1 引言

變電站、發(fā)電廠、通信機房需要穩(wěn)定可靠的直流電源|0">直流電源系統(tǒng)為蓄電池|0">蓄電池充電，向控制回路和合閘回路供電。直流電源管理電池充放電、監(jiān)控開關狀態(tài)和直流系統(tǒng)運行狀態(tài)，以便在運行過程中確保電源和設備安全高效運行。電源監(jiān)控系統(tǒng)在電源維護管理中的應用，標志著傳統(tǒng)人工看守的維護管理模式向以計算機技術為基礎的智能化、自動化的集中管理模式轉變。電源監(jiān)控系統(tǒng)已從簡單的監(jiān)控功能發(fā)展到具有三遙和報警功能，具有較完備的管理和遠程監(jiān)控功能的系統(tǒng)。利用單片機SST89E516RD實現(xiàn)直流電源"四遙"和報警功能，并采用TC35i實現(xiàn)短消息方式的信息傳輸。

2系統(tǒng)硬件設計

2.1硬件電路設計

直流電源系統(tǒng)需要采集多路模擬量、數(shù)字量并要求多路空節(jié)點和0 V～4 V的可調電壓輸出，即"四遙"功能。監(jiān)控單元有兩個串行口，一個用于連接智能設備，另一個用于和TC35i通信。監(jiān)控單元還需要鍵盤和液晶顯示。根據(jù)以上需求，系統(tǒng)需在單片機最小系統(tǒng)的基礎上增加較多外設。采用帶雙串口的單片機減少外設數(shù)量，則增加系統(tǒng)成本，而且限制單片機本身的通用性。本文采用普通單片機外擴串口和RAM，并采用GAL16V8產生多個總線設備片選。其硬件原理圖如圖1所示。

2.1.1單片機

單片機采用通用的SST89E516，是基于8051內核帶64 KB的Flash單片機，3個16-bit定時器／計數(shù)器，1個UART，36個GPIO，支持ISP；看門狗電路、時鐘電路和掉電保存電路采用FM3104。FM3104是RAMTRON公司推出的一款高性價比的集成器件，內部集成看門狗、低壓檢測、定時器、時鐘電路和鐵電存儲器。采用I2C通信。時鐘電路和鐵電存儲器分別為兩個地址，其中鐵電存儲器用于存儲系統(tǒng)參數(shù)，如告警號碼、遙測告警越限值等。

2.1.2 TC35i接口電路

西門子的TC35i是一個支持中文短信息的工業(yè)級GSM模塊，其頻段為雙頻GSM 900 MHz和GSM1 800 MHz，支持數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真。系統(tǒng)采用16C550擴展一個串口，以TTL電平的串行口方式和TC35i通信。TC35i必須在ICT引腳設置啟動電路，單片機采用中斷方式接收16C550數(shù)據(jù)。

2.1.3顯示、鍵盤電路

顯示電路采用128×64液晶。液晶的接口片選由GAL16V8確定。為了簡化系統(tǒng)設計，鍵盤采用集成電路ZLG7290，單片機與ZLG7290的通信采用I2C通信方式。

2.1.4模擬信號采集電路

模擬信號采集電路是由整定、隔離和轉換3部分組成。不同的模擬信號整定電路部分不同，例如直流電壓采用精密電阻分壓法將0 V～400 V電壓整定為0 V～4 V；而交流電壓則采用電壓互感器整定為0 V～4 V；隔離電路采用線性光耦。

整定過的模擬信號經限壓處理，一并輸入多路開關。然后經過壓頻轉換(V／F)后輸入CPU處理。V／F轉換采用集成電路AD654。AD654是美國模擬器件公司的一款低成本、8引腳封裝的電壓頻率(V／F)轉換器，其單電源電壓為4.5 V～36 V；雙電源電壓為5 V～18 V；輸出頻率范圍為0 kHz～500 kHz；線性誤差為0.06％(250 kHz時)；輸入阻抗為250 MΩ；其輸入電壓范圍為單電源為0 V～Vs-4 V，雙電源為-Vs～Vs-4 V。

2.1.5數(shù)字信號采集電路

數(shù)字信號采用TLP521隔離后送至總線驅動器74HC244。GAL16V8產生74HC244片選，單片機每隔10 ms查詢采集數(shù)字信號，并加入去抖動處理。

2.1.6空接點輸出電路

空接點用于實現(xiàn)直流模塊的開關機以及其他設備的控制。采用5 V繼電器輸出空接點信號。5 V繼電器控制也由總線控制。數(shù)據(jù)口經74HC273和MC1413驅動后控制繼電器。GAL16V8產生74HC273片選，可擴展多個空接點。

2.1.7模擬電壓給定

模擬信號給定采用數(shù)字DS1845電位器分壓實現(xiàn)。數(shù)字電位器將2.5 V基準電壓分壓后疊加總限流電壓信號，放大輸出作為直流模塊調節(jié)電壓的基準。數(shù)字電位器DS1845是Dallas Semiconductor推出具有永久性存儲器的雙電位器，該產品結合了兩種線性電位器和256位EEPROM，通過兩線接口，為電位器輸出、配置設定及電路內編程提供了永久性的存儲能力。

2.2電路可靠性設計

2.2.1屏蔽，隔離和吸收

本系統(tǒng)設計的通信線路均采用屏蔽雙絞線屏蔽外界干擾，并進行光電隔離。并將各范圍內的模擬量輸人信號統(tǒng)一轉換為0 V～4 V的電壓信號送至A／D轉換器，為了提高系統(tǒng)抗干擾能力，采用差動放大器和隔離放大器。模擬量輸出采用光電隔離。這樣，在環(huán)境噪聲較強且各測點間可能存在有較大的共模電壓時，現(xiàn)場信號線及各路信號線之間的絕緣良好。同樣，開關量輸入和輸出分別采用光電隔離和繼電器隔離，以提高系統(tǒng)的可靠性。在通信的輸入端，直流電壓輸入端和交流電壓輸入端均增加了TVS吸收浪涌電壓。

2.2.2接地

信號接地保證同一邏輯系統(tǒng)的信號邏輯準確，消除同一邏輯系統(tǒng)的不等電位帶來的干擾，保護接地保證了系統(tǒng)各部分的安全工作。系統(tǒng)機殼可靠接大地。而數(shù)字信號地和模擬信號地單點連接。信號地和大地采用3KV102電容連接。

3系統(tǒng)軟件設計

3.1軟件設計思路

采用實時操作系統(tǒng)，即定時器T0產生10 ms中斷，利用10 ms中斷計數(shù)分別產生200 ms、500 ms和1 s任務。系統(tǒng)軟件模塊框圖如圖2所示。

3.2短消息模塊無線傳輸

短消息模塊無線傳輸分為告警信息主動上傳和被動召喚。告警信息是主動上傳，而遙控、遙測和遙調則是通過短消息召喚或控制實現(xiàn)的。告警信息處理流程如圖3所示。

告警分為遙信告警和遙測告警。遙信告警實現(xiàn)方法：定義若干位為告警位，需產生告警的遙信接至該位置上，一旦觸發(fā)該位置遙信，則產生告警信息。而遙測告警是每秒鐘將遙測信息與設定的遙測告警上下限相比較，當多次越限后則產生報警。反之取消告警。

告警發(fā)送方法：CPU將不同的告警存儲在發(fā)送隊列中。當發(fā)送隊列不為空時，通過短消息模塊每秒鐘發(fā)送一條短消息。

短消息模塊的告警信息必須以漢字發(fā)送。而每個漢字采用UNICODE編碼，占兩字節(jié)，如"電0x7535子0x5b50"。將漢字轉換成UNICODE編碼在單片機下編程比較困難。因為直流電源監(jiān)控的告警信息有限，并且微軟的操作系統(tǒng)提供該類函數(shù)，所以需將所有用到的漢字以表的方式寫入代碼空間。根據(jù)直流系統(tǒng)不同的告警代碼直接查取告警信息的UNICODE編碼。遙控遙調信息處理流程如圖4所示。

因為每條短信息發(fā)送長度有限。所以遙控、查詢測量信息采用ASCII方式。短消息傳輸?shù)奶柎a、短消息中心號碼和漢字的UNICODE編碼必須經PDU編碼后才能發(fā)送。

遙控、查詢測量信息是以TEXT方式發(fā)送。當短消息模塊接收下列格式的短消息后，并且密碼正確，就將召喚直流電源信息按照接收號碼返回短消息或者下發(fā)遙控命令，返回控制結果。

短信內容格式："；密碼；功能碼(；內容1)(；內容2)(；……)"。其中，密碼為6個字符／數(shù)字；功能碼包含2個字符，如表1所列；內容長度不定。如：查詢系統(tǒng)測量信息短信內容格式："；1234156；01"；遙控設備開關機格式："；123456；02"。

4 結束語

本系統(tǒng)設計實現(xiàn)直流電源的遙控，遙調輸出和遙信、遙測輸入。針對直流電源傳輸信息少的特點擴展了短消息模塊，為直流電源監(jiān)控設計了無線傳輸方案。基于短消息傳輸?shù)碾娫幢O(jiān)控系統(tǒng)無需構建額外的無線通信網(wǎng)絡，而是通過現(xiàn)有的覆蓋面廣，運行穩(wěn)定的網(wǎng)絡進行專用的無線數(shù)據(jù)傳輸。對于覆蓋面廣、監(jiān)測點分散、無人值守、傳輸數(shù)據(jù)量有限而又必須要監(jiān)控的設備而言，基于短消息的電源監(jiān)控系統(tǒng)是最佳選擇方案。