通信电源监控系统下位机硬件电路的设计

时间：01-05 来源：电源世界作者：张恩利夏诤侯振义点击：

图3 测量量程在线转换电路

　　从理论上讲，利用数字电位计可以实现任意量程的转换。但由于模数转换器精度的限制以及通信电源监控系统高实时性的要求，选取过多的转换点反而会收到事倍功半的效果。通过试验发现，只需1：1，1：2，1：5，1：10，1：20，和1：50六种量程就可以保证输入信号在模数转换器的2/3量程附近，因此，在这里巧妙的利用了滑动端计数寄存器和数据寄存器之间的双向数据传输功能，实现上述六种量程在线转换。具体的实现方法是：在两个E2POT的R0中存储值为01H，由于上电复位时滑动端计数寄存器会自动装入R0中的值，因此初始化时，放大器为一跟随器，当需要测量微弱电流时，根据初次采集得到的值，与事先设定的参考值进行比较，选择合适的量程进行放大后重新采集。
　　在采用这一技术之后，数据采集的精度有了较大的提高。但同时这一电路有时会在输出端产生振荡，造成输出波形失真，解决方法是在放大器输入和反馈端串联两个电阻，增加其到输入端的衰减通道。

3.2.3模数转换主电路

　　在模数转换部分，根据系统采样精度和速度的要求，我们采用了AD公司的高速模数转换ADS774。它是一种采用CMOS技术的低功耗、高采样速度的12 位模数转换器，从模拟量输入到转换结束的时间为8.5us,采样频率可达117khz，而且具有内部的采样和保持电路，其自身就是一个完备的数据采集系统。ADS774的具体工作时序和工作原理可参见文献[3]，在此不再敷述。

3.3 开关量采集模块

　　开关量的采集正确与否直接影响控制的准确程度。作为通信电源监控系统中的开关量采集电路必须满足几点要求：一是采集电路的接入不能干扰原电源设备的工作状态；二是采集电路不允许有误读，否则将会引起监控系统的误控；三是开关量调整后应该符合监控系统的接口要求，低电平为0~1V，高电平为3.6~5V。这就要求采集电路必须具有较高的可靠性和隔离度[4]。图4给出了开关量采集电路的调理电路。

图4 开关量信号采集电路

3.4 人机接口模块

　　人机接口模块包括键盘和显示模块。由于本系统定位于无人值守，对键盘功能的要求相对较弱，因此我们采取了4*4的行列式键盘。显示模块则采用了内藏HD61202控制芯片的LCM19264A液晶显示模块，可以显示四行、十二列的汉字。

3.5 通信模块　　
　　　　
　　下位机作为直接面向设备的从机需要与上位机进行远程通信，同时下位机还要作为主机与各种智能设备通信。因此在本系统同时采用了RS232和RS485两种通信方式，其中下位机与上位机之间通过PSTN网与上位机之间通信，完成获取参数、传输数据、远程报警等功能；下位机与各种智能设备之间通讯通过 RS485组网获取数据及其状态[5]。
　　通信模块采用了单独的微处理器DS80C320，它在普通单片机的基础上为P1口也定义了第二功能，从而拥有四个全双工的串行通信口、六个外部中断、三个定时/计数器，同时在指令上与8051兼容，对于监控系统的通信单元来说十分适用。

3.5.1下位机与上位机之间的通信

　　下位机与上位机之间的通信媒介采用了PSTN网在本系统中采用了扩展一个标准的全功能RS232通信口，通过外置MODEM连至PSTN网的方法来实现下位机与上位机之间的通信。其实现电路如图5所示：

图5 DS80C320与MODEM硬件接口图

　　图中8251是通用同步/异步收发器，它具有独立的接收器和发送器，通过编程可以以单工、半双工获全双工的方式进行通信。同时它还提供了多个与MODEM连接所需的控制信号，可以很方便的实现与MODEM之间的互联。

3.5.2 下位机与智能设备之间的通信

　　下位机与智能设备之间采用RS485通信的主从式组网方式。RS485采用平衡发送和差分接收的方式来实现通信，具有很强的抗共模干扰的能力，其传输距离在10Kbps的传输速率时可达1.2公里。具体的实现方案如图6所示。

图6　RS485通信的整体实现方案

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3.6 控制量输出模块

　　控制量的输出电路如图7所示。图中OUT为处理器输出的开关量控制信号，与外部通过光耦和继电器两级隔离。由于继电器的驱动线圈有一定的电感，在关断瞬间可能会产生较大的电压，因此在继电器线圈两端反并联了一个吸收二极管。

图7 控制量输出电路图

3.7 声光报警模块

　　当系统出现异常情况时，下位机在通过远程通信网络向上位机发出报警信息，同时通过两片8155的定时器控制蜂鸣器和发光二极管进行本地的声光报警。其具体实现电路如图8所示。

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