基于STC12C5A60S2的雙電源供電智能控制系統設計

發(fā)布時(shí)間:2015-3-10 11:00    發(fā)布者:designapp
關(guān)鍵詞: 雙電源 , 單片機 , 信號調理 , LabVIEW
隨著(zhù)國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展,人們對供電連續性、可靠性的要求越來(lái)越高,對于不允許斷電的重要場(chǎng)合,如醫院手術(shù)室、高層建筑安全保障系統、熱電站、化工企業(yè)、銀行等,都要求配備至少兩路電源來(lái)保證供電的連續性。因此,需要一種能在兩路電源之間進(jìn)行自動(dòng)轉換的系統,以保證正在使用中的電源出現故障時(shí)能自動(dòng)轉換到另一路正常電源。雙電源供電系統的應用場(chǎng)合決定其可靠性尤為重要,若兩路電源不能及時(shí)進(jìn)行轉換或者轉換失敗,會(huì )給人們的生活和生產(chǎn)帶來(lái)嚴重的損害。
隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的發(fā)展,本文結合比較實(shí)用的GSM無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù),設計研制了一種工作安全可靠性高、硬件結構簡(jiǎn)單、成本低廉的雙電源供電系統智能控制器。本文研究的控制器對提升該類(lèi)產(chǎn)品技術(shù)水平、推動(dòng)產(chǎn)品更新?lián)Q代具有重要意義,且應用前景廣闊。
1 系統設計
本文提出了基于STC12C5A60S2的雙電源供電智能控制系統。該系統可實(shí)現對常用電和備用電電壓的實(shí)時(shí)監測,并實(shí)現兩路電源安全可靠切換。同時(shí)系統完成對電壓數據的采集和傳輸,現場(chǎng)的顯示模塊由12864液晶和LED組成,完成簡(jiǎn)單電壓顯示和工作模式的指示,有效數據通過(guò)GSM模塊發(fā)送到后臺監控主機,便于統一管理,此外,用戶(hù)可以根據自己的要求實(shí)現將相關(guān)數據發(fā)送到指定手機的功能。
該雙電源供電智能控制系統包括:電源模塊、控制器、信號檢測模塊、遠程無(wú)線(xiàn)模塊、時(shí)鐘模塊、輸出控制模塊、鍵盤(pán)、LCD和LED人機交互模塊。系統結構如圖1所示。


圖1 系統結構





        
2 硬件電路設計
2.1 控制電路
本系統的控制部分是以STC12C5A60S2單片為核心機構成的最小系統,此外,為方便程序下載,設計了基于CH340的程序下載接口電路,單片機最小系統和程序下載電路如圖2所示。


圖2 單片機最小系統


2.2 檢測電路
在智能控制系統中,檢測部分實(shí)現對各路電壓信號的采集、調理等功能,主要有三部分組成:交流信號隔離與采集、模擬信號通道選通、交流小信號的抬升與跟隨。
2.2.1 信號隔離采集及信號的選通
為了消除強電回路對弱電回路的影響,保護檢測回路,在采集交流信號時(shí)選用了變比為1000:1000的交流電流互感器ZMPT101B,主要作用為隔離強電回路;檢測信號多路選通的實(shí)現則選用了模擬開(kāi)關(guān)CD4051。
如圖3所示,交流電壓信號經(jīng)過(guò)R1限流電阻,將電壓信號轉化為電流信號,經(jīng)過(guò)電流互感器后,通過(guò)運放UA741再將電流信號轉化為電壓信號。


圖3 交流信號采集電路


2.2.2 交流信號抬升與跟隨
由于控制器的AD口只允許輸入0~5V的電壓信號,因此需要將正負半軸均有的交流信號進(jìn)行抬升,即在原有信號的基礎之上增加一個(gè)大小為2.5V的直流信號,為了防止負載對檢測信號的影響,在此后端添加電壓跟隨電路。硬件電路如圖4所示。




        

2.3 人機交互
系統中為方便用戶(hù)觀(guān)察電源工作狀態(tài)和設置相關(guān)參數,鑒于輸入信息相對簡(jiǎn)單,因此采用獨立式鍵盤(pán);顯示方式為L(cháng)ED和LCD,LED用來(lái)指示各電源的工作狀態(tài),LCD則用來(lái)顯示當前工作電壓等信息。


圖4 信號抬升電路



圖5 無(wú)線(xiàn)通信電路


2.4 無(wú)線(xiàn)通訊模塊
本系統為了方便用戶(hù)統一管理和及時(shí)有效的得知電源的工作方式,為其配備了無(wú)線(xiàn)通訊功能,一方面現場(chǎng)的數據可以實(shí)時(shí)發(fā)送給后臺監控,將現場(chǎng)數據實(shí)時(shí)顯示出來(lái);另一方面用戶(hù)可以通過(guò)后臺的監控軟件實(shí)現對現場(chǎng)的控制與操作。此外,本系統中,用戶(hù)可以將部分手機配置為終端,同時(shí)具有接收數據和控制現場(chǎng)設備的功能。




        

3 軟件設計
本系統的軟件設計包括控制器軟件設計和后臺監控軟件設計。
3.1 控制器軟件設計
按照軟件設計要求,本系統依然采用模塊化程序設計[6,7],主要包括:定時(shí)器模塊、AD采樣模塊、LCD顯示模塊、串口通訊模塊等,程序流程圖如圖6所示。


圖6 控制器程序框圖


3.2 后臺監控軟件設計
本系統中,為方便用戶(hù)實(shí)現控制器統一管理和數據的采集,設計了基于LabVIEW的后臺監控系統,該系統可以實(shí)現對現場(chǎng)控制器的控制與設定,同時(shí)將現場(chǎng)的狀態(tài)與數據進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。此外,系統具備基本的權限管理、數據庫管理等功能。LabVIEW開(kāi)發(fā)的后臺監控具有開(kāi)發(fā)周期短、界面美觀(guān)、界面具備人性化等特點(diǎn)[8],監控主界面如圖8所示。


圖7 監控主界面





        
4 實(shí)驗
在本系統中,信號采集與信號調理是實(shí)現控制的重要環(huán)節,因此為方便實(shí)驗,減少器件損耗,運用模擬電路仿真軟件MultiSim10進(jìn)行仿真實(shí)驗,實(shí)驗波形與實(shí)際測得波形如圖8所示。
5 總結
設計了基于STC12C5A60S2的雙電源供電智能控制系統,通過(guò)理論分析與實(shí)際實(shí)驗測試證明了系統的可行性和可靠性,該系統可以安全可靠地實(shí)現電源的自動(dòng)切換,并且具備遠程無(wú)線(xiàn)通訊和控制功能,使用戶(hù)不僅可以通過(guò)后臺了解現場(chǎng)信息,還可通過(guò)配置將自己的手機作為終端,了解和控制現場(chǎng)各控制器狀態(tài)。


圖8 仿真與實(shí)驗波形




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