基于單片機的智能斷電報警控制系統的設計與研究

王光祥

(江蘇聯合職業技術學院無錫交通分院，江蘇無錫 214151)

電路管理作為系統設施管理中必不可少的關鍵組成，隨著近年來各行業的飛速發展，要求諸多設備在運行期間是不允許無故停機的，一旦意外出現停機問題未能予以及時處理，不僅會對設備運行期限造成很大影響，還存在引發設備安全事故的隱患。譬如醫療臨床科室磁共振系統，一旦氮壓機停機斷電，就會影響磁共振的冷頭制冷效果[1-2]。或者煤礦領域設備帶電開蓋等問題，電路自動化控制及斷電報警裝置設計尤為必要。就目前一般選擇分開安裝供電設備、報警裝置，在供電設備控制中包括了定時、人工、感應等控制方式，報警設備包括了信號采集，識別電路等，多為電流、電壓采集信息提供給報警器[3]。但是這種電路控制分離斷電報警已經無法滿足應用所需，所以為了解決一般情況情況下電流斷電，報警器不會發出警報信息的情況，本文設計了一種電路自動化控制及斷電報警裝置。

1 系統設計路線

本次系統設計主要包括兩部分，分別為硬件、軟件系統，其中硬件包括了電源、主控制、電采集、無線傳輸以及報警等電路；軟件包括了系統主程序、電壓信息采集、通信和信號解調，采集電池電壓相關數據，遠程無線數據傳輸[4]。

1.1 硬件設計

在本次系統設計中運用了HT66F489主控制芯片，該單片機作為一款具有8位高性能精簡指令設備，含有RAM數據存儲器設備，在應用中能夠負責序號、數據校準等非易性數據的EEPROM存儲器設備。芯片包含12位多通道A/D轉化器，以及定時器裝置的靈活應用，能夠滿足該裝置的定時、脈沖生產以及PWM多功能。在硬件系統內建部分還設計完善SPI、I2C功能、靈活化I/O應用與時基功能特點。經采集相較電路情況及時判斷異常，裝置的硬件系統框圖(見圖1)。

1.1.1 主控電路設計

圖1 系統結構示意圖

在該電線電路自動化控制斷電報警裝置中，無線斷電報警電路運用HT66F489主芯片，經28SSOP封裝設計該電路，主要負責內置時鐘產生器，設計信號解調輔助電路，帶死區保護互補PWM輸出，以及過電流保護電路等，對于運用無線發射器都十分適用，同時還能夠支持低電壓復位保護。(見圖2)為主控制電路圖，電路主芯片的VDD腳電路接3.3V，運用C29濾波。在該系統晶振分別與PB3、PB4兩腳相連接。系統指示燈在PC5腳部位連接電阻R44，在PC6腳連接D16及電阻R45；系統PC4、PC3兩腳作用于電壓采集，PD1～PD4分別用于監測無線輸出最終結果。

1.1.2 采集電路設計

在設計該裝置采集電路時，設計變壓器作降壓處理12V整流，之后分壓用于電壓數據采集，根據(見圖3)能夠發現，經過該裝置的熔斷器F2后，電路經R39和C17濾波變壓處理形成12V交流電壓，之后D10、D11、D12、D13完成電壓整流處理，即可經R37、R40、R41完成電流分壓，用于數據采集，相較主芯片的內置比較器。

1.1.3 無線輸出電路設計

圖2 主控電路圖

在運用該系統中可以經無線傳輸，向管理人員遠程發送實時監控結果，方便管理人員及時采集電路處理措施。為了保證本次設計無線傳輸電路模塊的系統裝置運行穩定性，運用了電源管理芯片HT7463A作電源穩壓粗粒，經C2和C27電壓輸入濾波至VIN腳，之后向SW腳經L1和C24、C25輸出濾波，3.3V濾波輸出至無線傳輸模塊(見圖4)。

在HT7463A中的EN腳與該裝置的主控制芯片PD5腳相連接，能夠實現電路自動化監測，根據以上說明本次裝置設計選用HF-LPT200無線傳輸模塊，能夠在應用中發揮降低功耗，提高輸出速度的技術優勢。該無線傳輸模塊在DVDD腳與3.3V電壓相連接(見圖5)。傳輸數據經TX、RX兩腳，與主控制芯片PB6與PB7腳相連接。

1.1.4 供電電路及充電電路設計

通過選用1.5V共計5節可充電電池，經CMOS管將Q5電源級與主芯片PC0腳相連接，PC4腳與電池棚集相連接，之后監測電池的電量情況。在電量較預定值明顯要小的時候，前端輸出12V經D8、D9分別充電(見圖6)。無論電源、電池供電，都需要經D8、D9過HT7533穩壓芯片之后，并完成濾波處理后輸出電壓3.3V。

1.2 軟件設計

圖3 采集電路圖

本次設計該斷電報警裝置系統，對主控制芯片上電后，正常I/O執行、寄存器及變量子系統程序運行情況，并對復位電平是否為1進行判定決定初始化處理。對于該裝置的主循環子程序執行監測，實時采集電壓數據判斷是否異常，一旦發生異常情況，則可以進入報警、無線傳輸兩大程序，為管理人員及時傳輸異常信息采用針對性處理措施。

2 應用方式

該電路自動化控制及斷電報警裝置在實際應用中，供電系統穩定工作下，檢查放電電流經檢查交流無源傳感器的放電電流，對于未發生系統短路、斷路問題，經主控制芯片完成放電電流采集，判斷電流是否處于正常范圍內，方便實時監控供電設備。對于未發生電路斷開及破壞故障前提下，運用交流無源傳感器無法產生不放電電流，所以CPU也就無法檢測到正常電流值，這種情況下電流互感器向CPU傳輸信號，做換電路提示向管理人員發送信號，并遠程實時顯示于液晶顯示器。整個過程無需挖外的人員參與，實現了該裝置可以在管理人員無需到達裝置現場的前提下，對電路實際運行情況的遠程自動化控制，有效確保電路安全穩定運行。

圖4 無線傳輸電路圖

圖5 無線傳輸電路

圖6 電壓電流耦合解調電路圖

在出現異常天氣條件下，管理人員可以遠程發送控制指令，CPU主控制芯片成功接收指令信息后，即可分析指令執行根據結果，用于判斷電源設備打開或關閉，從而遠程操控該裝置。

在該裝置運行中的備用電池管理，首先向系統配備UPS智能電源，能夠運用鋰離子電池為備用電源，在突然斷電或是運行過程中所受外力破壞情況下，UPS智能電源可以啟動自動化智能供電，保證系統設備的正常穩定運行時間長達4小時以上。與此同時還能夠遠程持續監測供電情況，將監測所獲相關信息向遠程控制終端以短信方式傳輸。

報警設備管理方案，在該電路系統正常運行下，實驗室電路裝置是無法發出相關警報信息的，一旦報警器超正常監測范圍，報警器就會發出相關警報信息，出現短路、斷路及著火問題。這樣該裝置即刻發出警報，經GSM短信模塊向管理人員發送警報信息，相關管理人員便即刻采用相關措施確保裝置運行安全。

3 裝置啟動開蓋報警閉鎖電路設計

本次電路設計運用類似綜保裝置內載頻短路保護這一技術，經載頻信號檢測執行裝置開關斷電。在裝置啟動開蓋報警設計中，核心組成即載頻電路，產生載頻電路相關信號，會始終讓饋電開關處于送電狀態下，消失后即可饋電開關跳閘。設計此種載頻保護電路，固有頻率載頻信號，在該裝置系統運行中一旦發生開蓋情況，經開關載頻信號短路問題，判定系統載頻信號消失，給出饋電開關切斷指令過程包括以下：

三極管BC1、電感C1、電容C9、C10、電阻R2元件，組成三點式電感振蕩器，在裝置運行中可以產生載頻信號，經兩路輸出20kHz信號，L2、R14、R15與C12、C13元件，可以耦合660V/1140V三相電網，經V1、V2及V3輸出信號放大用于會回路取樣檢測信號。正常情況下的系統回路會因為未開蓋，形成較高網絡絕緣水平，較小的振蕩器負載，較高的C2兩端輸出電壓。在放大V1、V2、V3能夠獲得充分繼電電壓，吸合選擇開關閉合。J1-1恢復閉合狀態開關發出報警，J1-3恢復閉合狀態下斷電，斷開J1-2不允許饋電開關送電。

4 結語

綜上所述，本文通過設計電路自動化控制及斷電報警裝置，設計CPU主控制芯片，能夠控制該裝置的系統主控與備用電路，不僅能夠自動化控制系統電路完成開關操作，還能夠經裝置系統后臺運行發出信號，滿足管理人員的遠程實時控制，通過發送遠程控制指令滿足了系統智能化處理。并且設計了備用電池和啟動裝置開蓋報警閉鎖電路，能夠對于裝置運行中突發斷電，以及所受外力不明原因破壞中，系統可自主發送警報信號，同樣向管理人員以短信方式發送警報信息。