柴油发电机组是内燃发电机组的一种，由柴油机、三相交流同步发电机和控制零碎等组成。由于传统的柴油机控制零碎都是别离式、半自动和手动的居多，其体积较大，功能目标较低。随着科技的开展，对发电机组任务进程中各种静态参数的控制精度要求越来越高，要求具有远间隔遥控、遥测、遥信功用，并能实时存储、上报静态参数等，依托传统的控制零碎已无法满足上述要求。文中采用Microchip公司的PIC24FJ64作为控制器的中心处置器，其本钱低，牢靠性高，自带A/D和一些通讯接口。实验后果标明，所设计的柴油机控制器可以实时采集多通道数据，所用测量办法测量精度较高，呼应速度较快，并经过串行总线与计算机通讯，实时显示机组任务形态，记载各项报警参数，并经过短信告知用户。

1 零碎的设计

设计采用16位的PIC24FJ64GA为主芯片，其带有10位A/D、UART、SPI接口和CAN接口，完全可满足设计要求，且有本钱低，牢靠性高的特点。图1中，市电和发电机三相电参数经过信号调理电路保送1给主芯片的A/D口，发电机的油温油压等参数经过信号调理电路2保送给主芯片的A/D 口，作为备用电源时，任务在自动形式，此时监测市电参数并且当市电电压呈现异常时，停止分闸操作，此时自动启动柴油发电机，等候启动终了后，停止合闸操作，给予供电，当市电恢复时，合闸至市电电网，同时停止柴油发电机的停机操作，完成自动合分闸(ATS切换)。作为电源运用时，任务在手动形式，手动控制发电机启动。发电机启动后，将实时检测发电机运转的各项参数，同时经过SPI传送至128×64液晶屏显示，此外，该控制器还配有CAN和485 接口，经过与PC机衔接，可以经过上位机来设定控制器的参数，也可将控制器采集到的数据显示在上位机上，CSM模块可以将报警信息以SMS方式发送到用户手机。

2 电路设计

2.1 三相电压检测信号调理电路

该电路的目的是将三相电压转换成处置器A/D可输出的电压范围，该信号调理电路运用运放电路中的差动电路来完成，图2为完成L1-N的线电压转换，由于PIC24FJ64CA的A/D电压范围为0～3.3 V，且交流电的负电压不能被A/D所采样，以往的设计往往是运用公用的A/D芯片转换负电压，这样就添加了本钱。本文经过在同相输出端添加了1.6 V的偏压信号，使得正弦波幅值上移，这样可以正向电压则在1.6～3.3 V之间，而反向电压在0～1.6 V之间，0位为1.6 V，在0～3.3 V能采集到完好的正弦波，这种办法的优点在于，前置电路处置复杂，本钱极大的降低了，并使得CPU处置交流电压变得方便。设计测量电压的量程为0～450 V，取比例系数为K=RF/R4=0.002，使得输入电压范围在0.7～2.5 V之间，由于现场运用中发现交流电中存在较大的搅扰信号。

(1)当闸门封闭时，零线上存在极大的扰动电压，这是由于电网中其他用电设备在交流回路上会发生电压。

(2)输入电压波形上叠加有高频搅扰信号。因而本电路在偏压端，也就是同相输出端参加C1用于滤除零线上的搅扰信号，输入端参加C2滤去高频信号。

同理测得另外两相电压L2-N，L3-N的线电压，再经过计算公示可得出L1-L2，L2-L3，L3-L1的相电压。

3 dB带宽fc=1.32 kHz，该带宽可以经过50 Hz交流电，而对频率高于1.32 kHz的信号有抑制造用，该电路设计的信号效果如图3所示。

2.2 三相电压频率信号调理电路

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该电路的目的是将交流电的正弦波信号转换成单片机计数器口所能辨认的方波信号，并能抑制高频搅扰，使测量后果精确。根本设计思绪是经过一个无限增益反应型二阶低通滤波器和一个双限比拟器来完成，详细施行电路如图4所示。

第一个运算缩小器环节为无限增益反应型二阶低通滤波器，其输出与输入的传递函数如下

经过剖析计算可知，带宽为212.31 Hz，幅频特性无谐振，无超调量，满足设计功能目标。

2.3 通讯接口电路

2.3.1 RS-485通讯接口

由于PC机的串行通讯总线是RS-232电平，因而要使RS-485总线可与PC机通讯，则需将RS-485转成RS-232，应用Modbus协议与上位机通讯，RS-485接口采用RSM3485芯片承受上位机可经过该口承受控制器监测到的参数，也可经过该口设置一些控制参数。采用RS- 485，其电平格式为差分的方式，能抑制共模搅扰，因而其通讯间隔比RS-232要长得多。关于有监控要求的用户，可使得监控室设置在离机房较远的中央。

2.3.2 CAN通讯接口

CTM1050T是5V的高速隔离CAN收发器。在设计中，采用屏蔽线方式通讯，这样可抑制电磁搅扰，屏蔽层接致CANSCR引脚，其中R9和C12为耐高压电阻电容，该电路设计特点是能抑制电磁搅扰，避免总线过压惹起的电路烧毁。

3 软件设计

3.1 电压参数检测软件设计

市电/发电的电压信号，经过信号调理电路，转换为0～3.3 V之间的高压信号输出到PIC24FJ64GA的A/D口，依据正弦波频率50 Hz，设定采样转换周期为2 kHz，设计采用每个转换周期转换8次数据，一个正弦波周期采样40个数据，对采样数据停止滤波，转换失掉最终后果。

第k次采集到的A/D的值，buf0～buf7为寄存A/D读数的缓存区，为抑制瞬态搅扰，对buff中的数据停止排序，排序后采用中位值取均匀。

D(k)=(buf3+buf4)/2 (13)

依据A/D参考电压为3.3 V，10位A/D，每个A/D读数表示3.225 mV，上述信号调理电路缩小倍数为0.002，也就是2 mV表示1 V。计算每个A/D读书表示电压的值

A=3.225/2=1.57 (14)

依据信号调理电路，加1.6 V的偏压，0位为1.6 V，A/D读数为512，将读数转换为电压值

u(k)=[D(k)-512]/1 023×A (15)

将一个正弦波周期采集到的值求均方根，失掉T时辰一个正弦波周期的无效值

在实验中发现若只采集1个正弦波算出无效值并直接显示，则显示的无效值会不波动，并呈周期性跳变，因而采用一阶滞后滤波算法。

Uf(T)=(1-a)×U/(T)+a×Uf(T-1)，0

式中，Uf(T)为T时辰滤波后输入的电压值U(T)为T时辰的采样值a为一阶滤波系数。当a越大时，数据越平滑，呼应速度越慢当a越小时，呼应越快，但稳态时数据变化大。为克制这一缺陷，使a的变化具有误差带开关，当其进入误差带时，a较大，而当U(T)变化较大时，a较小，其完成办法为

电压检测软件流程如图7所示。

3.2 控制零碎软件设计

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柴油发电机控制器是一个典型的实时控制零碎，在运转中要保证采样、计算、维护、控制、通讯等义务。终端控制软件是在硬件平台PIC24FJ64GA 和开发环境MPLAB中采用C言语开发、采用模块化顺序设计，便于功用扩展。整个顺序包括的子模块有：零碎各I/O端口的初始化、按键控制模块、参数采集模块、逻辑判别模串行通讯模块等。

该控制零碎经过检测市电电压，当电压欠压时停止市电供电分闸操作，并同时给出启动柴油发电机命令，当发电机运转一切正常后，停止发电机供电合闸操作，若发电机运转时，油温、油压、温度、水温等参数呈现成绩，则进入报警停机形态，并将报警信息传输给用户。在发电机供电运转时，市电供电恢复，则控制器停止发电互联网思维，就是在(移动)互联网+、大数据、云计算等科技不断发展的背景下，对市场、用户、产品、企业价值链乃至对整个商业生态进行重新审视的思考方式。机供电分闸和市电合闸，并控制发电机停机操作，详细的软件流程图如图8所示。

4 完毕语

本文经过对柴油发电机组的研讨，设计了基于柴油发电机组的控制器，完成形态参数的监测，完成了硬件设计和软件设计。经实验证明，本文设计的信号处置电路及数字滤波方法，可以无效地进步测量精度和呼应工夫，关于大负载招致的发电机电压变化可疾速地呼应显示。设计的滤波电路能无效抑制发电机转动发生的纹波搅扰而发生的电压跳变，此外，其能完成ATS功用，可用于楼宇备用电源，其和上位机通讯可以完成多个控制器级联监控，对市电所不能抵达的工业消费、野外作业以及楼宇备用电源控制有着重要意义。