STC15系列單片機(jī)在智能停電保護(hù)裝置中的應(yīng)用

徐連喜

（偉易達(dá)電子產(chǎn)品（深圳）有限公司 廣東省深圳市 518057）

常見(jiàn)的停電保護(hù)設(shè)備有UPS，但市面在售的UPS成本高，沒(méi)辦法用于一般工控系統(tǒng)；停電保護(hù)裝置也可以用純硬件設(shè)計(jì)，鑒于純硬件不易修改參數(shù)，線路相對(duì)復(fù)雜，這里也不作討論；本文介紹用STC15系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一款智能型停電保護(hù)裝置，該裝置包含硬件線路和匯編語(yǔ)言程序兩部分。

1 硬件設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)主干線路原理圖如圖1所示，本系統(tǒng)主干線路有兩路12V輸入，一路輸入為市電經(jīng)變壓整流后的12V（為了能充飽電池，實(shí)際調(diào)高到13V），另一路輸入為12V鋰電池輸入，兩路輸入經(jīng)智能控制網(wǎng)絡(luò)后，得到一路12V輸出，給到工控PC主機(jī)，智能控制網(wǎng)絡(luò)能夠智能感知停電到來(lái)，然后智能采取行動(dòng)關(guān)閉主機(jī)，待市電重新來(lái)電又能智能啟動(dòng)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守情況下智能保護(hù)主機(jī)目的。

（2）電池接入控制線路圖如圖2所示，本系統(tǒng)電池接入是采用繼電器常閉觸點(diǎn)接入。

①有市電情況下，市電變壓得到的12V除了給PC主機(jī)供電，同時(shí)還給電池充電，電池的12V經(jīng)繼電器的常閉觸點(diǎn)接到工控PC主機(jī)，此時(shí)相當(dāng)于市電和電池處于“雙供電”模式。

②市電停電后的20秒之內(nèi)（關(guān)閉主機(jī)約需15秒），電池的12V經(jīng)繼電器的常閉觸點(diǎn)接到工控PC主機(jī)，此時(shí)相當(dāng)于市電和電池處于“單供電”模式。

③市電停電后的20秒之后，單片機(jī)控制pin動(dòng)作，繼電器的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，此時(shí)相當(dāng)于“全停電”模式。

（3）PC開(kāi)關(guān)機(jī)輸出控制線路圖，與電池接入控制線路圖結(jié)構(gòu)相似，只是單片機(jī)的控制pin不同，輸出的開(kāi)關(guān)機(jī)動(dòng)作為繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)接入PC的power_key，使PC關(guān)機(jī)或開(kāi)機(jī)。

（4）單片機(jī)及其電源線路原理圖如圖3所示，本系統(tǒng)以STC15F101W單片機(jī)為智能控制網(wǎng)絡(luò)核心，共有1路停電檢測(cè)輸入，1路電池動(dòng)作輸出，1路PC開(kāi)關(guān)機(jī)動(dòng)作輸出，1路動(dòng)作狀態(tài)指示燈，RXD/TXD是其編程口，單片機(jī)的電源是從電池取12V經(jīng)7805變壓后得到5V。

2 軟件設(shè)計(jì)

主程序流程圖，見(jiàn)圖4。

3 系統(tǒng)仿真

前期調(diào)試的重點(diǎn)內(nèi)容就是系統(tǒng)仿真，系統(tǒng)仿真所用到的工具軟件就是Proteus，在proteus仿真軟件里依照PADS設(shè)計(jì)的電路原理圖繪制仿真原理圖，然后加載由KeilC51編譯好的Hex文件。停電動(dòng)作由“12V火牛輸入”的單刀單擲開(kāi)關(guān)模擬，現(xiàn)場(chǎng)停電情況大致可以分為如下四類，在仿真軟件里應(yīng)分別模擬，這樣基本就考慮到了所有可能存在的停電情況，分述如下：

圖1：主干線路原理圖

圖2：電池接入控制線路圖

圖3：?jiǎn)纹瑱C(jī)及其電源線路原理圖

3.1 正常工作過(guò)程中，普通停電情況

這里指PC正常使用過(guò)程中，突然停電，保護(hù)裝置將輸出“關(guān)機(jī)信號(hào)”一秒鐘，相關(guān)指示燈點(diǎn)亮1秒，這就等效于把PC power key按下1秒，讓PC正常關(guān)機(jī)，正常關(guān)機(jī)約需15秒，此時(shí)PC由12V電池供電，所以這里程序讓電池持續(xù)供電20秒，20秒延時(shí)一到就命令電池?cái)嚅_(kāi)，讓PC徹底處于斷電狀態(tài)。

3.2 停電超過(guò)20秒，然后又來(lái)電

這也屬于正常情況，停電只要超過(guò)20秒，PC都將處于斷電狀態(tài)，此時(shí)來(lái)電，PC的啟動(dòng)由PC的電源檢測(cè)完成（這部分是工控機(jī)原有的功能），此時(shí)保護(hù)系統(tǒng)僅僅完成復(fù)位動(dòng)作，包括電池的常閉觸點(diǎn)由斷開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)，系統(tǒng)由“全停電”模式轉(zhuǎn)為“雙供電”模式，PC正常啟動(dòng)。

3.3 停電不足20秒，然后又來(lái)電

這屬于非正常情況來(lái)電，系統(tǒng)就巧妙地在最后1秒時(shí)刻(第20秒)檢測(cè)一次來(lái)電，第20秒沒(méi)來(lái)電，系統(tǒng)正常停電，第21秒來(lái)電，系統(tǒng)又是正常來(lái)電，程序都有對(duì)應(yīng)的分支可以進(jìn)入。要是第20秒或20秒前的任一秒來(lái)電，此時(shí)正處于關(guān)機(jī)進(jìn)行中的PC，需要等關(guān)機(jī)結(jié)束后再次按下啟動(dòng)鍵，使PC啟動(dòng)。

3.4 來(lái)電不足15秒，然后又停電

PC正常啟動(dòng)約需15秒，可是還沒(méi)等完成啟動(dòng)又遭遇停電，此時(shí)保護(hù)系統(tǒng)有個(gè)開(kāi)機(jī)后強(qiáng)制延時(shí)30秒的動(dòng)作，在此30秒內(nèi)，有市電就市電供電，無(wú)市電就電池供電，總之一旦觸發(fā)PC開(kāi)機(jī)就無(wú)條件讓PC完成啟動(dòng)，30秒過(guò)后再檢測(cè)停電還是沒(méi)停電，然后進(jìn)入相關(guān)的保護(hù)流程。

圖4：主程序流程圖

通過(guò)工具軟件仿真，既能驗(yàn)證硬件電路的合理性，也能驗(yàn)證軟件的邏輯，最終獲得滿意的動(dòng)作效果，為后續(xù)樣機(jī)制作奠定切實(shí)可行的理論基礎(chǔ)和動(dòng)態(tài)模型。

由于proteus沒(méi)有STC15系列CPU庫(kù)，但有AT89系列CPU庫(kù)，而STC15F101W的所有pin與AT89系列相對(duì)應(yīng)的pin完全兼容，所以仿真所用的CPU就用AT89C51，而引腳僅僅取STC15F101W所需引腳。

4 結(jié)束語(yǔ)

STC15系列單片機(jī)功能強(qiáng)大，而體積可以非常小，本文所用的STC15F101W的封裝是SOP8，相當(dāng)于1個(gè)SMD 8pin EEPROM IC大小，內(nèi)置晶振和復(fù)位電路，除去電源和GND，其余6pin可以作為普通IO口使用，這使得本系統(tǒng)的硬件線路極其簡(jiǎn)化，大大節(jié)約硬件成本。本文所述僅僅是工控系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)改造的冰山一角，工控系統(tǒng)還有很多有待改進(jìn)的地方，有待大家探究。