专利名称：电力直流操作电源集中式监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对直流电源进行监控的系统。
背景技术：
目前直流电源监控现状有些企业采用PLC系列监控系统，虽然可靠性高，但是高价格让用户望价兴叹；而其它企业所主推的监控系统都是以最初的80年代51系列单片机为核心处理器，51系列单片机资源有限，致使目前市场上的产品结构繁杂、可靠性差，而且都采用分散式结构，CPU多而功能不完善，具有抗干扰差、误报警、通信故障、死机等问题。
发明内容
为解决现有监控系统存在的问题，本发明提供了一种电力直流操作电源集中式监控系统，其所采取的技术方案为 该系统包括直流信号采集电路、交流信号采集电路、开关量输入电路、开关量输出电路、绝缘检察电路、CPU主控电路、通信电路以及液晶显示、键盘电路，其特征在于通信电路和液晶显示、键盘电路分别连接CPU主控电路，直流信号采集电路依次通过光电隔离电路和A/D转换电路连接CPU主控电路，交流信号采集电路依次通过电磁隔离电路和A/D转换电路连接CPU主控电路，开关量输入电路、开关量输出电路和绝缘检察电路分别通过光电隔离电路连接CPU主控电路，通信电路通过光电隔离电路分别连接上位机和下位机；从交流信号采集电路输出的交流电压信号，经电磁隔离电路隔离后输送至A/D转换电路，转换为数字信号后输送至CPU主控电路；从直流信号采集电路输出的直流电压信号，经光电隔离电路隔离后输送至A/D转换电路，转换为数字信号后输送至CPU主控电路；从开关量
输入电路输出的开关量输入信号，经光电隔离电路隔离后输送至CPU主控电路；从绝缘检察电路输出的绝缘检察信号，经光电隔离电路隔离后输送至CPU主控电路；从CPU主控电路
输出的开关量输出信号，经光电隔离电路隔离后输送至开关量输出电路。 CPU主控电路通过总线分别连接A/D转换电路和通信电路，并通过RS232连接液晶显示、键盘电路。 CPU主控电路采用ATMegal28单片机作为主控芯片。
液晶显示、键盘电路采用STC11F56XE单片机作为从机芯片。
通信电路采用TL16C554芯片作为通信芯片。
A/D转换电路采用MAX197芯片作为A/D转换器。 直流/交流信号、开关量输入/输出信号以及通信数据，都由CPU主控电路通过总线获取，这些初始数据通过主控CPU进行运算及转换，变成实际的电流、电压值、开关分合状态、上位机及下位机工作状态，通过RS232传送给液晶显示电路及上位机，显示出来，以供查询。并且主控CPU通过对这些数据进行运算和处理，来判断直流电源各部分是否工作正常以及电池的工作状态，如果交流进线电压出现过压及欠压等故障时，则通过开关量输出电路控制接触器跳闸对电力直流电源系统进行保护。
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该系统采用集中式设计，集交流监控、直流监控、开关量输入、开关量输出、绝缘监察功能为一体，并且只由一个CPU进行控制，CPU主控电路采用高性能高集成度单片机ATMegal28作为主控芯片，负责信号采集、运算及控制，液晶显示、键盘电路采用高可靠性STC11F56XE单片机作为从机芯片，负责键盘控制和液晶显示，通信电路采用采用高性能TL16C554芯片负责与上位机及下位机进行通讯。 本发明具有生产成本低、结构简单、使用方便、性能可靠的特点，满足了用户对高档监控系统的要求。
图1为本发明的整体结构框图； 图2为本发明CPU主控电路部分的电路图； 图3为本发明交流信号采集电路部分的电路图； 图4为本发明直流采集信号电路部分的电路图； 图5为本发明开关量输入电路部分的电路图； 图6为本发明开关量输出电路部分的电路图； 图7为本发明A/D转换电路部分的电路图； 图8为本发明通信电路部分的电路图； 图9为本发明液晶显示、键盘电路部分的电路图； 图10为本发明绝缘监察电路部分的电路图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步描述 如图l所示通信电路和液晶显示、键盘电路分别通过总线和RS232连接CPU主控电路；直流信号采集电路依次连接光电隔离电路和A/D转换电路后，通过总线连接CPU主控电路；交流信号采集电路依次连接电磁隔离电路和A/D转换电路后，通过总线连接CPU主控电路；开关量输入电路、开关量输出电路和绝缘检察电路分别连接光电隔离电路后，通过总线连接CPU主控电路，通信电路通过光电隔离电路分别连接上位机和下位机。
如图2所示CPU主控电路采用高性能单片机ATMegal28，它片内集成E乍R0M和RAM，日历时钟通过fC总线与主控CPU相连，采用外部看门狗U7，它具有上电复位及看门狗功能。CPU的PA 口和PC 口分别作为数据总线和地址总路线，WR、 RD作为控制总线。
如图3所示交流信号采集电路采用交流电压互感器作为交流信号采集隔离器件，交流电压信号的A、B、C三相电压分别经电压互感器PT1、PT2、PT3的l脚输入，经过电压互感器变换后，由PT1、PT2、PT3的6脚输出，转换为幅值为5V的正弦信号，经运算放大器U23隔离后分别连接到A/D转换器U12 (参看图7)的16、 17、 18脚，经U12转换为数字信号后，通过数据总线[DO. . 7]传输给主控CPU。 如图4所示直流信号采集电路采用采用HCPL7840作为直流采集信号的隔离芯片，直流电压信号的正极V+和负极V-通过精密电阻R5、R11、R8分压后，连接到光电隔离放大器U14的2脚和3脚，经U14进行隔离放大后，由U14的6脚、7脚输出，连接到精密放大器U15的第2脚和第3脚，通过由U15和电阻Rl、 R7、 R9、 R12、 R13 —起构成的差分放大器
4进一步放大后，由U15的6脚输出到U16A，U16A是一个射极跟随器，可提高模拟信号的驱动能力，经U16A隔离驱动后接到A/D转换器U12 (参看图7)的19脚，通过U12转换为数字信号后，通过数据总线[DO. . 7]传输给主控CPU。 如图5所示当有开关量输入信号时，外部电路会在输入端INPUTJ)l加上24V的电压，光电隔离芯片IS04A的发光二极管便会导通，同时IS04A的三极管也导通，IS04A的16脚被拉成低电平，开关量输入信号用IS04A进行隔离后，连接到信号驱动芯片U10的输入接口 2-9脚上，经U10驱动增强信号的带负载能力后，由U10的11-18脚输出连接到数据总线D[O. . 7]上，由主控CPU芯片Ul通过控制线RD及地址线IN_0E1进行读取。
如图6所示开关量输出电路用数据锁存器芯片U2 (参看图2)扩展8路输出，U2芯片的输入接口 2-9脚与数据总线D
相连接，控制线WR及地址线0UT_0E通过或门芯片U4B连接到U2的11脚，由Ul进行控制，U2芯片的输出12-19脚连接到驱动芯片Ull的输入脚l-8脚，U11的11-18脚连接到继电器，通过控制继电器实现开关量的输出。开关量输出信号由CPU通过数据总线D[O. . 7]输出，把输出信息锁存到数据锁存芯片U2的输出脚第12-19脚上，并经驱动芯片Ull去驱动继电器线圈，使继电器吸合，输出一对干节点信号。 如图7所示A/D转换电路采用MAX197芯片U12， U12的7-14脚与数据总线D[O. 7]相连接，2脚5脚与地址线A0、AD—CS相连接，3脚4脚与控制线WR、RD相连接。它负责把模拟信号转换为数据信号，由主控CPU进行读取。 如图8所示通信电路用TL16C554芯片U8通过数据总线D
地址线A[O. .2]
与主控芯片Ul相连，U8的接收端RX及发送端TX通过光电隔离芯片ISOl、 IS02进行隔离后，连接到MAX487芯片U9的1脚和4脚，U9的6脚和7脚分别作为485总线的A禾P B构成485总线。U9的2脚和3脚通过光电隔离器IS03连接到主控CPU芯片Ul，当485EN1端为高电平时，485总线处于发送状态，当485EN1端处于低电平时，485总线处于接收状态。
如图9所示液晶显示、键盘电路用STC11F56XE单片机作为显示板的处理器，用9个1/0扩展4*5键盘，采用192*64点阵液晶。单片机的PO 口及P2 口通过芯片U18、U19驱动后，分别连接到液晶的数据线DB0-DB7，及地址片选线CS1、CS2、CS3， CPU的控制线WR、RD则经过与非门连接到液晶的第6脚E，用直接译码法对液晶进行读写，并通过MAX232芯片U22构成RS232通信线与主控芯片Ul进行通信。 如图10所示绝缘检察电路与CPU主控电路之间用线性光耦U25进行隔离，正负母线分别通过150K的电阻通过一个由4个二极管D13、D14、D15、D16组成的整流桥连接到大地。当母线绝缘下降时，便会有不平衡电流通过整流桥从线性光耦U25流过，U25的放大级也会有相应的电流通过电阻R157流过，U25的3脚产生的电压通过电阻接到U27A的3脚，经光电隔离后绝缘检测信号由U27A的第1脚输入U1的29脚，CPU通过检测29脚的电平来判断电路的绝缘状况。当接地电阻小于50K时，U25的3脚产生的电压大于U27A的2脚时，U27A的1脚输出高电平给CPU， CPU给出绝缘下降故障报警信息。
权利要求
一种电力直流操作电源集中式监控系统，包括直流信号采集电路、交流信号采集电路、开关量输入电路、开关量输出电路、绝缘检察电路、CPU主控电路、通信电路以及液晶显示、键盘电路，其特征在于通信电路和液晶显示、键盘电路分别连接CPU主控电路，直流信号采集电路依次通过光电隔离电路和A/D转换电路连接CPU主控电路，交流信号采集电路依次通过电磁隔离电路和A/D转换电路连接CPU主控电路，开关量输入电路、开关量输出电路和绝缘检察电路分别通过光电隔离电路连接CPU主控电路，通信电路通过光电隔离电路分别连接上位机和下位机；从交流信号采集电路输出的交流电压信号，经电磁隔离电路隔离后输送至A/D转换电路，转换为数字信号后输送至CPU主控电路；从直流信号采集电路输出的直流电压信号，经光电隔离电路隔离后输送至A/D转换电路，转换为数字信号后输送至CPU主控电路；从开关量输入电路输出的开关量输入信号，经光电隔离电路隔离后输送至CPU主控电路；从绝缘检察电路输出 绝缘检察信号，经光电隔离电路隔离后输送至CPU主控电路；从CPU主控电路输出的开关量输出信号，经光电隔离电路隔离后输送至开关量输出电路。
2. 根据权利要求l所述的电力直流操作电源集中式监控系统，其特征在于CPU主控电路通过总线分别连接A/D转换电路和通信电路，并通过RS232连接液晶显示、键盘电路
3. 根据权利要求l所述的电力直流操作电源集中式监控系统，其特征在于CPU主控电路采用ATMegal28单片机作为主控芯片。
4. 根据权利要求l所述的电力直流操作电源集中式监控系统，其特征在于液晶显示、键盘电路采用STC11F56XE单片机作为从机芯片。
5. 根据权利要求1所述的电力直流操作电源集中式监控系统，其特征在于通信电路采用TL16C554芯片作为通信芯片。
6. 根据权利要求l所述的电力直流操作电源集中式监控系统，其特征在于A/D转换电路采用MAX197芯片作为A/D转换器。
全文摘要
本发明公开了一种电力直流操作电源集中式监控系统，包括直流信号采集电路、交流信号采集电路、开关量输入电路、开关量输出电路、绝缘检察电路、CPU主控电路、通信电路以及液晶显示、键盘电路，该系统采用集中式设计，集交流监控、直流监控、开关量输入、开关量输出、绝缘监察功能为一体，具有生产成本低、结构简单、使用方便、性能可靠的特点。
文档编号G05B19/418GK101782766SQ20101000532
公开日2010年7月21日 申请日期2010年1月16日 优先权日2010年1月16日
发明者刘以军, 孟良, 宋春晖, 杨志亮, 郭兆静 申请人:山东泰开自动化有限公司