基于DS80C320通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

通信電源是通信網絡的心臟,通信電源系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運行直接關系到通信的穩(wěn)定性及可靠性。目前大型通信電源的供電方式多采用集中供電的方式，一旦發(fā)生供電故障，將直接引起整個通信系統(tǒng)的癱瘓。

通信電源的傳統(tǒng)維護方式主要依靠人工看守，工作量大，效率低下，造成設備發(fā)生故障而沒有及時進行處理而產生的重大通信阻斷時有發(fā)生。因此對在網運行通信電源設備實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測，有利于及時發(fā)現(xiàn)電源故障，減少人為因素，對保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行顯得十分重要。'

目前，通信電源系統(tǒng)廣泛使用高頻開關電源系統(tǒng)設備，其智能化程度高。在運行過程中，電源系統(tǒng)的具體運行要求很多，例如：若電源系統(tǒng)不能輸出規(guī)定電流和電壓或輸出的電流、電壓超出允許波動范圍，雜音電壓高于允許值時間并持續(xù)10 S以上者均判定為系統(tǒng)故障。原交流系統(tǒng)中的電壓、頻率或波形畸變超出規(guī)定范圍持續(xù)時間大于60 S者也判定為故障。

為此，要保證通信電源系統(tǒng)的可靠性，通信部門應盡量從兩個不同的地方引入2路市電輸入，并設置2路市電電能自動倒換裝置；所用設備要選用可靠性高的高頻開關整流設備，采用收稿日期：2011-11鋤作者簡介：劉建軍（1 ），男。河北省人，講師。主要研究方向為電子工程。

模塊化、熱插拔式結構以便于更換，并合理配置備份設備。供電方式要大力推廣分散供電，使用同一種直流電壓的通信設備采用兩個以上的獨立供電系統(tǒng)。為了盡量縮短設備的平均故障修復時間，要經常分析運行參數(shù)，預測故障發(fā)生的時間并及時排除。還要提高技術維護水平，采用集中維護、遠程遙信、遙測維護。

實施集中監(jiān)控管理是網絡技術發(fā)展的必然趨勢，是現(xiàn)代通信網的要求，也是企業(yè)減員增效的有效措施。各種電源設備要智能化、標準化，符合開放式通信協(xié)議。

　　1 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的框架結構及總體設計要求
通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是隨時監(jiān)控電源的運行狀態(tài)；對電壓的波動、頻率的波動、波形失真率、瞬時浪涌、瞬變脈沖、三相不平衡等各種質量特性指標進行監(jiān)控；當故障發(fā)生時，能夠及時采取相應措施并報警等。根據通信電源集中維護、統(tǒng)一管理的基本模式，監(jiān)控系統(tǒng)在結構上是多級的分布式計算機監(jiān)控網絡，一般可分為四級：中心監(jiān)控中心、區(qū)域監(jiān)控中心、局站監(jiān)控中心以及前端現(xiàn)場處理部分（包括智能設備、蓄電池檢測儀、前端采集設備）。整個系統(tǒng)的框架結構宜采用樹型結構（見圖1），樹型結構有很好的擴容性，以滿足通信行業(yè)不斷發(fā)展的需求。

圖1 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)框架結構圖

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能設計如下：

（1）實時監(jiān)控及顯示各個通信電源設備的運行參數(shù)及相應的工作狀態(tài)，當設備出現(xiàn)故障時具有聲光報警功能，以及時提示工作人員排除故障；（2）當故障發(fā)生時，能夠及時實現(xiàn)主從電源準確無誤的切換，同時還要保證切換時電壓同頻率，同相位，同幅值；（3）對通信電源系統(tǒng)具有完善的保護功能，防止系統(tǒng)出現(xiàn)過壓、過流、頻率或相位超差及過熱等現(xiàn)象，當出現(xiàn)以上現(xiàn)象后及時采取措施；（4）通信功能：具有主從機組之間通信，與監(jiān)控中心（上位機）通信等功能；（5）具有記錄歷史數(shù)據、狀態(tài)的功能。

　　2 基于DS80C320的監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設計
DS80C320是美國DALLAS公司推出的高速低功耗8位單片機，它采用了全新設計的處理器內核，去掉了冗余的時鐘和存儲周期，在同樣的晶振速度下每個相同的指令執(zhí)行速度可以被提高1.5~3倍。它可以與80C51/80C32兼容，使用標準8051指令集。

本系統(tǒng)實時監(jiān)控通信電源系統(tǒng)的電流、電壓、溫度、頻率及相位，并將相應的數(shù)據送入微處理器，同時采集蓄電池的電壓、工作電流和環(huán)境溫度，定時計算蓄電池的內阻送人存貯器及微處理器；并通過微處理器將數(shù)據送入上位機。具體模塊分為微處理器及外設模塊，電壓采集及測試模型、電流采集及測試模型、溫度采集及測試模型、頻率及相位測量模塊、輸入及顯示模塊、控制量輸出輸入模塊以及通信模塊，如圖2所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件框圖

在本系統(tǒng)當中，微處理器采用了DS80C320芯片，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。同時為了準確記錄蓄電池的狀態(tài)而擴展了相應的外部存儲器。根據采集精度要求以及被采集量的特點，電流、電壓及溫度測試采集模塊采用AD公司的高性能l2位逐次逼近式模數(shù)轉換器AD574A來完成，轉換時間為25 s,線性誤差為±1/2 LSB,內部有時鐘脈沖源和基準電壓源，單通道單極性或雙極性電壓輸入，采用28腳雙立直插式封裝，并通過ADG508A擴展模擬量輸入通道。頻率及相差采集測試模塊是將信號先經過具有遲滯特性的過零比較器轉換為方波，然后通過雙四選一開關4052送人單片機，完全能夠滿足伺服系統(tǒng)的要求。通過定時器]rn來計算頻率和相差。I/O控制的主要功能是實現(xiàn)了對供電斷路器進行有效控制，實現(xiàn)主路電源、備路電源及備用發(fā)電機的有效切換。輸入及顯示模塊采用8位7段LED顯示，顯示的內容包括電流、電壓、頻率及相差等運行數(shù)據，這些數(shù)據可以通過按鍵進行簡單的選擇，同時通過發(fā)光二極管和蜂鳴器提示運行狀態(tài)。本系統(tǒng)硬件部分利用串口1采用RS485標準接IZl實現(xiàn)與上位機的通信，完成傳輸數(shù)據和遠程報警等功能。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1系統(tǒng)軟件流程

系統(tǒng)軟件部分采用NI公司推出的一套面向測控領域的軟件開發(fā)平臺：Labwindows/CⅥ 來進行開發(fā)。LabWin-dows/CVI是National Instruments公司（美國國家儀器公司，簡稱NI公司） 推出的交互式C語言開發(fā)平臺。LabWin-dows/CVI將功能強大、使用靈活的C語言平臺與用于數(shù)據采集分析和顯示的測控專業(yè)工具有機地結合起來，利用它的集成化開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫函數(shù)大大增強了c語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)設計人員編寫檢測系統(tǒng)、自動測試環(huán)境、數(shù)據采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等應用軟件提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。

系統(tǒng)軟件主程序部分的流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

3.2軟件部分的主要算法及功能

3.2.1蓄電池智能充放電算法的確定。

正確合理的充放電可有效地延長蓄電池的使用壽命，本系統(tǒng)內置了蓄電池充放電算法的數(shù)據模型，利用下位機采集上傳的數(shù)據自動生成容量對應曲線與之進行比較運算，用于確定下位機對蓄電池的充放電的管理，從而實現(xiàn)了蓄電池的智能充放電功能。

蓄電池智能充放電算法很多，本系統(tǒng)采用的算法是：神經網絡算法。

神經網絡算法是利用計算機來模擬大腦信號處理過程的人工智能技術，由大量簡單的神經元廣泛連接形成復雜的非線性系統(tǒng)，對采集數(shù)據進行自動歸納，從中獲取這些數(shù)據的內在規(guī)律。蓄電池是一個高度非線性系統(tǒng)，通常很難對其充放電過程建立合理準確的數(shù)學模型。所以，在給出外部激勵的條件下，神經網絡算法能夠利用神經網絡的學習能力和并行結構模擬電池非線性特性來估計SOC值。

SOC估計采用典型的三層神經網絡，其中輸入、輸出層的神經元個數(shù)由實際系統(tǒng)需要決定，中間層神經元個數(shù)取決于系統(tǒng)復雜度及分析精度要求。在神經網絡法中，系統(tǒng)輸入量包括電池電壓、環(huán)境溫度、充放電電流、電池內阻、累積放出電量等。輸入量類型、數(shù)量是否選擇合適會直接影響到方法模型的計算量和準確性。

3.2.2數(shù)字濾波算法。

根據本系統(tǒng)采集精度較高、被采集的模擬量變化緩慢的特點，采取了中值濾波法來從采樣數(shù)據列中提取出逼近真值的數(shù)據。中值濾波是對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣N次（一般N取奇數(shù)），然后把N次采樣值從小到大，或從大到小排隊，再取其中間值作為本次采樣值。中值濾波對于去掉偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈沖干擾比較有效，可對電流、電壓、溫度等數(shù)據進行多周期采樣，每次采樣后和有效采樣值比較，如果變化幅度不超過一定幅值，采樣有效；否則視為無效放棄。

4 抗干擾措施

由于系統(tǒng)中存在功率較大的設備，而且具有一定的電磁干擾，干擾一旦串入系統(tǒng)，輕則會引起誤報，嚴重時就會導致整個系統(tǒng)癱瘓，甚至造成重大事故。本系統(tǒng)從硬件和軟件兩方面采取了抗干擾措施，從而保證了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠運行。

在硬件方面，利用光耦合器件對單片機與各種傳感器、開關、執(zhí)行機構隔離開來，以防止串模干擾，同時在電源進線端加去耦電容，削弱各類高頻干擾，以提高硬件的抗干擾性。

在軟件方面，利用了DS80C320提供的內部可編程硬邏輯看門狗來保證程序的安全性。

5 結語

與常規(guī)的電源系統(tǒng)相比，通信電源系統(tǒng)應能自動、連續(xù)、實時地監(jiān)控所有變、配電設備的運行/故障狀態(tài)和運行參數(shù)，還應具有故障的自動應急處理能力。實踐證明， 基于DS80C320的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)性能優(yōu)良，完全滿足電源系統(tǒng)穩(wěn)定性高的要求，具有很好的抗干擾能力，保證了整個智能建筑安全、可靠地運行。