基于鍵盤掃描算法的多路斷電報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：在此提出基于鍵盤掃描算法的多路斷電預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)相關(guān)的接口電路將斷電信號接入AT89C51單片機(jī)，經(jīng)過改進(jìn)型鍵盤掃描算法檢測后送往PC機(jī)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)對機(jī)房電源的無人遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡潔，能對多路電源同時(shí)檢測，并在PC機(jī)軟件上進(jìn)行分析得出結(jié)論，預(yù)警時(shí)效性高，準(zhǔn)確性高，目前已在民航汕頭空管站信標(biāo)臺機(jī)房投入使用。
關(guān)鍵詞：鍵盤掃描；斷電報(bào)警；實(shí)時(shí)監(jiān)控；自動控制

0 引言
隨著當(dāng)代通信技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)設(shè)備在航空系統(tǒng)、軍隊(duì)、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用已成業(yè)務(wù)運(yùn)行的根本保障，大多數(shù)設(shè)備需24 h無間斷供電，這就要求對電源有智能檢測和實(shí)時(shí)的監(jiān)控，以便及時(shí)處理斷電事故，保障設(shè)備正常運(yùn)行。而在實(shí)際應(yīng)用中，為了確保有足夠的時(shí)間搶修斷電線路，通常在設(shè)備供電中采用多路供電，形成一主用、二備用、三應(yīng)急的構(gòu)架。因此，在多路斷電線路中實(shí)時(shí)檢測斷電線路并進(jìn)行報(bào)警已經(jīng)成為及時(shí)恢復(fù)正常供電的關(guān)鍵。本文提出基于改進(jìn)型的鍵盤掃描算法，通過設(shè)計(jì)相關(guān)檢測硬件電路和監(jiān)控軟件，對多路供電系統(tǒng)進(jìn)行智能檢測報(bào)警和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)已在民航汕頭空管站信標(biāo)臺機(jī)房投入使用，下面以其為例簡述設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)。
系統(tǒng)硬件部分主要由檢測硬件電路、AT89C51單片機(jī)及其相關(guān)組件和PC機(jī)組成。軟件部分為斷電信號的鍵盤編碼、鍵盤掃描算法的改進(jìn)和PC機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。具體實(shí)現(xiàn)是通過檢測電路發(fā)送斷電信號給單片機(jī)，單片機(jī)通過鍵盤掃描算法得出斷電線路對應(yīng)的鍵盤碼，PC監(jiān)控軟件則通過串口通信將單片機(jī)送來不同的鍵碼給予相關(guān)的報(bào)警處理，如圖1所示。

在信標(biāo)臺機(jī)房中，共有市電輸入1、市電輸入2和油機(jī)電輸入3路供電，平時(shí)正常狀況為2路市電互為主備用，油機(jī)待機(jī)不發(fā)電(2路市電皆斷電時(shí)，油機(jī)啟動發(fā)電應(yīng)急)。因此有以下4種供電狀態(tài)：
(1)正常情況，2路市電供電，油機(jī)待機(jī)；
(2)只有一路市電供電，另一路市電故障，油機(jī)待機(jī)；
(3)2路市電都發(fā)生故障，油機(jī)啟動發(fā)電；
(4)2路市電都發(fā)生故障，油機(jī)未啟動。

對于以上4種狀態(tài)，A狀態(tài)可設(shè)為監(jiān)控系統(tǒng)初始狀態(tài)，其余共有4種斷電狀態(tài)(B狀態(tài)有2種情況)。分別對其進(jìn)行鍵盤編碼，使每一種斷電狀態(tài)都有惟一的鍵碼與之對應(yīng)，電路設(shè)計(jì)采用2×4的鍵盤，硬件電路如圖2所示。通過鍵碼識別，PC機(jī)上的監(jiān)控軟件可以實(shí)時(shí)判斷斷電線路提出報(bào)警。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 硬件設(shè)計(jì)
如圖2所示，電路采用光電耦合器進(jìn)行強(qiáng)電隔離，起到防雷作用，并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換。輸入的220 V交流電經(jīng)整流二極管D1整流、電容C1濾波后，形成直流電。
電流分成兩路，一路經(jīng)R1限流電阻使指示燈LED發(fā)光；另一路經(jīng)R2限流后送入光電耦合器4N25，點(diǎn)亮內(nèi)部的發(fā)光二極管，使光敏晶體管導(dǎo)通，在光電耦合器的4腳得到一個高電平。當(dāng)輸入的220 V交流電斷電時(shí)，光電耦合器輸入端電壓消失，發(fā)光二極管熄滅，光敏晶體管截止，4腳得到一個低電平，經(jīng)過相關(guān)的邏輯電路處理后，控制繼電器吸合(繼電器代替了鍵盤按鈕)。從而實(shí)現(xiàn)了把斷電信號模擬成鍵盤按下的狀態(tài)，方便下一步處理。
2．2 單片機(jī)改進(jìn)型鍵盤掃描算法
對于多路供電的情況，可以通過對線路斷電信號進(jìn)行鍵盤編碼，從而使識別多路斷電成為可能。由于電路對報(bào)警實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求，采用了改進(jìn)型的鍵盤掃描算法。實(shí)驗(yàn)證明，該算法在系統(tǒng)的應(yīng)用中有很好的效果。實(shí)時(shí)檢測斷電信號是系統(tǒng)準(zhǔn)確性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，由于傳統(tǒng)鍵盤掃描算法在抖動算法調(diào)用的同時(shí)會屏蔽掉中斷，因此有必要對鍵盤掃描算法進(jìn)行改進(jìn)。
算法改進(jìn)主要分成3步：首先在中斷運(yùn)行程序中設(shè)置中斷變量，記錄運(yùn)行次數(shù)。判斷中斷執(zhí)行次數(shù)是否符合延時(shí)時(shí)間，然后再判斷鍵盤是否按下(也就是斷電信號是否真實(shí))。其次，每次調(diào)用鍵盤掃描分析程序均需經(jīng)過10 ms同步，當(dāng)?shù)?次檢測到按鍵時(shí)僅設(shè)置一個標(biāo)志，第2次檢測到按鍵時(shí)(與第一次檢測到按鍵相隔10 ms)再進(jìn)行鍵分析，實(shí)現(xiàn)報(bào)警準(zhǔn)確性的同時(shí)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。最后，系統(tǒng)根據(jù)不同的狀態(tài)對信號進(jìn)行編碼，三路電路由于有4種不同的狀態(tài)而編成4個統(tǒng)一獨(dú)立的鍵碼，減少了鍵碼分析的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
2．3 基于VC++6．0的監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
在VC++6．0平臺上設(shè)計(jì)監(jiān)控軟件。該軟件主要由系統(tǒng)設(shè)置、運(yùn)行狀況和狀態(tài)顯示3部分組成，界面簡潔方便監(jiān)控。系統(tǒng)設(shè)置了對系統(tǒng)狀態(tài)顯示復(fù)位的功能、選擇通信串口的功能以及通信測試的功能。
通信測試主要用于日常維護(hù)，對于本系統(tǒng)來說，單片機(jī)與PC機(jī)的通信鏈路至關(guān)重要，通過日常維護(hù)的通信測試可以減少系統(tǒng)下線未報(bào)警的風(fēng)險(xiǎn)。在運(yùn)行狀況模塊中，監(jiān)控軟件提供了兩路市電運(yùn)行報(bào)告和油機(jī)的狀態(tài)報(bào)告，如圖3所示。

狀態(tài)顯示可以智能地顯示出斷電線路，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無人監(jiān)管、遠(yuǎn)程監(jiān)控，如圖4所示。

3 結(jié)語
本文提出基于改進(jìn)型鍵盤掃描算法的多路電源斷電報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用鍵盤掃描算法的簡潔可行性，對多路斷電線路信號進(jìn)行鍵盤編碼，終端監(jiān)控報(bào)警軟件通過斷電信號的對應(yīng)鍵盤碼進(jìn)行識別，斷電線路提出報(bào)警。該系統(tǒng)簡化了一般電源斷電報(bào)警系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單，識別斷電時(shí)間為μs級，報(bào)警準(zhǔn)確，目前已投入實(shí)際使用。