基于ATmega128的32路遥信单元的设计及应用

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                    ???? 摘要：介绍一款基于8位单片机ATmega128为主控芯片，具有监测32路开关量信号输入的ARTU-K32型遥信单元设计原理，以及该产品主要技术指标与应用案例。
　　0引言
　　在电力及工业自动化控制系统中，存在着大量如断路器的分合、电机的启停，电磁阀的开闭等执行机构状态需要检测并把状态反馈回控制单元，从而构成闭环控制。在以往的系统设计中常使用多个PLC或带有通讯和开关量输入功能的现场仪表组成一个远程自动控制系统，但PLC高昂的成本和繁琐的系统结构给自动化设计、应用带来困扰。
　　本文介绍一款具有32路遥信接点输入的ARTU-K32，该装置可接受32路有源或无源接点，把开关量信号经通讯实现和上位机监控系统的数据交换，32个通道扫描一周仅需时间为1ms，同时拥有2000组输入状态事件记录，带GPS校时功能,在外部电源掉电后可以保证SOE事件记录一个月内不丢失，相对以往控制方式，本设计在简化控制网络结构的同时，提供了一种低成本，高可靠性的替代方案。
　　1 电路设计原理
　　ARTU-K32遥信单元硬件电路包括主CPU芯片、拨码开关设定输入、实时时钟、双路RS485通讯、SOE事件记录存储、看门狗控制、光电隔离输入采集、供电电源模块等8部分组成。（见图1）




图2 拨码开关设输入电路
　　1.3 实时时钟
　　实时时钟芯片RX-8025A（IC4）提供给系统SOE事件的时间记录点，该芯片拥有400kHz 串行IIC总线接口，其内置的32.768 kHz 石英振荡器，提供宽温、高稳定性的实时时间数据。
　　1.4 通讯方式
　　通讯方式采用双路RS485方式，调试及设定和上位机通讯部分在物理上分成两路，互不干扰，有效防止可能存在的误操作。（见图3）




　　1.6看门狗控制
　　掉电自动保存部分使用MAX691CWE（IC8）作为电源管理，在系统有辅助供电的情况下保证IC3由主电源Vcc供电，当主电源掉电时则自动切换到后备电池供电方式。同时此芯片还兼有看门狗功能，在系统死机的极端情况下及时复位CPU，使系统快速恢复至受控状态。（见图5）




　　1.8 电源部分
　　电源模块采用PI公司的开关电源芯片，输入范围为AC/DC 80-270V，电源共有3路输出，分别给CPU，12V电源输出、通讯等部分电路提供电源。
　　2 软件设计




　　5 应用案例
　　1台ARTU-K32可以监控8条马达回路或16路照明回路的工作状态。以监测马达回路为例，一次方案见图8（a），由配辅助、故障触点的NS断路器、LC1交流接触器、LR2热继电器和AKH-0.66P保护型互感器组成。每条马达回路监测4组节点，即断路器合闸、故障触点，电机运行（接触器）状态触点，电机热过载（热继电器）触点，1台ARTU-K32监测8条马达回路。见图8（b），通过现场启停按钮控制马达的运行与停车，现场红、绿指示灯同步显示马达的工作状态，遥信单元则可通过监测各元件触点的动作值远程显示马达的工作状态。
　　6 结束语
　　ARTU-K32遥信单元于2007年12月在国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心测试，符合相关要求。该产品已在某油田供水供电公司、苏州某税务大厦、内蒙古某煤矿等工程配电监控系统中得到应用，降低了投资成本，产生了较好的社会和经济效益。