基于STC12C5A60S2的双电源供电智能控制系统设计

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文章介绍了基于STC12C5A60S2单片机的双电源供电智能控制系统，实现对主电源和备用电源的实时监测，保证供电的连续性和可靠性。文中阐述丫系统的整体设计方案、硬件电路设计、软件设计及后台监控的设计。通过理论分析及实践汪明能有效的检测当前主备电路的电压值并实现双电源之间的准确转换，相应状态可以通过GSM模块发送给监控主机和相关操作人员，具有重要的现实意义。
       
        0引言
       
        随着国民经济的迅速发展，人们对供电连续性、可靠性的要求越来越高，对于不允许断电的重要场合，如医院手术室、高层建筑安全保障系统、热电站、化工企业、银行等，都要求配备至少两路电源来保证供电的连续性。因此，需要一种能在两路电源之间进行自动转换的系统，以保证正在使用中的电源出现故障时能自动转换到另一路正常电源。双电源供电系统的应用场合决定其可靠性尤为重要，若两路电源不能及时进行转换或者转换失败，会给人们的生活和生产带来严重的损害。
       
        随着无线通讯技术的发展，本文结合比较实用的GSM无线通讯技术，设计研制了一种工作安全可靠性高、硬件结构简单、成本低廉的双电源供电系统智能控制器。本文研究的控制器对提升该类产品技术水平、推动产品更新换代具有重要意义，且应用前景广阔。
       
        1系统设计
       
        本文提出了基于STC12C5A60S2的双电源供电智能控制系统。该系统可实现对常用电和备用电电压的实时监测，并实现两路电源安全可靠切换。同时系统完成对电压数据的采集和传输，现场的显示模块由12864液晶和LED组成，完成简单电压显示和工作模式的指示，有效数据通过GSM模块发送到后台监控主机，便于统一管理，此外，用户可以根据自己的要求实现将相关数据发送到指定手机的功能。
       
        该双电源供电智能控制系统包括：电源模块、控制器、信号检测模块、远程无线模块、时钟模块、输出控制模块、键盘、LCD和LED人机交互模块。系统结构如图1所示。
       
       
       
        图1 智能控制系统
       
        2硬件电路设计
       
        2.1控制电路
       
        本系统的控制部分是以STC12C5A60S2单片为核心机构成的最小系统，此外，为方便程序下载，设计了基于CH340的程序下载接口电路，单片机最小系统和程序下载电路如图2所示。
       
       
        图2 单片机最小系统
       
        2.2检测电路
       
        在智能控制系统中，检测部分实现对各路电压信号的采集、调理等功能，主要有三部分组成：交流信号隔离与采集、模拟信号通道选通、交流小信号的抬升与跟随。
       
        2.2.1信号隔离采集及信号的选通
       
        为了消除强电回路对弱电回路的影响，保护检测回路，在采集交流信号时选用了变比为1000：1000的交流电流互感器ZMPT10B，主要作用为隔离强电回路；检测信号多路选通的实现则选用了模拟开关CD4051.
       
       
        图3 交流信号采集电路
       
        如图3所示，交流电压信号经过R1限流电阻，将电压信号转化为电流信号，经过电流互感器后，通过运放UA741再将电流信号转化为电压信号。
       
        2.2.2交流信号抬升与跟随
       
        由于控制器的AD口只允许输入0～5V的电压信号，因此需要将正负半轴均有的交流信号进行抬升，即在原有信号的基础之上增加一个大小为2.5V的直流信号，为了防止负载对检测信号的影响，在此后端添加电压跟随电路。硬件电路如图4所示。
       
       
        图4 信号抬升电路
       
       
        图5 无线通信电路
       
        2.3人机交互
       
        系统中为方便用户观察电源工作状态和设置相关参数，鉴于输入信息相对简单，因此采用独立式键盘；显示方式为LED和LCD，LED用来指示各电源的工作状态，LCD则用来显示当前工作电压等信息。
       
        2.4无线通讯模块
       
        本系统为了方便用户统一管理和及时有效的得知电源的工作方式，为其配备了无线通讯功能，一方面现场的数据可以实时发送给后台监控，将现场数据实时显示出来；另一方面用户可以通过后台的监控软件实现对现场的控制与操作。此外，本系统中，用户可以将部分手机配置为终端，同时具有接收数据和控制现场设备的功能。
       
        3软件设计
       
        本系统的软件设计包括控制器软件设计和后台监控软件设计。
       
        3.1控制器软件设计
       
        按照软件设计要求，本系统依然采用模块化程序设计，主要包括：定时器模块、AD采样模块、LCD显示模块、串口通讯模块等，程序流程图如图6所示。
       
       
        图6 软件设计流程图
       
        3.2后台监控软件设计
       
        本系统中，为方便用户实现控制器统一管理和数据的采集，设计了基于LabVIEW的后台监控系统，该系统可以实现对现场控制器的控制与设定，同时将现场的状态与数据进行实时显示。此外，系统具备基本的权限管理、数据库管理等功能。LabVIEW开发的后台监控具有开发周期短、界面美观、界面具备人性化等特点，监控主界面如图7所示。
       
       
        图7 监控主界面
       
        4实验
       
        在本系统中，信号采集与信号调理是实现控制的重要环节，因此为方便实验，减少器件损耗，运用模拟电路仿真软件MultiSim10进行仿真实验，实验波形与实际测得波形如图8所示。
       
       
        图8 仿真实验图
       
        5总结
       
        设计了基于STC12C5A60S2的双电源供电智能控制系统，通过理论分析与实际实验测试证明了系统的可行性和可靠性，该系统可以安全可靠地实现电源的自动切换，并且具备远程无线通讯和控制功能，使用户不仅可以通过后台了解现场信息，还可通过配置将自己的手机作为终端，了解和控制现场各控制器状态。