基于单片机的双电源切换装置的设计与实现

文章编号:1007-757X (2007)09-0024-03

基于单片机的双电源切换装置的设计与实现

薛燕红

摘　要:针对不间断供电的广泛需求,基于对电压采样、检测和比较的工作原理,利用单片机对电源状况进行检测和判断并进行相应的控制,实现了双电源供电的自动切换,从硬件结构、软件编制和抗干扰措施三方面进行了较详细的讨论。

关键词:单片机;切换装置;双电源;控制

中图分类号:T P 273.5 文献标识码:A

1　引言

随着时代的发展和社会的进步,人们对连续供电的要求

已越来越高,如要求供电电源采用两路甚至两路以上。因此,

需要一种能在双电源之间进行息动切换的装置,以保证某路

正在使用的电源在出现故障时能自动切换到另外的正常电源

上,保证供电不间断,当常用电路恢复正常时,该装置能够将

用户电路切换回常用电路,以降低用电成本。该电源切换装置

必须具有反应灵敏、工作可靠、功能齐全、声光指示等特点。传

统的电源切换装置采用模拟信号处理方式的控制器,反应不

灵敏,可靠性不高,且工作模式单一。也有采用数字信号处理

方式的控制器,但这种系统成本高,对工作环境要求苛刻。因

此,设计出一种成本低、可靠性高、多工作模式、对工作环境没

有特殊要求的电源自动切换控制器,具有重要的意义。2　系统基本原理

硬件原理方框图如图1

所示。

图1　硬件原理方框图

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,实现强电与弱电的良好隔离以及有效转换。光

电耦合器将每相电压进行取样。送入模数转换器中,模数转换

后的结果被单片机读入。单片机根据用户键入的功能命令,对

采集到的三相电压与标准设定值进行智能判断,然后发出相

应的分闸、合闸指令(或声光报警指令),经过接口电路,驱动

继电器,使电源切换开关作相应的动作。如:某相电压过压或

欠压时,应用相应的指示及声光报警,以及根据用户设定的工作模式去自动切换电源,切换由继电器带动开关来实现。最后,单片机还应对切换后的开关进行检测,以确定是否正常分闸或正常合闸,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。3　硬件电路结构进行硬件电路设计时,既要考虑控制功能和实现又要充分利用软件的功能来简化硬件结构。3.1　输入电路输入电路如图2

所示。

图2　输入电路原理图

在图2中,用光电耦合器IS 604作为强电与弱电的隔离

(实际电路中有6个IS 604,为缩小电路图的篇幅,这里只画出

常用电源的某一相,其它光电耦合器的相关电路连接,与之灯类似),IS 604内采用双向发光管,转换效率高,外界电压轻微变化,IS 604就有相应的输出。RI 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,避免造成误判。模数转换器A DC0809性价比极高,其IN 0～IN 2接入常用电源三相电压的取样值,IN 3～IN 5接入备用电源三相电压的取样值,在单片机A T 89C51的地址线A 0、A 1、A 2的控制下,轮流读入每相取样值的模数转换结果,单片机AT 89C51中的程序根据这些瞬时取样值与内设的标 作者简介:薛燕红,陕西理工学院,工程师,讲师,汉中　723003

准值相比较,做出相应的判断,通过P 1口,P 2口,P 3口进行输

出控制及指示。

3.2　单片机及外围电路

单片机采用AT 89C 51,由于单片机的脚位有限,为了扩展

单片机的功能脚,采用了8255并进行扩展芯片。如图3所示,

将8255的PA 0～P A 5用作工作模式指示(该图中没画出发光

二极管,8255可通过限流电阻直接驱动发光二极管),PC0～

PC 5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,因干扰或其它原因(如待机工作)可能使

单片机程序进入死循环或死机,加入看门狗电路M A X813L 。

单片机程序正常时在规定时间内由PB 0输出喂狗脉冲,否则,

M A X 813L 在1.6s 后将单片机复位,单片机复位后根据

74L S373锁存的8255P A 口的状态,恢复原来的工作和模式,

进入相应的服务程序,这样,程序的运行基本上不受影响。此

时,看门狗将单片机及8255等复位,但74L S 373在不掉电时,

维持复位前的信息。只有整个控制器都掉电,74L S 373才不保

存原有信息,这样74L S373不影响以后工作模式设置。这也是

没有采用EEPR OM 而采用74L S373保存控制器工作模式的

原因。A T 89C 51的P 2.0～P 2.5为常用电源某相电压的过压

或欠压指示。P 2.6～P 2.7可以用作电网发电的发电指令和卸

载指令输出.P1.0～P 1.7及P 3.0～P3.5用作基本的I/0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　AT 89C51及外围电路

3.3　控制电路

继电器控制电路如图4

所示。图4　继电器控制电路在图4中,只画出常用电源合闸控制及备用电源合闸控制电路。常用电源合闸控制继电器的线圈K IA 与备用电源合闸控制继电器的常闭触点K2D 串接在一起,这样当P 1.1出现高电平、P 1.3出现低电平时,继电器线圈K IA 通电,其常开触点KI C 闭合,常闭触点KI D 断开,接通交流220V 的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。该控制器还有分闸控制电路,电路形式与图4类似,但不须接成互锁形式。4　软件设计

电源切换系统一般有几种工作模式,如:自投自复、自投不自复、只常、只备、发电,它们各有特点。这些工作模式对应的硬件电路基本一样,只是软件编程时应用针对性和选择性。本系统默认采用自投自复工作模式,其主要特点是,当常用电源不正常时,而备用电源正常时就接通备用电源,两种电源都正常时,接通常用电源。另外,为进一步提高程序的稳定性和抗干扰能力,在程序中还应设软件陷阱等抗于干扰措施。由于8255的复位时间比单片机长,所以在上电复位后,对8255进行初始化之前,程序中要插入适当的延时,使8255能正常工

作。主程序流程图如图5所示。软件中的检测子程序、判断子

程序的思路,在参考文献[1]

中有具体的阐述。图5　主程序流程图

5　结语

该电源切换装置不仅能实现自投自复、只常、只备、自投

不自复、发电、自动脱扣检测、断电再扣等工作模式,还能对控

制后的开关状态进行检测,以免开关本身的故障造成供电不

正常。试验表明,该电源切换控制器可靠性高、性能优良、价格

低廉。

本文的创新点是:利用物美价廉的单片机对系统进行了

有效的控制,考虑到实用性,在进行硬件设计和软件设计时,