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案例解析：远程直流电源监控系统的设计

发布时间：2015-01-30 责任编辑：echolady

【导读】本文主要讲解了远程直流电源监控系统的设计方案，本次方案主要由触摸屏、单相或三相交流信号采集单元、互感器构成。随着银行、大型企业业务的拓展，数据中心承受着相当大的压力。管理维护和电费都是企业主管面临的困扰。而本文设计的系统恰好解决了之一困扰，实现了对数据中心的实时采集和监控。

1、系统硬件设计

硬件电路设计

直流电源系统需要采集多路模拟量、数字量并要求多路空节点和0 V~4 V的可调电压输出，即“四遥”功能。监控单元有两个串行口，一个用于连接智能设备，另一个用于和TC35i通信。监控单元还需要键盘和液晶显示。根据以上需求，系统需在单片机最小系统的基础上增加较多外设。采用带双串口的单片机减少外设数量，则增加系统成本，而且限制单片机本身的通用性。其硬件原理图如图1所示。

案例解析：远程直流电源监控系统的设计
图1 硬件电路原理图

单片机

单片机采用通用的SST89E516，是基于8051内核带64 KB的Flash单片机，3个16-bit定时器/计数器，1个UART，36个GPIO，支持ISP；看门狗电路、时钟电路和掉电保存电路采用FM3104.FM3104是RAMTRON公司推出的一款高性价比的集成器件，内部集成看门狗、低压检测、定时器、时钟电路和铁电存储器。采用I2C通信。时钟电路和铁电存储器分别为两个地址，其中铁电存储器用于存储系统参数，如告警号码、遥测告警越限值等。

TC35i接口电路

西门子的TC35i是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，其频段为双频GSM 900 MHz和GSM1 800 MHz，支持数据、语音、短消息和传真。系统采用16C550扩展一个串口，以TTL电平的串行口方式和TC35i通信。

显示、键盘电路

显示电路采用128×64液晶。液晶的接口片选由GAL16V8确定。为了简化系统设计，键盘采用集成电路ZLG7290，单片机与ZLG7290的通信采用I2C通信方式。

模拟信号采集电路

模拟信号采集电路是由整定、隔离和转换3部分组成。不同的模拟信号整定电路部分不同，例如直流电压采用精密电阻分压法将0 V~400 V电压整定为0 V~4 V；而交流电压则采用电压互感器整定为0 V~4 V；隔离电路采用线性光耦。

整定过的模拟信号经限压处理，一并输入多路开关。然后经过压频转换（V/F）后输入CPU处理。V/F转换采用集成电路AD654.AD654是美国模拟器件公司的一款低成本、8引脚封装的电压频率（V/F）转换器，其单电源电压为4.5 V~36 V；双电源电压为5 V~18 V；输出频率范围为0 kHz~500 kHz；线性误差为0.06%（250 kHz时）；输入阻抗为250 MΩ；其输入电压范围为单电源为0 V~Vs-4 V，双电源为-Vs~Vs-4 V.

数字信号采集电路

数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。数字信号采用TLP521隔离后送至总线驱动器74HC244.GAL16V8产生74HC244片选，单片机每隔10 ms查询采集数字信号，并加入去抖动处理。

空接点输出电路

空接点用于实现直流?？榈目鼗约捌渌璞傅目刂?。采用5 V继电器输出空接点信号。5 V继电器控制也由总线控制。数据口经74HC273和MC1413驱动后控制继电器。GAL16V8产生74HC273片选，可扩展多个空接点。

模拟电压给定

模拟信号给定采用数字DS1845电位器分压实现。数字电位器将2.5 V基准电压分压后叠加总限流电压信号，放大输出作为直流模块调节电压的基准。
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2、电路可靠性设计

屏蔽，隔离和吸收

本系统设计的通信线路均采用屏蔽双绞线屏蔽外界干扰，并进行光电隔离。并将各范围内的模拟量输人信号统一转换为0 V~4 V的电压信号送至A/D转换器，为了提高系统抗干扰能力，采用差动放大器和隔离放大器。

接地

信号接地保证同一逻辑系统的信号逻辑准确，消除同一逻辑系统的不等电位带来的干扰，?；そ拥乇Ｖち讼低掣鞑糠值陌踩ぷ鳌６中藕诺睾湍Ｄ庑藕诺氐サ懔?。信号地和大地采用3KV102电容连接。

3、系统软件设计

软件设计思路

采用实时操作系统，即定时器T0产生10 ms中断，利用10 ms中断计数分别产生200 ms、500 ms和1 s任务。系统软件?？榭蛲既缤?所示。

案例解析：远程直流电源监控系统的设计
图2 系统软件?？榭蛲?/div>
短消息?？槲尴叽?/strong>

短消息?？槲尴叽浞治婢畔⒅鞫洗捅欢倩健８婢畔⑹侵鞫洗?，而遥控、遥测和遥调则是通过短消息召唤或控制实现的。告警信息处理流程如图3所示。

案例解析：远程直流电源监控系统的设计
图3 告警信息处理流程图

告警分为遥信告警和遥测告警。遥信告警实现方法：定义若干位为告警位，需产生告警的遥信接至该位置上，一旦触发该位置遥信，则产生告警信息。

短消息?？榈母婢畔⒈匦胍院鹤址⑺汀６扛龊鹤植捎肬NICODE编码，占两字节，如“电0x7535子0x5b50”。将汉字转换成UNICODE编码在单片机下编程比较困难。因为直流电源监控的告警信息有限，并且微软的操作系统提供该类函数，所以需将所有用到的汉字以表的方式写入代码空间。根据直流系统不同的告警代码直接查取告警信息的UNICODE编码。?？匾５餍畔⒋砹鞒倘缤?所示。

案例解析：远程直流电源监控系统的设计
图4 ?？匦畔⒋砹鞒掏?/div>
?？?、查询测量信息是以TEXT方式发送。当短消息?？榻邮障铝懈袷降亩滔⒑螅⑶颐苈胝?，就将召唤直流电源信息按照接收号码返回短消息或者下发遥控命令，返回控制结果。
短信内容格式：“；密码；功能码（；内容1）（；内容2）（；……）”。其中，密码为6个字符/数字；功能码包含2个字符，如表1所列；内容长度不定。如：查询系统测量信息短信内容格式：“；1234156；01”；?？厣璞缚鼗袷剑?ldquo;；123456；02”。
案例解析：远程直流电源监控系统的设计
 
本系统针对直流电源传输信息少的特点扩展了短消息?？?，为直流电源监控设计了无线传输方案?；诙滔⒋涞牡缭醇嗫叵低澄扌韫菇ǘ钔獾奈尴咄ㄐ磐?，而是通过现有的覆盖面广，运行稳定的网络进行专用的无线数据传输。

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