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摘要：環(huán)境試驗中的電源監(jiān)控工作模式具有多樣性，操作具有復雜性。為了降低產(chǎn)品開發(fā)、設計的成本。設計了一種安全穩(wěn)定性好、應用領域廣、工作模式可調、操作簡單的電源監(jiān)控單元。其主要基于F2812的數(shù)字信號處理器，設計了三種常用的工作模式。通過不同工作模式的切換，實現(xiàn)不同應用領域的兼容性和操作的簡便性。

關鍵詞：電源監(jiān)控；軟件設計；F2812；環(huán)境試驗

0引言

在電力、電子相關產(chǎn)品研發(fā)過程中，為了保證產(chǎn)品質量的可靠性，都需要對產(chǎn)品進行一定的環(huán)境試驗，如高低溫實驗、震動實驗、電磁兼容實驗等[1-5]。高低溫實驗中需要對設備電源進行定時通斷，并需要把通斷瞬間的電壓和電流數(shù)值做記錄，用于工作人員的分析；在震動、電磁兼容實驗中，需要對電源的抖動情況進行記錄，若被監(jiān)測電壓、電流數(shù)值超過設定的保護范圍，需要對電源進行斷開保護。為此本文提出并設計了一種工作模式多樣、應用領域廣的電源實時監(jiān)測控制單元軟件設計，降低重復性設計產(chǎn)生的經(jīng)濟、時間人力成本，減少人為操作而帶來的安全隱患。

1系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件電路主要由：多路模擬信號處理模塊、AD采集模塊、數(shù)字信號處理器模塊、顯示屏、工作模式及保護參數(shù)設置模塊、電源接口控制模塊、系統(tǒng)供電電源模塊，七個主要部分構成如圖1所示。模擬信號處理模塊設置了弱電壓(0-5V)、低電壓(0-50V)、中高壓(0-120V)三個檔位的采集通道。模擬信號處理通道主要由信號輸入接口、分壓及限壓電路、光電隔離模塊、OP放大電路模塊、限壓保護電路模塊構成。電壓信號輸入接口將不同電壓范圍的信號接入分壓及限壓電路，經(jīng)過光電隔離模塊處理后，進入OP放大電路，最終使得采集信號處于AD采集模塊的電壓采集范圍之內(nèi)[6-7]。模擬信號處理通道如圖2所示。電源接口控制模塊主要由繼電器驅動模塊、自恢復熔絲保護電路模塊和繼電器構成，當監(jiān)測的電源參數(shù)不在保護范圍內(nèi)時，系統(tǒng)會通過軟件控制繼電器切斷電源。為了提高系統(tǒng)對電能質量紋波的檢測精度，系統(tǒng)選擇具有16位寬的AD7656采集芯片。其具有八個并行采集端口，使得系統(tǒng)可以同時對多路電源進行監(jiān)測。液晶顯示模塊在此選擇清達光電LCM3202404顯示屏，該顯示屏采用320×240點陣顯示，可以實現(xiàn)字符與圖形的多層顯示，界面顯示可以自定義，滿足系統(tǒng)監(jiān)控的功能需求。該顯示屏采用模塊化一體設計，使用非常方便。工作模式及保護參數(shù)設置模塊主要由三個工作模式按鈕，通道選擇按鈕、參數(shù)設置確認按鈕、以及通道保護參數(shù)遞增、遞減按鈕構成。系統(tǒng)電源主要由12V、5V、1.8V、3.3V的直流電源模塊構成，其中12V和5V主要用于繼電器及OP運算放大器等元器件的工作電源，而1.8和3.3V主要應用于嵌入式芯片的工作。在此選48V轉5V/12V的XPPowerJCP4048T0512電源模塊。而嵌入式芯片工作需要的1.8V和3.3V，在此選擇TPS73HD318電源轉換模塊；電源輸入采用自恢復保險絲隔離。

2數(shù)字信號處理器軟件設計

本系統(tǒng)的嵌入式控制芯片采用TI公司的TMS320F281DSP芯片。DSP將AD采集的數(shù)值經(jīng)過運算處理之后，將電源參數(shù)顯示在液晶屏上。當一路或多路信號發(fā)生異常時，DSP控制繼電器切斷電源，并對斷電前的數(shù)值進行保護區(qū)[8-10]。基于CCS3.3軟件和C語言，DSP設置了三種工作模式，分別是定時、單次鎖存、多次采集模式。定時模式是指循環(huán)控制繼電器循環(huán)通斷的工作模式，這種模式主要用于對設備電源周期性的通斷工作中，如環(huán)境篩選實驗中，電子設備高低溫啟動實驗；單次鎖存模式是指當檢測到某通道的輸入信號超過保護范圍時，電源參數(shù)值鎖存并顯示在顯示屏上，同時通過繼電器斷開此通道的電源輸入通道。這種工作模式主要用于特殊情況的捕獲工作當中，如設備問題檢查工作中。多次采集模式是指當檢測到某通道的輸入信號超過保護范圍時，將電源參數(shù)及時間值存入設定的文件中，繼電器并不對電源進行斷開操作，這種工作模式多應用于電磁兼容、震動實驗等對設備工作能力極限測試當中。系統(tǒng)通電后會首先檢測工作模式及保護參數(shù)設置模塊的工作模式參數(shù)。根據(jù)不同工作模式對液晶屏進行初始化，畫出背景界面，接著系統(tǒng)會提示操作人員進行相應通道的保護參數(shù)進行設置并確認。

3系統(tǒng)測試

測試中選擇給低壓通道設定最高48V的直流電源監(jiān)控數(shù)值和中壓通道70V的直流電源監(jiān)控數(shù)值。兩個電源的保護電壓數(shù)值分別設定為最大50V和80V，保護電流設定為最大3A。工作模式設定為單次鎖存模式，若輸入電壓、電流數(shù)值超過保護數(shù)值，則自動斷開相關通道的電源接口，實驗過程如圖4中(a)圖所示。當?shù)蛪和ǖ离妷撼^50V時，系統(tǒng)進行了報警，并通過繼電器順利切斷了低壓通道的電源，鎖存保護如圖4(b)圖所示。

4結束語

同市面上的一些電源監(jiān)控系統(tǒng)相比，本文設計的電源監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)點主要在于工作模式切換方便，應用領取兼容性強。雖針對環(huán)境實驗設計，但若將被采集的電壓、電流信號調整到本設備的正常工作范圍內(nèi)，其還可以廣泛應用于電力系統(tǒng)、電能質量的監(jiān)控之中，降低了研發(fā)、設計成本的作用。

作者:杜貝貝 劉曉雷 王曉娜 單位:上海思源光電有限公司