智能变电站控制系统的硬件设计(3)

控制功能则是在以上各项功能的基础上实现的“四遥”控制功能，即“遥测、遥信、遥控、遥调”。其中“遥测”是指利用电子技术远方测量集中显示诸如电压、电流、功率、压力、温度等模拟量的系统技术，“遥信”是指远方监视电气开关和设备、机械设备的工作状态和运转情况状态等，“遥控”是指远方控制或保护电气设备及电气机械设备的分、合、起、停等工作状态，“遥调”是指远方设定及调整所控设备的工作参数、标准参数等。

设备的保护功能即完成对被保护设备的继电保护；当被保护设备发生故障(如发生短路等)和出现不正常现象时(如过负荷、过电压、低电压等)，迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。

在实现电力自动化的计算机网络化的条件下，智能保护测控设备实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力监控系统的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护网点的信息和数据传送到控制中心或任一终端。

3.2 电源电路设计

变电站是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，三相电压电流通过电压互感器，电流互感器转换后，接入三相专用电能计量芯片ATT7022实时采集变压器的参数，通过SPI接口将采集的各种参数送入单片机AT89C51。同时,单片机通过串口建立通信，将数据上传到中心站，可以根据采集的数据进行开关量的采集。本课题是将35KV的三相交流电源经过两次降压变压器降压后送到电量处理模块进行电量处理。三相电源的降压电

路如图3所示。

图3 电源电路设计

3.3 单片机的选择

AT89C5l单片机是美国ATMEL公司推出的一种高速高性能完全集成混合信号系统级单片机，系统体积小、重量轻、价格便宜，集CPU与各种接口电路于一体，使处理速度得以提高，同时由于集成抗干扰能力也得到增强，能满足采集系统的实时性，和准确性，所以本系统采用AT 89C5l单片机。

AT89C5l内部有4KB的FPEROM，128字节的RAM， 所以，一般都要根据系统所需存储容量的大小来扩展 ROM和RAM。本电路／EA接高电平，没有扩展片外ROM和RAM。

AT89C51单片机的体系结构和硬件描述：

由于本系统数据采集、存贮、处理及通讯都是由AT89C51单片机来完成的，这里，首先来了解AT89C51 的原理。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。CMOS 芯片耗电少，除正常工作外还可工作于2 种节电方式:低功耗的闲置模式和掉电模式，进一步减少了芯片的功耗。AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机，可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。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，很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其嵌入了时钟发生器，I/O 口， PWM，串行口，定时/ 计数器，监视定时器，高速

输入/ 输出器，还有按键等外设。AT89C51单片机基本结构示意图模块如图4所示。

图4 AT89C51单片机基本结构示意图

各引脚管脚说明如下：VCC：供电电压。GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（TTL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，具有第二功能,其各端口的功能为：P3.0 RXD（串行输入口）；P3.1 TXD（串行输出口）； P3.2 /INT0（外部中断0）；P3.3 /INT1（外部中断1）；P3.4 T0（记时器0外部输入）； P3.5 T1（记时器1外部输入）；P3.6 /WR（外部数据存储

器写选通）；P3.7 /RD（外部数据存储器读选通），P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入接口。当振荡器复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在高电平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外部输出的脉冲或用于定时的目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出，可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

3.4 实时时钟电路设计

实时时钟电路在智能变电站控制系统中是必不可少的，这是因为整个电力自动化系统对时钟的精度要求非常高。一方面，测量的数据和测量时间有着密切的关系；另一方面，保护信息必须有详细的时间记录。因此为了提高系统的可靠性，数据有效性和准确性，设备必须带有非常准确的实时时钟电路，实时时钟电路如图5所示。

图5 实时时钟电路

在设计中使用的实时时钟芯片是Dallas Semiconductor推出的一款2 …… 此处隐藏：3049字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……