基于ARM 的消磁电源控制信号监控设计

余锡斌，周佳宇



基于ARM 的消磁电源控制信号监控设计

余锡斌，周佳宇

（海军驻桂林地区军事代表室，广西桂林541002)

本文通过采用ARM微控制器为核心，设计新型的消磁电源控制信号监控装置，实现对多个消磁电源模块组合后的信号控制、工作状态检测、显示和故障保护等功能，避免了消磁电源在使用过程中可能出现的有害信号对电源模块的影响，有效提高电源模块的可靠运行。

ARM 消磁电源

0 引言

模块化消磁电源作为新型的舰船消磁系统绕组电流供电系统，与传统的电机扩大机供电系统比较，有动态特性好，体积小、安静、高效等优点[1-4]，是目前消磁电流供电设备的发展趋势,其特点是按照一定技术标准进行生产后的电源模块，可根据所输出消磁电流大小需求进行随意组合。本监控装置是以ARM微控制器为核心[5]，通过CAN总线接收消磁电流控制设备（上位机）信号后，对组合在一起的各电源模块进行信号监控，并完成各电源模块运行参数、工作状态的检测、显示和故障保护，根据消磁电流控制设备信号完成总输出电流调节。

1 设备工作原理及功能

1）监控设备主要工作原理

ARM微控制器从主、备用消磁电流控制设备的CAN总线（CAN1）得到该路电源的控制信息，包括电流值、启动信号及停止信号，根据该路所控制的消磁电源模块数M，计算各电源模块的输出电流，通过内部CAN总线（CAN2）向各消磁电源模块发送控制信息。对启动信号、停止信号及时响应，控制继电器，接通或切断电源模块的电源。

电路控制系统采用当前比较流行的嵌入式[6-7]LPC1768型ARM微控制器，该芯片是基于ARM Cortex-M3 内核的32位处理器，用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用，操作频率可达100MHz，具有3级流水线和哈佛结构，外设组件包含高达512 KB 的flash 存储器、64KB 的数据存储器、以太网MAC、2 条CAN 通道和多大70 个通用IO 管脚等。其优点是兼顾高性能、低功耗，同时要实现以往模拟式电位器状态下的控制信号调整时，能快速对消磁绕组输出电流、电压的实时显示，为控制信号数字化的实现和应用提供可靠保证。

监控装置原理框图如图1。

2）主要功能

a)进行监控自检，缺相检测，测量负载电流电压。

b)依CAN总线命令对电流值均流。

根据CAN的协议，接收指令，提取的电流值，并除以所控制的电源模块数M，形成每个电源模块控制信号，再通过CAN2发送给各电源模块。

c)对负载电流、电压进行采样、转换，采用3次采样，取中间值，并在LCD上实时显示负载电流值，同时根据电流值、电压值及控制量，结合电源模块运行状态等信息，进行综合分析，完成如下功能：

①对输出负载开路、短路进行识别、报警和显示功能。

②对输出电流进行误差判断，当超过设定限值时进行故障报警并限定输出。

③对输入电源的缺相、过压、欠压进行检测、识别、报警和显示。当检测到上述故障时，能自动停机，故障解除后自动恢复。

d)通过CAN总线向上返回负载及电源模块状态信息。

e)按下紧急停车时，断开所有电源模块的供电。

监控装置功能如图2所示。

2 软件设计

软件采用C语言[8]，以满足ARM开发要求的KEIL系统软件进行编程，其系统主程序流程图如图3所示，主要实现如下几大功能：

1)输入供电电源检测

完成设备自检，对三相输入电源进行缺相、欠压、过压的检测判断。发现故障时，发出该路电源模块供电控制继电器断开指令，实现对电源模块的保护，检测到故障解除后发出自动恢复指令。

2)进行输出电流均流计算

根据接收到的控制信号指令，按电源模块数M计算各个模块输出的电流值并形成控制信号，再以CAN总线方式送出。在某个电源模块出现故障时，通过判断电源模块数增减等具体变化情况，分别调整各电源模块的输出电流，确保整路消磁电流输出平滑过渡，无跳变出现。

3)设置功能

可通过键盘及LCD显示屏进行操作，设置过压、欠压报警门限、每路电源模块数量及密码设定。

4)手动/自动切换

5)收、发本路电源模块工作状态信息。

3 本监控装置所具有的特点

本监控装置可很好地兼顾消磁电流控制设备传送信号突变的缓冲作用和消磁电源设备整体动态性能的要求，避免了在消磁电源设备开机、运行、关机等过程给后级电源模块所带来的危害控制信号，有效提高负载端消磁电源设备的可靠运行。

ARM微控制器能实时对不同电源模块插槽号进行设置更改并存储，方便电源模块的扩展；能够实时实现对多只电源模块负载开路、短路、欠压和过压状态分析及上报，实现对输入电源的缺相、过压、欠压进行检测、识别、报警和显示功能。

采取主、备用双监控单元模式，两个监控同时并行工作，具备了冗余技术。

4 结束语

新研制的监控装置经过一系列的试验和测试，完全满足性能指标要求。从多次的性能检测和功能测试情况看，新研的监控装置对整套消磁电源设备的技术指标没有影响，在实现各电源模块运行参数、工作状态监测和显示的同时，对以往控制信号阶跃变化过程造成的器件损坏等质量问题得到较好解决。

参考文献：

[1] 何希才.新型开关电源设计与应用.科学出版社，2001.

[2] 周志敏.高频开关电源设计与应用实例.人民邮电出版社，2008.

[3] 赵同贺.新型开关电源典型电路设计与应用.机械工业出版社，2009.

[4] 王月爱,王勃.电源技术的应用研究与发展趋势.《中国集成电路》，2012,（4）:69-72.

[5] 周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京航空航天大学出版社,2004.

[6] 王田苗.嵌入式系统设计与实例开发[M].清华大学出版社,2003.

[7] 何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计（系统配置与接口技术）[M].航空航天大学出版社，1995.

[8] 赵仕健.Visual C++ 6.0编程与实例解析[M].科学出版社,2000.

Design of Control Signal Monitoring for Degaussing Power Supply Based on ARM

Yu Xibin , Zhou Jiayu

(Naval Representatives Office in Guilin, Guilin 541002,Guangxi,China)

TM762

A

1003-4862（2016）11-0007-03

2016-06-15

余锡斌(1969-)，男，硕士，高级工程师。研究方向：舰船消磁电流控制设备。