基于單片機的機場橋載設備電能管理系統(tǒng)設計

劉道鵬

摘 要：為了減小航空公司航油成本的壓力以及響應節(jié)能減排的號召，越來越多的機場和航空公司要求使用地面設備取代機載APU。實施此項措施時，機場必須對地面設備用電量進行實時的監(jiān)控和管理。論文中給出的是一種面向機場橋載設備基于單片機的電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

關鍵詞：橋載設備；單片機；電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

隨著近年來燃油價格的不斷上升，航空公司的壓力越來越大，而民航局也鼓勵和要求各機場和航空公司使用地面設備來代替機載APU。目前使用地面橋載設備的使用率越來越高，而橋載設備本身也要消耗電力能源并關系到機場和航空公司之間的利益分割。所以一套合理有效的電能采集管理系統(tǒng)就顯得尤為重要。目前遠程電力采集系統(tǒng)主要用在電力部門對家庭或企業(yè)用戶的用電抄表上。本課題在原有電力采集系統(tǒng)上增加單片機等控制，使航空公司和機場能實時對用電數(shù)據(jù)訪問，使信息公開化、透明化，減少兩者之間的經(jīng)濟糾紛。本系統(tǒng)將結(jié)合單片機、計算機及網(wǎng)絡等技術，對橋載設備的使用和能耗進行有效管理。重點是完成實時采集地面設備的用電量和上傳相關數(shù)據(jù)給監(jiān)控平臺的工作。

1系統(tǒng)構成

本系統(tǒng)主要針對民航機場橋載設備的特性進行設計，該系統(tǒng)主要包括本地用電管理設備和電能數(shù)據(jù)采集查詢系統(tǒng)組成。本地用電管理設備安裝在廊橋下，負責數(shù)據(jù)的輸入。數(shù)據(jù)采集查詢系統(tǒng)包括多功能電表（帶485接口）、RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換器及各客戶端組成，主要實現(xiàn)對橋載設備數(shù)據(jù)的采集、傳送和查詢等功能。

系統(tǒng)結(jié)構圖如圖1所示，系統(tǒng)開始運行后，首先操作員在本地用電管理設備上輸入本地電表的地址和正在使用本地設備的航空公司的代碼號。然后系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)遠程采集器對多功能電表進行一次數(shù)據(jù)采集來更新電表的實時數(shù)據(jù)，同時把更新后的數(shù)據(jù)放到485總線上。機場遠程管理PC機可實時無阻礙的接收到通過數(shù)據(jù)遠程采集器傳來的本地用電管理設備上傳的所有電表數(shù)據(jù)。航空公司的遠程管理PC機則只能在該廊橋是本公司的飛機在使用時，才能接收到本地用電管理設備上傳的電表數(shù)據(jù)。其通信過程與機場遠程管理PC機的一樣，， 靈活簡單的通訊方式適應于各種安裝使用環(huán)境。

2系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)主要原理是各用戶通過單片機訪問數(shù)據(jù)采集器實時采集到的用電量，主要由單片機、顯示器、通訊模塊及數(shù)據(jù)采集器等構成，電能的采集和訪問是本系統(tǒng)的主要工作。單片機采用常用的AT89S52芯片，該單片機是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，芯片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。74HC573是擁有八路輸出的透明鎖存器，輸出為三態(tài)門，是一種高性能硅珊CMOS器件。當鎖存使能端LE為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。而當鎖存使能端LE變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)將會被鎖存。矩陣鍵盤輸入模塊其實就是一個人機接口模塊，系統(tǒng)設P1口作為鍵盤的輸入端，用來接收管理員輸入的電表地址和正在使用本廊橋電表的航空公司的代碼號，這在下文的本地數(shù)據(jù)查詢時會用到。

3系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計主要實現(xiàn)2個功能：電表電能數(shù)據(jù)的采集上傳；用電數(shù)據(jù)查詢。系統(tǒng)初始化之后由操作員進行本地連接，即輸入本地電表的地址和航空公司代碼號。本地連接完成后系統(tǒng)在中斷產(chǎn)生時就可以進行數(shù)據(jù)采集和上傳。當系統(tǒng)沒有中斷產(chǎn)生，在主程序中執(zhí)行時，系統(tǒng)會循環(huán)掃描鍵盤進行數(shù)據(jù)查詢的功能。

3.1電表數(shù)據(jù)采集和上傳

定時器中斷程序要完成的主要任務是電表數(shù)據(jù)的采集和上傳。把數(shù)據(jù)采集和上傳放在定時器中斷里完成可以達到很好的實時性。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的實現(xiàn)需要用到DL/T645-1997協(xié)通信議，此協(xié)議規(guī)定了它們之間的物理連接、通信鏈路及應用技術規(guī)范。本系統(tǒng)每條數(shù)據(jù)幀包括幀起始符、地址域、控制碼、數(shù)據(jù)長度域、數(shù)據(jù)標識、數(shù)據(jù)域和校驗碼。其中幀的起始符規(guī)定為68H，標識幀信息的開始；地址域為電表地址標示其唯一通信地址，控制碼規(guī)定為91H；校驗位CS是從第一幀起始符開始到校驗位之前的所有各字節(jié)的模256的和，不計超出256的溢出值；結(jié)束符規(guī)定為16H，表示幀信息結(jié)束。

3.2電表數(shù)據(jù)查詢

系統(tǒng)開始運行，各種初始化完成后，由操作員進行本地連接，即輸入本地電表地址和正在使用本地設備的航空公司的代碼號。該過程先輸入本地電表地址，輸入完按下確定鍵后，再輸入航空公司代碼號，輸入完后再次按下確定鍵，此時地址輸入標志位flag會被置1，系統(tǒng)開始數(shù)據(jù)采集和上傳。主程序至此還沒有結(jié)束，現(xiàn)在要完成的是本地數(shù)據(jù)查詢功能，系統(tǒng)將循環(huán)掃描鍵盤。鍵盤掃描程序的功能是把按下的鍵轉(zhuǎn)換成與其對應數(shù)字。設計中使用的鍵盤是非編碼式矩陣鍵盤，采用的掃描方式是逐行列掃描，掃描方式如下是，查詢是否有鍵被按下；查詢閉合鍵所在的行列位置，并將列監(jiān)測值的高四位保存進Val中；對得到的Val值進行譯碼，確定鍵值。

4結(jié)語

本系統(tǒng)設計主要是基于AT89S52單片機對多功能電表的電能數(shù)據(jù)采集和上傳以及本地用電數(shù)據(jù)的查詢。為用戶提供安全，方便，可靠，準確，優(yōu)質(zhì)的服務是每個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計者的追求。降低成本，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向更可靠，更方便，更安全也是設計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的宗旨。當然該系統(tǒng)還存在著一些不足之處，希望在今后的實際應用中得到進一步 的改進和提高。

參考文獻：

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