引言
目前在電力補償系統(tǒng)中有多種補償方法,，本文中的補償系統(tǒng)是根據(jù)尋優(yōu)負序電流最小進行補償?shù)?。系統(tǒng)計算需要對交流電一個周期20ms內對單相電壓u、電流I進行采樣,，要求一個周期內采樣次數(shù)至少在100次以上,。針對這一特點，設計了基于80C196KC的控制系統(tǒng),。Intel公司的高性能16b單片機80C196KC,，其運算速度快，能夠滿足系統(tǒng)高速采樣的要求,。
1系統(tǒng)硬件設計
本系統(tǒng)的硬件部分主要由采樣輸入電路,、中央控制單元、程序存儲單元,、輸出驅動電路4部分組成,。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。
1.1模擬輸入電路
系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集所使用的傳感器為電壓互感器和電流互感器,，需要分別采集三相的電壓和電流,，共需要六路輸入。80C196KC內有一個逐次逼近型的A/D轉換器,，共有8個輸入通道,。其輸入引腳ACH0～ACH7與P0.0～P0.7共享。內部的A/D轉換器8b/10b可調,，自帶采樣,、保持電路,，這樣減少了外圍電路，也減少了干擾和干擾源,，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性,，并且減少了控制板的尺寸。在本系統(tǒng)中采用10b轉換方式,。
為了保護A/D轉換器,，增加可靠性，在A/D通道的輸入端,，可采用如圖2所示的輸入接口電路
其中2個二極管D1和D2起過載保護作用,，當輸入電壓高于VREF+0.7V左右時，D1導通,，輸入電平被箝位在VREF+0.7V的水平上;當輸入電壓低于-0.7V的水平上,。這種過載往往是尖峰干擾，持續(xù)時間很短,。MCS-96的技術條件規(guī)定模擬輸入端對模擬地ANGND的電壓不能低于-0.3V,，這一點可靠輸入端的低通濾波器R4和C1來保證。圖中此濾波器的時間常數(shù)τ=R4C1=270×0.01=2.7μs,，若以-0.7V作為此濾波器的階躍輸入,，則此濾波器輸出端(即80C196KC的模擬信號輸入端)達到-0.3V的電平需耗時：
t=-τln(1-0.3/0.7)=1.15μs
而通常這類尖峰噪聲的峰值持續(xù)時間遠小于上述時間，因此,，這一輸入電路可有效地起到過載保護作用,。
1.2中央控制單元
80C196KC是CHMOS高性能16b單片機中的一個新分支，內部EPROM/ROM為16b,，內部RAM為488b,，有24b的專用寄存器。80C196KC中采用了“垂直窗口”結構,，使得新增的256bRAM通過窗口映射同樣可以作為通用寄存器來訪問,。80C196KC可以采用16MHz的晶振，內部時鐘是2分頻,，其運行速度比12MHz的80C196KB快33%,，比12MHz的8096BH快1倍。最小電路是指能使單片機工作而所加的最少的外圍設備,，一般包括復位電路和晶振,。80C196KC的最小電路如圖3所示。
1.3輸出單元
輸出共有12路,，其中P1.0～P1.3控制A相,，P1.4～P1.7控制B相,，HSO.0,，HSO.1,，P2.6，P2.7控制C相,。輸出經(jīng)過光控可控硅MOC3061進行隔離,，又經(jīng)一級雙向晶閘管驅動后，加在雙向晶閘管的控制級,，控制雙向晶閘管的導通,，進而控制電容器的投切。輸出電路如圖4所示,。
從80C196KC的輸出管腳輸出的信號電流只有幾個μA,，不足以驅動后邊的光電耦合器，所以加一個TTL芯片5407作為電流驅動元件,。MOC3061是常用的雙向晶閘管輸出的光電耦合器,，他的輸出端是光敏雙向晶閘管，當光電耦合器的輸入端有15mA電流流入時,，晶閘管即導通,。MOC3061的輸出端還配有過零檢測電路，用于控制晶閘管過零觸發(fā),，以減少用電器在接通時對電網(wǎng)的影響,。
2軟件設計
系統(tǒng)的軟件采用了高級語言PL/M-96嵌入?yún)R編語言編寫，采用模塊化結構設計,。對于實時性要求較高的部分如A/D轉換部分,，由于匯編語言具有靈活性好、代碼轉換速度快等特點,，同時80C196KC的指令系統(tǒng)效率高,，執(zhí)行速度快，因此采用匯編語言來編寫A/D轉換程序,，其他部分采用高級語言編寫,，程序可讀性好。
整個軟件共包括7部分,，他們分別是：主程序,、A/D轉換子程序、投切子程序,、電壓投切子程序,、電流計算子程序、輸出子程序,、軟件定時器中斷服務程序,。下面介紹主程序及A/D轉換子程序的設計。
2.1主程序設計
主程序流程圖如圖5所示,。
2.2A/D轉換子程序
數(shù)據(jù)采樣是通過A/D轉換與軟件定時器的中斷服務程序相結合完成的,。每個周期測量開始由主程序確定模擬通道;用軟件定時器定時,，然后啟動A/D轉換。軟件定時器定時時間到進入軟件定時器中斷服務程序,，由軟件定時器中斷服務程序中返回主程序完成一個周期的采樣過程,。
A/D轉換子程序流程圖如圖6所示。
系統(tǒng)中軟件定時器中斷子程序是采用高級語言PL/M語言來編寫的,，附程序如下：
定時20ms程序：
hso_command=18h;/*采用軟件定時器0,，中斷方式*/
hso_time=timer1+15000;/*定時20ms*/
3結語
該補償器無觸點、不發(fā)熱,、小沖擊,、過零投切、安全可靠,、免維護,。控制部分采用了80C196KC單片機為核心的控制器,，實現(xiàn)了自動補償,、無人值守。他解決了以往有觸點投切工作不可靠,、故障率高,、維護量大、使用壽命短等特點,。