基于CPLD双电源智能转换开关系统设计

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随着科学技术的发展和人们生活水平的提高,用户对供电系统的要求越来越高。为确保供电的连续性与稳定性,大多数重要的用电场所都配备了双电源控制系统,其能够有效、准确的实现两路电源之间的转换。现代科学技术的不断发展在很大程度上促进了低压电器整体水平的提高,而双电源转换开关在低压电器领域中占有很重要的地位,其综合性能也在不断的提升,广泛应用于各种重要的用电负荷场合中。本文以CPLD EMP1270为核心进行双电源自动控制系统的软、硬件设计,将目前较为普遍的AVR ATmega32单片机应用于本设计中,并使其与CPLD进行互连通信,完成双电源参数的采集与数据处理任务,并实现与上位机的通信。通过单片CPLD器件实现系统内部数字逻辑功能的控制,进一步减少分立元件的使用,有效解决了传统设计中的硬件接线中故障率高、可靠性低、体积大的问题;同时它具有高速并行数据处理的特点,在控制方面相对于单片机而言具有速度更快的优势。因此,在整个系统设计中,采用以CPLD为主控制芯片,AVR为辅助芯片,通过两者的结合,能够进一步提高系统的综合性能。本论文主要完成如下工作内容:首先,根据每个模块的应用和功能要求,选择与之对应的功能芯片及外围电路,绘制电气原理图、PCB图,搭建系统的硬件构架;其次,利用Verilog HDL进行系统数字逻辑功能设计,编写各个电路模块的功能程序,并通过在Quartus II9.0环境中进行了电路仿真,验证电路设计的合理性;然后,进行系统软件设计,利用ATmega32单片机对双电源的电压信号进行采集与处理以及对CPLD传输而来的频率和温度参数进行BCD码转换;采用RS-485总线通信方式,编写上位机与下位机的通信协议,实现了双电源智能转换开关的远程遥信、遥测、遥控、遥调以及报警/故障查询等功能,并将接收到的电压、频率、温度等参数显示在上位机和控制器面板上,以直观的形式呈现出实时动态。最后通过调试,验证所设计的双电源控制系统在各种工作模式下发生故障的动作的正确性,结果表明:双电源智能转换开关在故障发生时能够迅速有效切换至另一路电源,实现了用电的安全可靠,能够应用于工业现场之中。
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