一种基于AVR单片机的直流电源监控系统.pdf

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1、第2 5 卷第4 期增刊仪器仪表学报一种基于A V R 单片2 0 0 4 年8 月机的直流电源监控系统卢剑峰1韩磊1杨咏新2张建领21(山东鲁能智能技术有限公司济南2 5 0 0 0 2)2(胶南市供电公司青岛2 6 6 4 0 0)摘要介绍一种基于A V R 单片机(A t m e g a l 2 8)实现的直流电源监控系统的设计方案及其软、硬件设计思路。该监控系统能检测直流电源系统的各种实时运行数据及状态，自动监测各种故障并发出声光报警，实现蓄电池的智能管理；通过R S 2 3 2 或R S 4 8 5 与上位机通信，实现遥信、遥测、遥控和遥调等功能，能较好地满足无人值守变电站及配网自动

2、化的需要。关键词单片机直流电源监控系统智能蓄电池管理AS o r to fD i r e c tC u r r e n tP o w e rS u p e r v i s eC o n t r o lS y s t e mB a s e do nA V RC h i pC o m p u t e rL uJ i a n f e n 9 1H a nL e i lY a n gY o n g x i n 2Z h a n gJ i a n l i n 21(S h a n d o n gL u n e n gI n t e l l i g e n c eT e c h n o l o g yC

3、o，L T D，J i n a n2 5 0 0 0 2，C h i n a)气J i a o n a nP o w e rS u p p l yC o m p a n y，Q i n g d a o2 6 6 4 0 0，C h i n a)A b s t r a c tT h ed e s i g nm e a n sf o rt h eD Cp o w e rs u p e r v i s ec o n t r o ls y s t e mb a s e do nA V Rc h i pc o m p u t e ra n dt h el o g i co fh a r d w a r

4、ea n ds o f t w a r ed e s i g na r ei n t r o d u c e d T h i ss y s t e mc a nd e t e c ta l lr e a lt i m eo p e r a t i o nd a t aa n ds t a t eo fD Cp o w e rs u p p l ys y s t e m，a n ds u p e r v i s et h ef a i l u r eo ft h es y s t e ma n ds e n do f fa c o u s t o o p t i ca l a r m，S Oa

5、st oa c h i e v et h ei n t e l l i g e n c em a n a g e m e n tf o rs t o r a g eb a t t e r y T h ec o m m u n i c a t i o nw i t ht h el o c a lc o n t r o lc o m p u t e ri sc o n d u c t e dt h o u g hR S 2 3 2o rR S 4 8 5，w h i c hi m p l e m e n t st h eo p e r a t i o no fd i s t a n c ec o

6、m m u n i c a t i o n，r e m o t em e t e r i n g，d i s t a n c ec o n t r o la n dd i s t a n c er e g u l a t i n gt om e e tt h er e q u i r e m e n to ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o na n dp o w e rd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o nw i t h o u tp e o p l eo nd u t y K e yw o r d s

7、C h i pc o m p u t e rD i r e c tc u r r e n tp o w e rs u p e r v i s ec o n t r o ls y s t e mT h ei n t e l l i g e n c em a n a g e m e n tf o rs t o r a g eb a t t e r y1引言发电厂、变电站(所)等供配电部门通常用蓄电池直流电源作为控制、信号、保护、事故照明、直流油泵、分合闸等装置的不间断电源，直流电源装置可靠与否直接影响到供配电系统的安全运行，而功能强弱则影响系统的良性运行和蓄电池的使用寿命。目前，国内电力操作直流电

8、源监控系统主要有两种基本形式：其一为P L C+触摸屏+采样电路，但此种形式的监控系统由于P L C 编程语言的局限性，与上位机通信协议适应性较差，并且采样显示精度低；其二为由单片机及其外围电路组成，不过当前利用单片机开发的电力操作直流电源监控系统多采用分散结构，即将监控系统分成不同单元分别组件安装，而后与主C P U 通讯，这种监控方式需要较多数目的C P U，且通讯程序复杂、电磁兼容性差、误报率高、组屏复杂。本文介绍了一种基于高性能A V R 单片机(A t m e g a l 2 8)设计的直流电源监控系统，该方案采用集中结构方式，占用空间小、易于组屏，电器性能及抗电磁干扰性能优越。经试

9、用，运行效果良好。2 监控系统的功能及结构本监控系统可以对充电模块、馈电柜、蓄电池、直流母线绝缘状况等系统参数进行采集；亦可根据系统的各种设置数据进行报警处理、历史数据管理等；同时，能对这些处理的结果加以判断，根据不同情况实行 万方数据8 7 8仪器仪表学报第25 卷蓄电池的智能管理、输出控制和故障回叫等操作；监控系统还可以与后台机通讯，构成配电综合自动化系统的重要组成部分。2 1 硬件结构该系统采用集中结构方式设计。在硬件上共分为主C P U 板、开关量输入板、开关量输出板、两块开关量输入扩展板、模拟量输入板、蓄电池检测板、系统电源板、液晶显示及键盘板和总线接口板等，共1 0 块电路板，其中

10、8 块为插件板，为便于维护及外形美观的需要，插件板采用后插拔形式。键盘采用9 按键键盘，液晶显示模块可显示中文汉字8 行1 5 列，黄绿色背光，使用环境温度为一2 0。+7 0。模块内置温度补偿电路，自动调节对比度。从逻辑功能上，该系统分为以下几个功能模块：主C P U 模块、开关量输人模块、开关量输出模块、模拟量输入、模块模拟量输出模块、电池检测模块、液晶显示及键盘驱动模块。系统的整体结构框图如图1 所示。图1 系统硬件结构框图2 2 软件结构考虑到系统的可移植性及今后的维护和扩充，系统软件采用C 语言编写，并采用全模块化的设计方法设计。该系统软件主要由主程序以及其他一些中断子程序构成。主程

11、序主要包括模拟量计算模块、故障检测及处理模块以及电池管理模块等子模块构成。其流程图如图2：中断子程序主要包括通讯中断子程序、定时器中断子程序、键盘中断子程序、实时时钟中断子程序等。其中，蓄电池管理模块为本系统的核心功能模块。3 几个主要功能模块的设计概要3 1主C P U 模块单片机采用A t m e l 公司的新一代A V R 单片机(A tm e g a l 2 8)，该单片机具有如下优越性能：超功能精简指令，高速度、低功耗，每一指令执行速度可达5 0 n s；内置看门够W a t c h d o g 定时器，防止程序走飞；片内有1 2 8 K BF l a s h 程序存储器，4 K B

12、E E P R O M 数据存储器，4 K B R A M 存储器；多达4 8 个I o 端口，3 4 个不同的中断源；除拥有普通异步串行通信接口外，还拥有I S P 下载及J T A G 仿真等功能；工作电压范围宽1 8 6 0 V，电源抗干扰性能较强。作为电源监控系统的图2 系统主程序流程图主要功能模块，主C P U 模块以高性能的8 位单片机A t m e g a l 2 8 为核心，外部扩展高速锁存芯片7 4 A H C 5 7 3，地址译码芯片7 4 A H C l 3 8 以及总线驱动芯片7 4 A H C 2 4 4 2 4 5。此外，为了提高系统的可靠性及对电池充电时间进行严格

13、控制，外部还扩展了t L P 监控及复位芯片M A X 7 0 5 和实时时钟芯片D S l 3 0 7。该模块对各输入模块输入的数据进行实时运算、处理，实现系统的各种逻辑控制功能，并通过键盘及液晶显示接口进行按键的处理和系统信息的实时显示，通过通信接口与上位机及其他配有通信接口的模块进行通信。该模块对上位机提供R S 2 3 2、R S 4 8 5 两种串行通讯方式，并可提供1 2 0 0、2 4 0 0、4 8 0 0、9 6 0 0 四种通讯波特率。对电池检测单元及其他带有通信接口的模块提供R S 4 8 5 接口，并可以根据这些模块的通信要求来制定具体的通信协议。该模块通过地址数据总线

14、、控制总线对开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输出模块进行信息的读取和输出；通过R S 2 3 2 或4 8 5 与上位机进行通信；通过R S 4 8 5 与电池检测单元以及其他带有通信接口的智能设备进行通信。3 2 电池检测模块蓄电池作为备用电源与整个直流供电系统的可靠性密切相关，实现蓄电池的在线检测，将有重要的实际意义，电池检测模块主要是对2 0 组电池的端电压、温度进行实时检测，并将检测结果通过R S 一4 8 5 接口传(下转第3 8 3 页)万方数据第4 期增刊基于粗糙集属性约简的过程控制规则提取8 8 3p(X。，Y：)一2 3；弘(X。，Y，)一1 3其他的都为0，所以确定性

15、的决策规则为：7 3 3 进料温度一L，一液位一L从而得到：表3 不确定的规则表a由表3、4 所示，需要根据经验加入一些另外的属性，才能够得出此种情况下的确定性规则。4 结束语本文所讨论的基于属性的相对重要性的粗糙集方法，将属性的相对重要性作为启发规则，对D M F 回收的蒸发罐液位这一非线性对象进行分析，从采集到的数据中提取确定性规则，对于不确定性的规则，需要工作人员依据经验增加某些属性，才能进行下一步的研究。从实例分析可以看出，该算法非常的直观，迅速易于实现，保留了模糊控制中的绝大多数优点。参考文献1 康胜武王应明，蔡志峰基于粗糙集和模糊集理论的规则提取方法口 厦门大学学报，2 0 0 2

16、，4 1(2)：1 7 3 1 7 6 2T s m o t oS，T a n a k aH P r i m e r o s e P r o b a b i l i s t i cr u l ei n d u c t i o nm e t h o db a s e donr o u g hs e t sa n dr e s a m p l i n gm e t h o d s J C o m p u t a t i o n a lI n t e l l i g e n c e，1 9 9 5(1 1)：3 8 9 4 0 5 3 马志锋，邢汉承，郑晓妹粗糙控制中的规则获取策略研究口 工业仪表与

17、自动化装置，2 0 0 0，(6)：5 8 6 1 4B W a l c z a k，D L M a s s a r t R o u g hs e t st h e o r y J C h e m o m e t r i e sa n dI n t e l l i g e n tL a b o r a t o r yS y s t e m s，】9 9 9。(4 7)：】6(上接第8 7 8 页)送给主C P U。为了提高测量精度在硬件电路上采用高精度的电压传感器(测量精度0 1)。同时，由于电池检测模块亦采用了高性能的8 位A t m e g a l 2 8 单片机，利用其内置的1 0位A

18、D 模数转换器，从而保证了0 1 测量精度。在软件上采用递推平均滤波算法来保证测量的精度。测量的结果与主C P U 模块通过R S 一4 8 5 通信接口进行通信。同时电池检测模块通过并行扩展接口8 2 5 5对外提供2 0 组电池端电压输入接口，并提供一路温度传感器输入接口。4 结束语基于单片机A t m e g a l 2 8 为核心的直流电源监控系统，经2 0 0 3 年6 月在山东电力试运行以来，性能稳定，采样显示精度高，报警、控制准确度1 0 0，通讯无码率极低。同时，特别易于系统功能的扩展，实际应用前景广阔。参考文献1A t m e g a l 2 8D a t aS h e e

19、t 2 李勋，耿德根A V R 单片机应用技术北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 2，6 3 王家庆智能型高频开关电源系统的原理使用与维护北京：人民邮电出版社，2 0 0 0，7 4电力系统直流电源柜订货技术条件D L T4 5 9-2 0 0 0 万方数据一种基于AVR单片机的直流电源监控系统一种基于AVR单片机的直流电源监控系统作者：卢剑峰，韩磊，杨咏新，张建领作者单位：卢剑峰,韩磊(山东鲁能智能技术有限公司,济南,250002)，杨咏新,张建领(胶南市供电公司,青岛,266400)刊名：仪器仪表学报英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUM

20、ENT年，卷(期)：2004，25(z1)被引用次数：0次 参考文献(4条)参考文献(4条)1.Atmega128 Data Sheet2.李勋.耿德根 AVR单片机应用技术 20023.王家庆 智能型高频开关电源系统的原理使用与维修 20004.DL/T 459-2000电力系统直流电源柜订货技术条件 2000 相似文献(6条)相似文献(6条)1.会议论文 卢剑峰.韩磊.杨咏新.张建领 一种基于AVR单片机的直流电源监控系统 2004 介绍一种基于AVR单片机(Atmega128)实现的直流电源监控系统的设计方案及其软、硬件设计思路.该监控系统能检测直流电源系统的各种实时运行数据及状态,自动

21、监测各种故障并发出声光报警,实现蓄电池的智能管理;通过RS232或RS485与上位机通信,实现遥信、遥测、遥控和遥调等功能,能较好地满足无人值守电站及配网自动化的需要.2.期刊论文 吕勇军.许晓峰 基于C8051F021的直流电源监控系统-仪表技术2004,(5)介绍Cygnal单片机C8051F021和智能直流高频开关电源系统的特点及功能.文中给出一种基于C8051F021的微机监控直流系统的构成方法并讨论了微机监控模块的工作原理.3.期刊论文 李克俭.陈文辉.高远 基于 CAN 总线的电力直流电源监控系统的设计-工矿自动化2008,(1)介绍了一种基于CAN总线的电力直流电源监控系统的设计

22、及其工作原理.该设计基于S3C44BOX的嵌入式系统组成系统的中央监控模块,并通过CAN总线与由单片机系统组成的各直流电源的现场控制节点通信,以达到对各直流电源的集中监控,从而实现整个电力系统管理的自动化.4.期刊论文 任凤娟.郑萍.REN Feng-juan.ZHENG Ping 基于TC35i的远程直流电源监控系统-国外电子元器件2008,(4)利用单片机SST89E516RD和TC35i实现直流电源监控的四遥和报警功能,并通过短消息方式传榆监控信息.阐述了电源监控系统的设计原理,给出了短消息模块的软件设计.该系统对于监测点分散、数据传送量较少且需要远程监控的领域具有实用价值.5.期刊论文

23、 吴建忠 直流电源系统监控装置的研制-电子工程师2003,29(10)介绍一种基于多个单片机的直流电源监控系统.系统采用主从式结构,主机负责整个系统的控制和管理,从机则分别负责监督控制系统的直流、交流、充电模块及蓄电池组等各个部分.该系统具有可靠性高、成本低廉、灵活性好等特点.6.学位论文 樊俊峰 新型分布式直流电源系统 2003 该论文介绍了作者研究和开发直流电源系统的若干成果,主要有:给出了一种基于分布式架构的直流电源系统;详细介绍了全桥移相零电压软开关高频开关电源充电机的设计和实现过程,对充电机的控制实现过程进行了详细分析,提出一种输出阻抗法和主机随机转换的主从法相结合的均流方法;对直流电源监控系统各个前级测控单元的设计和实现进行了分析,重点介绍了蓄电池巡检单元、绝缘检测单元、母线调压单元的设计和实现过程;开发了一个基于组态软件构架的直流电源系统后台监控软件;最后介绍了在开关电源、通讯、单片机系统设计中采取的一些抗干扰措施.本文链接：http:/