基于鍵盤(pán)掃描算法的多路斷電報警系統設計

摘要：在此提出基于鍵盤(pán)掃描算法的多路斷電預警系統的設計，通過(guò)設計相關(guān)的接口電路將斷電信號接入AT89C51單片機，經(jīng)過(guò)改進(jìn)型鍵盤(pán)掃描算法檢測后送往PC機監控軟件，實(shí)現對機房電源的無(wú)人遠程監控。該系統設計簡(jiǎn)潔，能對多路電源同時(shí)檢測，并在PC機軟件上進(jìn)行分析得出結論，預警時(shí)效性高，準確性高，目前已在民航汕頭空管站信標臺機房投入使用。
關(guān)鍵詞：鍵盤(pán)掃描；斷電報警；實(shí)時(shí)監控；自動(dòng)控制

0 引言
隨著(zhù)當代通信技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)設備在航空系統、軍隊、工業(yè)等領(lǐng)域的應用已成業(yè)務(wù)運行的根本保障，大多數設備需24 h無(wú)間斷供電，這就要求對電源有智能檢測和實(shí)時(shí)的監控，以便及時(shí)處理斷電事故，保障設備正常運行。而在實(shí)際應用中，為了確保有足夠的時(shí)間搶修斷電線(xiàn)路，通常在設備供電中采用多路供電，形成一主用、二備用、三應急的構架。因此，在多路斷電線(xiàn)路中實(shí)時(shí)檢測斷電線(xiàn)路并進(jìn)行報警已經(jīng)成為及時(shí)恢復正常供電的關(guān)鍵。本文提出基于改進(jìn)型的鍵盤(pán)掃描算法，通過(guò)設計相關(guān)檢測硬件電路和監控軟件，對多路供電系統進(jìn)行智能檢測報警和遠程監控。

1 系統結構
本系統已在民航汕頭空管站信標臺機房投入使用，下面以其為例簡(jiǎn)述設計基本結構。
系統硬件部分主要由檢測硬件電路、AT89C51單片機及其相關(guān)組件和PC機組成。軟件部分為斷電信號的鍵盤(pán)編碼、鍵盤(pán)掃描算法的改進(jìn)和PC機監控軟件的設計。具體實(shí)現是通過(guò)檢測電路發(fā)送斷電信號給單片機，單片機通過(guò)鍵盤(pán)掃描算法得出斷電線(xiàn)路對應的鍵盤(pán)碼，PC監控軟件則通過(guò)串口通信將單片機送來(lái)不同的鍵碼給予相關(guān)的報警處理，如圖1所示。

在信標臺機房中，共有市電輸入1、市電輸入2和油機電輸入3路供電，平時(shí)正常狀況為2路市電互為主備用，油機待機不發(fā)電(2路市電皆斷電時(shí)，油機啟動(dòng)發(fā)電應急)。因此有以下4種供電狀態(tài)：
(1)正常情況，2路市電供電，油機待機；
(2)只有一路市電供電，另一路市電故障，油機待機；
(3)2路市電都發(fā)生故障，油機啟動(dòng)發(fā)電；
(4)2路市電都發(fā)生故障，油機未啟動(dòng)。

對于以上4種狀態(tài)，A狀態(tài)可設為監控系統初始狀態(tài)，其余共有4種斷電狀態(tài)(B狀態(tài)有2種情況)。分別對其進(jìn)行鍵盤(pán)編碼，使每一種斷電狀態(tài)都有惟一的鍵碼與之對應，電路設計采用2×4的鍵盤(pán)，硬件電路如圖2所示。通過(guò)鍵碼識別，PC機上的監控軟件可以實(shí)時(shí)判斷斷電線(xiàn)路提出報警。

2 系統設計
2．1 硬件設計
如圖2所示，電路采用光電耦合器進(jìn)行強電隔離，起到防雷作用，并將模擬信號轉換成數字信號，實(shí)現A／D轉換。輸入的220 V交流電經(jīng)整流二極管D1整流、電容C1濾波后，形成直流電。
電流分成兩路，一路經(jīng)R1限流電阻使指示燈LED發(fā)光；另一路經(jīng)R2限流后送入光電耦合器4N25，點(diǎn)亮內部的發(fā)光二極管，使光敏晶體管導通，在光電耦合器的4腳得到一個(gè)高電平。當輸入的220 V交流電斷電時(shí)，光電耦合器輸入端電壓消失，發(fā)光二極管熄滅，光敏晶體管截止，4腳得到一個(gè)低電平，經(jīng)過(guò)相關(guān)的邏輯電路處理后，控制繼電器吸合(繼電器代替了鍵盤(pán)按鈕)。從而實(shí)現了把斷電信號模擬成鍵盤(pán)按下的狀態(tài)，方便下一步處理。
2．2 單片機改進(jìn)型鍵盤(pán)掃描算法
對于多路供電的情況，可以通過(guò)對線(xiàn)路斷電信號進(jìn)行鍵盤(pán)編碼，從而使識別多路斷電成為可能。由于電路對報警實(shí)時(shí)性和準確性的要求，采用了改進(jìn)型的鍵盤(pán)掃描算法。實(shí)驗證明，該算法在系統的應用中有很好的效果。實(shí)時(shí)檢測斷電信號是系統準確性的一項重要指標，由于傳統鍵盤(pán)掃描算法在抖動(dòng)算法調用的同時(shí)會(huì )屏蔽掉中斷，因此有必要對鍵盤(pán)掃描算法進(jìn)行改進(jìn)。
算法改進(jìn)主要分成3步：首先在中斷運行程序中設置中斷變量，記錄運行次數。判斷中斷執行次數是否符合延時(shí)時(shí)間，然后再判斷鍵盤(pán)是否按下(也就是斷電信號是否真實(shí))。其次，每次調用鍵盤(pán)掃描分析程序均需經(jīng)過(guò)10 ms同步，當第1次檢測到按鍵時(shí)僅設置一個(gè)標志，第2次檢測到按鍵時(shí)(與第一次檢測到按鍵相隔10 ms)再進(jìn)行鍵分析，實(shí)現報警準確性的同時(shí)，提高系統的實(shí)時(shí)性。最后，系統根據不同的狀態(tài)對信號進(jìn)行編碼，三路電路由于有4種不同的狀態(tài)而編成4個(gè)統一獨立的鍵碼，減少了鍵碼分析的復雜性，提高系統的實(shí)時(shí)性。
2．3 基于VC++6．0的監控軟件設計
在VC++6．0平臺上設計監控軟件。該軟件主要由系統設置、運行狀況和狀態(tài)顯示3部分組成，界面簡(jiǎn)潔方便監控。系統設置了對系統狀態(tài)顯示復位的功能、選擇通信串口的功能以及通信測試的功能。
通信測試主要用于日常維護，對于本系統來(lái)說(shuō)，單片機與PC機的通信鏈路至關(guān)重要，通過(guò)日常維護的通信測試可以減少系統下線(xiàn)未報警的風(fēng)險。在運行狀況模塊中，監控軟件提供了兩路市電運行報告和油機的狀態(tài)報告，如圖3所示。

狀態(tài)顯示可以智能地顯示出斷電線(xiàn)路，實(shí)現現場(chǎng)無(wú)人監管、遠程監控，如圖4所示。

3 結語(yǔ)
本文提出基于改進(jìn)型鍵盤(pán)掃描算法的多路電源斷電報警系統設計，利用鍵盤(pán)掃描算法的簡(jiǎn)潔可行性，對多路斷電線(xiàn)路信號進(jìn)行鍵盤(pán)編碼，終端監控報警軟件通過(guò)斷電信號的對應鍵盤(pán)碼進(jìn)行識別，斷電線(xiàn)路提出報警。該系統簡(jiǎn)化了一般電源斷電報警系統，在實(shí)際應用中，系統實(shí)現簡(jiǎn)單，識別斷電時(shí)間為μs級，報警準確，目前已投入實(shí)際使用。