一種通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【摘要】通信電源是通信設(shè)備的“心臟”。本文設(shè)計(jì)的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)能監(jiān)視通信電源設(shè)備，在正常工作狀態(tài)時(shí)能顯示參數(shù)及波形，有故障時(shí)能自動(dòng)診斷、顯示出電源故障點(diǎn)或異常部位，并能自動(dòng)發(fā)出報(bào)警和驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作來(lái)保護(hù)通信電源及其它設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】監(jiān)控系統(tǒng)；交流配電單元；數(shù)據(jù)采集

隨著通信事業(yè)的飛速發(fā)展、通信設(shè)備的不斷更新，現(xiàn)代通信對(duì)通信電源的要求也越來(lái)越高。通信設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)的一般要求是：可靠、穩(wěn)定、小型、高效率。為了保證通信電源的正常運(yùn)行，對(duì)電源的監(jiān)控尤為重要。設(shè)計(jì)一款經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、耐用的電源監(jiān)控系統(tǒng)則為本文希望達(dá)到的目的。

一、通信電源框架結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)要求

一個(gè)完整的組合通信電源系統(tǒng)（框圖如圖1）包括五個(gè)基本組成部分，分別是交流配電單元、整流部分、直流配電單元、蓄電池組、監(jiān)控系統(tǒng)。

電源監(jiān)控系統(tǒng)以多級(jí)自下而上逐級(jí)匯接的方式構(gòu)成。每個(gè)監(jiān)控級(jí)一般按輻射方式與若干下級(jí)監(jiān)控級(jí)連接成一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)，最低一級(jí)為設(shè)備監(jiān)控單元（監(jiān)控模塊）與其監(jiān)控的若干設(shè)備的連接。

組合電源系統(tǒng)中的設(shè)備監(jiān)控單元就是通常說(shuō)的監(jiān)控模塊。監(jiān)控模塊通過(guò)RS485總線對(duì)各個(gè)被監(jiān)控部分（包括整流模塊、交、直流配電部分、蓄電池，有些還包括一些環(huán)境量）進(jìn)行控制，控制液晶的顯示，接受鍵盤的操作，并與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)或遠(yuǎn)端監(jiān)控中心進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。有些開關(guān)整流器內(nèi)部具有獨(dú)立的監(jiān)控單元，完成對(duì)整流器的參數(shù)檢測(cè)與控制、液晶顯示和與監(jiān)控模塊的信息傳遞等。

通信系統(tǒng)的監(jiān)控部分結(jié)構(gòu)基本如圖2所示。

二、交流配電單元監(jiān)控硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

由于在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有很多信號(hào)要被處理，這里我們以交流配電單元的輸入電壓為設(shè)計(jì)對(duì)象，分析對(duì)其如何進(jìn)行采集處理。

1. 交流配電單元數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計(jì)方案

1）幾個(gè)參數(shù)的確定。采樣周期為Ts<=1/2fc=1/2*50=10ms；分辨率大約為10/28=38mv；采用8位的A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809，則其轉(zhuǎn)換所需時(shí)間典型值為100us，此時(shí)所需的外部時(shí)鐘頻率為640Hz；轉(zhuǎn)換速率為1/100us，；采用AD528采樣保持器，捕捉時(shí)間6us，則采集時(shí)間=設(shè)定時(shí)間+捕捉時(shí)間，約為2ms；數(shù)據(jù)輸出緩沖采用ADC0809芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的功能。該芯片可直接與CPU數(shù)據(jù)總線相接。在A/D轉(zhuǎn)換期間，三態(tài)緩沖器未打開，A/D轉(zhuǎn)換器輸出呈高阻抗?fàn)顟B(tài)；當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢，用CPU發(fā)出的控制信號(hào)打開三態(tài)門緩沖器，使被轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線上。

2）A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間的數(shù)據(jù)通信。

A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間通信采用中斷方式。在此方式下，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換信號(hào)（EOC）送到CPU的中斷輸入線上，向CPU申請(qǐng)，CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序中讀取A/D輸出的數(shù)據(jù)。

ADC0809的數(shù)據(jù)輸出格式為并行（8位）輸出。在中斷方式下，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)EOC發(fā)出一脈沖向單片機(jī)提出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)響應(yīng)，并執(zhí)行外部中斷1的中斷服務(wù)程序讀A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，同時(shí)啟動(dòng)ADC0809的下一次轉(zhuǎn)換。

3）交流配電監(jiān)控系統(tǒng)中的抗干擾處理

在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集通道以及信號(hào)傳輸時(shí)，考慮到可能存在的干擾對(duì)通道造成的影響，在本系統(tǒng)中，采取了多種抗干擾的措施。

a.利用光電耦合器實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制電路與前面的設(shè)備之間的電氣隔離，使控制電路中的核心部分能正?？煽康墓ぷ?。采用光電耦合器后能有效抑制尖峰脈沖及噪聲干擾，從而提高通道上的信噪比。

b.接地處理

在該系統(tǒng)中存在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)，其地線在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量分開，以減小它們之間的干擾。其基本原則是電路的全部模擬地與數(shù)字地僅僅在一點(diǎn)相連。

c. 傳輸線的選用

在本系統(tǒng)中，需用到MCS-51單片機(jī)的串行口（TxD、RxD）與遠(yuǎn)程微機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，采用雙絞線傳輸，其具有抑制電磁干擾的能力，雙絞線可用一根塑料護(hù)套線扭起來(lái)，雙絞的節(jié)距越短，電磁感應(yīng)干擾就越低。

2.串行通信的實(shí)現(xiàn)

由于PC機(jī)給出的是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232電平，而MCS-51給出的是TTL電平，選用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。PC機(jī)所選用的通信適配器向外界提供了標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，引出的是標(biāo)準(zhǔn)的母25芯“D”型插座。

單機(jī)之間的串行通信，在系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中往往都是“點(diǎn)對(duì)多”的通信，以提高系統(tǒng)的利用率。

三、交流監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

軟件部分的設(shè)計(jì)重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)流程，如圖4所示。

本文介紹的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案大幅度降低了成本，比較能適用一般小城鎮(zhèn)級(jí)別的通信局（站）使用。