机载雷达电源监控系统

1.2 电源监控分机的硬件设计  

本系统中有8台监控分机，分别集成在8台电源机箱中，通过RS-422串行总线方式与监控主机接口。每台监控分机主要完成对各自电源工作状态的监测，记录包括开／关机状态、输入过压／欠压、输出过压／欠压、输入过流、过温、输入缺相等状态。监控分机定时采集这些状态值并保存在RAM中，当监控主机接收到主处理机M0发来的查询命令后，通过与监控分机进行多机通信，将各个电源分机的状态值上传给M0，由M0进行分析处理。考虑到器件的环境适应性，电源监控分机的CPU采用Intel公司的MCS-51系列单片机中的MD8751芯片，其内含4 kB EPROM，无需进行片外扩展。  

2 多机通信过程  

本系统中，电源监控主机与8台电源监控分机通过RS-422，串行总线接口进行多机通信。电源监控分机的CPU中包含1个标准的异步传输串行口(UART)，而电源监控主机的CPU是包含2个功能完全相同的UART，它们除了具有8051标准串行口的功能外，还具有帧错误检测和地址识别硬件，称为增强型UART。为了提高监控主机与监控分机串行口之间的兼容性，设置监控主机CPU的UART工作在标准型。监控主机和监控分机的UART接口分别通过一对RS-422的差分发送器DS26LS31和差分接收器DS26LS32进行数据的传输。通信过程中监控主机的发送门和接收门始终打开，而监控分机的接收门始终打开，而发送门由某指定信号控制。  

在MCS-51系列单片机中，串行口工作在方式2或方式3，通过使用第9数据位可以支持一台主处理器与1个或多个从处理器之间的多机通信。当主机想发送数据给多个从机中某个时，它先发送一个用于选择目标的地址字节。地址字节与数据字节的区别是：地址字节的第9位为逻辑1，数据字节的第9位总是设置为逻辑0。主机发送的地址信息可以被各从机接收，而主机发送的数据信息只能被指定从机接收，从机之间不能直接通信。从机利用串行口控制寄存器SCON中的SM2位来控制地址和数据帧的接收。主机与多个从机之间异步通信过程如下：  

a) 使所有从机的SM2位置1处于只接收地址帧的状态。  
b) 主机先发送一帧地址信息，其中8位地址，第9位为地址／信息的标志位，该位置1表示该帧为地址信息，否则为数据信息。  
c) 当从机接收到地址帧后，各自将接收的地址与本机的地址比较。只有地址相符的那个从机，使SM2位清零，准备接收主机随后发来的信息；其余地址不符的从机，保持SM2=1，继续监听地址帧。  
d) 主机收到从机的应答信号后，如果地址相符，准备好数据信息，向从机发送数据或命令；如果地址不符，发复位信号，准备下一次的寻址过程。  
e) 接着主机向从机发送约定长度的数据，发送结束后，发送一帧校验和，并等待接收从机回送的校验和。  
f) 若校验和正确，主机发送停止位，要求从机复位，完成与该分机通信；若不正确，则要求重发一次。  
g) 从机收到复位命令后置SM2=1，回到监听地址帧状态。  

3 软件设计  

由于机载环境对程序空间、时间要求高，要求数据采集、处理速度快，本文采用汇编语言进行软件设计。机内测试控制系统的主处理器M0要求每隔50 ms刷新系统的所有状态数据，因此M0需要定时发送命令给各分系统，以获取最新的各系统状态数据。电源监控系统中的监控主机根据M0发来的命令进行相应的操作。如果接收的是控制命令(即开关机命令)，监控主机立即将该命令转发各个监控分机，控制各个电源的开关操作。如果接收的是查询命令，监控主机将缓冲内存中的各个分机的状态值发送给M0。为确保上传的数据为最新值，监控分机每隔1 ms采集一次相应电源的各个状态量，而监控主机则每隔5 ms与8台分机通信，读取各分机的状态值，并保存在缓冲内存中，以便M0的查询。电源监控主机的CPU既处理与M0的数据交换，又要与8台监控分机进行多机通信，程序相对复杂。  

4 抗干扰设计  

机载雷达工作环境恶劣，对设备的可靠性要求高，电源单片机监控系统暴露在强EMI(电磁干扰)环境下，易受干扰，可靠性设计显得尤为重要。电源及其净化、接地、屏蔽、隔离和滤波等技术均关系到单片机控制系统工作的稳定性。硬件方面，系统采用高速光耦实现信号的完全隔离，采用屏蔽线缆，有效地抑制了外界干扰对数字系统的影响，尤其是电源监控分机，与一次电源高压大电流部分距离很近，专门设计了屏蔽层，信号传送采用带有屏蔽层的连接器。在PCB(印制电路板)布线时，合理放置去耦电容，同时尽量采用片内存储器，增加硬件看门狗电路；软件方面，在程序中定期进行初始化处理，增加重要指令执行次数，从而有助于提高整个系统的抗干扰能力。