PAGEPAGE14泰琪豐智能保護(hù)市電輸入繼電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)佛山市泰琪豐電子有限公司目錄TOC\o"1-3"\h\z一引言 11.1編寫(xiě)目的 11.2背景 1二保護(hù)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 22.1市電輸入采樣電路 22.2市電電壓到零點(diǎn)檢測(cè)電路 22.3觸發(fā)繼電器吸合電路 32.4單片機(jī)控制電路 42.5保護(hù)繼電器結(jié)構(gòu)電路總框圖 4三保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 63.1編寫(xiě)軟件運(yùn)行環(huán)境 63.2系統(tǒng)主程序介紹 63.3系統(tǒng)子程序介紹 7四軟件功能設(shè)計(jì) 134.1系統(tǒng)功能 134.2技術(shù)特點(diǎn) 13五軟件維護(hù)與安全 145.1維護(hù)與安全 14一引言1.1編寫(xiě)目的本說(shuō)明書(shū)為指引電器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員在線路中使用繼電器接入市電到機(jī)器及斷開(kāi)市電與機(jī)器的連通時(shí)，必須考慮在市電的何種狀態(tài)觸發(fā)繼電器動(dòng)作最有利于產(chǎn)品穩(wěn)定因素，使開(kāi)發(fā)人員知道市電一個(gè)正弦波周期內(nèi)在不同時(shí)間點(diǎn)的電壓是不同的，不同時(shí)間點(diǎn)的通斷會(huì)影響繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的不同效果，并認(rèn)識(shí)市電的波形特性與繼電器吸合時(shí)間緊密性。1.2背景很多需要用到繼電器來(lái)控制市電輸入的電器產(chǎn)品容易出現(xiàn)繼電器觸點(diǎn)起弧燒焦，導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸不良，從而直接影響該產(chǎn)品的穩(wěn)定性，甚至損壞；更多的技術(shù)人員分析觸點(diǎn)燒壞的原因歸結(jié)與繼電器的觸點(diǎn)過(guò)電流不夠?qū)е拢瑥亩褂糜|點(diǎn)過(guò)電流更大的繼電器來(lái)解決此現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品成本增加而未真正解決故障根源。為此本公司開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出智能保護(hù)市電輸入繼電器系統(tǒng)方案，可以有效防止市電輸入繼電器觸點(diǎn)易損壞問(wèn)題，提升了電器產(chǎn)品這方面的穩(wěn)定性！因很多的電器產(chǎn)品都需要用到小電流控制大電流的繼電器或接觸器，若引用上我們開(kāi)發(fā)的市電輸入繼電器保護(hù)系統(tǒng)方案，可克服市電輸入繼電器易燒壞的弊端，從而大大提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性，其應(yīng)用非常廣泛。二保護(hù)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)2.1市電輸入采樣電路用來(lái)檢測(cè)輸入市電電壓：通過(guò)電阻限流，電阻分壓降壓成單片機(jī)可接受的電壓后直接接到單片機(jī)的I/O端口；通過(guò)R60接到5V電源是為了把市電的到零點(diǎn)抬高到2.5V，使單片機(jī)I/O端口可以檢測(cè)到市電正半周及負(fù)半周的電壓。圖2.1示：圖2.1市電輸入采樣電路2.2市電電壓到零點(diǎn)檢測(cè)電路用來(lái)精確檢測(cè)市電上半波與下半波到達(dá)零點(diǎn)電壓的時(shí)間：如圖2.2所示，市電正弦波通過(guò)電阻限流降壓，D8半波整流后，當(dāng)市電是上半波時(shí)，因?yàn)镼24的導(dǎo)通使單片機(jī)端口為低電平，當(dāng)市電為下半波時(shí)，Q24不導(dǎo)通使單片機(jī)端口為高電平，單片機(jī)高低電平的轉(zhuǎn)換點(diǎn)即為市電正弦波的零電壓點(diǎn)。圖2.2市電電壓到零點(diǎn)檢測(cè)電路2.3觸發(fā)繼電器吸合電路用來(lái)導(dǎo)通及關(guān)斷繼電器線圈電流的電路：如圖2.3所示，通過(guò)開(kāi)通及關(guān)斷三極管Q26的集電極電流即可以控制繼電器的工作狀態(tài)，當(dāng)單片機(jī)輸出口給三極管Q26基極電流，三極管導(dǎo)通，繼電器觸點(diǎn)吸合，接通市電，當(dāng)關(guān)斷單片機(jī)輸出口電流，繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)。圖2.3觸發(fā)繼電器吸合電路2.4單片機(jī)控制電路單片機(jī)控制電路是智能保護(hù)系統(tǒng)控制的核心單元：?jiǎn)纹瑱C(jī)采用超強(qiáng)抗干擾低功耗的國(guó)產(chǎn)宏晶STC15W408AS，內(nèi)置10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)然這里的單片機(jī)其他端口可以在產(chǎn)品的其他需要上，這里只是拿繼電器保護(hù)部分來(lái)陳述。圖2.4單片機(jī)控制電路2.5保護(hù)繼電器結(jié)構(gòu)電路總框圖智能保護(hù)繼電器主電路由，單片機(jī)控制電路，觸發(fā)繼電器吸合電路，市電到零點(diǎn)檢測(cè)電路，市電輸入采樣電路組成即可，系統(tǒng)框圖如圖2.5所示：圖2.5系統(tǒng)總框圖（1）當(dāng)單片機(jī)的市電采樣端口檢測(cè)到市電在市電設(shè)定的可輸入市電電壓幅值范圍時(shí)，通過(guò)單片機(jī)的市電到零點(diǎn)檢測(cè)端口的電平可確定市電是否已經(jīng)電壓到零點(diǎn)，從而決定單片機(jī)觸發(fā)繼電器控制腳輸出電平去控制繼電器觸點(diǎn)在剛好市電的零電壓點(diǎn)接觸，避免電流產(chǎn)生的飛弧燒繼電器觸點(diǎn)。（2）市電輸入電壓采樣是通過(guò)單片機(jī)I/O口檢測(cè)正弦波的峰值電壓來(lái)計(jì)算當(dāng)前市電電壓值。（3）市電電壓到零點(diǎn)：即市電的每個(gè)正弦波周期都是由，零電壓正峰值電壓零電壓負(fù)峰值電壓，周期性按正弦規(guī)律變化，每個(gè)周期都會(huì)有2個(gè)時(shí)間點(diǎn)是電壓為零狀態(tài)，只要在零電壓狀態(tài)控制繼電器的觸點(diǎn)剛好接觸，就可很好避免觸點(diǎn)電流引起的電弧。（4）觸發(fā)繼電器吸合電路：在給觸發(fā)繼電器電路的三極管基極電流時(shí)，雖三極管馬上導(dǎo)通，但由于繼電器觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換靠機(jī)械方式，所以線圈通電到觸點(diǎn)接觸到位需要2-10毫秒的時(shí)間，此時(shí)間因不同類(lèi)別繼電器有不同的時(shí)間差，需要通過(guò)在線測(cè)試來(lái)測(cè)試此時(shí)間的長(zhǎng)短，來(lái)決定單片機(jī)觸發(fā)繼電器信號(hào)需提前的時(shí)間。三保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1編寫(xiě)軟件運(yùn)行環(huán)境（1）計(jì)算機(jī)硬件：選用高檔微機(jī)或?qū)Ｓ梅?wù)器，其中：CPU:Pentium2.0或以上；內(nèi)存(RAM):>=1G；硬盤(pán):100G以上*2(備份)；顯示器:15"高分辨率彩顯。（2）計(jì)算機(jī)軟件：使用C語(yǔ)言在Windows上的KeiluVision4軟件上編寫(xiě)，然后編譯成目標(biāo)代碼，通過(guò)硬件注入宏晶公司的STC15W408AS(8位)CPU芯片。系統(tǒng)控制程序在CPU芯片上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)及保護(hù)功能。3.2系統(tǒng)主程序介紹（1）當(dāng)系統(tǒng)初始化之后，系統(tǒng)對(duì)市電到零點(diǎn)端口檢測(cè)市電到零的時(shí)間點(diǎn)，系統(tǒng)可以通過(guò)檢測(cè)到端口由高低電平瞬間變化點(diǎn)設(shè)定為市電到零點(diǎn)電壓的時(shí)間點(diǎn)，再根據(jù)需要對(duì)市電電壓峰值同頻率進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到峰值電壓在預(yù)定范圍時(shí)，系統(tǒng)提前在到零點(diǎn)電壓前T（為不同繼電器的吸合時(shí)間）毫秒發(fā)出控制電流控制吸合繼電器電路動(dòng)作，使繼電器觸點(diǎn)剛好在市電電壓到零點(diǎn)接觸，消除觸點(diǎn)動(dòng)作產(chǎn)生的電弧損傷繼電器。系統(tǒng)總流程圖如圖3.1所示：圖3.1系統(tǒng)總流程圖3.3系統(tǒng)子程序介紹（1）到零點(diǎn)檢測(cè)到零點(diǎn)檢測(cè)是本系統(tǒng)的重中之重，到零點(diǎn)檢測(cè)的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到繼電器吸合位置的精確度，想要提高繼電器吸合位置的精確度必須提高到零點(diǎn)檢測(cè)的采樣速度，因此在程序中特別對(duì)到零點(diǎn)信號(hào)的檢測(cè)進(jìn)行了處理，其流程如圖3.2所示：圖3.2到零點(diǎn)檢測(cè)流程圖市電到零點(diǎn)由單片機(jī)的一個(gè)I/O口負(fù)責(zé)檢測(cè)，當(dāng)市電處于上半周，I/O口的輸入為低電平；當(dāng)市電處于下半周，I/O口的輸入為高電平；系統(tǒng)設(shè)定每50us檢測(cè)一次I/O口輸入的狀態(tài)，每次檢測(cè)過(guò)后保存一次當(dāng)前I/O口的輸入狀態(tài)。當(dāng)I/O口輸入是高電平，則讀取I/O口上一個(gè)輸入狀態(tài)，若是低電平，則說(shuō)明電平進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)，判定當(dāng)前的市電處于正穿越到零點(diǎn)（負(fù)半周穿越到正半周）。當(dāng)I/O口輸入是低電平，則讀取I/O口上一個(gè)輸入狀態(tài)，若是高電平，則說(shuō)明電平進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)，判定當(dāng)前的市電處于負(fù)穿越到零點(diǎn)（正半周穿越到負(fù)半周）。（2）防止市電誤檢測(cè)當(dāng)市電電壓比較低的時(shí)候，到零點(diǎn)電路在市電為正半周時(shí)，因?yàn)閷?dǎo)通三極管時(shí)存在導(dǎo)通壓降，影響了頻率和市電電壓的檢測(cè)，為了提高市電判斷的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)在市電檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)檢測(cè)到市電電壓比較低的情況，自動(dòng)判定為無(wú)市電輸入，其流程圖如圖3.3所示： 圖3.3防止市電誤檢測(cè)流程圖系統(tǒng)在采樣到市電電壓時(shí)，先對(duì)檢測(cè)到的電壓值進(jìn)行判斷，如果累計(jì)2s市電電壓比設(shè)定值高(設(shè)定值要根據(jù)具體的硬件電路進(jìn)行設(shè)置)，則判定為有市電輸入，如果連續(xù)檢測(cè)到市電電壓比設(shè)定值低，則定為無(wú)市電輸入。 （3）市電電壓和位置檢測(cè)在本系統(tǒng)市電電壓采用市電峰值檢測(cè)，為了提高檢測(cè)的精度，調(diào)用單片機(jī)的10位A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)市電檢測(cè)輸入值進(jìn)行檢測(cè)。其流程圖如圖3.4所示：圖3.4市電電壓和位置檢測(cè)流程圖利用單片機(jī)一個(gè)帶A/D功能的I/O口對(duì)市電電壓進(jìn)行10位A/D檢測(cè)，市電電壓每400us檢測(cè)一次，系統(tǒng)加入防止市電誤檢測(cè)功能，如果市電電壓持續(xù)累計(jì)2s大于設(shè)定值才判定為有市電輸入。若市電連續(xù)10ms小于設(shè)定值則判定為市電不正常。在有市電輸入的情況下首先判斷此時(shí)刻是否為到零點(diǎn)，若不是，則通過(guò)對(duì)比求出當(dāng)前市電的峰值，若為到零點(diǎn)，則求出一個(gè)周期內(nèi)的市電電壓值等于市電的峰值。在市電檢測(cè)的過(guò)程中不斷更新當(dāng)前市電的位置。（4）市電頻率檢測(cè)由于市電頻率的不同，則市電的周期也不同，繼電器想要在到零點(diǎn)接觸，則繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的觸發(fā)時(shí)間就必須與市電頻率相對(duì)應(yīng)，準(zhǔn)確檢測(cè)市電頻率尤為重要。其流程圖如圖3.5所示：圖3.5市電頻率檢測(cè)流程圖要提高頻率檢測(cè)的精度，采樣時(shí)間是必要因素，因?yàn)槲覀冎耙呀?jīng)設(shè)定了到零點(diǎn)檢測(cè)為50us一個(gè)周期，當(dāng)檢測(cè)到到零點(diǎn)信號(hào)時(shí)，啟用定時(shí)器2開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)再次檢測(cè)檢測(cè)到到零點(diǎn)，取定時(shí)器2的計(jì)數(shù)值，清零定時(shí)器2并且重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。就可以求出兩個(gè)到零點(diǎn)相隔的時(shí)間，也就是市電的半個(gè)周期，根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)我們就可以推算出市電頻率了。（5）繼電器正時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)計(jì)由于電器產(chǎn)品可能在不同環(huán)境下使用，當(dāng)?shù)氐氖须娸斎腩l率可能會(huì)有所不同，加上不同品牌繼電器機(jī)械結(jié)構(gòu)的差異，則繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的觸發(fā)必須根據(jù)兩者的情況而設(shè)定的。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前我們先要在線測(cè)試?yán)^電器的吸合時(shí)間是多少，假設(shè)吸合時(shí)間是Tms，再檢測(cè)到市電半個(gè)周期的時(shí)間，假設(shè)是Zms，那么繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)觸發(fā)時(shí)間就是檢測(cè)到正穿越到零點(diǎn)后的（Z-T）ms，這樣就能保證繼電器可以在到零點(diǎn)接觸了。（6）判斷符合繼電器吸合條件結(jié)合繼電器本身的特性和精準(zhǔn)的市電跟蹤就可以很容易地控制繼電器準(zhǔn)確地在到零點(diǎn)處接觸，其流程圖如圖3.6所示：圖3.6判斷符合繼電器吸合條件流程圖在市電電壓符合UPS正常輸入范圍的情況下，設(shè)定繼電器吸合位置在市電的上半周，當(dāng)檢測(cè)到正穿越到零點(diǎn)后的（Z-T）ms驅(qū)動(dòng)繼電器信號(hào)，即可使繼電器觸點(diǎn)剛好在市電電壓到零點(diǎn)接觸，消除觸點(diǎn)動(dòng)作產(chǎn)生的電弧損傷繼電器。四、軟件功能設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)功能：智能保護(hù)市電輸入繼電器控制軟件共有6大子系統(tǒng)。到零點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)，防止市電誤檢測(cè)系統(tǒng)，市電電壓和位置檢測(cè)系統(tǒng)，市電頻率檢測(cè)系統(tǒng)，繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，判斷符合繼電器吸合條件系統(tǒng)，從而可以準(zhǔn)確保證繼電器吸合到位點(diǎn)剛好是市電電壓到零點(diǎn)。4.2技術(shù)特點(diǎn)智能保護(hù)市電輸入繼電器系統(tǒng)軟件通過(guò)檢測(cè)市電的頻率及市電的電壓，準(zhǔn)確鎖定市電到零電壓點(diǎn)時(shí)間，使繼電器接觸到位時(shí)處于零電流狀態(tài)接通，保證使用繼電器輸入市電的電器不會(huì)因觸點(diǎn)動(dòng)作產(chǎn)生電弧燒壞觸點(diǎn)，大大提升了繼電器的使用壽命。五、軟件維護(hù)與安全本套軟件系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)存放于