一種基于STC12C5A60S2的智能供電控制系統(tǒng)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(tǒng)，實現(xiàn)對主電源和備用電源的實時監(jiān)測，保證供電的連續(xù)性和可靠性。文中闡述丫系統(tǒng)的整體設計方案、硬件電路設計、軟件設計及后臺監(jiān)控的設計。通過理論分析及實踐汪明能有效的檢測當前主備電路的電壓值并實現(xiàn)雙電源之間的準確轉(zhuǎn)換，相應狀態(tài)可以通過GSM模塊發(fā)送給監(jiān)控主機和相關(guān)操作人員，具有重要的現(xiàn)實意義。

0 引言

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

隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，本文結(jié)合比較實用的GSM無線通訊技術(shù)，設計研制了一種工作安全可靠性高、硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的雙電源供電系統(tǒng)智能控制器。本文研究的控制器對提升該類產(chǎn)品技術(shù)水平、推動產(chǎn)品更新?lián)Q代具有重要意義，且應用前景廣闊。

1 系統(tǒng)設計

本文提出了基于STC12C5A60S2的雙電源供電智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)對常用電和備用電電壓的實時監(jiān)測，并實現(xiàn)兩路電源安全可靠切換。同時系統(tǒng)完成對電壓數(shù)據(jù)的采集和傳輸，現(xiàn)場的顯示模塊由12864液晶和LED組成，完成簡單電壓顯示和工作模式的指示，有效數(shù)據(jù)通過GSM模塊發(fā)送到后臺監(jiān)控主機，便于統(tǒng)一管理，此外，用戶可以根據(jù)自己的要求實現(xiàn)將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到指定手機的功能。

該雙電源供電智能控制系統(tǒng)包括：電源模塊、控制器、信號檢測模塊、遠程無線模塊、時鐘模塊、輸出控制模塊、鍵盤、LCD和LED人機交互模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件電路設計

2.1 控制電路

本系統(tǒng)的控制部分是以STC12C5A60S2單片為核心機構(gòu)成的最小系統(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)中，檢測部分實現(xiàn)對各路電壓信號的采集、調(diào)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現(xiàn)則選用了模擬開關(guān)CD4051。

如圖3所示，交流電壓信號經(jīng)過R1限流電阻，將電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號，經(jīng)過電流互感器后，通過運放UA741再將電流信號轉(zhuǎn)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行抬升，即在原有信號的基礎(chǔ)之上增加一個大小為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(tǒng)中為方便用戶觀察電源工作狀態(tài)和設置相關(guān)參數(shù)，鑒于輸入信息相對簡單，因此采用獨立式鍵盤;顯示方式為LED和LCD，LED用來指示各電源的工作狀態(tài)，LCD則用來顯示當前工作電壓等信息。

2.4 無線通訊模塊

本系統(tǒng)為了方便用戶統(tǒng)一管理和及時有效的得知電源的工作方式，為其配備了無線通訊功能，一方面現(xiàn)場的數(shù)據(jù)可以實時發(fā)送給后臺監(jiān)控，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時顯示出來;另一方面用戶可以通過后臺的監(jiān)控軟件實現(xiàn)對現(xiàn)場的控制與操作。此外，本系統(tǒng)中，用戶可以將部分手機配置為終端，同時具有接收數(shù)據(jù)和控制現(xiàn)場設備的功能。

3 軟件設計

本系統(tǒng)的軟件設計包括控制器軟件設計和后臺監(jiān)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(tǒng)依然采用模塊化程序設計，主要包括：定時器模塊、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(jiān)控軟件設計

本系統(tǒng)中，為方便用戶實現(xiàn)控制器統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)的采集，設計了基于LabVIEW的后臺監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對現(xiàn)場控制器的控制與設定，同時將現(xiàn)場的狀態(tài)與數(shù)據(jù)進行實時顯示。此外，系統(tǒng)具備基本的權(quán)限管理、數(shù)據(jù)庫管理等功能。LabVIEW開發(fā)的后臺監(jiān)控具有開發(fā)周期短、界面美觀、界面具備人性化等特點，監(jiān)控主界面如圖7所示。

4 實驗

在本系統(tǒng)中，信號采集與信號調(diào)理是實現(xiàn)控制的重要環(huán)節(jié)，因此為方便實驗，減少器件損耗，運用模擬電路仿真軟件MultiSim10進行仿真實驗，實驗波形與實際測得波形如圖8所示。

5 總結(jié)

設計了基于STC12C5A60S2的雙電源供電智能控制系統(tǒng)，通過理論分析與實際實驗測試證明了系統(tǒng)的可行性和可靠性，該系統(tǒng)可以安全可靠地實現(xiàn)電源的自動切換，并且具備遠程無線通訊和控制功能，使用戶不僅可以通過后臺了解現(xiàn)場信息，還可通過配置將自己的手機作為終端，了解和控制現(xiàn)場各控制器狀態(tài)。