PIC單片機(jī)在智能雙電源裝置中的應(yīng)用

1. 智能雙電源裝置的簡(jiǎn)介

    隨著對(duì)供電可靠性的要求也越來(lái)越高，很多場(chǎng)合用兩路電源來(lái)保證供電的可靠性。當(dāng)常用電源異常，智能雙電源裝置能自動(dòng)切換到備用電源，智能雙電源裝置就是這種在兩路電源之間進(jìn)行可靠切換、以保證供電的裝置。在醫(yī)院、賓館和礦山等有廣泛的應(yīng)用。

    智能雙電源裝置由開(kāi)關(guān)本體和控制器兩部分組成。開(kāi)關(guān)本體由電機(jī)通過(guò)機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)控制常用電源的斷路器和備用電源的斷路器的分合，進(jìn)而控制電源的切換?？刂破魍ㄟ^(guò)對(duì)電壓的采樣來(lái)判斷電源是否異常，如果出現(xiàn)異常應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的切換。

2. PIC16F877A的簡(jiǎn)介

    美國(guó)Microchip公司的PIC 8位單片機(jī)其生產(chǎn)史11年，但現(xiàn)在其產(chǎn)量已躍居世界第二位(僅次于Motorola公司)?，F(xiàn)在PIC單片機(jī)的品種已超過(guò)120種。PIC單片機(jī)是RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，具有高速處理數(shù)據(jù)的特性(執(zhí)行速度可達(dá)120ns)。PIC16F877A內(nèi)部自帶看門狗、256Bytes的EEPROM、8路AD功能、ISP功能和寬電壓工作，工作可靠，能很好的適應(yīng)智能雙電源裝置應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

3. 在8位單片機(jī)中 在PIC與51系列單片機(jī)的比較

　　PIC的堆棧結(jié)構(gòu)是硬件固定的，PIC16F877A有8級(jí)深度的硬件堆棧，51系列單片機(jī)的堆棧結(jié)構(gòu)是在RAM區(qū)，由程序指定SP的開(kāi)始位置。

　　PIC的RAM區(qū)每個(gè)Byte的位都可以尋址，有4條專用的位操作指令和2條移位指令。51系列單片機(jī)的只有0x20到0x2F的Bytes的位是可以尋址，有17條專用的位操作指令和4條移位指令。

　　PIC的ROM和RAM是采用“頁(yè)”結(jié)構(gòu)的，每頁(yè)為512個(gè)Bytes，通過(guò)STATUS的位來(lái)選擇不同的頁(yè)，在程序調(diào)用和變量尋址的時(shí)候，要先確定目標(biāo)的頁(yè)，使有起來(lái)不是很方便。51系列單片機(jī)的ROM是可以在64K范圍內(nèi)尋址的，可程序直接尋址調(diào)用；RAM在0到0x7F可以直接尋址或間接尋址，0x80以上地址的RAM(包括擴(kuò)展的RAM)只有間接尋址。

4. 智能雙電源裝置的動(dòng)作處理

　　雙電源控制器的有三種控制方式，自投自復(fù)方式、自投不自復(fù)方式和發(fā)電機(jī)方式。

　　自投自復(fù)式方式：如果常用電源被檢測(cè)到出現(xiàn)偏差時(shí)，則自動(dòng)將負(fù)載從常用電源轉(zhuǎn)換至備用電源；如果常用電源恢復(fù)正常時(shí)，則自動(dòng)將負(fù)載返回?fù)Q接到常用電源。

　　自投不自復(fù)式方式：如果常用電源被檢測(cè)到出現(xiàn)偏差時(shí)，則自動(dòng)將負(fù)載從常用電源轉(zhuǎn)換至備用電源；如果常用電源恢復(fù)正常時(shí)，不能自動(dòng)將負(fù)載返回?fù)Q接到正常電源供電。除非備用電源出現(xiàn)異常才進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

　　發(fā)電機(jī)方式：如果常用電源被檢測(cè)到出現(xiàn)偏差時(shí)，發(fā)出發(fā)電指令請(qǐng)求發(fā)電。當(dāng)發(fā)電電壓達(dá)到額定電壓時(shí)，先從電網(wǎng)斷開(kāi)負(fù)載電路，自動(dòng)轉(zhuǎn)換到發(fā)電電源供電；當(dāng)常用電源恢復(fù)正常后，則又自動(dòng)返回?fù)Q接到正常電源供電，并發(fā)出停電指令，請(qǐng)求停止發(fā)電。

以下是三種方式在不同合閘狀態(tài)下的程序任務(wù)處理簡(jiǎn)述：

自投自復(fù)方式在常用電源合閘狀態(tài)，
常用電源出現(xiàn)異常，進(jìn)行計(jì)時(shí)
異常計(jì)時(shí)中
異常計(jì)時(shí)完成，啟動(dòng)電機(jī)
常用電源正常，停止并恢復(fù)計(jì)時(shí)器
備用電源異常，停止并恢復(fù)計(jì)時(shí)器
自投自復(fù)方式在備用電源合閘狀態(tài)，
常用電源出現(xiàn)正常
正常計(jì)時(shí)
正常計(jì)時(shí)完成，啟動(dòng)電機(jī)
常用電源異常，停止計(jì)時(shí)
自投不自復(fù)方式在常用電源合閘狀態(tài)，
常用電源出現(xiàn)異常，進(jìn)行計(jì)時(shí)
異常計(jì)時(shí)中
異常計(jì)時(shí)完成，啟動(dòng)電機(jī)
常用電源正常，停止并恢復(fù)計(jì)時(shí)器
備用電源異常，停止并恢復(fù)計(jì)時(shí)器
自投不自復(fù)方式在備用電源合閘狀態(tài)，
常用電源正常，備用電源異常，進(jìn)行計(jì)時(shí)
計(jì)時(shí)中
計(jì)時(shí)完成，啟動(dòng)電機(jī)
備用電源正常，停止并恢復(fù)計(jì)時(shí)器
發(fā)電機(jī)方式在常用電源合閘狀態(tài)，
常用電源出現(xiàn)異常，進(jìn)行計(jì)時(shí)
異常計(jì)時(shí)中
異常計(jì)時(shí)完成，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)
發(fā)電機(jī)啟動(dòng)等待時(shí)間，計(jì)時(shí)中
發(fā)電機(jī)等待時(shí)間完成，啟動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行切換動(dòng)作
常用電源正常，停止任何計(jì)時(shí)，并恢復(fù)計(jì)時(shí)器
發(fā)電機(jī)方式在備用電源合閘狀態(tài)，
常用電源正常，計(jì)時(shí)開(kāi)始
計(jì)時(shí)中，
正常計(jì)時(shí)完成，啟動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行切換動(dòng)作
常用電源異常，停止計(jì)時(shí)，并恢復(fù)計(jì)時(shí)器
如何把這些相近的操作歸納成相同的函數(shù)進(jìn)行處理，才可以節(jié)約程序代碼。我把這些操作歸納成如下程序： {{分頁(yè)}}
……
typedef union
{
    unsigned char cc;
    struct 
    {
        unsigned char bit0:1;
        unsigned char bit1:1;
        unsigned char bit2:1;
        unsigned char bit3:1;
        unsigned char bit4:1;
        unsigned char bit5:1;
        unsigned char bit6:1;
        unsigned char bit7:1;
    }Bits;
} Char_Bit;
Char_Bit VolErrFlag[2];            // 可以用位或字節(jié)操作
static void CheckVolErr(unsigned char i)
// I=0, 檢查常用電源的電壓，更新缺相，欠壓和過(guò)壓標(biāo)志位
// I=1, 檢查備用電源的電壓，更新缺相，欠壓和過(guò)壓標(biāo)志位
{
    ……
}
static void StartTurn(unsigned char bi)
// bi=0，轉(zhuǎn)到常用電源
// bi=1，轉(zhuǎn)到備用電源
{
    ……
}
static void CheckVol1(unsigned char i)
// I=0，判斷常用電源的合閘狀態(tài)
// I=1，判斷備用電源的合閘狀態(tài)
{        // 電壓判斷，處理函數(shù)1
    unsigned char j,k;
    if (i==0)
        {
        j=0;
        k=1;
        }
    else
        {
        j=1;
        k=0;
        }
    if (VolErrFlag[j].cc==0)
        {
        bVolErrCnting=0;            // 恢復(fù)異常計(jì)時(shí)器標(biāo)記
        }
    else
        {
        if (bVolErrCnting==0)
            {
            di();
            CLRWDT();
            VolErrCnt=(unsigned int) LimParams.cc[j]*TiScale;        
            // 預(yù)設(shè)異常計(jì)時(shí)器的初值
            ei();
            bVolErrCnting=1;
            return;
            }
        }
    if (VolErrFlag[k].cc !=0)
        bVolErrCnting=0;
    if (bVolErrCnting && VolErrCnt==0)
        {        // 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換動(dòng)作
        bVolErrCnting=0;
        bBkOpen1=k;
        CLRWDT();
        StartTurn(k);
        }
}
static void CheckVol2()
{        // 電壓判斷，處理函數(shù)2
    if (VolErrFlag[0].cc !=0)
        {
        bVolErrCnting=0;   // 恢復(fù)異常計(jì)時(shí)器標(biāo)記
        }
    else
        {
        if (bVolErrCnting==0)
            {
            di();
            CLRWDT();
            VolErrCnt=(unsigned int) LimParams.Para.Trn*TiScale;    
           // 預(yù)設(shè)異常計(jì)時(shí)器的初值
            ei();
            bVolErrCnting=1;
            return;
            }
        }
    if (bVolErrCnting && VolErrCnt==0)
        {    // 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換動(dòng)作
        bVolErrCnting=0;
        CLRWDT();
        bBkOpen1=0;
        StartTurn(0);
        }
}
static void CheckVol3()
{        // 電壓判斷，處理函數(shù)3
    if (VolErrFlag[0].cc==0)
        {
        bVolErrCnting=0;  // 恢復(fù)異常計(jì)時(shí)器標(biāo)記
        bDJstarting=0;
        }
    else
        {
        if (bVolErrCnting==0)
            {
            di();
            CLRWDT();
            VolErrCnt=(unsigned int) LimParams.Para.Tnr*TiScale;    
            // 預(yù)設(shè)異常計(jì)時(shí)器的初值
            ei();
            bVolErrCnting=1;
            return;
            }
        }
    if (bVolErrCnting && bDJstarting==0 && VolErrCnt==0)
        {
        di();
        CLRWDT();
        DJstartCnt=(unsigned int)LimParams.Para.T1*TiScale;
        // 預(yù)設(shè)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)的等待計(jì)時(shí)器的初值
        ei();
        CLRWDT();
        bDJstarting=1;
        return;
        }
    if (bDJstarting &&  DJstartCnt==0)
        {   // 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換動(dòng)作
        CLRWDT();
        bVolErrCnting=0;
        bBkOpen1=1;
        StartTurn(1);
        }
}
……
void main()
{
……
                if (bBkOpen1)
                    {    // 在備用電源合閘狀態(tài)
                    if (LimParams.Para.JobType==1)
                        {    // 自投不自復(fù)方式
                        CheckVol1(1);
                        }
                    else
                        {  //自投不自復(fù)或發(fā)電機(jī)方式
                        CheckVol2();
                        }
                    }
                else
                    {    // 在常用電源合閘狀態(tài)
                    if (LimParams.Para.JobType==2)
                        {  // 發(fā)電機(jī)工作方式
                        CheckVol3();
                        }
                    else
                        {     // 自投自復(fù)或自投不自復(fù)方式
                        CheckVol1(0);
                        }
                    }
……
} {{分頁(yè)}}

5. 智能雙電源裝置的電壓采樣的校準(zhǔn)

　　在實(shí)際生產(chǎn)中，由于采樣電阻的誤差，所以在相同的校準(zhǔn)電壓輸入，單片機(jī)采樣到的AD值是不一樣的。如何設(shè)定AD值和校準(zhǔn)電壓的校準(zhǔn)比例，是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，校準(zhǔn)比例不能在程序編譯中固定下來(lái)，因?yàn)檫@樣會(huì)有較大的誤差，即使改用精密電阻來(lái)采樣，誤差也不能減低很多。我在應(yīng)用中采用的方法是：提高采樣電路的線性度，使其在不同電壓下的校準(zhǔn)比例有很好的一致性（在解決了溫升的問(wèn)題后,這點(diǎn)是可以做到的）；在采樣電路輸入校準(zhǔn)電壓，輸入設(shè)置密碼后，單片機(jī)自動(dòng)計(jì)算校準(zhǔn)比例，并把校準(zhǔn)比例進(jìn)行保存。
……
void main()
{
……
    ReadScal();
……
    while(1)
    {
……

……
    }
}
……
static void KeyProc()
{……
    if ( SetKey==0)
        {
        ……
        if ( bSecPass==1)
            {
            // 設(shè)電壓
            if (ReadScalFlag() !=0) 
                return;
    // 如果已設(shè)定了比例，就不能再更改
            CLRWDT();
            ShowString(0, 0);
            ShowString(1, 1);            // "pass"
            ShowString(0, 2);    
        // 在LCD屏上顯示PASS
            CLRWDT();
            for (i=0; i!=6; i++)
                ScalUarray[i]=IntUarray[i];    // 讀入比例參數(shù)，
            CLRWDT();
            SaveScal();        // 保存比例參數(shù)
            SaveScalFlag();  // 并改寫(xiě)標(biāo)志
            Delay5s();
            return;
            }
        ……
        }
}