基于ARM 的消磁電源控制信號監(jiān)控設(shè)計

余錫斌，周佳宇

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基于ARM 的消磁電源控制信號監(jiān)控設(shè)計

余錫斌，周佳宇

（海軍駐桂林地區(qū)軍事代表室，廣西桂林541002)

本文通過采用ARM微控制器為核心，設(shè)計新型的消磁電源控制信號監(jiān)控裝置，實現(xiàn)對多個消磁電源模塊組合后的信號控制、工作狀態(tài)檢測、顯示和故障保護(hù)等功能，避免了消磁電源在使用過程中可能出現(xiàn)的有害信號對電源模塊的影響，有效提高電源模塊的可靠運行。

ARM 消磁電源

0 引言

模塊化消磁電源作為新型的艦船消磁系統(tǒng)繞組電流供電系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的電機擴大機供電系統(tǒng)比較，有動態(tài)特性好，體積小、安靜、高效等優(yōu)點[1-4]，是目前消磁電流供電設(shè)備的發(fā)展趨勢,其特點是按照一定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)后的電源模塊，可根據(jù)所輸出消磁電流大小需求進(jìn)行隨意組合。本監(jiān)控裝置是以ARM微控制器為核心[5]，通過CAN總線接收消磁電流控制設(shè)備（上位機）信號后，對組合在一起的各電源模塊進(jìn)行信號監(jiān)控，并完成各電源模塊運行參數(shù)、工作狀態(tài)的檢測、顯示和故障保護(hù)，根據(jù)消磁電流控制設(shè)備信號完成總輸出電流調(diào)節(jié)。

1 設(shè)備工作原理及功能

1）監(jiān)控設(shè)備主要工作原理

ARM微控制器從主、備用消磁電流控制設(shè)備的CAN總線（CAN1）得到該路電源的控制信息，包括電流值、啟動信號及停止信號，根據(jù)該路所控制的消磁電源模塊數(shù)M，計算各電源模塊的輸出電流，通過內(nèi)部CAN總線（CAN2）向各消磁電源模塊發(fā)送控制信息。對啟動信號、停止信號及時響應(yīng)，控制繼電器，接通或切斷電源模塊的電源。

電路控制系統(tǒng)采用當(dāng)前比較流行的嵌入式[6-7]LPC1768型ARM微控制器，該芯片是基于ARM Cortex-M3 內(nèi)核的32位處理器，用于處理要求高度集成和低功耗的嵌入式應(yīng)用，操作頻率可達(dá)100MHz，具有3級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，外設(shè)組件包含高達(dá)512 KB 的flash 存儲器、64KB 的數(shù)據(jù)存儲器、以太網(wǎng)MAC、2 條CAN 通道和多大70 個通用IO 管腳等。其優(yōu)點是兼顧高性能、低功耗，同時要實現(xiàn)以往模擬式電位器狀態(tài)下的控制信號調(diào)整時，能快速對消磁繞組輸出電流、電壓的實時顯示，為控制信號數(shù)字化的實現(xiàn)和應(yīng)用提供可靠保證。

監(jiān)控裝置原理框圖如圖1。

2）主要功能

a)進(jìn)行監(jiān)控自檢，缺相檢測，測量負(fù)載電流電壓。

b)依CAN總線命令對電流值均流。

根據(jù)CAN的協(xié)議，接收指令，提取的電流值，并除以所控制的電源模塊數(shù)M，形成每個電源模塊控制信號，再通過CAN2發(fā)送給各電源模塊。

c)對負(fù)載電流、電壓進(jìn)行采樣、轉(zhuǎn)換，采用3次采樣，取中間值，并在LCD上實時顯示負(fù)載電流值，同時根據(jù)電流值、電壓值及控制量，結(jié)合電源模塊運行狀態(tài)等信息，進(jìn)行綜合分析，完成如下功能：

①對輸出負(fù)載開路、短路進(jìn)行識別、報警和顯示功能。

②對輸出電流進(jìn)行誤差判斷，當(dāng)超過設(shè)定限值時進(jìn)行故障報警并限定輸出。

③對輸入電源的缺相、過壓、欠壓進(jìn)行檢測、識別、報警和顯示。當(dāng)檢測到上述故障時，能自動停機，故障解除后自動恢復(fù)。

d)通過CAN總線向上返回負(fù)載及電源模塊狀態(tài)信息。

e)按下緊急停車時，斷開所有電源模塊的供電。

監(jiān)控裝置功能如圖2所示。

2 軟件設(shè)計

軟件采用C語言[8]，以滿足ARM開發(fā)要求的KEIL系統(tǒng)軟件進(jìn)行編程，其系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示，主要實現(xiàn)如下幾大功能：

1)輸入供電電源檢測

完成設(shè)備自檢，對三相輸入電源進(jìn)行缺相、欠壓、過壓的檢測判斷。發(fā)現(xiàn)故障時，發(fā)出該路電源模塊供電控制繼電器斷開指令，實現(xiàn)對電源模塊的保護(hù)，檢測到故障解除后發(fā)出自動恢復(fù)指令。

2)進(jìn)行輸出電流均流計算

根據(jù)接收到的控制信號指令，按電源模塊數(shù)M計算各個模塊輸出的電流值并形成控制信號，再以CAN總線方式送出。在某個電源模塊出現(xiàn)故障時，通過判斷電源模塊數(shù)增減等具體變化情況，分別調(diào)整各電源模塊的輸出電流，確保整路消磁電流輸出平滑過渡，無跳變出現(xiàn)。

3)設(shè)置功能

可通過鍵盤及LCD顯示屏進(jìn)行操作，設(shè)置過壓、欠壓報警門限、每路電源模塊數(shù)量及密碼設(shè)定。

4)手動/自動切換

5)收、發(fā)本路電源模塊工作狀態(tài)信息。

3 本監(jiān)控裝置所具有的特點

本監(jiān)控裝置可很好地兼顧消磁電流控制設(shè)備傳送信號突變的緩沖作用和消磁電源設(shè)備整體動態(tài)性能的要求，避免了在消磁電源設(shè)備開機、運行、關(guān)機等過程給后級電源模塊所帶來的危害控制信號，有效提高負(fù)載端消磁電源設(shè)備的可靠運行。

ARM微控制器能實時對不同電源模塊插槽號進(jìn)行設(shè)置更改并存儲，方便電源模塊的擴展；能夠?qū)崟r實現(xiàn)對多只電源模塊負(fù)載開路、短路、欠壓和過壓狀態(tài)分析及上報，實現(xiàn)對輸入電源的缺相、過壓、欠壓進(jìn)行檢測、識別、報警和顯示功能。

采取主、備用雙監(jiān)控單元模式，兩個監(jiān)控同時并行工作，具備了冗余技術(shù)。

4 結(jié)束語

新研制的監(jiān)控裝置經(jīng)過一系列的試驗和測試，完全滿足性能指標(biāo)要求。從多次的性能檢測和功能測試情況看，新研的監(jiān)控裝置對整套消磁電源設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)沒有影響，在實現(xiàn)各電源模塊運行參數(shù)、工作狀態(tài)監(jiān)測和顯示的同時，對以往控制信號階躍變化過程造成的器件損壞等質(zhì)量問題得到較好解決。

參考文獻(xiàn)：

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Design of Control Signal Monitoring for Degaussing Power Supply Based on ARM

Yu Xibin , Zhou Jiayu

(Naval Representatives Office in Guilin, Guilin 541002,Guangxi,China)

TM762

A

1003-4862（2016）11-0007-03

2016-06-15

余錫斌(1969-)，男，碩士，高級工程師。研究方向：艦船消磁電流控制設(shè)備。