基于單片機控制的通用電力系統(tǒng)設計

鄭州泰格電氣設備有限公司 河南鄭州 450000

摘要：本文通過對基于單片機控制的電力系統(tǒng)設計的理解與認知，從單片機的概念入手，對其各大特征與作用做了一些簡要的介紹與說明，通過現(xiàn)代化計算機信息技術將其引入通用電力系統(tǒng)，筆者根據(jù)自身的實踐經驗與所擁有的知識結構以電力中的照明系統(tǒng)作為例子，主要對其在控制電路方面，怎樣應用能夠進行電力系統(tǒng)的準確性定時控制做了探討與分析，希望初步的研究與分析可以提供一些相關的信息，以供參考。

關鍵詞：單片機；通用電力；控制系統(tǒng)；設計

科學技術的發(fā)展速度突飛猛進，簡直令人措手不及，筆者就結合當下電子技術的應用技術，著重將單片機控制系統(tǒng)應用于通用電力方面做了一些初步的方案探討，其主要的著眼點還是在于其在其他行業(yè)的實踐應用所獲得的成果，比起其他的系統(tǒng)而言更為經濟，而且其體積并不大，在功能與作用方面盡顯其優(yōu)勢，因而對其進行進一步的分析研究，有助于推動通用電用系統(tǒng)的改造升級，而且可以使其在整個的操作與使用過程中更為簡便，從而節(jié)省人力，提高整個運營效率。

一、概述系統(tǒng)設計方案

筆者在本文所采用的控制系統(tǒng)設計方案中選擇的是微控制器MC9S12DG128MCU，在IDE方面，也就是通常所說的軟件集成開發(fā)環(huán)境方面，選擇的是CodeWarrior，在調試方法方面應用BDM在線技術，而且還選用到了三大模塊，分別是CRG，PWM，ECT（S12單片機），選擇這些富于實踐經驗型的微控制器，方法調試，以及優(yōu)化的三大模塊，有助于更好的使電力系統(tǒng)的智能化定時控制得到實現(xiàn)，從而能夠更好的將理論與實踐銜接成功，達到目標。

二、從硬件系統(tǒng)方面進行構建

為了更好的表述設計方案，筆者首先對其進行系統(tǒng)的整體說明。整個系統(tǒng)以選擇的微型控制器MC9S12DG128MCU作為控制中心，將三大模塊中的CRG模塊分別與PWM模塊與ECT模塊相聯(lián)，其中將PWM模塊的PPO端與ECT模塊的PBO端，分別接入隔離電路（包括電容與電阻，光電耦合器與可控硅，以及LED燈）中的光電耦合器，路經可控硅再與220V的電路相聯(lián)接，從而構成一個硬件系統(tǒng)。以下具體說明。

1、微控制器MC9S12DG128單片機

單片機MC9S12DG128特點主要是其內資源較為豐富，在集成度方面明顯較高，而且其接口模塊比較多。其之所以具有如此優(yōu)勢，主要是Freescale公司在S12系列中，對其微控制器進行了一系列的升級優(yōu)化，并且是對具有優(yōu)勢的一款的增強型，是十六位的微控制器。其早已被各大行業(yè)所應用，如在工業(yè)控制系統(tǒng)的設計中應用，汽車電子行業(yè)的集成控制系統(tǒng)的應用，以及在其他屬于中高檔的機電產品方面也被廣泛應用。可以說其在采用增強型16位S12CPU后，其總線時鐘頻率已經可以不低于25MHz；其內在的資源更多；其中的各大模塊也可進行邏輯時鐘頻率的更寬范圍選擇，如同原理所說，其不但支持在線調試，而且能夠提供出兩個八路十位精度的A/D轉換器等。

2、光電耦合器

所謂電力系統(tǒng)的定時控制系統(tǒng)就是要利用單片機的各種功能與作用來實現(xiàn)其切斷與聯(lián)結的作用，用專業(yè)術語來說，就是要在一定的時間內進行開關的閉合，由于其次數(shù)較多，所以說重點就在于對開關量的控制。但是在實際上的單片機的應有中，其驅動能力明顯不足，

所以在其整個的原理設計中就要加接驅動接口電路，防止單片機受到其干擾，因而在其原理的設計過程中就要加入隔離電路區(qū)。從而保證單片機控制性能。由于可控硅所采用的交流強電回路，電壓高，電流大，與單片機直接進行連接，會對其產生觸電危險，所以在其中加入光電耦合器，這是由于隔離電路中加光電耦合器可以將單片機控制信號與可控硅所觸發(fā)的電路實行隔離。

光電耦合器也叫光電隔離器，一般簡稱為光耦，英文全稱為optical coupler，通常縮寫為OC。顧名思義可知其主要是采用光作為媒介，將所有信號進行傳輸。而且由于其自身性能因素的決定因子，其對于輸入的電信號和輸出的電信號都表現(xiàn)出了較為顯著的隔離作用。使得單片機在整個的電力硬件系統(tǒng)中可以處于良好的狀態(tài)，不易因與可控硅的直接聯(lián)結而發(fā)生故障。由于在各種電路中的廣泛應用，其實踐已經證明了自身在隔離時所起的有效性作用。其構成要素主要有光的發(fā)射與接收，電信號的放大。

3、可控硅

通常所說的晶閘管就是可控硅的別名。其有單向的，雙向的，還有光控的，逆導的，可關斷的，快速的等等。實際上來講，其主要的意思就是指一種開關，比如拿雙向晶閘管來說，就是在普通晶閘管的基礎之上發(fā)展成形，其不但可以取代兩個反極性并聯(lián)的晶閘管，只要求一個觸發(fā)電路，因而從其整個的作用方面來說較為理想。

4、系統(tǒng)與外部的聯(lián)結

基于單片機控制的通用電力系統(tǒng)的設計中，控制系統(tǒng)與外部的電路連接方面也是其重要的關鍵點。其中的指示燈在亮時，表示其光電耦合器正在進行正常的工作。如果其未亮，就表明其出現(xiàn)了問題。本文所選用的系統(tǒng)設計中所采用的電容耐壓值為六百三十伏特，而可控硅的型號為BTA16，通常為了防止其經過的電流過大，要在其上再進行一個電容的并聯(lián)，從而防止可控硅的損壞。在其試驗階段，可以將高壓用電線路用燈泡代替。在電阻的選擇方面與保險絲的選擇方面，必須依照所做系統(tǒng)在試驗階段所采用的各種材料來決定。

三、從系統(tǒng)軟件方面進行構建

如同上面所說，筆者在整個的電力系統(tǒng)的定時控制系統(tǒng)設計方面選用了CodeWarrior軟件，并且以C語言與匯編語言二者混合的方式來時進行編程。本文選用的是3.1forHCS12版本，而單片機嵌入式應用開發(fā)的軟件包主要是針對于HC12或S12為核心的中央處理器。采用S12系列的背景調試模式，也就是在BDM模塊中進行一些功能的實現(xiàn)，比如應用程序的下載，在線更新，動態(tài)調試等，還有就是對于單片機內部資源的調配以及及時的問題或漏洞修復，選用市場中的一般性背景調試器即可。

1、從程序源代碼來構建

總體來說就是通過PC機，將程序從磁盤上錄入并建立環(huán)境，在有操作系統(tǒng)的情況下如上進行，而如果是嵌入式系統(tǒng)，那么肯定會出現(xiàn)由于缺少操作系統(tǒng)而不能直接進行操作，因此，要通過程序員來完成其程序啟動。從程序運行方面來看，其并非直接去調用main（）函數(shù)，還要通過啟動代碼來調用，只有在完成啟動后，其才能夠執(zhí)行用戶程序。選用S12，就是由于其啟動代碼較為簡便易于操作的優(yōu)點。其主要的操作只需要初始化堆棧，硬件，然后直接跳入main（）函數(shù)即可。程序代碼的設計比較復雜，但當其一旦寫入就能夠使執(zhí)行更為簡便。

2、ETC程序代碼