專利名稱：電力直流操作電源集中式監控系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對直流電源進行監控的系統。
背景技術：
目前直流電源監控現狀有些企業采用PLC系列監控系統，雖然可靠性高，但是高價格讓用戶望價興嘆；而其它企業所主推的監控系統都是以最初的80年代51系列單片機為核心處理器，51系列單片機資源有限，致使目前市場上的產品結構繁雜、可靠性差，而且都采用分散式結構，CPU多而功能不完善，具有抗干擾差、誤報警、通信故障、死機等問題。
發明內容
為解決現有監控系統存在的問題，本發明提供了一種電力直流操作電源集中式監控系統，其所采取的技術方案為 該系統包括直流信號采集電路、交流信號采集電路、開關量輸入電路、開關量輸出電路、絕緣檢察電路、CPU主控電路、通信電路以及液晶顯示、鍵盤電路，其特征在于通信電路和液晶顯示、鍵盤電路分別連接CPU主控電路，直流信號采集電路依次通過光電隔離電路和A/D轉換電路連接CPU主控電路，交流信號采集電路依次通過電磁隔離電路和A/D轉換電路連接CPU主控電路，開關量輸入電路、開關量輸出電路和絕緣檢察電路分別通過光電隔離電路連接CPU主控電路，通信電路通過光電隔離電路分別連接上位機和下位機；從交流信號采集電路輸出的交流電壓信號，經電磁隔離電路隔離后輸送至A/D轉換電路，轉換為數字信號后輸送至CPU主控電路；從直流信號采集電路輸出的直流電壓信號，經光電隔離電路隔離后輸送至A/D轉換電路，轉換為數字信號后輸送至CPU主控電路；從開關量
輸入電路輸出的開關量輸入信號，經光電隔離電路隔離后輸送至CPU主控電路；從絕緣檢察電路輸出的絕緣檢察信號，經光電隔離電路隔離后輸送至CPU主控電路；從CPU主控電路
輸出的開關量輸出信號，經光電隔離電路隔離后輸送至開關量輸出電路。 CPU主控電路通過總線分別連接A/D轉換電路和通信電路，并通過RS232連接液晶顯示、鍵盤電路。 CPU主控電路采用ATMegal28單片機作為主控芯片。
液晶顯示、鍵盤電路采用STC11F56XE單片機作為從機芯片。
通信電路采用TL16C554芯片作為通信芯片。
A/D轉換電路采用MAX197芯片作為A/D轉換器。 直流/交流信號、開關量輸入/輸出信號以及通信數據，都由CPU主控電路通過總線獲取，這些初始數據通過主控CPU進行運算及轉換，變成實際的電流、電壓值、開關分合狀態、上位機及下位機工作狀態，通過RS232傳送給液晶顯示電路及上位機，顯示出來，以供查詢。并且主控CPU通過對這些數據進行運算和處理，來判斷直流電源各部分是否工作正常以及電池的工作狀態，如果交流進線電壓出現過壓及欠壓等故障時，則通過開關量輸出電路控制接觸器跳閘對電力直流電源系統進行保護。
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該系統采用集中式設計，集交流監控、直流監控、開關量輸入、開關量輸出、絕緣監察功能為一體，并且只由一個CPU進行控制，CPU主控電路采用高性能高集成度單片機ATMegal28作為主控芯片，負責信號采集、運算及控制，液晶顯示、鍵盤電路采用高可靠性STC11F56XE單片機作為從機芯片，負責鍵盤控制和液晶顯示，通信電路采用采用高性能TL16C554芯片負責與上位機及下位機進行通訊。 本發明具有生產成本低、結構簡單、使用方便、性能可靠的特點，滿足了用戶對高檔監控系統的要求。
圖1為本發明的整體結構框圖； 圖2為本發明CPU主控電路部分的電路圖； 圖3為本發明交流信號采集電路部分的電路圖； 圖4為本發明直流采集信號電路部分的電路圖； 圖5為本發明開關量輸入電路部分的電路圖； 圖6為本發明開關量輸出電路部分的電路圖； 圖7為本發明A/D轉換電路部分的電路圖； 圖8為本發明通信電路部分的電路圖； 圖9為本發明液晶顯示、鍵盤電路部分的電路圖； 圖10為本發明絕緣監察電路部分的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步描述 如圖l所示通信電路和液晶顯示、鍵盤電路分別通過總線和RS232連接CPU主控電路；直流信號采集電路依次連接光電隔離電路和A/D轉換電路后，通過總線連接CPU主控電路；交流信號采集電路依次連接電磁隔離電路和A/D轉換電路后，通過總線連接CPU主控電路；開關量輸入電路、開關量輸出電路和絕緣檢察電路分別連接光電隔離電路后，通過總線連接CPU主控電路，通信電路通過光電隔離電路分別連接上位機和下位機。
如圖2所示CPU主控電路采用高性能單片機ATMegal28，它片內集成E乍R0M和RAM，日歷時鐘通過fC總線與主控CPU相連，采用外部看門狗U7，它具有上電復位及看門狗功能。CPU的PA 口和PC 口分別作為數據總線和地址總路線，WR、 RD作為控制總線。
如圖3所示交流信號采集電路采用交流電壓互感器作為交流信號采集隔離器件，交流電壓信號的A、B、C三相電壓分別經電壓互感器PT1、PT2、PT3的l腳輸入，經過電壓互感器變換后，由PT1、PT2、PT3的6腳輸出，轉換為幅值為5V的正弦信號，經運算放大器U23隔離后分別連接到A/D轉換器U12 (參看圖7)的16、 17、 18腳，經U12轉換為數字信號后，通過數據總線[DO. . 7]傳輸給主控CPU。 如圖4所示直流信號采集電路采用采用HCPL7840作為直流采集信號的隔離芯片，直流電壓信號的正極V+和負極V-通過精密電阻R5、R11、R8分壓后，連接到光電隔離放大器U14的2腳和3腳，經U14進行隔離放大后，由U14的6腳、7腳輸出，連接到精密放大器U15的第2腳和第3腳，通過由U15和電阻Rl、 R7、 R9、 R12、 R13 —起構成的差分放大器
4進一步放大后，由U15的6腳輸出到U16A，U16A是一個射極跟隨器，可提高模擬信號的驅動能力，經U16A隔離驅動后接到A/D轉換器U12 (參看圖7)的19腳，通過U12轉換為數字信號后，通過數據總線[DO. . 7]傳輸給主控CPU。 如圖5所示當有開關量輸入信號時，外部電路會在輸入端INPUTJ)l加上24V的電壓，光電隔離芯片IS04A的發光二極管便會導通，同時IS04A的三極管也導通，IS04A的16腳被拉成低電平，開關量輸入信號用IS04A進行隔離后，連接到信號驅動芯片U10的輸入接口 2-9腳上，經U10驅動增強信號的帶負載能力后，由U10的11-18腳輸出連接到數據總線D[O. . 7]上，由主控CPU芯片Ul通過控制線RD及地址線IN_0E1進行讀取。
如圖6所示開關量輸出電路用數據鎖存器芯片U2 (參看圖2)擴展8路輸出，U2芯片的輸入接口 2-9腳與數據總線D
相連接，控制線WR及地址線0UT_0E通過或門芯片U4B連接到U2的11腳，由Ul進行控制，U2芯片的輸出12-19腳連接到驅動芯片Ull的輸入腳l-8腳，U11的11-18腳連接到繼電器，通過控制繼電器實現開關量的輸出。開關量輸出信號由CPU通過數據總線D[O. . 7]輸出，把輸出信息鎖存到數據鎖存芯片U2的輸出腳第12-19腳上，并經驅動芯片Ull去驅動繼電器線圈，使繼電器吸合，輸出一對干節點信號。 如圖7所示A/D轉換電路采用MAX197芯片U12， U12的7-14腳與數據總線D[O. 7]相連接，2腳5腳與地址線A0、AD—CS相連接，3腳4腳與控制線WR、RD相連接。它負責把模擬信號轉換為數據信號，由主控CPU進行讀取。 如圖8所示通信電路用TL16C554芯片U8通過數據總線D
地址線A[O. .2]
與主控芯片Ul相連，U8的接收端RX及發送端TX通過光電隔離芯片ISOl、 IS02進行隔離后，連接到MAX487芯片U9的1腳和4腳，U9的6腳和7腳分別作為485總線的A禾P B構成485總線。U9的2腳和3腳通過光電隔離器IS03連接到主控CPU芯片Ul，當485EN1端為高電平時，485總線處于發送狀態，當485EN1端處于低電平時，485總線處于接收狀態。
如圖9所示液晶顯示、鍵盤電路用STC11F56XE單片機作為顯示板的處理器，用9個1/0擴展4*5鍵盤，采用192*64點陣液晶。單片機的PO 口及P2 口通過芯片U18、U19驅動后，分別連接到液晶的數據線DB0-DB7，及地址片選線CS1、CS2、CS3， CPU的控制線WR、RD則經過與非門連接到液晶的第6腳E，用直接譯碼法對液晶進行讀寫，并通過MAX232芯片U22構成RS232通信線與主控芯片Ul進行通信。 如圖10所示絕緣檢察電路與CPU主控電路之間用線性光耦U25進行隔離，正負母線分別通過150K的電阻通過一個由4個二極管D13、D14、D15、D16組成的整流橋連接到大地。當母線絕緣下降時，便會有不平衡電流通過整流橋從線性光耦U25流過，U25的放大級也會有相應的電流通過電阻R157流過，U25的3腳產生的電壓通過電阻接到U27A的3腳，經光電隔離后絕緣檢測信號由U27A的第1腳輸入U1的29腳，CPU通過檢測29腳的電平來判斷電路的絕緣狀況。當接地電阻小于50K時，U25的3腳產生的電壓大于U27A的2腳時，U27A的1腳輸出高電平給CPU， CPU給出絕緣下降故障報警信息。
權利要求
一種電力直流操作電源集中式監控系統，包括直流信號采集電路、交流信號采集電路、開關量輸入電路、開關量輸出電路、絕緣檢察電路、CPU主控電路、通信電路以及液晶顯示、鍵盤電路，其特征在于通信電路和液晶顯示、鍵盤電路分別連接CPU主控電路，直流信號采集電路依次通過光電隔離電路和A/D轉換電路連接CPU主控電路，交流信號采集電路依次通過電磁隔離電路和A/D轉換電路連接CPU主控電路，開關量輸入電路、開關量輸出電路和絕緣檢察電路分別通過光電隔離電路連接CPU主控電路，通信電路通過光電隔離電路分別連接上位機和下位機；從交流信號采集電路輸出的交流電壓信號，經電磁隔離電路隔離后輸送至A/D轉換電路，轉換為數字信號后輸送至CPU主控電路；從直流信號采集電路輸出的直流電壓信號，經光電隔離電路隔離后輸送至A/D轉換電路，轉換為數字信號后輸送至CPU主控電路；從開關量輸入電路輸出的開關量輸入信號，經光電隔離電路隔離后輸送至CPU主控電路；從絕緣檢察電路輸出 絕緣檢察信號，經光電隔離電路隔離后輸送至CPU主控電路；從CPU主控電路輸出的開關量輸出信號，經光電隔離電路隔離后輸送至開關量輸出電路。
2. 根據權利要求l所述的電力直流操作電源集中式監控系統，其特征在于CPU主控電路通過總線分別連接A/D轉換電路和通信電路，并通過RS232連接液晶顯示、鍵盤電路
3. 根據權利要求l所述的電力直流操作電源集中式監控系統，其特征在于CPU主控電路采用ATMegal28單片機作為主控芯片。
4. 根據權利要求l所述的電力直流操作電源集中式監控系統，其特征在于液晶顯示、鍵盤電路采用STC11F56XE單片機作為從機芯片。
5. 根據權利要求1所述的電力直流操作電源集中式監控系統，其特征在于通信電路采用TL16C554芯片作為通信芯片。
6. 根據權利要求l所述的電力直流操作電源集中式監控系統，其特征在于A/D轉換電路采用MAX197芯片作為A/D轉換器。
全文摘要
本發明公開了一種電力直流操作電源集中式監控系統，包括直流信號采集電路、交流信號采集電路、開關量輸入電路、開關量輸出電路、絕緣檢察電路、CPU主控電路、通信電路以及液晶顯示、鍵盤電路，該系統采用集中式設計，集交流監控、直流監控、開關量輸入、開關量輸出、絕緣監察功能為一體，具有生產成本低、結構簡單、使用方便、性能可靠的特點。
文檔編號G05B19/418GK101782766SQ20101000532
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月16日 優先權日2010年1月16日
發明者劉以軍, 孟良, 宋春暉, 楊志亮, 郭兆靜 申請人:山東泰開自動化有限公司