基于電力操作電源智能電池巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　設(shè)備的硬件原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。其主要功能模塊包括：

　　
（1） 對(duì)交流側(cè)母線電壓、電流、諧波等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)交流電路進(jìn)行采樣，對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（一個(gè)周期采樣20～0次），計(jì)算出線路的有功功率、無(wú)功功率以及線路的功率因素。這些功能可以采用一個(gè)ATT7022B來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　?。?） 對(duì)整流后的直流操作電源線路進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)其電壓、合閘電流以及操作電源是否發(fā)生故障等。同時(shí)，可以采用監(jiān)測(cè)得到的電壓作為二極管自動(dòng)調(diào)壓的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)操作電源自動(dòng)分檔調(diào)壓。

　?。?） 對(duì)備用操作電源設(shè)備（蓄電池）進(jìn)行巡回檢測(cè)（對(duì)單體電池檢測(cè)），了解電池電量以及相關(guān)參數(shù)并及時(shí)更換電池，控制電池充放電狀態(tài)．使電池保持最佳狀態(tài)，有效地延長(zhǎng)電池的使用壽命。

　?。?） 由于設(shè)備的功能鍵盤(pán)需求不多，可以采用單片機(jī)通用I／O口擴(kuò)展的矩陣鍵盤(pán)，顯示部分采用中文液晶顯示模塊。

　?。?） 采用串行通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信，可以遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)。

　　根據(jù)系統(tǒng)的工藝過(guò)程可以知道，系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能有三大模塊：交流數(shù)據(jù)采樣模塊、蓄電池組管理模塊以及直流操作電源信號(hào)分析模塊，另外還有其他小模塊如：顯示、鍵盤(pán)、通信模塊等，前三大模塊并列運(yùn)行，按巡回方式采樣。由定時(shí)器設(shè)定采樣時(shí)間。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程如圖3所示。

MSP430系列單片機(jī)具有三種低功耗模式，為了減少能耗，可采用中斷方式。系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

　　
3 模塊子系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

3.1 直流采樣硬件設(shè)計(jì)

　　直流采樣部分主要包括電池充放電控制、監(jiān)測(cè)以及整流后對(duì)操作電壓、電流的監(jiān)測(cè)。對(duì)電池的管理還包括其溫度、電壓、容量等。此外，故障報(bào)警電路也屬于直流模塊。直流采樣電路可分為電池巡檢電路、整流直流電源監(jiān)測(cè)、開(kāi)關(guān)量輸入及控制量輸出等硬件設(shè)計(jì)部分。

　　電池巡檢電路包括電池單體電壓監(jiān)測(cè)、溫度檢測(cè)、電池充放電以及報(bào)警電路。電池單體電壓監(jiān)測(cè)包括采樣電路設(shè)計(jì)和巡檢邏輯電路。溫度檢測(cè)電路主要分為三路，分別為環(huán)境溫度、電池組溫度、單片機(jī)內(nèi)部溫度，共采用三路A／D轉(zhuǎn)換器。電池充電回路采用高頻開(kāi)關(guān)整流電源對(duì)其充電，部分采用高頻開(kāi)關(guān)充電器作為充電電源，采用繼電器控制電池組充電。當(dāng)正常供電時(shí)，高頻開(kāi)關(guān)電源直接給二次電路繼電器供電，一旦主電源出現(xiàn)故障，立即采用備用電源以防止事故的發(fā)生，電池組處于常備用狀態(tài)。報(bào)警電路主要驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)報(bào)警發(fā)光二極管，從而實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。

整流直流電源監(jiān)測(cè)包括電壓電流監(jiān)測(cè)和操作電源自動(dòng)調(diào)壓控制。直流電壓監(jiān)測(cè)可以采用與單體電池電壓采樣相同的電阻分壓方式，可以與單體電池電壓進(jìn)行共地。操作電源包括所有二次測(cè)的動(dòng)作電壓，由高頻開(kāi)關(guān)電源提供。

　　開(kāi)關(guān)量輸入及控制量輸出主要由信號(hào)調(diào)節(jié)電路、控制邏輯電路、驅(qū)動(dòng)電路、地址譯碼電路、隔離電路等組成，控制量的輸出電路構(gòu)造與之基本相同。

3.2 交流采樣硬件設(shè)計(jì)

　　交流部分主要用于對(duì)交流供電電路的電壓、電流、功率、諧波等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以保證供電電路的安全運(yùn)行，并實(shí)時(shí)地了解三相交流電源的狀況，消耗的電能以及無(wú)功、功率因素等參數(shù)，一旦電源出現(xiàn)故障，可以及時(shí)采取故障處理措施。在本設(shè)計(jì)中，交流模塊的采樣和計(jì)算均由多功能三相電能計(jì)量器件ATT7022B實(shí)現(xiàn)。為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，本設(shè)計(jì)采用外部電源結(jié)合電池組同時(shí)供電的方式。

3.3 通信及人機(jī)接口電路硬件設(shè)計(jì)

　　該電路設(shè)計(jì)主要包括人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)和串行通信接口電路設(shè)計(jì)兩部分。人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)主要包括鍵盤(pán)矩陣電路和液晶顯示電路。鍵盤(pán)矩陣電路主要用于輸入數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，該系統(tǒng)的鍵盤(pán)設(shè)計(jì)是采用掃描方式實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤(pán)。液晶顯示電路作為重要的人機(jī)接口元件在智能設(shè)備中是非常重要的，本設(shè)計(jì)采用LCM 12864ZK中文液晶顯示屏。通信接口電路設(shè)計(jì)屬于系統(tǒng)與主機(jī)以及與操作者之間的信息交流部分。本系統(tǒng)與上位機(jī)的通信采用UART異步通信方式。