中波臺發(fā)射機房電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

鄭天驥

摘要：中波臺發(fā)射機房的電力系統(tǒng)一般由一路市電或者兩路獨立的市電以及一臺發(fā)電機組成，電力系統(tǒng)發(fā)生故障往往會造成大面積的停播事故，后果十分嚴重。為幫助機房值班人員快速了解電力系統(tǒng)的各種參數(shù)，迅速排除故障，福建四0三臺設(shè)計一款多點電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r顯示電壓值，具備電力參數(shù)異常報警等功能。

關(guān)鍵詞：電力參數(shù)監(jiān)控 STM32單片機 Modbus通訊協(xié)議

總體方案設(shè)計

福建四〇三臺電力系統(tǒng)是由一路市電和一臺大功率柴油發(fā)電機組成，通過一個雙電源自動切換裝置送到交流電壓穩(wěn)壓器，經(jīng)過穩(wěn)壓后給發(fā)射機等設(shè)備供電。電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)主要由電力參數(shù)采集儀表和自主設(shè)計的主控電路組成，電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置了市電電壓采集點、發(fā)電機電壓采集點、穩(wěn)壓器穩(wěn)壓輸出采集點，采集的電壓數(shù)據(jù)通過RS485通訊總線送到主控板進行各種參數(shù)處理顯示，電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

硬件電路設(shè)計

主控電路由單片機控制單元、電力參數(shù)采集部分、電壓顯示模塊、狀態(tài)指示電路、報警電路、電源部分組成。主控電路實現(xiàn)了采集多點電力參數(shù)、顯示電力參數(shù)、參數(shù)異常判斷以及狀態(tài)指示和報警等功能。電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)主控電路框圖如圖2所示，其中電力參數(shù)采集儀表、RS485接口電路構(gòu)成了電壓采集部分，電源/充電、備用電池、穩(wěn)壓模塊構(gòu)成了電源部分。

單片機控制單元采用的是意法半導體在2007年發(fā)布的一款基于ARM公司開發(fā)的Cortex-M3內(nèi)核基礎(chǔ)上添加一些必要的外設(shè)組成的微控制器。STM32系列微控制器主頻高，處理指令速度快，在程序存儲空間上和其他產(chǎn)品拉開了明顯的差距。

由于電力參數(shù)采集儀表的采集點距離機房控制室較遠，所以采用了RS485通訊的方式與單片機控制單元進行通訊。RS485通訊采用平衡傳輸方式，對共模干擾有很強的抑制能力，在采用雙絞屏蔽線的情況下可以實現(xiàn)1000米左右的穩(wěn)定通訊。RS485通訊使用主從半雙工的通訊模式，多個收發(fā)設(shè)備接到同一條數(shù)據(jù)總線上，實現(xiàn)單片機和電力參數(shù)采集儀表之間的通訊。

LED點陣屏是通過多個LED按照一定規(guī)則排列起來的列陣組成的一個顯示屏，通過不同位置的LED亮滅來顯示文字和簡單的圖片等。LED點陣顯示屏制作相對簡單，使用方便，在許多領(lǐng)域都有應用。本設(shè)計采用模塊化的16×64像素點陣屏，可以同時顯示4個漢字或8個數(shù)字以及英文字母，模塊化的點陣屏使用非常簡單只要通過一個接口就可以實現(xiàn)中文、數(shù)字以及英文字母的顯示。單片機控制單元與LED點陣屏之間通過J2接口連接，通過單片機I/O控制點陣顯示屏，完成電壓的實時顯示。LED點陣屏接口電路如圖3所示。

狀態(tài)指示電路由四個雙色發(fā)光二極管，四個限流電阻組成。D9、D10、D11分別指示三個電壓采集點參數(shù)是否正常，正常顯示綠色，異常顯示紅色。D12指示報警聲是否關(guān)閉。報警打開顯示綠色。報警關(guān)閉顯示紅色。狀態(tài)指示電路如圖4所示，單片機引腳輸出低電平時二極管點亮。

報警電路主要由D類音頻放大集成電路PAM8303D構(gòu)成，PAM8303D是一款輸出功率3W的單聲道無濾波器D類音頻放大器，在輸出1W功率時效率達到了90%。當單片機檢測到任意一路電壓異常時，單片機引腳輸出1KHZ的音頻信號送到音頻放大電路的信號輸入端，并拉高PAM8303D第6腳的電平使能PAM8303D，讓音頻放大器處于工作狀態(tài)發(fā)出洪亮的聲音報警，提醒技術(shù)人員及時處理。

軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)是整個電路系統(tǒng)不可或缺的一部分，也是整個設(shè)計重要的一環(huán)。軟件系統(tǒng)實現(xiàn)了對硬件資源的分配和管理運用，通過科學規(guī)劃使用硬件資源實現(xiàn)了整個電路系統(tǒng)所要達到的功能。本系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)了電力參數(shù)采集儀表數(shù)據(jù)的讀取和處理，然后通過LED點陣屏顯示實時的三相電壓值，并且對電壓值數(shù)據(jù)進行判斷，如果電壓值有異常就開啟報警指示，并不斷的循環(huán)上述步驟，主程序流程圖如圖5所示。

總結(jié)

電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對發(fā)射機房電力系統(tǒng)多個重要節(jié)點參數(shù)的監(jiān)控，通過大屏幕直觀地顯示了當前的電力參數(shù)信息，在各路電源電壓值過低過高以及出現(xiàn)相位缺失時能夠及時的進行預警，為技術(shù)人員提供了準確的信息，為排除故障節(jié)約了寶貴的時間，為零秒停播提供了可靠的保證。

（作者單位：福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心四〇三臺）

參考文獻：

1.彭 剛：《基于ARM Cortex-M3 的STM32系列嵌入式微控制器應用實踐（第2版）》，北京：電子工業(yè)出版社，2016版。