基于单片机的电源切换控制设计研究

摘 要：在矿山、医院等场合需要一种能在两路电源之间进行可靠转换的电源切换装置，以保证某路正在使用的电源在出现故障时自动切换到另外的正常电源上。基于此问题，文章论述了基于单片机的电源切换控制装置设计的相关技术问题。

关键词：单片机，电源，自动切换，设计

关键词：IEC61850；建模；智能电子设备；备自投

中图分类号：TP36 文献标识码：A

一、概述

本设计实现两路交流电源自动切换功能。正常情况下，系统由主电源供电。当主电源发生故障时，由电源切换控制系统将系统电源切换至备用电源上。当主电源恢复正常时，再自动将系统电源切换到主电源上。

二、硬件设计

本设计以AT89C51单片机和继电器为主要控制部件设计电源切换电路来实现上述的电源切换装置的要求。本设计的硬件电路主要包括3个部分：输入电路、单片机及电路、继电器控制电路。系统整体框图如图1所示。

图1：硬件电路原理方框图

将常用电源三相电压和备用电源三相电压送入控制器，经过光电耦合器送入模/数转换器，转换后的结果送至单片机。系统根据键入的功能命令与标准设定值进行智能判断，然后将相应的分闸、合闸及声光报警等信号送入接口电路进而驱动继电器，完成相应的电源切换操作。单片机还对切换后的开关进行检测，判断是否正常分闸或合闸，形成闭环控制回路，以免开关本身的故障造成系统不正常工作。

1、输入电路的设计

如图2所示，CC1端接常用电源的某一相，CN端接常用电源的中线；BB1端接备用电源的某一相，BN端接备用电源的中线。用光电耦合器IS604作为强电与弱电的隔离（实际电路中应有6个IS604,仅画出常用电源的某一相）。R1为统调电阻，使每个光电耦合器在相同输入时有相同直流输出，以克服光电耦合器之间的误差，避免单片机误判。模数转换器ADC0809性价比较高，其IN0～IN2接入常用电源三相电压的取样端，IN3～IN5接入备用电源三相电压的取样端，在地址线A0、A1、A2的控制下，单片机轮流读入每相取样值的模/数转换结果，程序根据这些取样值与内设的标准值相比较，做出相应的判断，并通过P1、P2、P3口进行输出控制并指示。继电器K5的作用是将常用电源或备用电源的某相电压输入变压器T1，经过降压、整流、稳压后作为控制器的工作电源。

2、单片机及电路

单片机的管脚有限，为了扩展单片机的功能角，系统采用8255并行扩展芯片，如图3所示。将8255的PA0～PA5用作工作模式指示，PC0～`PC5作备用电源某相过压或欠压指示。考虑到电源切换控制器的工作环境恶劣，加入看门狗电路MAX813L。AT89C51的P2.0～P2.5为常用电源某相电压的过压或欠压指示。P2.6～P2.7可以用作电网发电的发电指令和卸载指令输出。P1.0～P1.7及P3.0～P3.5用作基本的I/O口，可以通过按键扫描的方式接受新的工作模式指令以及某路电源分闸、合闸指令输出、报警发音输出。

图3单片机及电路

3、继电器控制电路

如图4所示，常用电源合闸控制继电器的线圈KA1与备用电源合闸控制继电器的常闭触电K2D串接在一起，这样当P1.1出现高电平、P1.3出现低电平时，继电器线圈K1A通电，其常开触点K1C闭合，常闭触点K1D断开，接通常用电源闸刀控制线路，同时断开备用电源合闸控制继电器线圈K2A的电源，两个继电器接成互锁的形式，以保证任何时刻只有一路电源被合闸接通，确保供电系统安全运行。分闸控制电路形式与图4类似，但不须接成互锁形式。

图4继电器控制电路

三、程序设计

电源切换系统采用自动工作模式，系统不断监测主电源电压，当其低于设定值时，系统将电源自动切换到备用电源上，当主电源恢复正常时，系统再将电源切换到主电源。整个程序分为电压检测程序、报警程序、电源切换程序及主程序。

电压检测程序代码如下：

总结

在硬件电路设计时，注意强电与弱电的隔离及外部干扰对系统的影响。在继电器控制电路，尤其是大电流时，防止继电器触点火花对电路的干扰。软件设计时，为了能够准确地检测主电源的状态，采用了一定的滤波算法，程序对P1.X引脚采样3次，取两次以上相同状态作为本次读取的状态。

参考文献

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[2]周润景，张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2006.

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