AT89C51的電源切換控制器的設計與實作
摘要：介紹了基于A189C51的電源切換控制器的設計方案，從硬體結構，軟體編制和抗幹擾措施三方面進行了詳細讨論。試驗和實際運作表明，該電源切換控制器性能優．價格低．可靠性高。
關鍵詞：AT89C51；電源切換控制器；工作模式
0 引言
随着現代工業的發展和社會的進步，人們對供電持續性的要求已越來越高，如要求供電電源采用兩路甚至兩路以上，一路為常用電源(如外線電源)，另外的為備用電源(如内部的發電電源)。是以，需要一種能在電源之間進行自動切換的裝置，以保證某路正在使用的電源在出現故障時能自動切換到另外的正常電源上，保證供電不問斷或間斷時間在允許的範圍内。該電源切換裝置必須具有反應靈敏、工作可靠、功能齊全、聲光訓示等特點。傳統的電源切換裝置采用模拟信号處理方式的控制器，反應不靈敏，可靠性不高，且工作模式固定、單一。也有采用數字信号處理方式的控制器，但這種系統成本高，對工作環境要求苛刻。是以，設計出一種成本低、可靠性高、多工作模式、對工作環境沒有特殊要求的電源自動切換控制器，具有重要的現實意義。
本文以單片機程式控制為基礎構成的電源切換控制器，可以達到現實要求。
1 控制器組成和基本原理
硬體原理方框圖如圖1所示。
B、C三相電壓送人控制器，經過光電耦合，實作強電與弱電的良好隔離以及有效轉換。光電耦合器将每相電壓進行取樣，然後送人模數轉換器中，模數轉換後的結果被單片機讀入。單片機根據使用者鍵入的功能指令，對采集到的三相電壓與标準設定值進行智能判斷，然後發出相應的分閘、合閘指令(或聲光報警指令)，經過接口電路，驅動繼電器，使電源切換開關作相應的動作。如：某相電壓超過(或低于)規定的電壓值(簡稱過壓或欠壓)時，應有相應的訓示及聲光報警，以及根據使用者設定的工作模式去自動切換電源，切換由繼電器帶動開關來實作。最後，單片機還應對切換後的開關進行檢測，以确定是否正常分閘或正常合閘，形成閉環控制回路，以免開關本身的故障造成系統不正常工作。
2 電路結構
進行硬體電路設汁時，既要考慮控制功能的實作又要充分利用軟體的功能來簡化硬體結構，即做到軟硬兼施。
2.l 輸入電路
輸入電路如圖2所示。
在圖2中，CC1端接常用電源的某一相，CN端接常用電源的中線，BB1端接備用電源的某一相，BN端接備用電源的中線。用光電耦合器IS604作為強電與弱電的隔離(實際電路中有6個IS604，為縮小電路圖的篇幅，這裡隻畫出常用電源的某一相，其它光電耦合器的相關電路連接配接，與之類似)，IS604内采用雙向發光管，轉換效率高，外界電壓輕微變化，IS604就有相應的輸出。R1為統調電阻，使每個光電耦合器在相同輸入時，有相同直流輸出，以克服光電耦合器之間的誤差，避免造成誤判。模數轉換器ADC0809成本效益極高，其IN0～IN2接入常用電源三相電壓的取樣值，IN3～IN5接入備用電源三相電壓的取樣值，在單片機AT89C51的位址線A0、Al、A2的控制下，輪流讀入每相取樣值的模數轉換結果，單片機AT89C51中的程式根據這些瞬時取樣值與内設的标準值相比較，做出相應的判斷，通過P1口，P2口，P3口進行輸出控制及訓示。繼電器K5的作用是将常用電源或備用電源的某相電壓輸入變壓器_T1降壓、整流、穩壓後作為控制器的工作電源。
2．2 AT89C51及外圍電路
由于單片機的腳位有限，為了擴充單片機的功能腳，采用了8255并行擴充晶片。如圖3所示，将8255的PAO～PA5用作工作模式訓示(該圖中沒畫出發光二極管，8255可通過限流電阻直接驅動發光二極管)，PCO～PC5作備用電源某相過壓或欠壓訓示。考慮到電源切換控制器的工作環境惡劣．因幹擾或其它原因(如待機工作)可能使單片機程式進入死循環或當機，加入看門狗電路MAX813L。單片機程式正常時在規定時間内由PBO輸出喂狗脈沖，否則，MAX813L在1．6s後将單片機複位，單片機複位後根據74LS373鎖存的8255tA口的狀态，恢複原來的工作模式，進入相應的服務程式，這樣，程式的運作基本上不受影響。此時，看門狗将單片機及8255等複位，但741S373在不掉電時，維持複位前的資訊。隻有整個控制器都掉電，74LS373才不儲存原有資訊，這樣74LS373不影響以後的工作模式設定。這也是沒有采用EEPROM而采用74L373儲存控制器工作模式的原因。AT89C5l的P2．0～P2.5為常用電源某相電壓的過壓或欠壓訓示。P2．6～P2.7可以用作電網發電的發電指令和解除安裝指令輸出。Pl.O～P1．7及P3.O～P3．5用作基本的I／O口，可以通過按鍵掃描的方式接受新的工作模式指令以及某路電源分閘、合閘指令輸出、報警發音輸出。
2．3繼電器控制電路
繼電器控制電路如圖4所示。
在圖4中，隻畫出常用電源合閘控制及備用電源合閘控制電路。常用電源合閘控制繼電器的線圈KA與備用電源合閘控制繼電器的常閉觸點K2D串接在一起，這樣當P1．1出現高電平、Pl.3出現低電平時，繼電器線圈K1A通電，其常開觸點K1C閉合，常閉觸點K1D”斷開，接通交流220V的常用電源閘刀控制線路，同時斷開備用電源合閘控制繼電器線圈K2A的電源，兩個繼電器接成互鎖的形式，以保證任何時刻隻有一路電源被合閘接通，確定供電系統安全運作。該控制器還有分閘控制電路，電路形式與圖4類似，但不須接成互鎖形式。
3 軟體設計
電源切換系統一般有幾種工作模式，如：自投自複、自投不自複、隻常、隻備、發電，它們各有特點。自投自複的主要特點是，當常用電源不正常時，而備用電源正常時就接通備用電源，兩路電源都正常時，接通常用電源；自投不自複的主要特點，類似自投自複，但在使用備用電源時如果備用電源正常則不切換到常用電源；隻常則不管常用電源是否正常都使用常用電源，但能對常用電源及備用電源進行檢測訓示；隻備類似隻常，隻使用備用電源；發電則是指備用電源由發電電源構成時，應有發電指令輸出以及解除安裝指令輸出。這些工作模式對應的硬體電路基本一樣，隻是軟體程式設計時應有針對性和選擇性。另外，為進一步提高程式的穩定性和抗幹擾能力，在程式中還應設軟體陷阱等抗幹擾措施。由 于8255的複位時間比單片機長，是以在上電複位後，對8255進行初始化之前，程式中要插入适當的延時，使8255能正常工作。主程式流程圖如圖5所示。軟體中的檢測子程式、判斷子程式的思路，存參考文獻[I]中有具體的闡述。
4 結語
該電源切換控制器不僅能實作自投自複、隻常、隻備、自投不自複、發電、自動脫扣檢測、斷電再扣等工作模式，還能劉控制後的開關狀态進行檢測，以免開關本身的故障造成供電不正常。經過1年多的試用，控制器運作穩定，從縮小電路闆而積方面考慮，現已準備對其進行硬體更新。