王光祥

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無錫交通分院，江蘇無錫 214151)

電路管理作為系統(tǒng)設(shè)施管理中必不可少的關(guān)鍵組成，隨著近年來各行業(yè)的飛速發(fā)展，要求諸多設(shè)備在運行期間是不允許無故停機(jī)的，一旦意外出現(xiàn)停機(jī)問題未能予以及時處理，不僅會對設(shè)備運行期限造成很大影響，還存在引發(fā)設(shè)備安全事故的隱患。譬如醫(yī)療臨床科室磁共振系統(tǒng)，一旦氮壓機(jī)停機(jī)斷電，就會影響磁共振的冷頭制冷效果[1-2]?；蛘呙旱V領(lǐng)域設(shè)備帶電開蓋等問題，電路自動化控制及斷電報警裝置設(shè)計尤為必要。就目前一般選擇分開安裝供電設(shè)備、報警裝置，在供電設(shè)備控制中包括了定時、人工、感應(yīng)等控制方式，報警設(shè)備包括了信號采集，識別電路等，多為電流、電壓采集信息提供給報警器[3]。但是這種電路控制分離斷電報警已經(jīng)無法滿足應(yīng)用所需，所以為了解決一般情況情況下電流斷電，報警器不會發(fā)出警報信息的情況，本文設(shè)計了一種電路自動化控制及斷電報警裝置。

1 系統(tǒng)設(shè)計路線

本次系統(tǒng)設(shè)計主要包括兩部分，分別為硬件、軟件系統(tǒng)，其中硬件包括了電源、主控制、電采集、無線傳輸以及報警等電路；軟件包括了系統(tǒng)主程序、電壓信息采集、通信和信號解調(diào)，采集電池電壓相關(guān)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸[4]。

1.1 硬件設(shè)計

在本次系統(tǒng)設(shè)計中運用了HT66F489主控制芯片，該單片機(jī)作為一款具有8位高性能精簡指令設(shè)備，含有RAM數(shù)據(jù)存儲器設(shè)備，在應(yīng)用中能夠負(fù)責(zé)序號、數(shù)據(jù)校準(zhǔn)等非易性數(shù)據(jù)的EEPROM存儲器設(shè)備。芯片包含12位多通道A/D轉(zhuǎn)化器，以及定時器裝置的靈活應(yīng)用，能夠滿足該裝置的定時、脈沖生產(chǎn)以及PWM多功能。在硬件系統(tǒng)內(nèi)建部分還設(shè)計完善SPI、I2C功能、靈活化I/O應(yīng)用與時基功能特點。經(jīng)采集相較電路情況及時判斷異常，裝置的硬件系統(tǒng)框圖(見圖1)。

1.1.1 主控電路設(shè)計

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在該電線電路自動化控制斷電報警裝置中，無線斷電報警電路運用HT66F489主芯片，經(jīng)28SSOP封裝設(shè)計該電路，主要負(fù)責(zé)內(nèi)置時鐘產(chǎn)生器，設(shè)計信號解調(diào)輔助電路，帶死區(qū)保護(hù)互補(bǔ)PWM輸出，以及過電流保護(hù)電路等，對于運用無線發(fā)射器都十分適用，同時還能夠支持低電壓復(fù)位保護(hù)。(見圖2)為主控制電路圖，電路主芯片的VDD腳電路接3.3V，運用C29濾波。在該系統(tǒng)晶振分別與PB3、PB4兩腳相連接。系統(tǒng)指示燈在PC5腳部位連接電阻R44，在PC6腳連接D16及電阻R45；系統(tǒng)PC4、PC3兩腳作用于電壓采集，PD1～PD4分別用于監(jiān)測無線輸出最終結(jié)果。

1.1.2 采集電路設(shè)計

在設(shè)計該裝置采集電路時，設(shè)計變壓器作降壓處理12V整流，之后分壓用于電壓數(shù)據(jù)采集，根據(jù)(見圖3)能夠發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過該裝置的熔斷器F2后，電路經(jīng)R39和C17濾波變壓處理形成12V交流電壓，之后D10、D11、D12、D13完成電壓整流處理，即可經(jīng)R37、R40、R41完成電流分壓，用于數(shù)據(jù)采集，相較主芯片的內(nèi)置比較器。

1.1.3 無線輸出電路設(shè)計

圖2 主控電路圖

在運用該系統(tǒng)中可以經(jīng)無線傳輸，向管理人員遠(yuǎn)程發(fā)送實時監(jiān)控結(jié)果，方便管理人員及時采集電路處理措施。為了保證本次設(shè)計無線傳輸電路模塊的系統(tǒng)裝置運行穩(wěn)定性，運用了電源管理芯片HT7463A作電源穩(wěn)壓粗粒，經(jīng)C2和C27電壓輸入濾波至VIN腳，之后向SW腳經(jīng)L1和C24、C25輸出濾波，3.3V濾波輸出至無線傳輸模塊(見圖4)。

在HT7463A中的EN腳與該裝置的主控制芯片PD5腳相連接，能夠?qū)崿F(xiàn)電路自動化監(jiān)測，根據(jù)以上說明本次裝置設(shè)計選用HF-LPT200無線傳輸模塊，能夠在應(yīng)用中發(fā)揮降低功耗，提高輸出速度的技術(shù)優(yōu)勢。該無線傳輸模塊在DVDD腳與3.3V電壓相連接(見圖5)。傳輸數(shù)據(jù)經(jīng)TX、RX兩腳，與主控制芯片PB6與PB7腳相連接。

1.1.4 供電電路及充電電路設(shè)計

通過選用1.5V共計5節(jié)可充電電池，經(jīng)CMOS管將Q5電源級與主芯片PC0腳相連接，PC4腳與電池棚集相連接，之后監(jiān)測電池的電量情況。在電量較預(yù)定值明顯要小的時候，前端輸出12V經(jīng)D8、D9分別充電(見圖6)。無論電源、電池供電，都需要經(jīng)D8、D9過HT7533穩(wěn)壓芯片之后，并完成濾波處理后輸出電壓3.3V。

1.2 軟件設(shè)計

圖3 采集電路圖

本次設(shè)計該斷電報警裝置系統(tǒng)，對主控制芯片上電后，正常I/O執(zhí)行、寄存器及變量子系統(tǒng)程序運行情況，并對復(fù)位電平是否為1進(jìn)行判定決定初始化處理。對于該裝置的主循環(huán)子程序執(zhí)行監(jiān)測，實時采集電壓數(shù)據(jù)判斷是否異常，一旦發(fā)生異常情況，則可以進(jìn)入報警、無線傳輸兩大程序，為管理人員及時傳輸異常信息采用針對性處理措施。

2 應(yīng)用方式

該電路自動化控制及斷電報警裝置在實際應(yīng)用中，供電系統(tǒng)穩(wěn)定工作下，檢查放電電流經(jīng)檢查交流無源傳感器的放電電流，對于未發(fā)生系統(tǒng)短路、斷路問題，經(jīng)主控制芯片完成放電電流采集，判斷電流是否處于正常范圍內(nèi)，方便實時監(jiān)控供電設(shè)備。對于未發(fā)生電路斷開及破壞故障前提下，運用交流無源傳感器無法產(chǎn)生不放電電流，所以CPU也就無法檢測到正常電流值，這種情況下電流互感器向CPU傳輸信號，做換電路提示向管理人員發(fā)送信號，并遠(yuǎn)程實時顯示于液晶顯示器。整個過程無需挖外的人員參與，實現(xiàn)了該裝置可以在管理人員無需到達(dá)裝置現(xiàn)場的前提下，對電路實際運行情況的遠(yuǎn)程自動化控制，有效確保電路安全穩(wěn)定運行。

圖4 無線傳輸電路圖

圖5 無線傳輸電路

圖6 電壓電流耦合解調(diào)電路圖

在出現(xiàn)異常天氣條件下，管理人員可以遠(yuǎn)程發(fā)送控制指令，CPU主控制芯片成功接收指令信息后，即可分析指令執(zhí)行根據(jù)結(jié)果，用于判斷電源設(shè)備打開或關(guān)閉，從而遠(yuǎn)程操控該裝置。

在該裝置運行中的備用電池管理，首先向系統(tǒng)配備UPS智能電源，能夠運用鋰離子電池為備用電源，在突然斷電或是運行過程中所受外力破壞情況下，UPS智能電源可以啟動自動化智能供電，保證系統(tǒng)設(shè)備的正常穩(wěn)定運行時間長達(dá)4小時以上。與此同時還能夠遠(yuǎn)程持續(xù)監(jiān)測供電情況，將監(jiān)測所獲相關(guān)信息向遠(yuǎn)程控制終端以短信方式傳輸。

報警設(shè)備管理方案，在該電路系統(tǒng)正常運行下，實驗室電路裝置是無法發(fā)出相關(guān)警報信息的，一旦報警器超正常監(jiān)測范圍，報警器就會發(fā)出相關(guān)警報信息，出現(xiàn)短路、斷路及著火問題。這樣該裝置即刻發(fā)出警報，經(jīng)GSM短信模塊向管理人員發(fā)送警報信息，相關(guān)管理人員便即刻采用相關(guān)措施確保裝置運行安全。

3 裝置啟動開蓋報警閉鎖電路設(shè)計

本次電路設(shè)計運用類似綜保裝置內(nèi)載頻短路保護(hù)這一技術(shù)，經(jīng)載頻信號檢測執(zhí)行裝置開關(guān)斷電。在裝置啟動開蓋報警設(shè)計中，核心組成即載頻電路，產(chǎn)生載頻電路相關(guān)信號，會始終讓饋電開關(guān)處于送電狀態(tài)下，消失后即可饋電開關(guān)跳閘。設(shè)計此種載頻保護(hù)電路，固有頻率載頻信號，在該裝置系統(tǒng)運行中一旦發(fā)生開蓋情況，經(jīng)開關(guān)載頻信號短路問題，判定系統(tǒng)載頻信號消失，給出饋電開關(guān)切斷指令過程包括以下：

三極管BC1、電感C1、電容C9、C10、電阻R2元件，組成三點式電感振蕩器，在裝置運行中可以產(chǎn)生載頻信號，經(jīng)兩路輸出20kHz信號，L2、R14、R15與C12、C13元件，可以耦合660V/1140V三相電網(wǎng)，經(jīng)V1、V2及V3輸出信號放大用于會回路取樣檢測信號。正常情況下的系統(tǒng)回路會因為未開蓋，形成較高網(wǎng)絡(luò)絕緣水平，較小的振蕩器負(fù)載，較高的C2兩端輸出電壓。在放大V1、V2、V3能夠獲得充分繼電電壓，吸合選擇開關(guān)閉合。J1-1恢復(fù)閉合狀態(tài)開關(guān)發(fā)出報警，J1-3恢復(fù)閉合狀態(tài)下斷電，斷開J1-2不允許饋電開關(guān)送電。

4 結(jié)語

綜上所述，本文通過設(shè)計電路自動化控制及斷電報警裝置，設(shè)計CPU主控制芯片，能夠控制該裝置的系統(tǒng)主控與備用電路，不僅能夠自動化控制系統(tǒng)電路完成開關(guān)操作，還能夠經(jīng)裝置系統(tǒng)后臺運行發(fā)出信號，滿足管理人員的遠(yuǎn)程實時控制，通過發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令滿足了系統(tǒng)智能化處理。并且設(shè)計了備用電池和啟動裝置開蓋報警閉鎖電路，能夠?qū)τ谘b置運行中突發(fā)斷電，以及所受外力不明原因破壞中，系統(tǒng)可自主發(fā)送警報信號，同樣向管理人員以短信方式發(fā)送警報信息。