專利名稱：電力直流操作電源集中式監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)直流電源進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前直流電源監(jiān)控現(xiàn)狀有些企業(yè)采用PLC系列監(jiān)控系統(tǒng)，雖然可靠性高，但是高價(jià)格讓用戶望價(jià)興嘆；而其它企業(yè)所主推的監(jiān)控系統(tǒng)都是以最初的80年代51系列單片機(jī)為核心處理器，51系列單片機(jī)資源有限，致使目前市場上的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)繁雜、可靠性差，而且都采用分散式結(jié)構(gòu)，CPU多而功能不完善，具有抗干擾差、誤報(bào)警、通信故障、死機(jī)等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，本發(fā)明提供了一種電力直流操作電源集中式監(jiān)控系統(tǒng)，其所采取的技術(shù)方案為 該系統(tǒng)包括直流信號(hào)采集電路、交流信號(hào)采集電路、開關(guān)量輸入電路、開關(guān)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(hào)采集電路依次通過光電隔離電路和A/D轉(zhuǎn)換電路連接CPU主控電路，交流信號(hào)采集電路依次通過電磁隔離電路和A/D轉(zhuǎn)換電路連接CPU主控電路，開關(guān)量輸入電路、開關(guān)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(jī)和下位機(jī)；從交流信號(hào)采集電路輸出的交流電壓信號(hào)，經(jīng)電磁隔離電路隔離后輸送至A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸送至CPU主控電路；從直流信號(hào)采集電路輸出的直流電壓信號(hào)，經(jīng)光電隔離電路隔離后輸送至A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸送至CPU主控電路；從開關(guān)量
輸入電路輸出的開關(guān)量輸入信號(hào)，經(jīng)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(hào)，經(jīng)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(guān)量輸出信號(hào)，經(jīng)光電隔離電路隔離后輸送至開關(guān)量輸出電路。 CPU主控電路通過總線分別連接A/D轉(zhuǎn)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(jī)作為主控芯片。
液晶顯示、鍵盤電路采用STC11F56XE單片機(jī)作為從機(jī)芯片。
通信電路采用TL16C554芯片作為通信芯片。
A/D轉(zhuǎn)換電路采用MAX197芯片作為A/D轉(zhuǎn)換器。 直流/交流信號(hào)、開關(guān)量輸入/輸出信號(hào)以及通信數(shù)據(jù)，都由CPU主控電路通過總線獲取，這些初始數(shù)據(jù)通過主控CPU進(jìn)行運(yùn)算及轉(zhuǎn)換，變成實(shí)際的電流、電壓值、開關(guān)分合狀態(tài)、上位機(jī)及下位機(jī)工作狀態(tài)，通過RS232傳送給液晶顯示電路及上位機(jī)，顯示出來，以供查詢。并且主控CPU通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)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(tài)，如果交流進(jìn)線電壓出現(xiàn)過壓及欠壓等故障時(shí)，則通過開關(guān)量輸出電路控制接觸器跳閘對(duì)電力直流電源系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。
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該系統(tǒng)采用集中式設(shè)計(jì)，集交流監(jiān)控、直流監(jiān)控、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、絕緣監(jiān)察功能為一體，并且只由一個(gè)CPU進(jìn)行控制，CPU主控電路采用高性能高集成度單片機(jī)ATMegal28作為主控芯片，負(fù)責(zé)信號(hào)采集、運(yùn)算及控制，液晶顯示、鍵盤電路采用高可靠性STC11F56XE單片機(jī)作為從機(jī)芯片，負(fù)責(zé)鍵盤控制和液晶顯示，通信電路采用采用高性能TL16C554芯片負(fù)責(zé)與上位機(jī)及下位機(jī)進(jìn)行通訊。 本發(fā)明具有生產(chǎn)成本低、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、性能可靠的特點(diǎn)，滿足了用戶對(duì)高檔監(jiān)控系統(tǒng)的要求。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明CPU主控電路部分的電路圖； 圖3為本發(fā)明交流信號(hào)采集電路部分的電路圖； 圖4為本發(fā)明直流采集信號(hào)電路部分的電路圖； 圖5為本發(fā)明開關(guān)量輸入電路部分的電路圖； 圖6為本發(fā)明開關(guān)量輸出電路部分的電路圖； 圖7為本發(fā)明A/D轉(zhuǎn)換電路部分的電路圖； 圖8為本發(fā)明通信電路部分的電路圖； 圖9為本發(fā)明液晶顯示、鍵盤電路部分的電路圖； 圖10為本發(fā)明絕緣監(jiān)察電路部分的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)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(hào)采集電路依次連接光電隔離電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后，通過總線連接CPU主控電路；交流信號(hào)采集電路依次連接電磁隔離電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后，通過總線連接CPU主控電路；開關(guān)量輸入電路、開關(guān)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(jī)和下位機(jī)。
如圖2所示CPU主控電路采用高性能單片機(jī)ATMegal28，它片內(nèi)集成E乍R0M和RAM，日歷時(shí)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(fù)位及看門狗功能。CPU的PA 口和PC 口分別作為數(shù)據(jù)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(hào)采集電路采用交流電壓互感器作為交流信號(hào)采集隔離器件，交流電壓信號(hào)的A、B、C三相電壓分別經(jīng)電壓互感器PT1、PT2、PT3的l腳輸入，經(jīng)過電壓互感器變換后，由PT1、PT2、PT3的6腳輸出，轉(zhuǎn)換為幅值為5V的正弦信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器U23隔離后分別連接到A/D轉(zhuǎn)換器U12 (參看圖7)的16、 17、 18腳，經(jīng)U12轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，通過數(shù)據(jù)總線[DO. . 7]傳輸給主控CPU。 如圖4所示直流信號(hào)采集電路采用采用HCPL7840作為直流采集信號(hào)的隔離芯片，直流電壓信號(hào)的正極V+和負(fù)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(jīng)U14進(jìn)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(gòu)成的差分放大器
4進(jìn)一步放大后，由U15的6腳輸出到U16A，U16A是一個(gè)射極跟隨器，可提高模擬信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，經(jīng)U16A隔離驅(qū)動(dòng)后接到A/D轉(zhuǎn)換器U12 (參看圖7)的19腳，通過U12轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，通過數(shù)據(jù)總線[DO. . 7]傳輸給主控CPU。 如圖5所示當(dāng)有開關(guān)量輸入信號(hào)時(shí)，外部電路會(huì)在輸入端INPUTJ)l加上24V的電壓，光電隔離芯片IS04A的發(fā)光二極管便會(huì)導(dǎo)通，同時(shí)IS04A的三極管也導(dǎo)通，IS04A的16腳被拉成低電平，開關(guān)量輸入信號(hào)用IS04A進(jìn)行隔離后，連接到信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片U10的輸入接口 2-9腳上，經(jīng)U10驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)信號(hào)的帶負(fù)載能力后，由U10的11-18腳輸出連接到數(shù)據(jù)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(jìn)行讀取。
如圖6所示開關(guān)量輸出電路用數(shù)據(jù)鎖存器芯片U2 (參看圖2)擴(kuò)展8路輸出，U2芯片的輸入接口 2-9腳與數(shù)據(jù)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(jìn)行控制，U2芯片的輸出12-19腳連接到驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)開關(guān)量的輸出。開關(guān)量輸出信號(hào)由CPU通過數(shù)據(jù)總線D[O. . 7]輸出，把輸出信息鎖存到數(shù)據(jù)鎖存芯片U2的輸出腳第12-19腳上，并經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片Ull去驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，使繼電器吸合，輸出一對(duì)干節(jié)點(diǎn)信號(hào)。 如圖7所示A/D轉(zhuǎn)換電路采用MAX197芯片U12， U12的7-14腳與數(shù)據(jù)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(fù)責(zé)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)，由主控CPU進(jìn)行讀取。 如圖8所示通信電路用TL16C554芯片U8通過數(shù)據(jù)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(fā)送端TX通過光電隔離芯片ISOl、 IS02進(jìn)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(gòu)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(dāng)485EN1端為高電平時(shí)，485總線處于發(fā)送狀態(tài)，當(dāng)485EN1端處于低電平時(shí)，485總線處于接收狀態(tài)。
如圖9所示液晶顯示、鍵盤電路用STC11F56XE單片機(jī)作為顯示板的處理器，用9個(gè)1/0擴(kuò)展4*5鍵盤，采用192*64點(diǎn)陣液晶。單片機(jī)的PO 口及P2 口通過芯片U18、U19驅(qū)動(dòng)后，分別連接到液晶的數(shù)據(jù)線DB0-DB7，及地址片選線CS1、CS2、CS3， CPU的控制線WR、RD則經(jīng)過與非門連接到液晶的第6腳E，用直接譯碼法對(duì)液晶進(jìn)行讀寫，并通過MAX232芯片U22構(gòu)成RS232通信線與主控芯片Ul進(jìn)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(jìn)行隔離，正負(fù)母線分別通過150K的電阻通過一個(gè)由4個(gè)二極管D13、D14、D15、D16組成的整流橋連接到大地。當(dāng)母線絕緣下降時(shí)，便會(huì)有不平衡電流通過整流橋從線性光耦U25流過，U25的放大級(jí)也會(huì)有相應(yīng)的電流通過電阻R157流過，U25的3腳產(chǎn)生的電壓通過電阻接到U27A的3腳，經(jīng)光電隔離后絕緣檢測信號(hào)由U27A的第1腳輸入U(xiǎn)1的29腳，CPU通過檢測29腳的電平來判斷電路的絕緣狀況。當(dāng)接地電阻小于50K時(shí)，U25的3腳產(chǎn)生的電壓大于U27A的2腳時(shí)，U27A的1腳輸出高電平給CPU， CPU給出絕緣下降故障報(bào)警信息。
權(quán)利要求
一種電力直流操作電源集中式監(jiān)控系統(tǒng)，包括直流信號(hào)采集電路、交流信號(hào)采集電路、開關(guān)量輸入電路、開關(guān)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(hào)采集電路依次通過光電隔離電路和A/D轉(zhuǎn)換電路連接CPU主控電路，交流信號(hào)采集電路依次通過電磁隔離電路和A/D轉(zhuǎn)換電路連接CPU主控電路，開關(guān)量輸入電路、開關(guān)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(jī)和下位機(jī)；從交流信號(hào)采集電路輸出的交流電壓信號(hào)，經(jīng)電磁隔離電路隔離后輸送至A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸送至CPU主控電路；從直流信號(hào)采集電路輸出的直流電壓信號(hào)，經(jīng)光電隔離電路隔離后輸送至A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸送至CPU主控電路；從開關(guān)量輸入電路輸出的開關(guān)量輸入信號(hào)，經(jīng)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(hào)，經(jīng)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(guān)量輸出信號(hào)，經(jīng)光電隔離電路隔離后輸送至開關(guān)量輸出電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力直流操作電源集中式監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于CPU主控電路通過總線分別連接A/D轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求l所述的電力直流操作電源集中式監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于CPU主控電路采用ATMegal28單片機(jī)作為主控芯片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力直流操作電源集中式監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于液晶顯示、鍵盤電路采用STC11F56XE單片機(jī)作為從機(jī)芯片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力直流操作電源集中式監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于通信電路采用TL16C554芯片作為通信芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力直流操作電源集中式監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于A/D轉(zhuǎn)換電路采用MAX197芯片作為A/D轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力直流操作電源集中式監(jiān)控系統(tǒng)，包括直流信號(hào)采集電路、交流信號(hào)采集電路、開關(guān)量輸入電路、開關(guān)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(tǒng)采用集中式設(shè)計(jì)，集交流監(jiān)控、直流監(jiān)控、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、絕緣監(jiān)察功能為一體，具有生產(chǎn)成本低、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、性能可靠的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101782766SQ20101000532
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月16日
發(fā)明者劉以軍, 孟良, 宋春暉, 楊志亮, 郭兆靜 申請(qǐng)人:山東泰開自動(dòng)化有限公司