一種基于STC12C5A60S2的智能供電控制系統設計

摘要：文章介紹了基于STC12C5A60S2單片機的雙電源供電智能控制系統，實(shí)現對主電源和備用電源的實(shí)時(shí)監測，保證供電的連續性和可靠性。文中闡述丫系統的整體設計方案、硬件電路設計、軟件設計及后臺監控的設計。通過(guò)理論分析及實(shí)踐汪明能有效的檢測當前主備電路的電壓值并實(shí)現雙電源之間的準確轉換，相應狀態(tài)可以通過(guò)GSM模塊發(fā)送給監控主機和相關(guān)操作人員，具有重要的現實(shí)意義。

0 引言

隨著(zhù)國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供電連續性、可靠性的要求越來(lái)越高，對于不允許斷電的重要場(chǎng)合，如醫院手術(shù)室、高層建筑安全保障系統、熱電站、化工企業(yè)、銀行等，都要求配備至少兩路電源來(lái)保證供電的連續性。因此，需要一種能在兩路電源之間進(jìn)行自動(dòng)轉換的系統，以保證正在使用中的電源出現故障時(shí)能自動(dòng)轉換到另一路正常電源。雙電源供電系統的應用場(chǎng)合決定其可靠性尤為重要，若兩路電源不能及時(shí)進(jìn)行轉換或者轉換失敗，會(huì )給人們的生活和生產(chǎn)帶來(lái)嚴重的損害。

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的發(fā)展，本文結合比較實(shí)用的GSM無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，設計研制了一種工作安全可靠性高、硬件結構簡(jiǎn)單、成本低廉的雙電源供電系統智能控制器。本文研究的控制器對提升該類(lèi)產(chǎn)品技術(shù)水平、推動(dòng)產(chǎn)品更新?lián)Q代具有重要意義，且應用前景廣闊。

1 系統設計

本文提出了基于STC12C5A60S2的雙電源供電智能控制系統。該系統可實(shí)現對常用電和備用電電壓的實(shí)時(shí)監測，并實(shí)現兩路電源安全可靠切換。同時(shí)系統完成對電壓數據的采集和傳輸，現場(chǎng)的顯示模塊由12864液晶和LED組成，完成簡(jiǎn)單電壓顯示和工作模式的指示，有效數據通過(guò)GSM模塊發(fā)送到后臺監控主機，便于統一管理，此外，用戶(hù)可以根據自己的要求實(shí)現將相關(guān)數據發(fā)送到指定手機的功能。

該雙電源供電智能控制系統包括：電源模塊、控制器、信號檢測模塊、遠程無(wú)線(xiàn)模塊、時(shí)鐘模塊、輸出控制模塊、鍵盤(pán)、LCD和LED人機交互模塊。系統結構如圖1所示。

2 硬件電路設計

2.1 控制電路

本系統的控制部分是以STC12C5A60S2單片為核心機構成的最小系統，此外，為方便程序下載，設計了基于CH340的程序下載接口電路，單片機最小系統和程序下載電路如圖2所示。

2.2 檢測電路

在智能控制系統中，檢測部分實(shí)現對各路電壓信號的采集、調理等功能，主要有三部分組成：交流信號隔離與采集、模擬信號通道選通、交流小信號的抬升與跟隨。

2.2.1 信號隔離采集及信號的選通

為了消除強電回路對弱電回路的影響，保護檢測回路，在采集交流信號時(shí)選用了變比為1000：1000的交流電流互感器ZMPT10B，主要作用為隔離強電回路;檢測信號多路選通的實(shí)現則選用了模擬開(kāi)關(guān)CD4051。

如圖3所示，交流電壓信號經(jīng)過(guò)R1限流電阻，將電壓信號轉化為電流信號，經(jīng)過(guò)電流互感器后，通過(guò)運放UA741再將電流信號轉化為電壓信號。

2.2.2 交流信號抬升與跟隨

由于控制器的AD口只允許輸入0～5V的電壓信號，因此需要將正負半軸均有的交流信號進(jìn)行抬升，即在原有信號的基礎之上增加一個(gè)大小為2.5V的直流信號，為了防止負載對檢測信號的影響，在此后端添加電壓跟隨電路。硬件電路如圖4所示。

2.3 人機交互

系統中為方便用戶(hù)觀(guān)察電源工作狀態(tài)和設置相關(guān)參數，鑒于輸入信息相對簡(jiǎn)單，因此采用獨立式鍵盤(pán);顯示方式為L(cháng)ED和LCD，LED用來(lái)指示各電源的工作狀態(tài)，LCD則用來(lái)顯示當前工作電壓等信息。

2.4 無(wú)線(xiàn)通訊模塊

本系統為了方便用戶(hù)統一管理和及時(shí)有效的得知電源的工作方式，為其配備了無(wú)線(xiàn)通訊功能，一方面現場(chǎng)的數據可以實(shí)時(shí)發(fā)送給后臺監控，將現場(chǎng)數據實(shí)時(shí)顯示出來(lái);另一方面用戶(hù)可以通過(guò)后臺的監控軟件實(shí)現對現場(chǎng)的控制與操作。此外，本系統中，用戶(hù)可以將部分手機配置為終端，同時(shí)具有接收數據和控制現場(chǎng)設備的功能。

3 軟件設計

本系統的軟件設計包括控制器軟件設計和后臺監控軟件設計。

3.1 控制器軟件設計

按照軟件設計要求，本系統依然采用模塊化程序設計，主要包括：定時(shí)器模塊、AD采樣模塊、LCD顯示模塊、串口通訊模塊等，程序流程圖如圖6所示。

3.2 后臺監控軟件設計

本系統中，為方便用戶(hù)實(shí)現控制器統一管理和數據的采集，設計了基于LabVIEW的后臺監控系統，該系統可以實(shí)現對現場(chǎng)控制器的控制與設定，同時(shí)將現場(chǎng)的狀態(tài)與數據進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。此外，系統具備基本的權限管理、數據庫管理等功能。LabVIEW開(kāi)發(fā)的后臺監控具有開(kāi)發(fā)周期短、界面美觀(guān)、界面具備人性化等特點(diǎn)，監控主界面如圖7所示。

4 實(shí)驗

在本系統中，信號采集與信號調理是實(shí)現控制的重要環(huán)節，因此為方便實(shí)驗，減少器件損耗，運用模擬電路仿真軟件MultiSim10進(jìn)行仿真實(shí)驗，實(shí)驗波形與實(shí)際測得波形如圖8所示。

5 總結

設計了基于STC12C5A60S2的雙電源供電智能控制系統，通過(guò)理論分析與實(shí)際實(shí)驗測試證明了系統的可行性和可靠性，該系統可以安全可靠地實(shí)現電源的自動(dòng)切換，并且具備遠程無(wú)線(xiàn)通訊和控制功能，使用戶(hù)不僅可以通過(guò)后臺了解現場(chǎng)信息，還可通過(guò)配置將自己的手機作為終端，了解和控制現場(chǎng)各控制器狀態(tài)。