中心議題：

• 探究開關電源監控係統的設計與應用
• 學習監控係統通信模塊設計
• 學習監控係統通信協議設計

1引言

jinjinianlai，kaiguandianyuanjishudedaolexunmengfazhan
，duikaiguandianyuandezhinenghuayaoqiuyeyuelaiyuegao。kaiguandianyuanjiankongxitongzuoweishixiankaiguandianyuanxitongzhinenghuayaoqiudeyibufen，yeyuelaiyuededaoguangfandeyingyong。kaiguandianyuanjiankongxitongdezhuyaogongnengshitongguodianyuanyujisuanjidetongxinmokuaiwanchengyujiankongzhongxindexinxijiaohuan，jieshoujiankongzhongxindegezhongjianceyuyaokongmingling，bingjiangdianyuandegezhongzhuangtaixinxifankuigeijiankongzhongxin。監控係統通信模塊的設計是組建開關電源監控係統的關鍵所在
，該係統中所設計的監控係統通信模塊與計算機通信的主要特點是實現了計算機與電源的主從總線1∶N通信方式，並且采用了MAX232和RS485雙串行通信總線標準接口。本文所介紹的開關電源監控係統實際應用於對作者自行研製的多台12V5000A電鍍用開關電源進行實時監控
，實現了由一台計算機對多台電鍍電源的遠程監測與遙控。

2監控係統通信模塊設計

為了組建開關電源監控係統，係統中的每台電源配置了一個獨立的監控係統通信模塊。監控係統通信模塊采用的控製芯片是MCS51係列單片機80C52。80C52具有8k的內部ROM和256字節的內部RAM。監控係統通信模塊電路結構圖如圖1所示。計算機通過該通信模塊可以實時讀取電源的輸出電壓、輸出電流值以及輸出過壓、輸入過壓、輸入欠壓、過流、過熱、運行/停止等8路開關量的狀態值
，並可以在輸出值允許的範圍內任意設置電源的輸出電壓
、輸出電流值和複位
、合閘、分閘、機控/本控4路開關量的狀態值。從監控係統通信模塊電路結構示意圖可以看出
，如果計算機需要讀取電源模塊的輸出電壓、輸出電流值和開關量的狀態時，單片機收到請求命令後啟動A/D轉換芯片MAX182對電源的輸出電壓、輸出電流兩路模擬量進行轉換，轉換後的數據送入單片機進行數據處理。同時表征電源運行狀態的8路開關量從雙總線收發器74LS245讀入送至單片機寄存器存貯。單片機將所有處理後的數據按預定數據傳送格式發送給計算機輸出顯示。計算機需要設置電源的輸出電壓
、輸出電流值和4路開關量的狀態時
，計算機將設置好的數據按預定格式發送給單片機。單片機接收處理後啟動D/A轉換芯片MAX532和輸出鎖存器74LS573將處理後的輸出電壓
、輸shu出chu電dian流liu值zhi和he開kai關guan量liang狀zhuang態tai值zhi輸shu出chu給gei電dian源yuan。監jian控kong係xi統tong通tong信xin模mo塊kuai從cong而er實shi現xian了le計ji算suan機ji對dui電dian源yuan的de實shi時shi監jian控kong。為wei了le保bao證zheng設she計ji人ren員yuan的de安an全quan和he防fang止zhi通tong信xin模mo塊kuai受shou電dian源yuan影ying響xiang而er損sun壞huai，電dian源yuan與yu通tong信xin模mo塊kuai之zhi間jian的de信xin號hao傳chuan遞di均jun通tong過guo光guang耦ou隔ge離li。 為了確保電源與計算機在不同應用場合的準確通信，該監控係統通信模塊采用了RS232C和RS485雙串行通信總線標準接口。RS232C是由美國電子工業協會（EIA）正式公布的、在異步串行通信中應用最廣泛的標準總線
，適於短距離或帶調製解調器的通信場合。其邏輯電平對地是對稱的
，與TTL
、MOS邏輯電平完全不同。邏輯0電平規定為＋5V～＋15V之間，邏輯1電平為－5V～－15V之間，模塊中采用了MAX232驅動芯片進行電平轉換。RS232C標準接口的主要缺點是數據傳輸速率慢、傳送距離短，抗幹擾能力差。模塊配備RS232C標準接口使得任何含有串行通信口的計算機均可以實現和電源的通信具有廣泛的適應性。RS485標準接口為差分驅動結構，它通過傳輸線驅動器把邏輯電平變換為電位差，完成信號的傳遞。RS485具有傳輸速率快、傳送距離長、抗幹擾能力強等優點，模塊中采用了MAX485驅動芯片進行電平轉換。MAX485輸出的差分信號需經RS232與RS485轉換模塊轉換後才能送至計算機，所以所有使用RS485與電源進行通信的計算機必須安裝232/485轉換接口卡。本模塊配備的RS485通信總線標準接口使得監控係統通信模塊可以適用於環境幹擾比較大的工業現場的長距離通信。

3監控係統通信協議設計

kaiguandianyuanjiankongxitongyaoshixianyitaijisuanjiduiduotaidianyuandeshishijiankong
，bixuzhidingzhunquedetongxinxieyi。tongxinxieyishitongxinshuangfangweishixianzhengchangtongxinsuozuodeyueding，suozhidingdeguize。liangjinchengyaoxianghutongxin
，jiubixuzunshouzhexieyuedingguize。gaijiankongxitongshedingdetongxinxieyiyoudianshishixianleyitaijisuanjikeyitongshijiankongduotaidianyuandezhucongzongxian1∶N通信方式。在總線結構上有一個主站、即計算機
，N個電源做為總線結構上的從站。

主從總線1∶N通信方式可以采用多種通信協議實現總線使用權的分配，本係統中使用的地址查詢方式，主從總線1∶N通信方式的監控係統結構示意圖如圖2所(suo)示(shi)。係(xi)統(tong)給(gei)每(mei)個(ge)電(dian)源(yuan)分(fen)配(pei)唯(wei)一(yi)的(de)一(yi)個(ge)地(di)址(zhi)號(hao)，計(ji)算(suan)機(ji)分(fen)配(pei)一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)的(de)地(di)址(zhi)號(hao)。當(dang)計(ji)算(suan)機(ji)需(xu)要(yao)和(he)某(mou)台(tai)電(dian)源(yuan)建(jian)立(li)通(tong)信(xin)時(shi)，計(ji)算(suan)機(ji)發(fa)出(chu)一(yi)個(ge)含(han)有(you)該(gai)電(dian)源(yuan)地(di)址(zhi)號(hao)的(de)請(qing)求(qiu)命(ming)令(ling)包(bao)。掛(gua)在(zai)總(zong)線(xian)上(shang)的(de)所(suo)有(you)電(dian)源(yuan)一(yi)直(zhi)處(chu)於(yu)等(deng)待(dai)接(jie)收(shou)數(shu)據(ju)狀(zhuang)態(tai)，計(ji)算(suan)機(ji)所(suo)發(fa)出(chu)的(de)請(qing)求(qiu)命(ming)令(ling)包(bao)將(jiang)被(bei)所(suo)有(you)的(de)電(dian)源(yuan)所(suo)接(jie)收(shou)。每(mei)個(ge)電(dian)源(yuan)將(jiang)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)請(qing)求(qiu)命(ming)令(ling)包(bao)中(zhong)所(suo)包(bao)含(han)的(de)電(dian)源(yuan)地(di)址(zhi)號(hao)與(yu)本(ben)模(mo)塊(kuai)的(de)地(di)址(zhi)號(hao)相(xiang)比(bi)較(jiao)，隻(zhi)有(you)地(di)址(zhi)號(hao)與(yu)計(ji)算(suan)機(ji)所(suo)發(fa)出(chu)的(de)請(qing)求(qiu)命(ming)令(ling)包(bao)中(zhong)所(suo)包(bao)含(han)的(de)地(di)址(zhi)號(hao)相(xiang)同(tong)的(de)電(dian)源(yuan)才(cai)與(yu)計(ji)算(suan)機(ji)建(jian)立(li)通(tong)信(xin)，響(xiang)應(ying)計(ji)算(suan)機(ji)所(suo)發(fa)出(chu)的(de)請(qing)求(qiu)命(ming)令(ling)。其(qi)它(ta)地(di)址(zhi)號(hao)不(bu)相(xiang)同(tong)的(de)電(dian)源(yuan)將(jiang)拒(ju)絕(jue)響(xiang)應(ying)計(ji)算(suan)機(ji)的(de)請(qing)求(qiu)命(ming)令(ling)
，繼(ji)續(xu)保(bao)持(chi)接(jie)收(shou)數(shu)據(ju)狀(zhuang)態(tai)，等(deng)待(dai)響(xiang)應(ying)計(ji)算(suan)機(ji)發(fa)出(chu)的(de)下(xia)一(yi)個(ge)請(qing)求(qiu)命(ming)令(ling)包(bao)。係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)這(zhe)種(zhong)地(di)址(zhi)查(zha)詢(xun)方(fang)式(shi)實(shi)現(xian)了(le)任(ren)何(he)時(shi)候(hou)總(zong)線(xian)上(shang)最(zui)多(duo)隻(zhi)有(you)一(yi)台(tai)電(dian)源(yuan)與(yu)計(ji)算(suan)機(ji)通(tong)信(xin)，其(qi)它(ta)電(dian)源(yuan)處(chu)於(yu)等(deng)待(dai)接(jie)收(shou)數(shu)據(ju)狀(zhuang)態(tai)
，從(cong)而(er)有(you)效(xiao)地(di)避(bi)免(mian)了(le)總(zong)線(xian)使(shi)用(yong)權(quan)的(de)衝(chong)突(tu)。