0 引言
隨著現代工業的發展和社會的進步，人們對供電持續性的要求已越來越高，如要求供電電源采用兩路甚至兩路以上，一路為常用電源(如外線電源)，另外的為備用電源(如內部的發電電源)。因此，需要一種能在電源之間進行自動切換的裝置，以保證某路正在使用的電源在出現故障時能自動切換到另外的正常電源上，保證供電不問斷或間斷時間在允許的范圍內。該電源切換裝置必須具有反應靈敏、工作可靠、功能齊全、聲光指示等特點。傳統的電源切換裝置采用模擬信號處理方式的控制器，反應不靈敏，可靠性不高，且工作模式固定、單一。也有采用數字信號處理方式的控制器，但這種系統成本高，對工作環境要求苛刻。因此，設計出一種成本低、可靠性高、多工作模式、對工作環境沒有特殊要求的電源自動切換控制器，具有重要的現實意義。
本文以單片機程序控制為基礎構成的電源切換控制器，可以達到現實要求。
1 控制器組成和基本原理
硬件原理方框圖如圖1所示。
AT89C51" title="AT89C51">AT89C51的電源切換控制器的設計與實現" onclick="get_larger(this)" src="http://files.chinaaet.com/images/20110516/6bd33c22-8d37-46e6-b192-06894c55f194.jpg" style="WIDTH: 550px" />
B、C三相電壓送人控制器，經過光電耦合，實現強電與弱電的良好隔離以及有效轉換。光電耦合器將每相電壓進行取樣，然后送人模數轉換器中，模數轉換后的結果被單片機讀入。單片機根據用戶鍵入的功能命令，對采集到的三相電壓與標準設定值進行智能判斷，然后發出相應的分閘、合閘指令(或聲光報警指令)，經過接口電路，驅動繼電器，使電源切換開關作相應的動作。如：某相電壓超過(或低于)規定的電壓值(簡稱過壓或欠壓)時，應有相應的指示及聲光報警，以及根據用戶設定的工作模式去自動切換電源，切換由繼電器帶動開關來實現。最后，單片機還應對切換后的開關進行檢測，以確定是否正常分閘或正常合閘，形成閉環控制回路，以免開關本身的故障造成系統不正常工作。
2 電路結構
進行硬件電路設汁時，既要考慮控制功能的實現又要充分利用軟件的功能來簡化硬件結構，即做到軟硬兼施。
2.l 輸入電路
輸入電路如圖2所示。
在圖2中，CC1端接常用電源的某一相，CN端接常用電源的中線，BB1端接備用電源的某一相，BN端接備用電源的中線。用光電耦合器IS604作為強電與弱電的隔離(實際電路中有6個IS604，為縮小電路圖的篇幅，這里只畫出常用電源的某一相，其它光電耦合器的相關電路連接，與之類似)，IS604內采用雙向發光管，轉換效率高，外界電壓輕微變化，IS604就有相應的輸出。R1為統調電阻，使每個光電耦合器在相同輸入時，有相同直流輸出，以克服光電耦合器之間的誤差，避免造成誤判。模數轉換器ADC0809性價比極高，其IN0～IN2接入常用電源三相電壓的取樣值，IN3～IN5接入備用電源三相電壓的取樣值，在單片機AT89C51的地址線A0、Al、A2的控制下，輪流讀入每相取樣值的模數轉換結果，單片機AT89C51中的程序根據這些瞬時取樣值與內設的標準值相比較，做出相應的判斷，通過P1口，P2口，P3口進行輸出控制及指示。繼電器K5的作用是將常用電源或備用電源的某相電壓輸入變壓器_T1降壓、整流、穩壓后作為控制器的工作電源。
2．2 AT89C51及外圍電路
由于單片機的腳位有限，為了擴展單片機的功能腳，采用了8255并行擴展芯片。如圖3所示，將8255的PAO～PA5用作工作模式指示(該圖中沒畫出發光二極管，8255可通過限流電阻直接驅動發光二極管)，PCO～PC5作備用電源某相過壓或欠壓指示?？紤]到電源切換控制器的工作環境惡劣．因干擾或其它原因(如待機工作)可能使單片機程序進入死循環或死機，加入看門狗電路MAX813L。單片機程序正常時在規定時間內由PBO輸出喂狗脈沖，否則，MAX813L在1．6s后將單片機復位，單片機復位后根據74LS373鎖存的8255tA口的狀態，恢復原來的工作模式，進入相應的服務程序，這樣，程序的運行基本上不受影響。此時，看門狗將單片機及8255等復位，但741S373在不掉電時，維持復位前的信息。只有整個控制器都掉電，74LS373才不保存原有信息，這樣74LS373不影響以后的工作模式設置。這也是沒有采用EEPROM而采用74L373保存控制器工作模式的原因。AT89C5l的P2．0～P2.5為常用電源某相電壓的過壓或欠壓指示。P2．6～P2.7可以用作電網發電的發電指令和卸載指令輸出。Pl.O～P1．7及P3.O～P3．5用作基本的I／O口，可以通過按鍵掃描的方式接受新的工作模式指令以及某路電源分閘、合閘指令輸出、報警發音輸出。
2．3繼電器控制電路
繼電器控制電路如圖4所示。
在圖4中，只畫出常用電源合閘控制及備用電源合閘控制電路。常用電源合閘控制繼電器的線圈KA與備用電源合閘控制繼電器的常閉觸點K2D串接在一起，這樣當P1．1出現高電平、Pl.3出現低電平時，繼電器線圈K1A通電，其常開觸點K1C閉合，常閉觸點K1D”斷開，接通交流220V的常用電源閘刀控制線路，同時斷開備用電源合閘控制繼電器線圈K2A的電源，兩個繼電器接成互鎖的形式，以保證任何時刻只有一路電源被合閘接通，確保供電系統安全運行。該控制器還有分閘控制電路，電路形式與圖4類似，但不須接成互鎖形式。
3 軟件設計
電源切換系統一般有幾種工作模式，如：自投自復、自投不自復、只常、只備、發電，它們各有特點。自投自復的主要特點是，當常用電源不正常時，而備用電源正常時就接通備用電源，兩路電源都正常時，接通常用電源；自投不自復的主要特點，類似自投自復，但在使用備用電源時如果備用電源正常則不切換到常用電源；只常則不管常用電源是否正常都使用常用電源，但能對常用電源及備用電源進行檢測指示；只備類似只常，只使用備用電源；發電則是指備用電源由發電電源構成時，應有發電指令輸出以及卸載指令輸出。這些工作模式對應的硬件電路基本一樣，只是軟件編程時應有針對性和選擇性。另外，為進一步提高程序的穩定性和抗干擾能力，在程序中還應設軟件陷阱等抗干擾措施。由 于8255的復位時間比單片機長，所以在上電復位后，對8255進行初始化之前，程序中要插入適當的延時，使8255能正常工作。主程序流程圖如圖5所示。軟件中的檢測子程序、判斷子程序的思路，存參考文獻[I]中有具體的闡述。
4 結語
該電源切換控制器不僅能實現自投自復、只常、只備、自投不自復、發電、自動脫扣檢測、斷電再扣等工作模式，還能劉控制后的開關狀態進行檢測，以免開關本身的故障造成供電不正常。經過1年多的試用，控制器運行穩定，從縮小電路板而積方面考慮，現已準備對其進行硬件升級。