1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 24V交流单相在线式不间断电源 软件设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 UPS 的英文全称是 Uninterruptible Power Supply，即不问断电源系统，它是一种介于交流 电网和关键负载之间的电力电子装置。它是一种能为负载提供连续电能的供电系统，其基本功能是当供电电源失电时保证对负载不问断地供电、确保关键负载连续正常运行。它是应计算机技术、信息技术以及相关产业飞速发展的需要而产生的。随着电子技术的飞速发展、电力技术的绿色革命化、各种各样用电设备的增多以及
2、 IT业的发展， UPS 技术得到了迅速发展， UPS 的应用领域也迅速扩大。在银行、证券、医疗、军事、航空航天等领域， UPS 已经成了标准配置。 UPS 的分类可分为 1）后备式， 2）在线式 ,3)在线交互式。这里我采用在线式 ups。本文主要 是了解单相在线式 ups 的发展和软件设计， 对其中的 SPWM 控制技术和 A/D 转换做了相关的说明，结合单片机的知识来做 24V 单相线式交流不间断电源的软件设计。 关键词 ： UPS； A/D 转换； SPWM；单片机 - 2 - Abstract The English name is UPS Uninterruptible Power
3、 Supply, power system that is broken do not ask, It is a critical load between the exchanges between the grid and power electronic devices. It is a load to provide continuous power for the power supply system, its basic function is lost when the power supply when the power is off to ensure that the
4、load is not asked to supply a continuous load to ensure the normal operation of the key. It is to be computer technology, information technology and the need for rapid development of related industries generated. With the rapid development of electronic technology, power technology, green revolution
5、ary, the increase in a variety of electrical equipment and IT industry development, UPS has been the rapid development of technology UPS is also rapidly expanding fields of application. In banking, securities, medical, military, aerospace and other fields, UPS has become the standard configuration.
6、The classification can be divided into a UPS) back-type, 2) on-line, 3) online interactive. Here I used the on-line ups. This paper is to understand the development of individual line-ups and software design, on which the SPWM control technologies and A / D converter to do the relevant instructions,
7、 combined with the knowledge to do SCM 24V AC single-line uninterruptible power supply software design. Key Words： UPS； A/D conversion； SPWM； SCM - 3 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 不间断电源的概述 . 1 1.2 研究意义和现状 . 1 1.3 UPS的应用 . 2 2 总体设计 . 5 2.1 原理框图 . 5 2.2 主程序流程图 . 6 3 PIC16F73单片机 . 7 3.1 PIC16F73简介 . 8 3.2 PIC16F7
8、3产生 SPWM波 . 8 3.3 SPWM波的生成方 法 . 10 4 软件设计 . 12 4.1 取点建立正弦表 . 13 4.2 过流检测 . 14 4.3欠压检测 . 15 4.4 初始函数 . 16 4.5 主函数 . 17 4.6 SPWM中断 . 18 4.7 A/D转换 . 19 5 结论 . 20 致 谢 . 21 参考文献 . 22 - 1 - 1 引言 1.2 不间断电源概述 不间断电源（ UPS）用来提供清洁和不间断电源关键负载例如，计算机，医疗 /生命保障系统，通讯系统，工业控制等，在任何正常或异常市电条件下，包括从几毫秒的时间中断达几个小时。它 是一种含有储能装置，
9、以逆变器为核心组成部分的恒压恒频电源设备，主要用于给单台计算机、计算机网络或者其他重要设备提供不间断、高质量的电力供应以及作为机场、电站、医院、银行等重要部门的备用电源。顾名思义，不间断电源可以给用电设备提供连续不间断的电能；保证电能供应的可靠性。然而，供电中断只是电网故障之一，电网中存在各种污染和干 扰也是造成用电设备损坏或工作异常的主要原因。因此，不间断电源还必须能够消除电网对用电设备的干扰，给用电设备提供高质量的电能。也就是说，输出电能的高可靠性和高质量是对不间断电源 (UPS)最基本的要求。 1.2 课题研究意义及现状 电网中经常发生电涌，高压尖脉冲，暂态过电压，电压下陷，电线噪声，频
10、率偏移，持续低电压，市电中断等现象。这些都会对计算机关键设备的正常工作和安全造成了危害。怎样有效地为计算机等关键设备提供高质量的电源供应，并对各种电网危害进行有效屏蔽一直都是电源设计者关注的问题。 UPS 的英文全称是 Uninterruptible Power Supply，即不问断电源系统，它是一种介于交流电网和关键负载之间的电力电子装置。它是一种能为负载提供连续电能的供电系统，其基本功能是当供电电源 (市电 )失电时保证对负载不问断地供电、确保关键负载连续正常运行。它是应计算机技术、信息技术以及相关产业飞速发展的需要而产生的。随着电子技术的飞速发展、电力技术的绿色革命化、各种各样用电设备
11、的增多以及 IT 业的发展， UPS 技术得到了迅速发展， UPS 的应用领域也迅速扩大。在银行、证券、医疗、军事、航空航天等领域， UPS 已经成了标 准配置。目前，在国内市场上，美、日、德、法等国厂家 (公司 )由于进入中国较早，技术先- 2 - 进，一直主导着高档市场，而国内一些中外合资企业和生产历史较长的厂家也因注重高档产品的开发和生产，在中高档市场占有一席之地。我国民族产业的 UPS生产厂商约有 200 多家，但大多生产小功率，中低档的 UPS，主导着低档市场。随着 UPS 市场的扩大，世界自由贸易的发展，中高档 UPS 性价比的提高，低档市场的空间会越来越有限，我国自主生产的 UP
12、S 面对的市场竞争会越来越激烈。为了缩小与外资企业的技术差距，提高我国自主生产的 UPS 产品的市场竞争。 1.3 UPS 的应用 1.3.1 模块化 UPS 的应用 模块化 UPS 电源是由：机架、 N个 UPS 功率模块、静态开关模块、集中显示通信模块以及蓄电池组共同组成的不问断供电设备。其结构特点： USP 功率模块除具备 AC DC、 DCAC 转换功能以外，它的集中显示通信、静态开关也应该是模块化的设计，也就是系统的显示通信、静态开关可以脱离系统，而不影响系统对负载的供电。 模块化是今后 UPS 电源的发展趋势以成为业内共识。与传统的塔式机比较，模块化 UPS 不仅在性能指标上有了很
13、大提高，而且在可靠性、可维护性、可用性、投资有效性都有 显著的提升，其中用户最为关注的可靠性由于功率模块的多次冗余得以从根本上解决。模块化 UPS 与传统 UPS 相比主要具有以下优势：冗余高可靠性：杜绝出现重大恶劣事故。容量配置的灵活性：扩容升级零风险。可维护性：在线热插拔，无需转旁路。高效节能、绿色环保性：对电网无污染。投资有效性：降低用户初期和扩容及运营成本。 1.3.2 局域网 UPS 的应用 现在的在线互动式 UPS 都具备通过 RS232/ RS485 或者是 以太网 的网络接口与计算机进行通讯的功能，配合相应软件就能对 UPS 进行本地远程监控，大大提高了 UPS 的可用性。在计
14、算机网络及通信事业迅猛发展的推动下，当今的UPS 已在大量引进微处理器监控技术的基础上发展成为智能化 UPS。所谓 “ 智能化 UPS” 是指在 UPS 主机上增设通信接口，利用它经过专用的通信电缆或经过调- 3 - 制解调器等与计算机服务器、路由器、网关等设备上相对应的通信接口相连，建立起双向通信调控管理功能，并安装能适应各种操作平台的电源监控软件，管理UPS 的运行、操作，提高 UPS 效 能的供电系统。智能化 UPS 能实时监视 UPS 的输入、输出电压，输入、输出频率，输出电流，电池电压， UPS 主机温度等运行参数，在 UPS 故障或电池供电规定时间后将计算机中的数据自动存档，退出并
15、关闭系统，能通过传呼、 E mail 等方式通知系统管理人员等。对于网络化智能 UPS还必须配置相应的网卡，将 UPS 管理纳入 网络管理 系统中来 。 为了达到 UPS 对整个局域网系统进行保护的目的 ， UPS 的智能化管理功能显得尤为重要。因此，内部配置微处理器的智能化 UPS 是当今 UPS 发展的一个新趋势。它通过 UPS 内部硬件与软件的结合，并利用接口或网络专用的适配器，由 系统管理员 对 UPS 的运行工作状态进行远程化和智能化控制，以大幅度提高 UPS 的功能。例如，它可以用作监控 UPS 的输出电压频率、市电电压频率、蓄电池状态以及故障记录等。它还可以通过软件对蓄电池进行检
16、 测、自动充放电以及遥控开关机等 。 1.3.3 在休闲设施的应用 如大型体育场： 许多领先的体育场馆都安装了 Chloride 的不间断电源系统（ UPS），让观众能够充分享受观看比赛的乐趣而不至被停电所打扰。同时还提供了对场馆安全系统的保 护。（ UPS）被广泛应用于不同的方面，包括： 1）记分器 2）售票系统 3）照明设施 4）安全系统 5）管理系统 UPS 不但直接用于计算机上，凡配有计算机的设备（如医学上的 CT、供应站的仪表等）、雷达站、军事通讯系统、程控电话系统、外科手术室等，均使用UPS 代替发电机作后备供电使用 。 UPS 具有以下几项基本功能： 1电网电压正常时，市电电压通
17、过 UPS 稳压后供应给负载使用，性能好的 UPS本身就是良好的交流稳压器；同时它还对机内的电池进行充电，贮存后备能量。 - 4 - 2电网电压异常时（欠压、过压、掉电、干扰等） UPS 的逆变器将电池组的直流电能转换成交流电能维持对负载的供电。 3)UPS 在电网供电和电池供电之间自动进行转换，确保对负载的不间断供电。一般的电脑设备允许有很小的电力间断（切换时间 10ms 以内），但精密的电脑设备和通信设备不允许电力有间断（切换时间 0ms），所以应确认你需要的UPS 切 换时间究竟是多少。 - 5 - 2 总体设计 2.1 原理框图 本设计的原理框图如图 2-1 所示，其工作原理：当 36
18、V 的输入电路断路时，A/D 转换发出一个 0 信号给 51 单片机，单片机经处理后发出信号经过三极管来控制继电器线圈的通电，继电器常开闭合，电路转为蓄电池供电，同时电流经逆变装置转变为交流供给负载，达到不间断目的，同时单片机来实现 SPWM 波的产生。 3 6 V 直 流S P W M 逆变 电 路A / D 转 换单 片 机蓄 电 池充 电 电路蓄 电 池继 电 器2 4 V 交 流短 路 保 护装 置三 极 管负 载图 2-1 原理框图 2.2 主程序流程图 说明 ： 单片机晶振频率 ： 11.0592MHz。 定时 /计数器 1 定时时间为 10MS用于- 6 - 使 P1.7输出固定周期的高电平触发脉冲 。 定时 /计数器 0 定时时间为 50MS， 循环20 次即 1000MS=1S， 用于使 P1.0 输出固定周期的方波 ， 以便判断单片机是否工作正常。 图 2-2 主程序流程图 开始 关中断 A/D 输出为 0 相关内容清零 初始化时钟 设置时钟中断向量 设置 INT0 中断向量 取角度转换模块送来的角度数字量 开中断 启动实时时钟 等待中断
