鄭天驥

摘要：中波臺(tái)發(fā)射機(jī)房的電力系統(tǒng)一般由一路市電或者兩路獨(dú)立的市電以及一臺(tái)發(fā)電機(jī)組成，電力系統(tǒng)發(fā)生故障往往會(huì)造成大面積的停播事故，后果十分嚴(yán)重。為幫助機(jī)房值班人員快速了解電力系統(tǒng)的各種參數(shù)，迅速排除故障，福建四0三臺(tái)設(shè)計(jì)一款多點(diǎn)電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)顯示電壓值，具備電力參數(shù)異常報(bào)警等功能。

關(guān)鍵詞：電力參數(shù)監(jiān)控 STM32單片機(jī) Modbus通訊協(xié)議

總體方案設(shè)計(jì)

福建四〇三臺(tái)電力系統(tǒng)是由一路市電和一臺(tái)大功率柴油發(fā)電機(jī)組成，通過(guò)一個(gè)雙電源自動(dòng)切換裝置送到交流電壓穩(wěn)壓器，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后給發(fā)射機(jī)等設(shè)備供電。電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)主要由電力參數(shù)采集儀表和自主設(shè)計(jì)的主控電路組成，電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置了市電電壓采集點(diǎn)、發(fā)電機(jī)電壓采集點(diǎn)、穩(wěn)壓器穩(wěn)壓輸出采集點(diǎn)，采集的電壓數(shù)據(jù)通過(guò)RS485通訊總線送到主控板進(jìn)行各種參數(shù)處理顯示，電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

硬件電路設(shè)計(jì)

主控電路由單片機(jī)控制單元、電力參數(shù)采集部分、電壓顯示模塊、狀態(tài)指示電路、報(bào)警電路、電源部分組成。主控電路實(shí)現(xiàn)了采集多點(diǎn)電力參數(shù)、顯示電力參數(shù)、參數(shù)異常判斷以及狀態(tài)指示和報(bào)警等功能。電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)主控電路框圖如圖2所示，其中電力參數(shù)采集儀表、RS485接口電路構(gòu)成了電壓采集部分，電源/充電、備用電池、穩(wěn)壓模塊構(gòu)成了電源部分。

單片機(jī)控制單元采用的是意法半導(dǎo)體在2007年發(fā)布的一款基于ARM公司開(kāi)發(fā)的Cortex-M3內(nèi)核基礎(chǔ)上添加一些必要的外設(shè)組成的微控制器。STM32系列微控制器主頻高，處理指令速度快，在程序存儲(chǔ)空間上和其他產(chǎn)品拉開(kāi)了明顯的差距。

由于電力參數(shù)采集儀表的采集點(diǎn)距離機(jī)房控制室較遠(yuǎn)，所以采用了RS485通訊的方式與單片機(jī)控制單元進(jìn)行通訊。RS485通訊采用平衡傳輸方式，對(duì)共模干擾有很強(qiáng)的抑制能力，在采用雙絞屏蔽線的情況下可以實(shí)現(xiàn)1000米左右的穩(wěn)定通訊。RS485通訊使用主從半雙工的通訊模式，多個(gè)收發(fā)設(shè)備接到同一條數(shù)據(jù)總線上，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和電力參數(shù)采集儀表之間的通訊。

LED點(diǎn)陣屏是通過(guò)多個(gè)LED按照一定規(guī)則排列起來(lái)的列陣組成的一個(gè)顯示屏，通過(guò)不同位置的LED亮滅來(lái)顯示文字和簡(jiǎn)單的圖片等。LED點(diǎn)陣顯示屏制作相對(duì)簡(jiǎn)單，使用方便，在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用模塊化的16×64像素點(diǎn)陣屏，可以同時(shí)顯示4個(gè)漢字或8個(gè)數(shù)字以及英文字母，模塊化的點(diǎn)陣屏使用非常簡(jiǎn)單只要通過(guò)一個(gè)接口就可以實(shí)現(xiàn)中文、數(shù)字以及英文字母的顯示。單片機(jī)控制單元與LED點(diǎn)陣屏之間通過(guò)J2接口連接，通過(guò)單片機(jī)I/O控制點(diǎn)陣顯示屏，完成電壓的實(shí)時(shí)顯示。LED點(diǎn)陣屏接口電路如圖3所示。

狀態(tài)指示電路由四個(gè)雙色發(fā)光二極管，四個(gè)限流電阻組成。D9、D10、D11分別指示三個(gè)電壓采集點(diǎn)參數(shù)是否正常，正常顯示綠色，異常顯示紅色。D12指示報(bào)警聲是否關(guān)閉。報(bào)警打開(kāi)顯示綠色。報(bào)警關(guān)閉顯示紅色。狀態(tài)指示電路如圖4所示，單片機(jī)引腳輸出低電平時(shí)二極管點(diǎn)亮。

報(bào)警電路主要由D類音頻放大集成電路PAM8303D構(gòu)成，PAM8303D是一款輸出功率3W的單聲道無(wú)濾波器D類音頻放大器，在輸出1W功率時(shí)效率達(dá)到了90%。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到任意一路電壓異常時(shí)，單片機(jī)引腳輸出1KHZ的音頻信號(hào)送到音頻放大電路的信號(hào)輸入端，并拉高PAM8303D第6腳的電平使能PAM8303D，讓音頻放大器處于工作狀態(tài)發(fā)出洪亮的聲音報(bào)警，提醒技術(shù)人員及時(shí)處理。

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)是整個(gè)電路系統(tǒng)不可或缺的一部分，也是整個(gè)設(shè)計(jì)重要的一環(huán)。軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件資源的分配和管理運(yùn)用，通過(guò)科學(xué)規(guī)劃使用硬件資源實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電路系統(tǒng)所要達(dá)到的功能。本系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)了電力參數(shù)采集儀表數(shù)據(jù)的讀取和處理，然后通過(guò)LED點(diǎn)陣屏顯示實(shí)時(shí)的三相電壓值，并且對(duì)電壓值數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果電壓值有異常就開(kāi)啟報(bào)警指示，并不斷的循環(huán)上述步驟，主程序流程圖如圖5所示。

總結(jié)

電力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)射機(jī)房電力系統(tǒng)多個(gè)重要節(jié)點(diǎn)參數(shù)的監(jiān)控，通過(guò)大屏幕直觀地顯示了當(dāng)前的電力參數(shù)信息，在各路電源電壓值過(guò)低過(guò)高以及出現(xiàn)相位缺失時(shí)能夠及時(shí)的進(jìn)行預(yù)警，為技術(shù)人員提供了準(zhǔn)確的信息，為排除故障節(jié)約了寶貴的時(shí)間，為零秒停播提供了可靠的保證。

（作者單位：福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心四〇三臺(tái)）

參考文獻(xiàn)：

1.彭 剛：《基于ARM Cortex-M3 的STM32系列嵌入式微控制器應(yīng)用實(shí)踐（第2版）》，北京：電子工業(yè)出版社，2016版。