采用PIC单片机的真空断路器控制器设计研究

发布时间：2017-05-10 22:15

  本文关键词：采用PIC单片机的真空断路器控制器设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：真空断路器是供配电网络中重要的电气设备,对配电网的安全运行起着重要的作用。近年来随着智能电网的发展,配电网也逐步开展了智能化进程。然而,真空断路器的传统控制多为通过继电器实现控制,近年来,基于单片机控制的操动机构控制器也有所发展,但功能较少,且由于所处电磁环境较为复杂,在实际运行中有时会出现因电磁干扰导致的误动问题。因此研制功能丰富、抗干扰能力强的真空断路器操动机构控制器对配电网的智能化及电器制造行业,均具有重要的研究意义和工程应用价值。本文首先介绍课题的研究背景以及国内外的研究现状,分析了真空断路器操动机构控制器的功能特点及发展趋势,并根据目前的研究现状,设计了一款以PIC16F877A单片机为核心的真空断路器控制器。在研制时采用了模块化的设计思路,不仅使得控制器具有较强的功能扩展能力,同时也简化了设计过程。论文针对操动机构的控制器进行了功能分析和总体设计,以此为基础,重点设计和实现了分合闸执行功能模块、电源供电模块、滤波模块、液晶显示模块、充电电容电压检测和存储模块,等。对应的软件设计方面也采用了模块化设计思路,将各功能的软件控制尽量独立化,类似于硬件模块,各软件模块也有相对独立接口,便于今后的功能扩展。基于该思路,论文在软件设计方面重点实现了显示子程序、采样子程序、信号处理子程序、自检子程序、存储和掉电保护子程序等功能模块。在设计软件系统时,针对硬件系统的一些运行方式或者功能特点,软件系统在设计时采用的软件是MPLAB V8.80,重点设计了显示、采样、信号处理、自检程序和存储等几个模块,将每个模块的功能进行了分析并采用程序流程图的方式将各个程序的设计展示了出来。本文分析了真空断路器工作时所处的复杂电磁环境,研究了控制器的软件和硬件抗干扰措施。针对该控制器,重点提出并设计了控制器屏蔽结构,并对控制器所处的电磁环境进行了仿真和优化设计。取得了屏蔽材料、屏蔽厚度和散热孔孔径的最优值。针对该控制器进行了基本功能实验和抗干扰实验。主要对控制器中的滤波器、电源供电、液晶显示、分合闸执行、充电电容电压检测模块进行了实验,结果表明各模块实现了预期功能。同时对该控制器分别进行了强磁场和强电场环境下的抗干扰实验,并进行了对比研究,结果表明所采用的软硬件抗干扰措施基本能实现电磁屏蔽功能。
【关键词】：控制器 单片机 系统设计 抗干扰 屏蔽罩
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM561.2;TP368.1
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 断路器简介15-16
• 1.2 国内外断路器的发展状况及发展趋势16-20
• 1.3 断路器控制器20-22
• 1.4 本文主要研究内容22-23
• 第二章 控制器硬件设计23-32
• 2.1 硬件设计思路23-25
• 2.2 各硬件功能模块设计25-30
• 2.2.1 输入信号调理模块25-26
• 2.2.2 电源模块26-28
• 2.2.3 显示模块28
• 2.2.4 分合闸执行模块28-29
• 2.2.5 电容电压检测模块29-30
• 2.2.6 存储模块30
• 2.3 PCB电路板设计原则30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 控制器软件设计32-39
• 3.1 软件设计概述32
• 3.2 软件设计32-38
• 3.2.1 主程序设计32-33
• 3.2.2 显示模块33-34
• 3.2.3 采样模块编程34-35
• 3.2.4 信号处理35
• 3.2.5 自检程序设计35-36
• 3.2.6 存储模块的程序设计36-37
• 3.2.7 掉电保护设计37-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 控制器抗干扰设计39-51
• 4.1 干扰因素39-40
• 4.2 控制器的软件抗干扰措施40-41
• 4.3 控制器的硬件抗干扰措施41-44
• 4.4 电磁屏蔽仿真44-50
• 4.4.1 屏蔽罩材料选择45-47
• 4.4.2 屏蔽罩厚度的选择47-48
• 4.4.3 散热孔孔径的选择48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 功能及抗干扰实验51-64
• 5.1 功能实验51-55
• 5.1.1 电源模块51-52
• 5.1.2 滤波模块52
• 5.1.3 显示模块52-53
• 5.1.4 直接动作和检测信号动作53-55
• 5.1.5 电容电压检测模块55
• 5.2 抗干扰实验55-63
• 5.2.1 在电场环境下实验60-61
• 5.2.2 在磁场环境下实验61-63
• 5.3 本章小结与误差分析63-64
• 5.3.1 本章小结63
• 5.3.2 误差分析63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 总结64
• 6.2 展望64-66
• 附录66-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士学位期间的研究成果77-78
• 附件78

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