■合肥市第一中學(xué) 蘇權(quán)錦

2019 年暑假，我在寫實習(xí)報告時突然停電了，來電之后電腦無法開機，我的實驗報告永遠(yuǎn)地消失了。后來我換了一塊硬盤，電腦才能正常啟動。這次丟失數(shù)據(jù)的意外事件深深地觸動了我，我決定探究如何解決電腦突然斷電、丟失數(shù)據(jù)的問題。

在此過程中，我發(fā)現(xiàn)了UPS 系統(tǒng)無法實現(xiàn)安全關(guān)機的弊端，進(jìn)而想到解決因UPS 電量不足導(dǎo)致計算機斷電的方法，并開發(fā)出一種UPS 斷電響應(yīng)通信模塊（以下簡稱通信模塊），用于電源斷電檢測，實現(xiàn)計算機安全關(guān)機。

一、UPS 原理

UPS 即不間斷電源，在電網(wǎng)異常的情況下可不間斷地為負(fù)載電器提供電源。UPS系統(tǒng)由濾波電路、整流器、充電器、電池組、逆變器、旁路開關(guān)等構(gòu)成。

當(dāng)市電中斷時，在極短的時間內(nèi)，由UPS內(nèi)置的電池組經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，為用電設(shè)備持續(xù)提供電源。

圖1 市電中斷UPS 能量流向系統(tǒng)圖

二、設(shè)計方案

通信模塊由設(shè)備硬件和設(shè)備固件組成，并與上位機軟件（指安裝在與通信模塊連接的計算機上的通信軟件）協(xié)同工作。

上位機軟件隨計算機啟動自動運行，并自動讀取用戶設(shè)置的通信模塊識別信息、指令發(fā)送時間間隔等參數(shù)，按照上述參數(shù)自動連接通信模塊并保持通信。

當(dāng)市電中斷時，UPS 由內(nèi)置電池組向計算機供電，通信模塊檢測到市電中斷，上位機軟件按照用戶設(shè)置的時間間隔向通信模塊發(fā)送指令，當(dāng)連續(xù)查詢到市電中斷信息后，調(diào)用對應(yīng)的程序自動關(guān)閉計算機。模塊工作方式如圖2 所示，其中紅色為AC 220V 電路，藍(lán)色為通信電路，綠色為DC 5V 電路。

圖2 通信模塊運行示意圖

設(shè)備由外殼、USB 接口、51 單片機芯片STC15W204、USB 轉(zhuǎn)TTL 芯片CH340N、光耦芯片LTV354、LED 指示燈等組成。USB 接口用于連接計算機。USB 轉(zhuǎn)TTL 芯片用于與計算機、單片機通信。51 單片機用于檢測市電，向上位機發(fā)送市電檢測信息。

Micro USB 連接5V 電源，考慮到大量淘汰的智能手機采用該接口，可采用此類具有Micro USB 接口的充電器為設(shè)備提供市電檢測的電源輸入，既可利用淘汰手機的充電器，降低成本，又能避免重復(fù)生產(chǎn)電源帶來的環(huán)境污染和能源消耗。實物如圖3所示。

圖3 通信模塊實物圖

三、創(chuàng)新點

1.電子元件較少，選用的元件穩(wěn)定可靠，故障率低。簡化固件設(shè)計，上位機軟件設(shè)計充分考慮了意外狀況，工作可靠性高。

2.具有市電在線指示燈，同時作為檢修指示燈，方便觀察工作狀態(tài)。上位機軟件界面設(shè)計簡單，使用方便。

3.硬件設(shè)計在保證功能的同時減少元件、減小體積，造價低廉，又采用的是廢舊電源，更加環(huán)保。

4.除借助通信模塊實現(xiàn)關(guān)機功能外，也可作為智能UPS 系統(tǒng)的備份檢測裝置。另外，在上位機軟件設(shè)計中可增強對數(shù)據(jù)保護(hù)的設(shè)計，加強數(shù)據(jù)保護(hù)，或構(gòu)建可實現(xiàn)更多功能的通信模塊系統(tǒng)。