1、一种基于 AVR 单片机的直流电源监控系统卢剑峰 1 韩 磊 1 杨咏新 2 张建领 21(山东鲁能智能技术有限公司 济南 250002) 2 (胶南市供电公司 青岛 266400)摘要 介绍一种基于 AV R 单片机 (A tm ega128)实现的直流电源监控系统的设计方案及其软、硬件设计思路。该监控系统能检测直流电源系统的各种实时运行数据及状态 , 自动监测各种故障并发出声光报警 , 实现蓄电池的智能管理 ; 通过 R S232 或R S485 与上位机通信 , 实现遥信、遥测、遥控和遥调等功能 , 能较好地满足无人值守变电站及配网自动化的需要。关键词 单片机 直流电源监控系统 智能蓄电
2、池管理A Sort of D irect Curren t Power Superv ise Con trol System Ba sed on AVR Ch ipCom puterL u J ianfeng1 H an L ei1 Yang Yongx in2 Zhang J ian lin21(S hand ong L uneng Intellig ence T echnology Co. , L TD , J inan 250002, Ch ina)2(J iaonan P ow er S upp ly Com p any , Q ing d ao 266400, Ch ina)Abst
3、ract T he design m eans fo r the DC pow er supervise contro l system based on AV R ch ip computer and thelogic of hardw are and softw are design are introduced. T h is system can detect all real tim e operation data andstate of DC pow er supp ly system , and supervise the failure of the system and s
4、end off acousto2op tic alarm , so asto ach ieve the intelligence m anagem ent fo r sto rage battery. T he comm unication w ith the local contro l computeris conducted though R S232 o r R S485, w h ich imp lem ents the operation of distance comm unication, remo te m eter2ing, distance contro l and di
5、stance regulating to m eet the requirem ent of transfo rm er substation and pow er distri2bution autom ation w ithout peop le on duty.Key words Ch ip computer D irect current pow er supervise contro l system T he intelligence m anagem ent fo rsto rage battery1 引 言发电厂、变电站 (所 ) 等供配电部门通常用蓄电池直流电源作为控制、信号
6、、保护、事故照明、直流油泵、分合闸等装置的不间断电源 , 直流电源装置可靠与否直接影响到供配电系统的安全运行 , 而功能强弱则影响系统的良性运行和蓄电池的使用寿命。目前 , 国内电力操作直流电源监控系统主要有两种基本形式 : 其一为 PL C+ 触摸屏 + 采样电路 , 但此种形式的监控系统由于 PL C 编程语言的局限性 , 与上位机通信协议适应性较差 , 并且采样显示精度低 ; 其二为由单片机及其外围电路组成 , 不过当前利用单片机开发的电力操作直流电源监控系统多采用分散结构 , 即将监控系统分成不同单元分别组件安装 , 而后与主 CPU 通讯 , 这种监控方式需要较多数目的 CPU ,
7、且通讯程序复杂、电磁兼容性差、误报率高、组屏复杂。本文介绍了一种基于高性能 AV R 单片机 (A t2m ega128)设计的直流电源监控系统 , 该方案采用集中结构方式 , 占用空间小、易于组屏 , 电器性能及抗电磁干扰性能优越。经试用 , 运行效果良好。2 监控系统的功能及结构本监控系统可以对充电模块、馈电柜、蓄电池、直流母线绝缘状况等系统参数进行采集 ; 亦可根据系统的各种设置数据进行报警处理、历史数据管理等 ; 同时 , 能对这些处理的结果加以判断 , 根据不同情况实行第 25 卷第 4 期增刊 仪 器 仪 表 学 报 2004 年 8 月 1995-2006 Tsinghua To
8、ngfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.蓄电池的智能管理、输出控制和故障回叫等操作 ; 监控系统还可以与后台机通讯 , 构成配电综合自动化系统的重要组成部分。211 硬件结构该系统采用集中结构方式设计。在硬件上共分为主 CPU 板、开关量输入板、开关量输出板、两块开关量输入扩展板、模拟量输入板、蓄电池检测板、系统电源板、液晶显示及键盘板和总线接口板等 , 共 10 块电路板 , 其中 8 块为插件板 , 为便于维护及外形美观的需要 , 插件板采用后插拔形式。键盘采用 9 按键键盘 , 液晶显示模块可显示中文汉字 8 行 15 列 ,
9、黄绿色背光 ,使用环境温度为 - 20 + 70。模块内置温度补偿电路 , 自动调节对比度。从逻辑功能上 , 该系统分为以下几个功能模块 : 主CPU 模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入、模块模拟量输出模块、电池检测模块、液晶显示及键盘驱动模块。系统的整体结构框图如图 1 所示。图 1 系统硬件结构框图212 软件结构考虑到系统的可移植性及今后的维护和扩充 , 系统软件采用 C 语言编写 , 并采用全模块化的设计方法设计。该系统软件主要由主程序以及其他一些中断子程序构成。主程序主要包括模拟量计算模块、故障检测及处理模块以及电池管理模块等子模块构成。其流程图如图 2:中断子程序主要
10、包括通讯中断子程序、定时器中断子程序、键盘中断子程序、实时时钟中断子程序等。其中 , 蓄电池管理模块为本系统的核心功能模块。3 几个主要功能模块的设计概要311 主 CPU 模块单片机采用 A tm el 公司的新一代 AV R 单片机 (A t2图 2 系统主程序流程图m ega128) , 该单片机具有如下优越性能 : 超功能精简指令 , 高速度、低功耗 , 每一指令执行速度可达 50ns; 内置看门够 W atchdog 定时器 ,防 止 程 序 走 飞 ; 片 内 有128KB F lash 程序存储器 ,4KB EEPROM 数据存储器 , 4KBRAM 存储器 ; 多达48 个 I
11、 O 端口 , 34 个不同的中断源 ; 除拥有普通异步串行通信接口外 , 还拥有ISP 下载及 JTA G 仿真等功能 ; 工作电压范围宽 118610V , 电源抗干扰性能较强。作为电源监控系统的主要功能模块 , 主 CPU 模块以高性能的 8 位单片机A tm ega128 为 核 心 , 外 部 扩 展 高 速 锁 存 芯 片74A HC573, 地址译码芯片 74A HC138 以及总线驱动芯片 74A HC244 245。此外 , 为了提高系统的可靠性及对电池充电时间进行严格控制 , 外部还扩展了 LP 监控及复位芯片 M A X705 和实时时钟芯片 D S1307。该模块对各输
12、入模块输入的数据进行实时运算、处理 , 实现系统的各种逻辑控制功能 , 并通过键盘及液晶显示接口进行按键的处理和系统信息的实时显示 ,通过通信接口与上位机及其他配有通信接口的模块进行通信。该模块对上位机提供 R S232、 R S485 两种串行通讯方式 , 并可提供 1200、 2400、 4800、 9600 四种通讯波特率。对电池检测单元及其他带有通信接口的模块提供 R S485 接口 , 并可以根据这些模块的通信要求来制定具体的通信协议。该模块通过地址数据总线、控制总线对开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输出模块进行信息的读取和输出 ; 通过 R S232 或 485 与上位机进行
13、通信 ;通过 R S485 与电池检测单元以及其他带有通信接口的智能设备进行通信。312 电池检测模块蓄电池作为备用电源与整个直流供电系统的可靠性密切相关 , 实现蓄电池的在线检测 , 将有重要的实际意义 , 电池检测模块主要是对 20 组电池的端电压、温度进行实时检测 , 并将检测结果通过 R S2485 接口传(下转第 883 页 )878 仪 器 仪 表 学 报 第 2 5卷 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.L(X2, Y2) = 2 3; L(X2, Y1) = 1 3其他的都
14、为 0, 所以确定性的决策规则为 : C33: 进料温度 = L , 液位 = L从而得到 :表 3 不确定的规则表 a对象 状态 进料温度 进料流量 液位1 S1 H V H H2 S2 H H H5 S5 H H M表 4 不确定的规则表 b对象 状态 进料温度 进料流量 液位3 S3 M L L4 S4 M M M由表 3、 4 所示 , 需要根据经验加入一些另外的属性 , 才能够得出此种情况下的确定性规则。4 结束语本文所讨论的基于属性的相对重要性的粗糙集方法 , 将属性的相对重要性作为启发规则 , 对 DM F 回收的蒸发罐液位这一非线性对象进行分析 , 从采集到的数据中提取确定性规
15、则 , 对于不确定性的规则 , 需要工作人员依据经验增加某些属性 , 才能进行下一步的研究。从实例分析可以看出 , 该算法非常的直观 , 迅速易于实现 , 保留了模糊控制中的绝大多数优点。参考文献1 康胜武 , 王应明 , 蔡志峰 . 基于粗糙集和模糊集理论的规则提取方法 J . 厦门大学学报 , 2002, 41 (2): 173 176.2 T smo to S, T anaka H. P rim ero se. P robabilistic rule in2duction m ethod based on rough sets and resamp lingm ethods J . Co
16、mputational Intelligence, 1995 ( 11):389 405.3 马志锋 , 邢汉承 , 郑晓妹 1 粗糙控制中的规则获取策略研究 J . 工业仪表与自动化装置 , 2000, (6): 58 61.4 B. W alczak, D. L. M assart. Rough sets theo ry J .Chemom etrics and Intelligent L abo rato ry System s,1999, (47): 1 16.(上接第 878 页 )送给主 CPU。为了提高测量精度在硬件电路上采用高精度的电压传感器 (测量精度 011% )。同时 ,
17、 由于电池检测模块亦采用了高性能的 8 位 A tm ega128 单片机 , 利用其内置的 10位 A D 模数转换器 , 从而保证了 011% 测量精度。在软件上采用递推平均滤波算法来保证测量的精度。测量的结果与主 CPU 模块通过 R S2485 通信接口进行通信。同时电池检测模块通过并行扩展接口 8255对外提供 20 组电池端电压输入接口 , 并提供一路温度传感器输入接口。4 结束语基于单片机 A tm ega128 为核心的直流电源监控系统 , 经 2003 年 6 月在山东电力试运行以来 , 性能稳定 , 采样显示精度高 , 报警、控制准确度 100% , 通讯无码率极低。同时 , 特别易于系统功能的扩展 , 实际应用前景广阔。参考文献1 A tm ega128 D ata Sheet.2 李勋 , 耿德根 1AV R 单片机应用技术 . 北京 : 北京航空航天大学出版社 , 2002, 6.3 王家庆 1 智能型高频开关电源系统的原理使用与维护 .北京 : 人民邮电出版社 , 2000, 7.4 电力系统直流电源柜订货技术条件 . DL T 459 2000.388 第 4 期增刊 基于粗糙集属性约简的过程控制规则提取 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
