STC15系列單片機在智能停電保護裝置中的應(yīng)用

徐連喜

（偉易達電子產(chǎn)品（深圳）有限公司 廣東省深圳市 518057）

常見的停電保護設(shè)備有UPS，但市面在售的UPS成本高，沒辦法用于一般工控系統(tǒng)；停電保護裝置也可以用純硬件設(shè)計，鑒于純硬件不易修改參數(shù)，線路相對復(fù)雜，這里也不作討論；本文介紹用STC15系列單片機設(shè)計一款智能型停電保護裝置，該裝置包含硬件線路和匯編語言程序兩部分。

1 硬件設(shè)計

（1）系統(tǒng)主干線路原理圖如圖1所示，本系統(tǒng)主干線路有兩路12V輸入，一路輸入為市電經(jīng)變壓整流后的12V（為了能充飽電池，實際調(diào)高到13V），另一路輸入為12V鋰電池輸入，兩路輸入經(jīng)智能控制網(wǎng)絡(luò)后，得到一路12V輸出，給到工控PC主機，智能控制網(wǎng)絡(luò)能夠智能感知停電到來，然后智能采取行動關(guān)閉主機，待市電重新來電又能智能啟動主機，實現(xiàn)無人值守情況下智能保護主機目的。

（2）電池接入控制線路圖如圖2所示，本系統(tǒng)電池接入是采用繼電器常閉觸點接入。

①有市電情況下，市電變壓得到的12V除了給PC主機供電，同時還給電池充電，電池的12V經(jīng)繼電器的常閉觸點接到工控PC主機，此時相當于市電和電池處于“雙供電”模式。

②市電停電后的20秒之內(nèi)（關(guān)閉主機約需15秒），電池的12V經(jīng)繼電器的常閉觸點接到工控PC主機，此時相當于市電和電池處于“單供電”模式。

③市電停電后的20秒之后，單片機控制pin動作，繼電器的常閉觸點斷開，此時相當于“全停電”模式。

（3）PC開關(guān)機輸出控制線路圖，與電池接入控制線路圖結(jié)構(gòu)相似，只是單片機的控制pin不同，輸出的開關(guān)機動作為繼電器的常開觸點接入PC的power_key，使PC關(guān)機或開機。

（4）單片機及其電源線路原理圖如圖3所示，本系統(tǒng)以STC15F101W單片機為智能控制網(wǎng)絡(luò)核心，共有1路停電檢測輸入，1路電池動作輸出，1路PC開關(guān)機動作輸出，1路動作狀態(tài)指示燈，RXD/TXD是其編程口，單片機的電源是從電池取12V經(jīng)7805變壓后得到5V。

2 軟件設(shè)計

主程序流程圖，見圖4。

3 系統(tǒng)仿真

前期調(diào)試的重點內(nèi)容就是系統(tǒng)仿真，系統(tǒng)仿真所用到的工具軟件就是Proteus，在proteus仿真軟件里依照PADS設(shè)計的電路原理圖繪制仿真原理圖，然后加載由KeilC51編譯好的Hex文件。停電動作由“12V火牛輸入”的單刀單擲開關(guān)模擬，現(xiàn)場停電情況大致可以分為如下四類，在仿真軟件里應(yīng)分別模擬，這樣基本就考慮到了所有可能存在的停電情況，分述如下：

圖1：主干線路原理圖

圖2：電池接入控制線路圖

圖3：單片機及其電源線路原理圖

3.1 正常工作過程中，普通停電情況

這里指PC正常使用過程中，突然停電，保護裝置將輸出“關(guān)機信號”一秒鐘，相關(guān)指示燈點亮1秒，這就等效于把PC power key按下1秒，讓PC正常關(guān)機，正常關(guān)機約需15秒，此時PC由12V電池供電，所以這里程序讓電池持續(xù)供電20秒，20秒延時一到就命令電池斷開，讓PC徹底處于斷電狀態(tài)。

3.2 停電超過20秒，然后又來電

這也屬于正常情況，停電只要超過20秒，PC都將處于斷電狀態(tài)，此時來電，PC的啟動由PC的電源檢測完成（這部分是工控機原有的功能），此時保護系統(tǒng)僅僅完成復(fù)位動作，包括電池的常閉觸點由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)，系統(tǒng)由“全停電”模式轉(zhuǎn)為“雙供電”模式，PC正常啟動。

3.3 停電不足20秒，然后又來電

這屬于非正常情況來電，系統(tǒng)就巧妙地在最后1秒時刻(第20秒)檢測一次來電，第20秒沒來電，系統(tǒng)正常停電，第21秒來電，系統(tǒng)又是正常來電，程序都有對應(yīng)的分支可以進入。要是第20秒或20秒前的任一秒來電，此時正處于關(guān)機進行中的PC，需要等關(guān)機結(jié)束后再次按下啟動鍵，使PC啟動。

3.4 來電不足15秒，然后又停電

PC正常啟動約需15秒，可是還沒等完成啟動又遭遇停電，此時保護系統(tǒng)有個開機后強制延時30秒的動作，在此30秒內(nèi)，有市電就市電供電，無市電就電池供電，總之一旦觸發(fā)PC開機就無條件讓PC完成啟動，30秒過后再檢測停電還是沒停電，然后進入相關(guān)的保護流程。

圖4：主程序流程圖

通過工具軟件仿真，既能驗證硬件電路的合理性，也能驗證軟件的邏輯，最終獲得滿意的動作效果，為后續(xù)樣機制作奠定切實可行的理論基礎(chǔ)和動態(tài)模型。

由于proteus沒有STC15系列CPU庫，但有AT89系列CPU庫，而STC15F101W的所有pin與AT89系列相對應(yīng)的pin完全兼容，所以仿真所用的CPU就用AT89C51，而引腳僅僅取STC15F101W所需引腳。

4 結(jié)束語

STC15系列單片機功能強大，而體積可以非常小，本文所用的STC15F101W的封裝是SOP8，相當于1個SMD 8pin EEPROM IC大小，內(nèi)置晶振和復(fù)位電路，除去電源和GND，其余6pin可以作為普通IO口使用，這使得本系統(tǒng)的硬件線路極其簡化，大大節(jié)約硬件成本。本文所述僅僅是工控系統(tǒng)技術(shù)升級改造的冰山一角，工控系統(tǒng)還有很多有待改進的地方，有待大家探究。