基于键盘扫描算法的多路断电报警系统设计

摘要：在此提出基于键盘扫描算法的多路断电预警系统的设计，通过设计相关的接口电路将断电信号接入AT89C51单片机，经过改进型键盘扫描算法检测后送往PC机监控软件，实现对机房电源的无人远程监控。该系统设计简洁，能对多路电源同时检测，并在PC机软件上进行分析得出结论，预警时效性高，准确性高，目前已在民航汕头空管站信标台机房投入使用。
关键词：键盘扫描；断电报警；实时监控；自动控制

0 引言
随着当代通信技术的发展，技术设备在航空系统、军队、工业等领域的应用已成业务运行的根本保障，大多数设备需24 h无间断供电，这就要求对电源有智能检测和实时的监控，以便及时处理断电事故，保障设备正常运行。而在实际应用中，为了确保有足够的时间抢修断电线路，通常在设备供电中采用多路供电，形成一主用、二备用、三应急的构架。因此，在多路断电线路中实时检测断电线路并进行报警已经成为及时恢复正常供电的关键。本文提出基于改进型的键盘扫描算法，通过设计相关检测硬件电路和监控软件，对多路供电系统进行智能检测报警和远程监控。

1 系统结构
本系统已在民航汕头空管站信标台机房投入使用，下面以其为例简述设计基本结构。
系统硬件部分主要由检测硬件电路、AT89C51单片机及其相关组件和PC机组成。软件部分为断电信号的键盘编码、键盘扫描算法的改进和PC机监控软件的设计。具体实现是通过检测电路发送断电信号给单片机，单片机通过键盘扫描算法得出断电线路对应的键盘码，PC监控软件则通过串口通信将单片机送来不同的键码给予相关的报警处理，如图1所示。

在信标台机房中，共有市电输入1、市电输入2和油机电输入3路供电，平时正常状况为2路市电互为主备用，油机待机不发电(2路市电皆断电时，油机启动发电应急)。因此有以下4种供电状态：
(1)正常情况，2路市电供电，油机待机；
(2)只有一路市电供电，另一路市电故障，油机待机；
(3)2路市电都发生故障，油机启动发电；
(4)2路市电都发生故障，油机未启动。

对于以上4种状态，A状态可设为监控系统初始状态，其余共有4种断电状态(B状态有2种情况)。分别对其进行键盘编码，使每一种断电状态都有惟一的键码与之对应，电路设计采用2×4的键盘，硬件电路如图2所示。通过键码识别，PC机上的监控软件可以实时判断断电线路提出报警。

2 系统设计
2．1 硬件设计
如图2所示，电路采用光电耦合器进行强电隔离，起到防雷作用，并将模拟信号转换成数字信号，实现A／D转换。输入的220 V交流电经整流二极管D1整流、电容C1滤波后，形成直流电。
电流分成两路，一路经R1限流电阻使指示灯LED发光；另一路经R2限流后送入光电耦合器4N25，点亮内部的发光二极管，使光敏晶体管导通，在光电耦合器的4脚得到一个高电平。当输入的220 V交流电断电时，光电耦合器输入端电压消失，发光二极管熄灭，光敏晶体管截止，4脚得到一个低电平，经过相关的逻辑电路处理后，控制继电器吸合(继电器代替了键盘按钮)。从而实现了把断电信号模拟成键盘按下的状态，方便下一步处理。
2．2 单片机改进型键盘扫描算法
对于多路供电的情况，可以通过对线路断电信号进行键盘编码，从而使识别多路断电成为可能。由于电路对报警实时性和准确性的要求，采用了改进型的键盘扫描算法。实验证明，该算法在系统的应用中有很好的效果。实时检测断电信号是系统准确性的一项重要指标，由于传统键盘扫描算法在抖动算法调用的同时会屏蔽掉中断，因此有必要对键盘扫描算法进行改进。
算法改进主要分成3步：首先在中断运行程序中设置中断变量，记录运行次数。判断中断执行次数是否符合延时时间，然后再判断键盘是否按下(也就是断电信号是否真实)。其次，每次调用键盘扫描分析程序均需经过10 ms同步，当第1次检测到按键时仅设置一个标志，第2次检测到按键时(与第一次检测到按键相隔10 ms)再进行键分析，实现报警准确性的同时，提高系统的实时性。最后，系统根据不同的状态对信号进行编码，三路电路由于有4种不同的状态而编成4个统一独立的键码，减少了键码分析的复杂性，提高系统的实时性。
2．3 基于VC++6．0的监控软件设计
在VC++6．0平台上设计监控软件。该软件主要由系统设置、运行状况和状态显示3部分组成，界面简洁方便监控。系统设置了对系统状态显示复位的功能、选择通信串口的功能以及通信测试的功能。
通信测试主要用于日常维护，对于本系统来说，单片机与PC机的通信链路至关重要，通过日常维护的通信测试可以减少系统下线未报警的风险。在运行状况模块中，监控软件提供了两路市电运行报告和油机的状态报告，如图3所示。