1
、係統硬件設計

硬件電路設計

直流電源係統需要采集多路模擬量、數字量並要求多路空節點和0 V~4 V的可調電壓輸出，即“四遙”功能。監控單元有兩個串行口

，一個用於連接智能設備，另一個用於和TC35i通(tong)信(xin)。監(jian)控(kong)單(dan)元(yuan)還(hai)需(xu)要(yao)鍵(jian)盤(pan)和(he)液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)。根(gen)據(ju)以(yi)上(shang)需(xu)求(qiu)
，係(xi)統(tong)需(xu)在(zai)單(dan)片(pian)機(ji)最(zui)小(xiao)係(xi)統(tong)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)增(zeng)加(jia)較(jiao)多(duo)外(wai)設(she)。采(cai)用(yong)帶(dai)雙(shuang)串(chuan)口(kou)的(de)單(dan)片(pian)機(ji)減(jian)少(shao)外(wai)設(she)數(shu)量(liang)，則(ze)增(zeng)加(jia)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)，而(er)且(qie)限(xian)製(zhi)單(dan)片(pian)機(ji)本(ben)身(shen)的(de)通(tong)用(yong)性(xing)。其(qi)硬(ying)件(jian)原(yuan)理(li)圖(tu)如(ru)圖(tu)1所示。


單片機

單片機采用通用的SST89E516，是基於8051內核帶64 KB的Flash單片機，3個16-bit定時器/計數器，1個UART

，36個GPIO，支持ISP；看門狗電路
、時鍾電路和掉電保存電路采用FM3104.FM3104是RAMTRON公司推出的一款高性價比的集成器件
，內部集成看門狗、低壓檢測、定時器、時鍾電路和鐵電存儲器。采用I2C通信。時鍾電路和鐵電存儲器分別為兩個地址，其中鐵電存儲器用於存儲係統參數

，如告警號碼、遙測告警越限值等。

TC35i接口電路

西門子的TC35i是一個支持中文短信息的工業級GSM模塊，其頻段為雙頻GSM 900 MHz和GSM1 800 MHz，支持數據、語音、短消息和傳真。係統采用16C550擴展一個串口，以TTL電平的串行口方式和TC35i通信。

顯示、鍵盤電路

顯示電路采用128×64液晶。液晶的接口片選由GAL16V8確定。為了簡化係統設計，鍵盤采用集成電路ZLG7290，單片機與ZLG7290的通信采用I2C通信方式。

模擬信號采集電路

模擬信號采集電路是由整定、隔離和轉換3部分組成。不同的模擬信號整定電路部分不同
，例如直流電壓采用精密電阻分壓法將0 V~400 V電壓整定為0 V~4 V；而交流電壓則采用電壓互感器整定為0 V~4 V；隔離電路采用線性光耦。

整定過的模擬信號經限壓處理，一並輸入多路開關。然後經過壓頻轉換（V/F）後輸入CPU處理。V/F轉換采用集成電路AD654.AD654是美國模擬器件公司的一款低成本、8引腳封裝的電壓頻率（V/F）轉換器，其單電源電壓為4.5 V~36 V
；雙電源電壓為5 V~18 V
；輸出頻率範圍為0 kHz~500 kHz
；線性誤差為0.06%（250 kHz時）
；輸入阻抗為250 MΩ；其輸入電壓範圍為單電源為0 V~Vs-4 V，雙電源為-Vs~Vs-4 V.

數字信號采集電路

數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)指(zhi)幅(fu)度(du)的(de)取(qu)值(zhi)是(shi)離(li)散(san)的(de)，幅(fu)值(zhi)表(biao)示(shi)被(bei)限(xian)製(zhi)在(zai)有(you)限(xian)個(ge)數(shu)值(zhi)之(zhi)內(nei)。二(er)進(jin)製(zhi)碼(ma)就(jiu)是(shi)一(yi)種(zhong)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)。二(er)進(jin)製(zhi)碼(ma)受(shou)噪(zao)聲(sheng)的(de)影(ying)響(xiang)小(xiao)，易(yi)於(yu)有(you)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)
，所(suo)以(yi)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)采(cai)用(yong)TLP521隔離後送至總線驅動器74HC244.GAL16V8產生74HC244片選
，單片機每隔10 ms查詢采集數字信號
，並加入去抖動處理。

空接點輸出電路

空接點用於實現直流模塊的開關機以及其他設備的控製。采用5 V繼電器輸出空接點信號。5 V繼電器控製也由總線控製。數據口經74HC273和MC1413驅動後控製繼電器。GAL16V8產生74HC273片選，可擴展多個空接點。

模擬電壓給定

模擬信號給定采用數字DS1845電位器分壓實現。數字電位器將2.5 V基準電壓分壓後疊加總限流電壓信號
，放大輸出作為直流模塊調節電壓的基準。
[page]
2、電路可靠性設計

屏蔽，隔離和吸收

本係統設計的通信線路均采用屏蔽雙絞線屏蔽外界幹擾，並進行光電隔離。並將各範圍內的模擬量輸人信號統一轉換為0 V~4 V的電壓信號送至A/D轉換器
，為了提高係統抗幹擾能力，采用差動放大器和隔離放大器。

接地

信xin號hao接jie地di保bao證zheng同tong一yi邏luo輯ji係xi統tong的de信xin號hao邏luo輯ji準zhun確que
，消xiao除chu同tong一yi邏luo輯ji係xi統tong的de不bu等deng電dian位wei帶dai來lai的de幹gan擾rao，保bao護hu接jie地di保bao證zheng了le係xi統tong各ge部bu分fen的de安an全quan工gong作zuo。而er數shu字zi信xin號hao地di和he模mo擬ni信xin號hao地di單dan點dian連lian接jie。信xin號hao地di和he大da地di采cai用yong3KV102電容連接。

3

、係統軟件設計

軟件設計思路

采用實時操作係統，即定時器T0產生10 ms中斷
，利用10 ms中斷計數分別產生200 ms、500 ms和1 s任務。係統軟件模塊框圖如圖2所示。


短消息模塊無線傳輸

短消息模塊無線傳輸分為告警信息主動上傳和被動召喚。告警信息是主動上傳，而遙控、遙測和遙調則是通過短消息召喚或控製實現的。告警信息處理流程如圖3所示。


告警分為遙信告警和遙測告警。遙信告警實現方法：定義若幹位為告警位
，需產生告警的遙信接至該位置上，一旦觸發該位置遙信
，則產生告警信息。

短消息模塊的告警信息必須以漢字發送。而每個漢字采用UNICODE編碼，占兩字節，如“電0x7535子0x5b50”。將漢字轉換成UNICODEbianmazaidanpianjixiabianchengbijiaokunnan。yinweizhiliudianyuanjiankongdegaojingxinxiyouxian，bingqieweiruandecaozuoxitongtigonggaileihanshu，suoyixujiangsuoyouyongdaodehanziyibiaodefangshixierudaimakongjian。genjuzhiliuxitongbutongdegaojingdaimazhijiezhaqugaojingxinxideUNICODE編碼。遙控遙調信息處理流程如圖4所示。


遙控
、查詢測量信息是以TEXTfangshifasong。dangduanxiaoximokuaijieshouxialiegeshideduanxiaoxihou，bingqiemimazhengque
，jiujiangzhaohuanzhiliudianyuanxinxianzhaojieshouhaomafanhuiduanxiaoxihuozhexiafayaokongmingling，fanhuikongzhijieguo。
短信內容格式：“；密碼；功能碼（；內容1）（；內容2）（
；……）”。其中
，密碼為6個字符/數字；功能碼包含2個字符
，如表1所列；內容長度不定。如：查詢係統測量信息短信內容格式：“；1234156

；01”；遙控設備開關機格式：“；123456；02”。 本ben係xi統tong針zhen對dui直zhi流liu電dian源yuan傳chuan輸shu信xin息xi少shao的de特te點dian擴kuo展zhan了le短duan消xiao息xi模mo塊kuai，為wei直zhi流liu電dian源yuan監jian控kong設she計ji了le無wu線xian傳chuan輸shu方fang案an。基ji於yu短duan消xiao息xi傳chuan輸shu的de電dian源yuan監jian控kong係xi統tong無wu需xu構gou建jian額e外wai的de無wu線xian通tong信xin網wang絡luo，而er是shi通tong過guo現xian有you的de覆fu蓋gai麵mian廣guang
，運yun行xing穩wen定ding的de網wang絡luo進jin行xing專zhuan用yong的de無wu線xian數shu據ju傳chuan輸shu。

相關閱讀：

DIY：可從0瓦調起的線性直流電源設計
一款直流電源防雷電子電路設計
周教授分享：23V/3A直流電源設計方案