智能電力系統(tǒng)中單片機(jī)控制技術(shù)研究

摘 要：近年來(lái)，隨著社會(huì)對(duì)電力資源需求的與日俱增，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量也提出了更高的要求。與此同時(shí)，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)保障，電力系統(tǒng)愈發(fā)自動(dòng)化、智能化，智能電力系統(tǒng)的控制性能也得以穩(wěn)步提高，在此過(guò)程中，單片機(jī)控制技術(shù)在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。鑒于此，本文從硬件和軟件兩個(gè)層面對(duì)智能電力系統(tǒng)中單片機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行深入的研究，以期能夠提高單片機(jī)控制技術(shù)在智能電力系統(tǒng)中的應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：智能電力系統(tǒng)；單片機(jī)；控制技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.150

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的智能化設(shè)備進(jìn)入人們的生活，而這些智能化設(shè)備的控制功能，許多都是通過(guò)微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，微控制器又稱之為單片機(jī)。相比于計(jì)算機(jī)，單片機(jī)的便攜性好，成本低，可獨(dú)立完成大部分處理任務(wù)。本文通過(guò)研究智能電力系統(tǒng)中單片機(jī)控制技術(shù)，將進(jìn)一步促進(jìn)單片機(jī)控制技術(shù)在電力領(lǐng)域中的應(yīng)用。

1 智能電力系統(tǒng)中單片機(jī)控制技術(shù)的硬件分析

（1）控制功能。從智能電力系統(tǒng)的功能上來(lái)看，其可自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，當(dāng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷超出預(yù)先設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整輸電功能，并進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，以便檢修人員及時(shí)維修。智能電力系統(tǒng)采用模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包含信號(hào)采集模塊、轉(zhuǎn)換模塊、處理模塊以及數(shù)據(jù)輸出模塊。這些模塊中，信號(hào)采集模塊可實(shí)時(shí)測(cè)定電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的電壓和電流，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊則可將采集的電壓和電流等數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，使其成為可用于傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，這樣便可通過(guò)單片機(jī)控制技術(shù)來(lái)對(duì)這些轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。對(duì)于信號(hào)處理模塊來(lái)說(shuō)，其也是單片機(jī)控制技術(shù)中的核心部分，通過(guò)該模塊的作用可使模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的同時(shí)，還可將其與對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)限值做出核對(duì)，以此判斷系統(tǒng)行為的合理性。在智能電力系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)輸出模塊是單片機(jī)控制技術(shù)的主要功能模塊，通過(guò)單片機(jī)控制技術(shù)的控制作用，可使數(shù)據(jù)輸出模塊自動(dòng)調(diào)整智能電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，還可通過(guò)該模塊來(lái)傳輸控制信號(hào)。此外，單片機(jī)所需的低壓直流電是由電力供給裝置借助于轉(zhuǎn)換器對(duì)電流進(jìn)行處理后獲得的。

（2）控制電路。單片機(jī)控制技術(shù)在智能電力系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，需要嚴(yán)格要求其運(yùn)行電壓，一般情況下，單片機(jī)控制電路采用低壓直流電路，電壓可選擇5V或3.3V。由于大部分電力系統(tǒng)所使用的電流為高壓交流電，因此要使單片機(jī)正常工作，就必須從電網(wǎng)中進(jìn)行取電，而這就需要調(diào)整電網(wǎng)電路，使電壓降低的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制頻率的調(diào)整。在單片機(jī)控制技術(shù)中，需要通過(guò)電容、二極管與電阻元件的應(yīng)用來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換器組裝，在該轉(zhuǎn)換器中，電阻相當(dāng)于分壓元件，電容相當(dāng)于調(diào)頻元件，而二極管則相當(dāng)于限壓元件，這樣便可通過(guò)這三種元器件的作用使電壓轉(zhuǎn)換成低壓，防止電壓過(guò)高燒毀單片機(jī)。在單片機(jī)控制電路中，還設(shè)置有通信電路，通信電路由光電耦合器、集成電路、三極管和電阻等組成，利用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，可使單片機(jī)在控制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能。

2 智能電力系統(tǒng)中單片機(jī)控制技術(shù)的軟件分析

（1）單片機(jī)控制技術(shù)的實(shí)施流程分析。在智能電力系統(tǒng)中，管理人員需要通過(guò)系統(tǒng)程序來(lái)發(fā)揮單片機(jī)控制技術(shù)的功能，軟件程序可對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行排序，明確控制任務(wù)中各步驟的實(shí)施次序。智能電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，其系統(tǒng)程序便會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，在系統(tǒng)程序的作用下，信號(hào)采集模塊會(huì)自動(dòng)實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)中的電流及電壓信號(hào)，然后輸入測(cè)定的信號(hào)值，利用轉(zhuǎn)換裝置來(lái)對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的同時(shí)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行處理，從而使單片機(jī)按照數(shù)字信號(hào)中的步驟次序來(lái)完成指定的控制動(dòng)作。如果單片機(jī)所接收的數(shù)字信號(hào)存在異常時(shí)，則單片機(jī)會(huì)按照系統(tǒng)預(yù)設(shè)的行為來(lái)進(jìn)行控制，并將異常的數(shù)字信號(hào)以預(yù)警信息的形式反饋給系統(tǒng)管理人員。

（2）信息采集模塊。在智能電力系統(tǒng)中，信號(hào)采集模塊有著復(fù)雜的運(yùn)行流程，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，模塊會(huì)自動(dòng)進(jìn)行初始化設(shè)置，通過(guò)初始化設(shè)置可使系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)恢復(fù)初始值。信號(hào)采集模塊在初始化后便會(huì)于某個(gè)時(shí)間零點(diǎn)進(jìn)行模擬信號(hào)采集，采集時(shí)間主要是依據(jù)模擬信號(hào)的變化周期來(lái)確定的。在信號(hào)采集工作中，信號(hào)的采集時(shí)間應(yīng)控制在一個(gè)周期內(nèi)，在測(cè)定系統(tǒng)的電流及電壓信息后，需要對(duì)這些采集的信息進(jìn)行預(yù)處理，分析采集的信號(hào)是否能夠利用單片機(jī)進(jìn)行處理，如不能處理，則將無(wú)法處理的信號(hào)部分去除，然后重新采集對(duì)應(yīng)信號(hào)。如可以處理，則系統(tǒng)會(huì)在計(jì)時(shí)結(jié)束后將采集到的信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)處理。在單片機(jī)控制技術(shù)中，定時(shí)器的設(shè)置是非常重要的，通過(guò)對(duì)定時(shí)器程序進(jìn)行設(shè)置，可為信號(hào)采集規(guī)定固定的采樣周期，在采樣周期結(jié)束后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)中斷采樣，使系統(tǒng)恢復(fù)至初始狀態(tài)。

（3）遠(yuǎn)程通信控制模塊。智能電力系統(tǒng)中，單片機(jī)控制技術(shù)所具有的自動(dòng)報(bào)警功能，可使預(yù)警信號(hào)快速反饋給系統(tǒng)檢修人員，其功能實(shí)現(xiàn)是利用通信模塊來(lái)完成的，通信模塊主要采用主從式通信，在設(shè)計(jì)軟件程序時(shí)，需要確保主機(jī)能夠在特定周期下將模擬信號(hào)發(fā)送給從機(jī)，并接收從機(jī)反饋的信號(hào)，在對(duì)通信模塊進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，需要采用海量的if語(yǔ)句，以此確保程序命令的執(zhí)行能夠形成一個(gè)閉環(huán)。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，單片機(jī)控制技術(shù)在智能電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的控制作用，其也是智能電力系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保障。通過(guò)單片機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，可使智能電力系統(tǒng)變得更加智能化，有效減少了系統(tǒng)控制過(guò)程中人力的投入，節(jié)約了系統(tǒng)管理成本，提高了智能電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與控制精確性。隨著時(shí)間的不斷推移，單片機(jī)控制技術(shù)必將得到不斷的改進(jìn)與優(yōu)化，屆時(shí)該技術(shù)在我國(guó)電力領(lǐng)域中必將發(fā)揮更為重要的作用。

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作者簡(jiǎn)介：許中璞（1986-），男，甘肅武威人，碩士研究生，講師，主要研究方向： 控制工程與電力電子信息技術(shù)。