基于單片機的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　摘要：近年，通信行業(yè)發(fā)展異常迅速，電源系統(tǒng)是通信的動力中心，通信電源系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性直接關(guān)系到通信機房及基站的正常運行。介紹了基于DS80C320的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案，從硬件結(jié)構(gòu)、軟件編程兩方面進行了詳細討論。實際運行表明。本監(jiān)控系統(tǒng)完全能滿足實際需要，性能良好。

　　通信電源是通信網(wǎng)絡(luò)的"心臟",通信電源系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運行直接關(guān)系到通信的穩(wěn)定性及可靠性。目前大型通信電源的供電方式多采用集中供電的方式，一旦發(fā)生供電故障，將直接引起整個通信系統(tǒng)的癱瘓。

　　通信電源的傳統(tǒng)維護方式主要依靠人工看守，工作量大，效率低下，造成設(shè)備發(fā)生故障而沒有及時進行處理而產(chǎn)生的重大通信阻斷時有發(fā)生。因此對在網(wǎng)運行通信電源設(shè)備實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測，有利于及時發(fā)現(xiàn)電源故障，減少人為因素，對保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行顯得十分重要。'

　　目前，通信電源系統(tǒng)廣泛使用高頻開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)備，其智能化程度高。在運行過程中，電源系統(tǒng)的具體運行要求很多，例如：若電源系統(tǒng)不能輸出規(guī)定電流和電壓或輸出的電流、電壓超出允許波動范圍，雜音電壓高于允許值時間并持續(xù)10 S以上者均判定為系統(tǒng)故障。原交流系統(tǒng)中的電壓、頻率或波形畸變超出規(guī)定范圍持續(xù)時間大于60 S者也判定為故障。

　　為此，要保證通信電源系統(tǒng)的可靠性，通信部門應(yīng)盡量從兩個不同的地方引入2路市電輸入，并設(shè)置2路市電電能自動倒換裝置;所用設(shè)備要選用可靠性高的高頻開關(guān)整流設(shè)備。

　　模塊化、熱插拔式結(jié)構(gòu)以便于更換，并合理配置備份設(shè)備。供電方式要大力推廣分散供電，使用同一種直流電壓的通信設(shè)備采用兩個以上的獨立供電系統(tǒng)。為了盡量縮短設(shè)備的平均故障修復(fù)時間，要經(jīng)常分析運行參數(shù)，預(yù)測故障發(fā)生的時間并及時排除。還要提高技術(shù)維護水平，采用集中維護、遠程遙信、遙測維護。

　　實施集中監(jiān)控管理是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是現(xiàn)代通信網(wǎng)的要求，也是企業(yè)減員增效的有效措施。各種電源設(shè)備要智能化、標準化，符合開放式通信協(xié)議。

　　1 框架結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計要求

　　通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是隨時監(jiān)控電源的運行狀態(tài);對電壓的波動、頻率的波動、波形失真率、瞬時浪涌、瞬變脈沖、三相不平衡等各種質(zhì)量特性指標進行監(jiān)控;當故障發(fā)生時，能夠及時采取相應(yīng)措施并報警等。根據(jù)通信電源集中維護、統(tǒng)一管理的基本模式，監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是多級的分布式計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，一般可分為四級：中心監(jiān)控中心、區(qū)域監(jiān)控中心、局站監(jiān)控中心以及前端現(xiàn)場處理部分(包括智能設(shè)備、蓄電池檢測儀、前端采集設(shè)備)。整個系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)宜采用樹型結(jié)構(gòu)(見圖1)，樹型結(jié)構(gòu)有很好的擴容性，以滿足通信行業(yè)不斷發(fā)展的需求。

圖1 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

　　通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能設(shè)計如下：

　　(1)實時監(jiān)控及顯示各個通信電源設(shè)備的運行參數(shù)及相應(yīng)的工作狀態(tài)，當設(shè)備出現(xiàn)故障時具有聲光報警功能，以及時提示工作人員排除故障;(2)當故障發(fā)生時，能夠及時實現(xiàn)主從電源準確無誤的切換，同時還要保證切換時電壓同頻率，同相位，同幅值;(3)對通信電源系統(tǒng)具有完善的保護功能，防止系統(tǒng)出現(xiàn)過壓、過流、頻率或相位超差及過熱等現(xiàn)象，當出現(xiàn)以上現(xiàn)象后及時采取措施;(4)通信功能：具有主從機組之間通信，與監(jiān)控中心(上位機)通信等功能;(5)具有記錄歷史數(shù)據(jù)、狀態(tài)的功能。

　　2 硬件電路設(shè)計

　　DS80C320是美國DALLAS公司推出的高速低功耗8位單片機，它采用了全新設(shè)計的處理器內(nèi)核，去掉了冗余的時鐘和存儲周期，在同樣的晶振速度下每個相同的指令執(zhí)行速度可以被提高1.5~3倍。它可以與80C51/80C32兼容，使用標準8051指令集。

　　本系統(tǒng)實時監(jiān)控通信電源系統(tǒng)的電流、電壓、溫度、頻率及相位，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)送入微處理器，同時采集蓄電池的電壓、工作電流和環(huán)境溫度，定時計算蓄電池的內(nèi)阻送人存貯器及微處理器;并通過微處理器將數(shù)據(jù)送入上位機。具體模塊分為微處理器及外設(shè)模塊，電壓采集及測試模型、電流采集及測試模型、溫度采集及測試模型、頻率及相位測量模塊、輸入及顯示模塊、控制量輸出輸入模塊以及通信模塊，如圖2所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件框圖

　　在本系統(tǒng)當中，微處理器采用了DS80C320芯片，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。同時為了準確記錄蓄電池的狀態(tài)而擴展了相應(yīng)的外部存儲器。根據(jù)采集精度要求以及被采集量的特點，電流、電壓及溫度測試采集模塊采用AD公司的高性能l2位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A來完成，轉(zhuǎn)換時間為25 s,線性誤差為±1/2 LSB,內(nèi)部有時鐘脈沖源和基準電壓源，單通道單極性或雙極性電壓輸入，采用28腳雙立直插式封裝，并通過ADG508A擴展模擬量輸入通道。頻率及相差采集測試模塊是將信號先經(jīng)過具有遲滯特性的過零比較器轉(zhuǎn)換為方波，然后通過雙四選一開關(guān)4052送人單片機，完全能夠滿足伺服系統(tǒng)的要求。通過定時器]rn來計算頻率和相差。I/O控制的主要功能是實現(xiàn)了對供電斷路器進行有效控制，實現(xiàn)主路電源、備路電源及備用發(fā)電機的有效切換。輸入及顯示模塊采用8位7段LED顯示，顯示的內(nèi)容包括電流、電壓、頻率及相差等運行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以通過按鍵進行簡單的選擇，同時通過發(fā)光二極管和蜂鳴器提示運行狀態(tài)。本系統(tǒng)硬件部分利用串口1采用RS485標準接IZl實現(xiàn)與上位機的通信，完成傳輸數(shù)據(jù)和遠程報警等功能。