開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)        摘 要：介紹了一種由一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控多臺(tái)大功率為了確保電源與計(jì)算機(jī)在不同應(yīng)用場合的準(zhǔn)確通信，該監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊采用了RS232C和RS485雙串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口。RS232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）正式公布的、在異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，適于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合。其邏輯電平對地是對稱的，與TTL、MOS邏輯電平完全不同。邏輯0電平規(guī)定為5V15V之間，邏輯1電平為5V15V之間，模塊中采用了MAX232驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口的主

2、要缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率慢、傳送距離短，抗干擾能力差。模塊配備RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口使得任何含有串行通信口的計(jì)算機(jī)均可以實(shí)現(xiàn)和電源的通信,具有廣泛的適應(yīng)性。RS485標(biāo)準(zhǔn)接口為差分驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，它通過傳輸線驅(qū)動(dòng)器把邏輯電平變換為電位差，完成信號的傳遞。RS485具有傳輸速率快、傳送距離長、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，模塊中采用了MAX485驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX485輸出的差分信號需經(jīng)RS232與RS485轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后才能送至計(jì)算機(jī)，所以所有使用RS485與電源進(jìn)行通信的計(jì)算機(jī)必須安裝232/485轉(zhuǎn)換接口卡。本模塊配備的RS485通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口使得監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊可以適用于環(huán)境干擾比較大的工業(yè)現(xiàn)場的

3、長距離通信。3監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計(jì) 開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)對多臺(tái)電源的實(shí)時(shí)監(jiān)控，必須制定準(zhǔn)確的通信協(xié)議。通信協(xié)議是通信雙方為實(shí)現(xiàn)正常通信所作的約定，所制定的規(guī)則。兩進(jìn)程要相互通信，就必須遵守這些約定規(guī)則。該監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定的通信協(xié)議優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以同時(shí)監(jiān)控多臺(tái)電源的主從總線1N通信方式。在總線結(jié)構(gòu)上有一個(gè)主站、即計(jì)算機(jī)，N個(gè)電源做為總線結(jié)構(gòu)上的從站。主從總線1N通信方式可以采用多種通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)總線使用權(quán)的分配，本系統(tǒng)中使用的地址查詢方式，主從總線1N通信方式的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。系統(tǒng)給每個(gè)電源分配唯一的一個(gè)地址號，計(jì)算機(jī)分配一個(gè)固定的地址號。當(dāng)計(jì)算機(jī)需要和某

4、臺(tái)電源建立通信時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出一個(gè)含有該電源地址號的請求命令包。掛在總線上的所有電源一直處于等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，計(jì)算機(jī)所發(fā)出的請求命令包將被所有的電源所接收。每個(gè)電源將接收到的請求命令包中所包含的電源地址號與本模塊的地址號相比較，只有地址號與計(jì)算機(jī)所發(fā)出的請求命令包中所包含的地址號相同的電源才與計(jì)算機(jī)建立通信，響應(yīng)計(jì)算機(jī)所發(fā)出的請求命令。其它地址號不相同的電源將拒絕響應(yīng)計(jì)算機(jī)的請求命令，繼續(xù)保持接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，等待響應(yīng)計(jì)算機(jī)發(fā)出的下一個(gè)請求命令包。系統(tǒng)中的這種地址查詢方式實(shí)現(xiàn)了任何時(shí)候總線上最多只有一臺(tái)電源與計(jì)算機(jī)通信，其它電源處于等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，從而有效地避免了總線使用權(quán)的沖突。計(jì)算機(jī)請求命令包

5、格式如圖3所示。該命令包采用的是異步通訊格式。4個(gè)字節(jié)的起始符和結(jié)束符分別用來表征命令包的開始和結(jié)束，目的站地址就是計(jì)算機(jī)所希望建立通信的電源地址號，源地址是計(jì)算機(jī)地址號。命令碼是計(jì)算機(jī)對電源所發(fā)出的命令信息，用來表征計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令是希望讀取電源的輸出電壓、輸出電流值以及開關(guān)量的狀態(tài)值還是希望設(shè)置電源的輸出電壓、輸出電流值以及開關(guān)量的狀態(tài)值。校驗(yàn)碼和信息長度是用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸是否正確、有無數(shù)據(jù)丟失的信息量。數(shù)據(jù)信息是命令包的主要部分，包含命令包所要傳送的輸出電壓、輸出電流值和開關(guān)量的狀態(tài)值等數(shù)據(jù)信息（僅設(shè)置電源狀態(tài)命令包含有此項(xiàng)，讀取電源狀態(tài)命令包不含此項(xiàng)）。當(dāng)電源接收到計(jì)算機(jī)發(fā)出的請求命令

6、包后，執(zhí)行完計(jì)算機(jī)命令的相關(guān)操作后必須返回計(jì)算機(jī)一個(gè)應(yīng)答數(shù)據(jù)包。電源響應(yīng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)答數(shù)據(jù)包也采用相同的數(shù)據(jù)包格式，只不過目的站地址和源站地址分別為計(jì)算機(jī)地址號和電源自身的地址號。4監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 該監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由兩部分構(gòu)成，一部分是安裝在電源上的通信模塊軟件設(shè)計(jì)，另一部分是用于計(jì)算機(jī)監(jiān)控的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊控制芯片是80C52單片機(jī)，通信模塊軟件采用匯編語言編寫，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理和與計(jì)算機(jī)通信等功能。軟件設(shè)計(jì)采用中斷查詢方式。所謂“中斷”就是計(jì)算機(jī)在執(zhí)行某一段程序的過程中，由于某種原因，有必要中止原程序的執(zhí)行，而去執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序，待處理結(jié)束之后，再

7、回來繼續(xù)執(zhí)行被中斷了的原程序。這種程序在執(zhí)行過程中由于外界的隨機(jī)原因而被中間打斷的情況即稱為“中斷”。通信模塊在未與計(jì)算機(jī)建立通信之前，主程序處于等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，不斷查詢外部串行口中斷。一旦計(jì)算機(jī)發(fā)出請求命令包，所有通信模塊接收到數(shù)據(jù)包后均進(jìn)入串行口中斷程序進(jìn)行判斷識別，只有地址號與數(shù)據(jù)包中所包含的目的站地址相同的電源才與計(jì)算機(jī)建立通信關(guān)系并解讀請求命令數(shù)據(jù)包，根據(jù)命令產(chǎn)生相應(yīng)的啟動(dòng)A/D、D/A或讀取開關(guān)量、設(shè)置開關(guān)量等操作，并返回與請求命令數(shù)據(jù)包格式相同的響應(yīng)數(shù)據(jù)包給計(jì)算機(jī)。通信模塊程序框圖如圖4所示。監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用C語言編寫，實(shí)現(xiàn)的功能是發(fā)送監(jiān)控命令包和解讀通信模塊反饋的應(yīng)答數(shù)

8、據(jù)包，并實(shí)時(shí)顯示反應(yīng)電源狀態(tài)的輸出電流、輸出電壓值和開關(guān)狀態(tài)量。監(jiān)控系統(tǒng)采用主從通信方式，首先由計(jì)算機(jī)給電源發(fā)出命令請求數(shù)據(jù)包，用于發(fā)送讀取或設(shè)置電源狀態(tài)的命令。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送的是讀取電源狀態(tài)命令時(shí)，計(jì)算機(jī)接收到從通信模塊反饋回來的應(yīng)答數(shù)據(jù)包后，將接收到的電源輸出電壓、輸出電流值和開關(guān)狀態(tài)量屏幕輸出顯示。為了實(shí)時(shí)更新讀取的狀態(tài)量，同樣的讀取命令包每間隔1s計(jì)算機(jī)自動(dòng)重復(fù)發(fā)送一次。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送的是設(shè)置電源狀態(tài)命令時(shí)，計(jì)算機(jī)在接收到通信模塊反饋回來的設(shè)置成功的應(yīng)答數(shù)據(jù)包后，立刻每間隔1s自動(dòng)重復(fù)發(fā)送一個(gè)讀取電源狀態(tài)的命名包，用于屏幕輸出顯示設(shè)置完成后的電源輸出電壓、輸出電流值和開關(guān)狀態(tài)量。上位機(jī)軟件框圖如圖5所示。5結(jié)語 開關(guān)電源進(jìn)行監(jiān)控，通過在現(xiàn)場與計(jì)算機(jī)的通信試驗(yàn)，實(shí)際監(jiān)測和設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控和遙測多臺(tái)電源的預(yù)定要求，運(yùn)行情況良好