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基于电力操作电源智能电池巡检系统的设计

作者:时间:2013-07-04来源:网络收藏

  设备的硬件原理结构如图2所示。其主要功能模块包括:

设备硬件原理图

  
(1) 对交流侧母线电压、电流、谐波等参数进行监测,对交流电路进行采样,对离散数据进行处理(一个周期采样20~0次),计算出线路的有功功率、无功功率以及线路的功率因素。这些功能可以采用一个ATT7022B来实现。

  (2) 对整流后的直流操作电源线路进行监测。监测其电压、合闸电流以及操作电源是否发生故障等。同时,可以采用监测得到的电压作为二极管自动调压的依据,实现操作电源自动分档调压。

  (3) 对备用操作电源设备(蓄电池)进行巡回检测(对单体电池检测),了解电池电量以及相关参数并及时更换电池,控制电池充放电状态.使电池保持最佳状态,有效地延长电池的使用寿命。

  (4) 由于设备的功能键盘需求不多,可以采用单片机通用I/O口扩展的矩阵键盘,显示部分采用中文液晶显示模块。

  (5) 采用串行通信协议实现与上位机通信,可以远程控制与监测。

  根据系统的工艺过程可以知道,系统主要实现的功能有三大模块:交流数据采样模块、蓄电池组管理模块以及直流操作电源信号分析模块,另外还有其他小模块如:显示、键盘、通信模块等,前三大模块并列运行,按巡回方式采样。由定时器设定采样时间。系统运行过程如图3所示。

系统运行简图

MSP430系列单片机具有三种低功耗模式,为了减少能耗,可采用中断方式。系统工作流程如图4所示。

系统流程图

  
3 模块子系统详细设计方案

3.1 直流采样硬件设计

  直流采样部分主要包括电池充放电控制、监测以及整流后对操作电压、电流的监测。对电池的管理还包括其温度、电压、容量等。此外,故障报警电路也属于直流模块。直流采样电路可分为电池巡检电路、整流直流电源监测、开关量输入及控制量输出等硬件设计部分。

  电池巡检电路包括电池单体电压监测、温度检测、电池充放电以及报警电路。电池单体电压监测包括采样电路设计和巡检逻辑电路。温度检测电路主要分为三路,分别为环境温度、电池组温度、单片机内部温度,共采用三路A/D转换器。电池充电回路采用高频开关整流电源对其充电,部分采用高频开关充电器作为充电电源,采用继电器控制电池组充电。当正常供电时,高频开关电源直接给二次电路继电器供电,一旦主电源出现故障,立即采用备用电源以防止事故的发生,电池组处于常备用状态。报警电路主要驱动一个蜂鸣器和一个报警发光二极管,从而实现声光报警功能。

整流直流电源监测包括电压电流监测和操作电源自动调压控制。直流电压监测可以采用与单体电池电压采样相同的电阻分压方式,可以与单体电池电压进行共地。操作电源包括所有二次测的动作电压,由高频开关电源提供。

  开关量输入及控制量输出主要由信号调节电路、控制逻辑电路、驱动电路、地址译码电路、隔离电路等组成,控制量的输出电路构造与之基本相同。

3.2 交流采样硬件设计

  交流部分主要用于对交流供电电路的电压、电流、功率、谐波等参数进行实时监测,以保证供电电路的安全运行,并实时地了解三相交流电源的状况,消耗的电能以及无功、功率因素等参数,一旦电源出现故障,可以及时采取故障处理措施。在本设计中,交流模块的采样和计算均由多功能三相电能计量器件ATT7022B实现。为了保证系统安全稳定的运行,本设计采用外部电源结合电池组同时供电的方式。

3.3 通信及人机接口电路硬件设计

  该电路设计主要包括人机接口电路设计和串行通信接口电路设计两部分。人机接口电路设计主要包括键盘矩阵电路和液晶显示电路。键盘矩阵电路主要用于输入数据,从而实现人机交互,该系统的键盘设计是采用扫描方式实现矩阵键盘。液晶显示电路作为重要的人机接口元件在智能设备中是非常重要的,本设计采用LCM 12864ZK中文液晶显示屏。通信接口电路设计属于系统与主机以及与操作者之间的信息交流部分。本系统与上位机的通信采用UART异步通信方式。

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