变压器远程控制系统设计

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硬件电路设计
3.1 单片机
    AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。
       AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。
       同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。
毕业设计主要功能特性：
• 兼容MCS51指令系统 • 2k可反复擦写(>1000次）Flash ROM
• 15个双向I/O口 • 6个中断源
• 两个16位可编程定时/计数器 • 2.7-6.V的宽工作电压范围
• 时钟频率0-24MHz • 128x8bit内部RAM
• 两个外部中断源 • 两个串行中断
• 可直接驱动LED • 两级加密位
• 低功耗睡眠功能 • 内置一个模拟比较放大器
• 可编程UARL通道 • 软件设置睡眠和唤醒功能
ATC2051单片机的编程的时序简述如下：
　　1接通电源(置Vcc为＋5V)，置RST、XLAT1为低电平，延时至少10ms。
　　2置RST、P3.2为高电平。
　　3置P3.3、P3.4、P3.5、P3.7为相应编程模式：LHHH(写入)、LLHH(读出)、HLLL(片擦除)……
　　4送出要写入的数据到P1.0～P1.7(第一次写入的是地址0)。
　　5将RST升至12V，使单片机能进行写入或擦除操作。
　　6送一个脉冲给P3.2，激发一次编程动作。这时内部自动完成所需的时序(约12ms)，此间P3.1变为L，表示内部忙。
　　7为了验证写入数据是否正确，可将RST电压拉回到H，并置 P3.3～P3.5、P3.7为“LLHH”，所写入的数据便可从P1端口读出。
　　8送一个脉冲给XLAT1，单片机进入下一个编程地址。
　　9循环步骤4到8，直到最后一个编程地址，便可完成全部的编程工作。
　　10置RST、XLAT1为L，并切断电源Vcc，编程结束。　　
　　在该装置中，微机并口的8条数据线(PD0～PD7)接至单片机的P1端口，用来收发数据。4条控制线(PC0～PC3)分别用来产生编程所需的控制信号。状态口的PS6接至P3.1用来获取单片机的工作状态，采用C＋＋语言编写编程控制软件，实现简易的编程操作。
　　程序使用方法：(运行程序将出现使用说明)
　　P2051 R[文件〗读出单片机内数据，需置开关P3.3.、P3.4为L，P3.5、P3.7为H。
　　P2051 W[文件〗将数据写进单片机，需置开关P3.3为L，P3.5、P3.4、P3.7为H。
　　P2051 E　擦除单片机，需置开关P3.3为H，P3.5、P3.4、P3.7为L。
P2051 L　对单片机加密，需置开关P3.3、P3.4为H，P3.5、P3.7为L。

（89C51内部结构图）

3.2电源
3.2.1电源的种类：
1) 简单三端稳压电源
2) 开关电源
3)    分立元件电源
3.2.2三种电源的比较：
     1）端稳压电源的特点是：简单、价格低、体简单积大、重量大、其内部包含变压器，是经常使用的电源。
2) 关电源的特点是：电压范围广、带负载能力强、精度高、体积小、内部无电源变压器。
3) 立元件电源的特点是：电路复杂、价格较高、内部有电源变压器。
3.2.3电源的选择：
     在我们的设计中要求输出的电压为+5V、+15V和-15V的电压范围，+5V供单片机使用。+15V和-15V供电流检测即电流传感器使用。由于在我们的设计中对电源的体积和重量没有严格要求，不属于便携式设备，而且简单三端稳压电源的价格相对来说比较便宜，其转换精度也很高。从性能价格比方面考虑，简单三端稳压电源完全可以满足设计要求，所以我选择它。我们把电源分为两组：
第一组电源的电路原理图如下：
1)、在第一组电源里，二极管采用的是IN4001×4的型号。
2)、四个二极管构成了桥式整流电路。
3)、整流桥的前端接的是三相的220V交流电压到交流9V电压转换的变压器。变压      器通常是需要购买的。由于输入交流380V的变压器比较少见，所以采用输入交流220V的。根据输出交流电压大小的不同需要选择不同的变压器。根据我们的设计要求，选择功率为15~20W、电流为1.5A的电源变压器。
4)、整流桥的后端接的是7805。经过他把输入的9V电压转换成+5V的直流电压。后面在接一个C5电容器进行滤波。在这里C4和C5均采用的是电解电容器其参数是2200uF/16V。16V代表耐压值。
5)、第一组电源的特点就是输出电压的稳定性好。
6)、C4构成了前端滤波、C5构成了后端滤波。这样由变压器来的220V交流电经变压、整流、滤波后输出为+5的直流电压。
第二组电源的电路原理图如下：
1)、在第二组电源里二极管也均采用IN4001的型号
2)、四个二极管构成了桥式整流电路。
3)、整流桥的前端接的是三相的220V交流电压到交流±18V的电压转换的变压器。选择的变压器的参数和第一个电源相同。
4)、整流桥的后端接的是7815和7915。他们分别用来产生+15V的电压和-15V的电压。后面接的C7和C9电容也是用来滤波的。他们的参数选的是2200uF/25V。通常滤波电路的电容器采用2200uF或3300uF均可。但3300uF价格高。耐压值选25V/50V均可，50V的安全系数高。我们的设计里采用25V的就能满足要求了。
5)、以上的7805/7815/7915分别三个引脚，三端稳压电源即由此而来。其中8代表输出正电压，9代表输出负电压。05代表输出5V直流电，15代表输出15V直流电。
6)、C6、C7、C8、C9都是电解电容器，用来滤波用的。
3.3 电压检测
原理图如下：

1）、电压检测电路前端接的是变压器站的三相电A/B/C中的一个。后端接A/D转换器。转换后的数据送单片机。由单片机判断起是否超限。如超限则报警，否则继续检测。
2)、它里面仍然有一个桥式整流电路，二极管还是采用IN4001的型号。电容采用的是1000uF/16V。在这里电容不应选的过大，否则后端随前端电压变化的波动性就不明显了，因为电容太大，用示波器检测到的电压波形变化慢，灵敏度低。选太小的，波纹大，不准确。
3)、桥式整流电路的后端接100K的电阻做负载。通常选> 50K的即可，选的太小电流过大，耗能多。而且器件也受不了。具体选多大的电阻要看后端器件电路的要求，如果后端器件的电路要求输入阻抗大那电阻就选大点，否则就选小点的。
4)、输入的电压在0~250VAC之间变化，输出电压在0~5V之间变化。模拟量0对应数字量0；模拟量250对应数字量5。并且在这之间是线性变换。允许输入电压在220±20﹪之间变化，250VAC是交流的上限值，不可以超过，否则将会报警。0~250VAC输入电压可通过调压器调节，以改变输入值。例如输入电压是230VAC，则在0~5VDC之间一定有一个电压与之对应。如果后端接的是8位A/D转换器，则0对应0，5V对应255，而且该对应是线性的。