【導讀】本文主要講解了遠程直流電源監控系統的設計方案，本次方案主要由觸摸屏、單相或三相交流信號采集單元、互感器構成。隨著(zhù)銀行、大型企業(yè)業(yè)務(wù)的拓展，數據中心承受著(zhù)相當大的壓力。管理維護和電費都是企業(yè)主管面臨的困擾。而本文設計的系統恰好解決了之一困擾，實(shí)現了對數據中心的實(shí)時(shí)采集和監控。
1、系統硬件設計
硬件電路設計
直流電源系統需要采集多路模擬量、數字量并要求多路空節點(diǎn)和0 V~4 V的可調電壓輸出，即“四遙”功能。監控單元有兩個(gè)串行口，一個(gè)用于連接智能設備，另一個(gè)用于和TC35i通信。監控單元還需要鍵盤(pán)和液晶顯示。根據以上需求，系統需在單片機最小系統的基礎上增加較多外設。采用帶雙串口的單片機減少外設數量，則增加系統成本，而且限制單片機本身的通用性。其硬件原理圖如圖1所示。
圖1 硬件電路原理圖
單片機
單片機采用通用的SST89E516，是基于8051內核帶64 KB的Flash單片機，3個(gè)16-bit定時(shí)器/計數器，1個(gè)UART，36個(gè)GPIO，支持ISP；看門(mén)狗電路、時(shí)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?xún)r(jià)比的集成器件，內部集成看門(mén)狗、低壓檢測、定時(shí)器、時(shí)鐘電路和鐵電存儲器。采用I2C通信。時(shí)鐘電路和鐵電存儲器分別為兩個(gè)地址，其中鐵電存儲器用于存儲系統參數，如告警號碼、遙測告警越限值等。
TC35i接口電路
西門(mén)子的TC35i是一個(gè)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，支持數據、語(yǔ)音、短消息和傳真。系統采用16C550擴展一個(gè)串口，以TTL電平的串行口方式和TC35i通信。
顯示、鍵盤(pán)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(jiǎn)化系統設計，鍵盤(pán)采用集成電路ZLG7290，單片機與ZLG7290的通信采用I2C通信方式。
模擬信號采集電路
模擬信號采集電路是由整定、隔離和轉換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(xiàn)性光耦。
整定過(guò)的模擬信號經(jīng)限壓處理，一并輸入多路開(kāi)關(guān)。然后經(jīng)過(guò)壓頻轉換（V/F）后輸入CPU處理。V/F轉換采用集成電路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(xiàn)性誤差為0.06%（250 kHz時(shí)）；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.
數字信號采集電路
數字信號指幅度的取值是離散的，幅值表示被限制在有限個(gè)數值之內。二進(jìn)制碼就是一種數字信號。二進(jìn)制碼受噪聲的影響小，易于有數字電路進(jìn)行處理，所以得到了廣泛的應用。數字信號采用TLP521隔離后送至總線(xiàn)驅動(dòng)器74HC244.GAL16V8產(chǎn)生74HC244片選，單片機每隔10 ms查詢(xún)采集數字信號，并加入去抖動(dòng)處理。
空接點(diǎn)輸出電路
空接點(diǎn)用于實(shí)現直流模塊的開(kāi)關(guān)機以及其他設備的控制。采用5 V繼電器輸出空接點(diǎn)信號。5 V繼電器控制也由總線(xiàn)控制。數據口經(jīng)74HC273和MC1413驅動(dòng)后控制繼電器。GAL16V8產(chǎn)生74HC273片選，可擴展多個(gè)空接點(diǎn)。
模擬電壓給定
模擬信號給定采用數字DS1845電位器分壓實(shí)現。數字電位器將2.5 V基準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節電壓的基準。
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2、電路可靠性設計
屏蔽，隔離和吸收
本系統設計的通信線(xiàn)路均采用屏蔽雙絞線(xiàn)屏蔽外界干擾，并進(jìn)行光電隔離。并將各范圍內的模擬量輸人信號統一轉換為0 V~4 V的電壓信號送至A/D轉換器，為了提高系統抗干擾能力，采用差動(dòng)放大器和隔離放大器。
接地
信號接地保證同一邏輯系統的信號邏輯準確，消除同一邏輯系統的不等電位帶來(lái)的干擾，保護接地保證了系統各部分的安全工作。而數字信號地和模擬信號地單點(diǎn)連接。信號地和大地采用3KV102電容連接。
3、系統軟件設計
軟件設計思路
采用實(shí)時(shí)操作系統，即定時(shí)器T0產(chǎn)生10 ms中斷，利用10 ms中斷計數分別產(chǎn)生200 ms、500 ms和1 s任務(wù)。系統軟件模塊框圖如圖2所示。
圖2 系統軟件模塊框圖
短消息模塊無(wú)線(xiàn)傳輸
短消息模塊無(wú)線(xiàn)傳輸分為告警信息主動(dòng)上傳和被動(dòng)召喚。告警信息是主動(dòng)上傳，而遙控、遙測和遙調則是通過(guò)短消息召喚或控制實(shí)現的。告警信息處理流程如圖3所示。
圖3 告警信息處理流程圖
告警分為遙信告警和遙測告警。遙信告警實(shí)現方法：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。
短消息模塊的告警信息必須以漢字發(fā)送。而每個(gè)漢字采用UNICODE編碼，占兩字節，如“電0x7535子0x5b50”。將漢字轉換成UNICODE編碼在單片機下編程比較困難。因為直流電源監控的告警信息有限，并且微軟的操作系統提供該類(lèi)函數，所以需將所有用到的漢字以表的方式寫(xiě)入代碼空間。根據直流系統不同的告警代碼直接查取告警信息的UNICODE編碼。遙控遙調信息處理流程如圖4所示。
圖4 遙控信息處理流程圖
遙控、查詢(xún)測量信息是以TEXT方式發(fā)送。當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，返回控制結果。
短信內容格式：“；密碼；功能碼（；內容1）（；內容2）（；……）”。其中，密碼為6個(gè)字符/數字；功能碼包含2個(gè)字符，如表1所列；內容長(cháng)度不定。如：查詢(xún)系統測量信息短信內容格式：“；1234156；01”；遙控設備開(kāi)關(guān)機格式：“；123456；02”。
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