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基于TC35i的遠(yuǎn)程直流電源監(jiān)控系統(tǒng)

作者: 時間:2011-10-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
  變電站、發(fā)電廠、通信機(jī)房需要穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)為充電,向控制回路和合閘回路供電。管理電池充放電、監(jiān)控開關(guān)狀態(tài)和直流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),以便在運(yùn)行過程中確保電源和設(shè)備安全高效運(yùn)行。電源監(jiān)控系統(tǒng)在電源維護(hù)管理中的應(yīng)用,標(biāo)志著傳統(tǒng)人工看守的維護(hù)管理模式向以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化、自動化的集中管理模式轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)已從簡單的監(jiān)控功能發(fā)展到具有三遙和報警功能,具有較完備的管理和監(jiān)控功能的系統(tǒng)。利用單片機(jī)SST89E516RD實現(xiàn)"四遙"和報警功能,并采用TC35i實現(xiàn)短消息方式的信息傳輸。

  2系統(tǒng)硬件設(shè)計

  2.1硬件電路設(shè)計

  直流電源系統(tǒng)需要采集多路模擬量、數(shù)字量并要求多路空節(jié)點和0 V~4 V的可調(diào)電壓輸出,即"四遙"功能。監(jiān)控單元有兩個串行口,一個用于連接智能設(shè)備,另一個用于和TC35i通信。監(jiān)控單元還需要鍵盤和液晶顯示。根據(jù)以上需求,系統(tǒng)需在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加較多外設(shè)。采用帶雙串口的單片機(jī)減少外設(shè)數(shù)量,則增加系統(tǒng)成本,而且限制單片機(jī)本身的通用性。本文采用普通單片機(jī)外擴(kuò)串口和RAM,并采用GAL16V8產(chǎn)生多個總線設(shè)備片選。其硬件原理圖如圖1所示。

  2.1.1單片機(jī)

  單片機(jī)采用通用的SST89E516,是基于8051內(nèi)核帶64 KB的Flash單片機(jī),3個16-bit定時器/計數(shù)器,1個UART,36個GPIO,支持ISP;看門狗電路、時鐘電路和掉電保存電路采用FM3104。FM3104是RAMTRON公司推出的一款高性價比的集成器件,內(nèi)部集成看門狗、低壓檢測、定時器、時鐘電路和鐵電存儲器。采用I2C通信。時鐘電路和鐵電存儲器分別為兩個地址,其中鐵電存儲器用于存儲系統(tǒng)參數(shù),如告警號碼、遙測告警越限值等。

  2.1.2 TC35i接口電路

  西門子的TC35i是一個支持中文短信息的工業(yè)級GSM模塊,其頻段為雙頻GSM 900 MHz和GSM1 800 MHz,支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真。系統(tǒng)采用16C550擴(kuò)展一個串口,以TTL電平的串行口方式和TC35i通信。TC35i必須在ICT引腳設(shè)置啟動電路,單片機(jī)采用中斷方式接收16C550數(shù)據(jù)。

  2.1.3顯示、鍵盤電路

  顯示電路采用128×64液晶。液晶的接口片選由GAL16V8確定。為了簡化系統(tǒng)設(shè)計,鍵盤采用集成電路ZLG7290,單片機(jī)與ZLG7290的通信采用I2C通信方式。

  2.1.4模擬信號采集電路

  模擬信號采集電路是由整定、隔離和轉(zhuǎn)換3部分組成。不同的模擬信號整定電路部分不同,例如直流電壓采用精密電阻分壓法將0 V~400 V電壓整定為0 V~4 V;而交流電壓則采用電壓互感器整定為0 V~4 V;隔離電路采用線性光耦。

  整定過的模擬信號經(jīng)限壓處理,一并輸入多路開關(guān)。然后經(jīng)過壓頻轉(zhuǎn)換(V/F)后輸入CPU處理。V/F轉(zhuǎn)換采用集成電路AD654。AD654是美國模擬器件公司的一款低成本、8引腳封裝的電壓頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器,其單電源電壓為4.5 V~36 V;雙電源電壓為5 V~18 V;輸出頻率范圍為0 kHz~500 kHz;線性誤差為0.06%(250 kHz時);輸入阻抗為250 MΩ;其輸入電壓范圍為單電源為0 V~Vs-4 V,雙電源為-Vs~Vs-4 V。

  2.1.5數(shù)字信號采集電路

  數(shù)字信號采用TLP521隔離后送至總線驅(qū)動器74HC244。GAL16V8產(chǎn)生74HC244片選,單片機(jī)每隔10 ms查詢采集數(shù)字信號,并加入去抖動處理。

  2.1.6空接點輸出電路

  空接點用于實現(xiàn)直流模塊的開關(guān)機(jī)以及其他設(shè)備的控制。采用5 V繼電器輸出空接點信號。5 V繼電器控制也由總線控制。數(shù)據(jù)口經(jīng)74HC273和MC1413驅(qū)動后控制繼電器。GAL16V8產(chǎn)生74HC273片選,可擴(kuò)展多個空接點。

  2.1.7模擬電壓給定

  模擬信號給定采用數(shù)字DS1845電位器分壓實現(xiàn)。數(shù)字電位器將2.5 V基準(zhǔn)電壓分壓后疊加總限流電壓信號,放大輸出作為直流模塊調(diào)節(jié)電壓的基準(zhǔn)。數(shù)字電位器DS1845是Dallas Semiconductor推出具有永久性存儲器的雙電位器,該產(chǎn)品結(jié)合了兩種線性電位器和256位EEPROM,通過兩線接口,為電位器輸出、配置設(shè)定及電路內(nèi)編程提供了永久性的存儲能力。

  2.2電路可靠性設(shè)計

  2.2.1屏蔽,隔離和吸收

  本系統(tǒng)設(shè)計的通信線路均采用屏蔽雙絞線屏蔽外界干擾,并進(jìn)行光電隔離。并將各范圍內(nèi)的模擬量輸人信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為0 V~4 V的電壓信號送至A/D轉(zhuǎn)換器,為了提高系統(tǒng)抗干擾能力,采用差動放大器和隔離放大器。模擬量輸出采用光電隔離。這樣,在環(huán)境噪聲較強(qiáng)且各測點間可能存在有較大的共模電壓時,現(xiàn)場信號線及各路信號線之間的絕緣良好。同樣,開關(guān)量輸入和輸出分別采用光電隔離和繼電器隔離,以提高系統(tǒng)的可靠性。在通信的輸入端,直流電壓輸入端和交流電壓輸入端均增加了TVS吸收浪涌電壓。

  2.2.2接地

  信號接地保證同一邏輯系統(tǒng)的信號邏輯準(zhǔn)確,消除同一邏輯系統(tǒng)的不等電位帶來的干擾,保護(hù)接地保證了系統(tǒng)各部分的安全工作。系統(tǒng)機(jī)殼可靠接大地。而數(shù)字信號地和模擬信號地單點連接。信號地和大地采用3KV102電容連接。

  3系統(tǒng)軟件設(shè)計

  3.1軟件設(shè)計思路

  采用實時操作系統(tǒng),即定時器T0產(chǎn)生10 ms中斷,利用10 ms中斷計數(shù)分別產(chǎn)生200 ms、500 ms和1 s任務(wù)。系統(tǒng)軟件模塊框圖如圖2所示。

  3.2短消息模塊無線傳輸

  短消息模塊無線傳輸分為告警信息主動上傳和被動召喚。告警信息是主動上傳,而遙控、遙測和遙調(diào)則是通過短消息召喚或控制實現(xiàn)的。告警信息處理流程如圖3所示。

  告警分為遙信告警和遙測告警。遙信告警實現(xiàn)方法:定義若干位為告警位,需產(chǎn)生告警的遙信接至該位置上,一旦觸發(fā)該位置遙信,則產(chǎn)生告警信息。而遙測告警是每秒鐘將遙測信息與設(shè)定的遙測告警上下限相比較,當(dāng)多次越限后則產(chǎn)生報警。反之取消告警。

  告警發(fā)送方法:CPU將不同的告警存儲在發(fā)送隊列中。當(dāng)發(fā)送隊列不為空時,通過短消息模塊每秒鐘發(fā)送一條短消息。

  短消息模塊的告警信息必須以漢字發(fā)送。而每個漢字采用UNICODE編碼,占兩字節(jié),如"電0x7535子0x5b50"。將漢字轉(zhuǎn)換成UNICODE編碼在單片機(jī)下編程比較困難。因為直流的告警信息有限,并且微軟的操作系統(tǒng)提供該類函數(shù),所以需將所有用到的漢字以表的方式寫入代碼空間。根據(jù)直流系統(tǒng)不同的告警代碼直接查取告警信息的UNICODE編碼。遙控遙調(diào)信息處理流程如圖4所示。

  因為每條短信息發(fā)送長度有限。所以遙控、查詢測量信息采用ASCII方式。短消息傳輸?shù)奶柎a、短消息中心號碼和漢字的UNICODE編碼必須經(jīng)PDU編碼后才能發(fā)送。

  遙控、查詢測量信息是以TEXT方式發(fā)送。當(dāng)短消息模塊接收下列格式的短消息后,并且密碼正確,就將召喚直流電源信息按照接收號碼返回短消息或者下發(fā)遙控命令,返回控制結(jié)果。

  短信內(nèi)容格式:";密碼;功能碼(;內(nèi)容1)(;內(nèi)容2)(;……)"。其中,密碼為6個字符/數(shù)字;功能碼包含2個字符,如表1所列;內(nèi)容長度不定。如:查詢系統(tǒng)測量信息短信內(nèi)容格式:";1234156;01";遙控設(shè)備開關(guān)機(jī)格式:";123456;02"。

  4 結(jié)束語

  本系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)直流電源的遙控,遙調(diào)輸出和遙信、遙測輸入。針對直流電源傳輸信息少的特點擴(kuò)展了短消息模塊,為直流設(shè)計了無線傳輸方案?;诙滔鬏?shù)碾娫幢O(jiān)控系統(tǒng)無需構(gòu)建額外的無線通信網(wǎng)絡(luò),而是通過現(xiàn)有的覆蓋面廣,運(yùn)行穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行專用的無線數(shù)據(jù)傳輸。對于覆蓋面廣、監(jiān)測點分散、無人值守、傳輸數(shù)據(jù)量有限而又必須要監(jiān)控的設(shè)備而言,基于短消息的電源監(jiān)控系統(tǒng)是最佳選擇方案。



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