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摘要：環境試驗中的電源監控工作模式具有多樣性，操作具有復雜性。為了降低產品開發、設計的成本。設計了一種安全穩定性好、應用領域廣、工作模式可調、操作簡單的電源監控單元。其主要基于F2812的數字信號處理器，設計了三種常用的工作模式。通過不同工作模式的切換，實現不同應用領域的兼容性和操作的簡便性。
關鍵詞：電源監控；軟件設計；F2812；環境試驗
0引言
在電力、電子相關產品研發過程中，為了保證產品質量的可靠性，都需要對產品進行一定的環境試驗，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，若被監測電壓、電流數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測控制單元軟件設計，降低重復性設計產生的經濟、時間人力成本，減少人為操作而帶來的安全隱患。
1系統硬件設計
系統硬件電路主要由：多路模擬信號處理模塊、AD采集模塊、數字信號處理器模塊、顯示屏、工作模式及保護參數設置模塊、電源接口控制模塊、系統供電電源模塊，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[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，當監測的電源參數不在保護范圍內時，系統會通過軟件控制繼電器切斷電源。為了提高系統對電能質量紋波的檢測精度，系統選擇具有16位寬的AD7656采集芯片。其具有八個并行采集端口，使得系統可以同時對多路電源進行監測。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，可以實現字符與圖形的多層顯示，界面顯示可以自定義，滿足系統監控的功能需求。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設置模塊主要由三個工作模式按鈕，通道選擇按鈕、參數設置確認按鈕、以及通道保護參數遞增、遞減按鈕構成。系統電源主要由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數字信號處理器軟件設計
本系統的嵌入式控制芯片采用TI公司的TMS320F281DSP芯片。DSP將AD采集的數值經過運算處理之后，將電源參數顯示在液晶屏上。當一路或多路信號發生異常時，DSP控制繼電器切斷電源，并對斷電前的數值進行保護區[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。定時模式是指循環控制繼電器循環通斷的工作模式，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。系統通電后會首先檢測工作模式及保護參數設置模塊的工作模式參數。根據不同工作模式對液晶屏進行初始化，畫出背景界面，接著系統會提示操作人員進行相應通道的保護參數進行設置并確認。
3系統測試
測試中選擇給低壓通道設定最高48V的直流電源監控數值和中壓通道70V的直流電源監控數值。兩個電源的保護電壓數值分別設定為最大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、電流數值超過保護數值，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。當低壓通道電壓超過50V時，系統進行了報警，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控系統相比，本文設計的電源監控系統優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，其還可以廣泛應用于電力系統、電能質量的監控之中，降低了研發、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
