基于单片机的变电所的保护电路设计_开题报告

一、单片机的发展与应用

（一）单片机的基本简介

     单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。

（二）单片机的发展历程

     单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。

    当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

单片机进化主要阶段：

    早期阶段

    SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

    中期发展

    MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。

Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

    当前趋势

    SoC嵌入式系统(System on Chip）式的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决，因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

（三）单片机的行业应用

     目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。

    折叠工业控制

单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点，用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

变电所的发展

（一）简述国内变电所的发展历程

     我国变电站综合自动化的研究工作开始于20世纪80年代中期。1987年，清华大学工程系研制成功第一个符合国情的变电站综合自动化系统，在山东威海望岛变电站成功的投入运行。该系统主要由3台微机及外围接口电路组成。

20世纪80年代后期，不少高等院校、研究单位和生产厂家投入到变电站综合自动化的研究中，90年代，变电站综合自动化已成为热点，召开了规模很大全国变电站综合自动化研讨和技术经验交流会。

（二）简述国内变电所的发展历程

     20世纪70年代末，英国、意大利、法国、西德新装的都是微型机的，个别的有用16位小型计算机的，布线逻辑的远动装置已开始淘汰。监控系统的功能渐渐扩大，供电网的监控功能正以综合自动化为目标迅速发展，除“三遥”外，还增加了：①寻找并处理单相接地故障；②作为保护拒动或断路器拒动的补充保护；③负荷管理；④成组数据记录，其中包括负荷曲线、最大需量、运行数据、事故及事件顺序记录等；⑤自动重合闸及断电保护。这表明国外变电站自动化水平明显提高，变电站综合自动化初显雏形。

20世纪80年代以后，研究变电站综合自动化系统的国家和大公司越来越多，包括德国西门子公司、ABB公司、AEG公司、美国GE公司、西屋公司、法国阿尔斯通公司等。这些公司都有自己的综合自动化系统产品。

三、本论题的设计意义：

本设计采用微处理器作为控制核心，新型单片数据采集器，16位高精度A/D 转换器CS5460作为前端采集芯片，AT89C52单片机进行数据运算处理，去实现数据的读取和故障查询，出故障自动报警。此装置操作简单，采集准确，保护可靠，很大程度上提高了变电站的生产效率和效益。

四、^范文提纲

1 方案相关的设计背景

1.1 变电站综合自动化由功能分散到单元分散发展

1.2 变电站综合自动化由集中控制向分布式网络发展

1.3 从少功能向多功能发展

1.4 向测量数据完全共享发展

2 系统的方案论证

2.1 控制系统的选择

2.2 基于单片机的变电所的保护电路设计的主要思路

2.3 电流互感器

2.3.1 电流互感器的工作原理

2.3.2 电流互感器的选择

2.3.3 电流互感器如何配置

2.3.4 电流互感器的二次负荷如何计算

2.3.5 选用LZZBJ9-10b2型电流互感器

2.4 电压互感器

2.4.1 电压互感器的工作原理

2.4.2 选用JDZ10-10 全封闭电压互感器

2.5 温度传感器

2.6.2 ADC0809

2.6.3 CS5460

2.7 AT89C52

2.8 TTL芯片74LS373

2.9 X2545

3 硬件部分的设计

3.1 电流、电压信号采集转换电路

3.2 温度信号采集转换电路

3.3 单片机最小系统分析

3.4 报警电路

3.5 硬件看门狗电路的组成

3.6 执行电路

3.7 电源电路

4 软件部分的设计

4.1 主程序结构图

4.2 A/D转换程序

4.4 单片机I/O口初始化程序

五、参考文献

[01]  张毅刚,彭喜源,曲春波.MCS-5单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社.2002

[02]  胡辉.单片机原理及应用设计.中国水利水电出版社.2005

[03]  孙江宏,李良玉. Protel99电路设计与应用. 机械工业出版社.2001

[04]  余永权.ATMEL89系列单片机应用技术.北京航空航天大学出版社.1998

[05]  庄镇泉,胡庆生.电子设计自动化.科学出版社.2000

[06]　楼然苗,李光飞.51系列单片机设计实例.北京航空航天大学出版社.1998

[07]  张洪润.单片机原理及应用.科学出版社.2002

[08]  戴伏生.基础电子电路设计与实践.国防工业出版社.2003

[09]  李先彬.电力系统自动化.水利电力出版社.1995

[10]　何希才,薛永毅.传感器用其应用实例.机械工业出版社.1997

[11]　张志良.单片机原理与控制技术.机械工业出版社.1999

[12]  肖洪兵,胡辉,郭速学. 跟我学用单片机. 北京航空航天大学出版社.2001

[13]  宇帆,张玉艳.数字电路与逻辑设计.人民邮电出版社.2001

[14]  张惠刚.变电站综合自动化原理与系统.中国电力出版社.2004

[15]  张立科.单片机典型模块设计实例导航.人民邮电出版社.2004