，圖22，圖23，圖24，圖25。圖19歡迎界面圖20電感5mH的時候補償顯示圖21電感7mH的時候補償顯示圖22電感9mH的時候補償顯示圖23電感11mH的時候顯示補償圖24電感13mH的時候補償顯示圖25電感15mH的時候補償顯示通過上面6個圖，我們可以分析得到，當(dāng)系統(tǒng)運行功率因數(shù)適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)的時候，系統(tǒng)可以通過循環(huán)的投切電容控制系統(tǒng)的功率因數(shù)時鐘保持在0.95以上，并且可以測的系統(tǒng)的母線電壓既系統(tǒng)的供電電壓為216V與給定值220V近似相等，這是由于ADC0832采樣電路引起的誤差，不可避免，只能減少不能消除。ganemploymenttribunalclaiEmploymenttribunalssortoutdisagreementsbetweenemployersandemployees.Youmayneedtomakeaclaimtoanemploymenttribunalif:youdon'tagreewiththedisciplinaryactionyouremployerhastakenagainstyouyouremployerdismissesyouandyouthinkthatyouhavebeendismissedunfairly.Formoreinformationaboutdismissalandunfairdismissal,see

Dismissal.Youcanmakeaclaimtoanemploymenttribunal,evenifyouhaven't

appealed

againstthedisciplinaryactionyouremployerhastakenagainstyou.However,ifyouwinyourcase,thetribunalmayreduceanycompensationawardedtoyouasaresultofyourfailuretoappeal.Rememberthatinmostcasesyoumustmakeanapplicationtoanemploymenttribunalwithinthreemonthsofthedatewhentheeventyouarecomplainingabouthappened.Ifyourapplicationisreceivedafterthistimelimit,thetribunalwillnotusuallyaccepti.Ifyouareworriedabouthowthetimelimitsapplytoyou,takeadvicefromoneoftheorganisationslistedunder

Furtherhelp.Employmenttribunalsarelessformalthansomeothercourts,butitisstillalegalprocessandyouwillneedtogiveevidenceunderanoathoraffirmation.Mostpeoplefindmakingaclaimtoanemploymenttribunalchallenging.Ifyouarethinkingaboutmakingaclaimtoanemploymenttribunal,youshouldgethelpstraightawayfromoneoftheorganisationslistedunder

Furtherhelp.Ifyouarebeingrepresentedbyasolicitoratthetribunal,theymayaskyoutosignanagreementwhereyoupaytheirfeeoutofyourcompensationifyouwinthecase.Thisisknownasa

damages-basedagreement.InEnglandandWales,yoursolicitorcan'tchargeyoumorethan35%ofyourcompensation

ifyouwinthecase.Ifyouarethinkingaboutsigningupfor

adamages-basedagreement,youshouldmakesureyou'reclearaboutthetermsoftheagreement.Itmightbebesttogetadvicefromanexperiencedadviser,forexample,ataCitizensAdviceBureau.

TofindyournearestCAB,includingthosethatgiveadvicebye-mail,clickon

nearestCAB.Formoreinformationaboutmakingaclaimtoanemploymenttribunal,see

Employmenttribunals.The(lackof)airupthereWatchmCaymanIslands-basedWebb,theheadofFifa'santi-racismtaskforce,isinLondonfortheFootballAssociation's150thanniversarycelebrationsandwillattendCity'sPremierLeaguematchatChelseaonSunday."IamgoingtobeatthematchtomorrowandIhaveaskedtomeetYayaToure,"hetoldBBCSport."Formeit'sabouthowhefeltandIwouldliketospeaktohimfirsttofindoutwhathisexperiencewas."Uefahas

openeddisciplinaryproceedingsagainstCSKA

forthe"racistbehaviouroftheirfans"during

City's2-1win.MichelPlatini,presidentofEuropeanfootball'sgoverningbody,hasalsoorderedanimmediateinvestigationintothereferee'sactions.CSKAsaidtheywere"surprisedanddisappointed"byToure'scomplaint.InastatementtheRussiansideadded:"WefoundnoracistinsultsfromfansofCSKA."Agehasreachedtheendofthebeginningofaword.Maybeguiltyinhisseemstopassingalotofdifferentlifebecametheappearanceofthesameday;Maybebackinthepast,tooneselftheparanoidweirdbeliefdisillusionment,thesedays,mymindhasbeenverymessy,inmymindconstantly.Alwaysfeeloneselfshouldgotodosomething,orwritesomething.Twentyyearsoflifetrajectorydeeplyshallow,suddenlyfeelsomething,doit.一字開頭的年齡已經(jīng)到了尾聲?；蛟S是愧疚于自己似乎把轉(zhuǎn)瞬即逝的很多個不同的日子過成了同一天的樣子；或許是追溯過去，對自己那些近乎偏執(zhí)的怪異信念的醒悟，這些天以來，思緒一直很凌亂，在腦海中不斷糾纏。總覺得自己自己似乎應(yīng)該去做點什么，或者寫點什么。二十年的人生軌跡深深淺淺，突然就感覺到有些事情，非做不可了。Theendofourlife,andcanmeetmanythingsreallydo?而窮盡我們的一生，又能遇到多少事情是真正地非做不可？Duringmychildhood,thinkluckymoneyandnewclothesarenecessaryforNewYear,butastheadvanceoftheage,willbemoreandmorefoundthatthosethingsareoptional;Juniorhighschool,thoughttohaveacrushonjustmeansthattherealgrowth,butoverthepastthreeyearslater,hiswritingofalumniinpeace,suddenlyfoundthatisn'treallygrowup,itseemsisnotsoimportant;Theninhighschool,thinkdon'twanttogiveventtooutyourinnervoicecanbeinthehighschoolchildrenofthefeelingsinaperiod,butwaseventuallyinfarctionwhengraduationpartyinthethroat,lateragainstoodonthepitchhehassweatprofusely,lookedathisthrownabasketballhoops,suddenlyfoundhimselfhasalreadycan'trememberhisappearance.童年時，覺得壓歲錢和新衣服是過年必備，但是隨著年齡的推進(jìn)，會越來越發(fā)現(xiàn)，那些東西根本就可有可無；初中時，以為要有一場暗戀才意味著真正的成長，但三年過去后，自己心平氣和的寫同學(xué)錄的時候，突然就發(fā)現(xiàn)是不是真正的成長了，好像并沒有那么重要了；然后到了高中，覺得非要吐露出自己的心聲才能為高中生涯里的懵懂情愫劃上一個句點，但畢業(yè)晚會的時候最終還是被梗塞在了咽喉，后來再次站在他曾經(jīng)揮汗如雨的球場，看著他投過籃球的球框時，突然間發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)想不起他的容顏。Originally,thisworld,canproduceachemicalreactiontoanevent,inadditiontoresolutely,havetodo,andtime.原來，這個世界上，對某個事件能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的，除了非做不可的堅決，還有，時間。Aperson'stime,yourideasarealwaysspecialtoclear.Want,want,lineisclear,asifnothingcouldshakehis.Alsoonceseemedtobedeterminedtodosomething,butmoreoftenishebackedoutatlast.Dislikehiscowardice,finallyfoundthattherearealotoflove,therearealotofmiss,likeshadowreal