基于MSP430F149的電力操作電源智能電池巡檢系統(tǒng)的設計

　　整流直流電源監(jiān)測包括電壓電流監(jiān)測和操作電源自動調壓控制。直流電壓監(jiān)測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行共地。操作電源包括所有二次測的動作電壓，由高頻開關電源提供。

　　開關量輸入及控制量輸出主要由信號調節(jié)電路、控制邏輯電路、驅動電路、地址譯碼電路、隔離電路等組成，控制量的輸出電路構造與之基本相同。

3.2 交流采樣硬件設計

　　交流部分主要用于對交流供電電路的電壓、電流、功率、諧波等參數(shù)進行實時監(jiān)測，以保證供電電路的安全運行，并實時地了解三相交流電源的狀況，消耗的電能以及無功、功率因素等參數(shù)，一旦電源出現(xiàn)故障，可以及時采取故障處理措施。在本設計中，交流模塊的采樣和計算均由多功能三相電能計量器件ATT7022B實現(xiàn)。為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行，本設計采用外部電源結合電池組同時供電的方式。

3.3 通信及人機接口電路硬件設計

　　該電路設計主要包括人機接口電路設計和串行通信接口電路設計兩部分。人機接口電路設計主要包括鍵盤矩陣電路和液晶顯示電路。鍵盤矩陣電路主要用于輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機交互，該系統(tǒng)的鍵盤設計是采用掃描方式實現(xiàn)矩陣鍵盤。液晶顯示電路作為重要的人機接口元件在智能設備中是非常重要的，本設計采用LCM 12864ZK中文液晶顯示屏。通信接口電路設計屬于系統(tǒng)與主機以及與操作者之間的信息交流部分。本系統(tǒng)與上位機的通信采用UART異步通信方式。

4 軟件設計

4.1 直流模塊軟件設計

　　由于系統(tǒng)采用模塊化設計，所以各個模塊可以獨立編程。直流模塊的軟件設計主要包括對單體電池電壓、溫度以及系統(tǒng)的開關量輸入輸出控制等參數(shù)進行采樣．涉及到采樣的巡回時間間隔、溫度巡檢時間間隔、數(shù)據(jù)處理方式等內容。

　　(1) 電池巡檢回路的監(jiān)測主要包括對電池的單體電壓、電池溫度、環(huán)境溫度以及電池的充放電狀態(tài)等參數(shù)的測量。溫度檢測共包括三個子程序，采用中斷方式進入溫度采集子模塊，實現(xiàn)溫度采集。

　　(2) 整流直流母線電源的監(jiān)控包括電壓電流監(jiān)測和操作電源自動調壓裝置。該軟件模塊實現(xiàn)的功能主要包括電壓檢測、合閘電流檢測以及操作電源自動調壓裝置三部分。

4.2 交流采樣軟件設計

　　交流采樣部分用于對交流供電電路的電壓、電流進行實時采樣，并對數(shù)據(jù)進行相關處理，以獲得電網(wǎng)的有功功率、無功功率、諧波等參數(shù)。這些功能都可以用一個專用電能計量器件ATT7022B實現(xiàn)。

4.3 通信及人機接口軟件設計

　　人機接口是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(xiàn)信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。人機接口是智能設備中不可缺少的部分．它是了解與控制智能設備的關鍵，本設計中主要包括鍵盤設計、液晶中文顯示兩個部分。

　　鍵盤輸入部分由矩陣掃描鍵盤、鍵盤總共設置10個功能鍵，包括：系統(tǒng)復位、電池參數(shù)顯示、交流參數(shù)顯示、直流參數(shù)顯示、開關狀態(tài)顯示、溫度顯示、上翻、下翻、報警狀態(tài)復位。另外，還留有一個供擴展的鍵盤。

　　結合鍵盤電路的設計，液晶顯示的模式采用默認和中斷處理兩種方法，在沒有任何鍵輸入的情況下，液晶模塊顯示交流采樣數(shù)據(jù)：一旦有鍵輸入，如電池巡檢參數(shù)顯示，顯示模塊則立即進入電池參數(shù)顯示狀態(tài)。

　　串口通信實現(xiàn)單片機與上位機的通信，從而將采集到的數(shù)據(jù)傳送到上位機進行處理和控制。

4.4 主程序處理模塊

　　主程序處理模塊作為系統(tǒng)的框架，主要負責對各個模塊之間的協(xié)調處理和數(shù)據(jù)交互。主程序處理模塊首先初始化，主要包括對單片機各個引腳功能的定義以及相應寄存器的賦值，這其中還包括對各個功能模塊控制寄存器的賦值和參數(shù)的設定。然后進入主程序的處理過程，這中間包括SPI通信和液晶顯示兩個模塊。主程序處理流程如圖5所示。整個程序基本采用中斷服務結構，為了實現(xiàn)中斷程序與主程序之間的數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)可以適當?shù)亩x一些全局變量和全局緩存區(qū)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

　　主程序經過參數(shù)設定后立即進入SPI通信，將交流數(shù)據(jù)的值存入單片機寄存器中，保存并進行參數(shù)整定，然后立即進行開關量狀態(tài)的掃描(掃描I／O狀態(tài))。

　　主程序處理只有兩個簡單的功能模塊，然后是負責標志判斷和標志設置。另外就是從指定的緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)或將數(shù)據(jù)暫存到指定的緩沖區(qū)。其他所有的功能模塊都由中斷處理來完成，主程序只對這些模塊進行數(shù)據(jù)交互。

5 結束語

　　該系統(tǒng)是基于MSP430F149單片機的一個多任務處理系統(tǒng)，主要面向中小型變電站的自動化運行綜合管理，具有專用性強、可靠性高以及造價低等特點。該系統(tǒng)包括蓄電池組單體電壓測量、電池以及環(huán)境溫度檢測、操作電源電壓及電流檢測、交流電壓(電流、功率因數(shù))的檢測(SPI通信部分)、開關量狀態(tài)檢測、操作電源自動調壓控制、電池低壓自動充電控制、鍵盤及顯示、通信等共9個主體模塊，同時還保留有一定的擴展空間，基本上能夠滿足中小型變電站的檢測與控制需要。另外。由于該系統(tǒng)的處理器具有運行可靠和多種低功耗運行模式，所以特別適用于變電站這種能量控制單位的使用。

參考文獻:

[1].MSP430F149datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/MSP430F149_4.html.
[2].RS-232datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/RS-232_584855.html.
[3].SP3220Edatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/SP3220E_618381.html.
[4].MSP430datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/MSP430_490166.html.