中波台发射机房电力参数监控系统设计与实现

郑天骥

摘要：中波臺发射机房的电力系统一般由一路市电或者两路独立的市电以及一台发电机组成，电力系统发生故障往往会造成大面积的停播事故，后果十分严重。为帮助机房值班人员快速了解电力系统的各种参数，迅速排除故障，福建四0三台设计一款多点电力参数监控系统，能够实时显示电压值，具备电力参数异常报警等功能。

关键词：电力参数监控 STM32单片机 Modbus通讯协议

总体方案设计

福建四〇三台电力系统是由一路市电和一台大功率柴油发电机组成，通过一个双电源自动切换装置送到交流电压稳压器，经过稳压后给发射机等设备供电。电力参数监控系统主要由电力参数采集仪表和自主设计的主控电路组成，电力参数监控系统设置了市电电压采集点、发电机电压采集点、稳压器稳压输出采集点，采集的电压数据通过RS485通讯总线送到主控板进行各种参数处理显示，电力参数监控系统总体框图如图1所示。

硬件电路设计

主控电路由单片机控制单元、电力参数采集部分、电压显示模块、状态指示电路、报警电路、电源部分组成。主控电路实现了采集多点电力参数、显示电力参数、参数异常判断以及状态指示和报警等功能。电力参数监控系统主控电路框图如图2所示，其中电力参数采集仪表、RS485接口电路构成了电压采集部分，电源/充电、备用电池、稳压模块构成了电源部分。

单片机控制单元采用的是意法半导体在2007年发布的一款基于ARM公司开发的Cortex-M3内核基础上添加一些必要的外设组成的微控制器。STM32系列微控制器主频高，处理指令速度快，在程序存储空间上和其他产品拉开了明显的差距。

由于电力参数采集仪表的采集点距离机房控制室较远，所以采用了RS485通讯的方式与单片机控制单元进行通讯。RS485通讯采用平衡传输方式，对共模干扰有很强的抑制能力，在采用双绞屏蔽线的情况下可以实现1000米左右的稳定通讯。RS485通讯使用主从半双工的通讯模式，多个收发设备接到同一条数据总线上，实现单片机和电力参数采集仪表之间的通讯。

LED点阵屏是通过多个LED按照一定规则排列起来的列阵组成的一个显示屏，通过不同位置的LED亮灭来显示文字和简单的图片等。LED点阵显示屏制作相对简单，使用方便，在许多领域都有应用。本设计采用模块化的16×64像素点阵屏，可以同时显示4个汉字或8个数字以及英文字母，模块化的点阵屏使用非常简单只要通过一个接口就可以实现中文、数字以及英文字母的显示。单片机控制单元与LED点阵屏之间通过J2接口连接，通过单片机I/O控制点阵显示屏，完成电压的实时显示。LED点阵屏接口电路如图3所示。

状态指示电路由四个双色发光二极管，四个限流电阻组成。D9、D10、D11分别指示三个电压采集点参数是否正常，正常显示绿色，异常显示红色。D12指示报警声是否关闭。报警打开显示绿色。报警关闭显示红色。状态指示电路如图4所示，单片机引脚输出低电平时二极管点亮。

报警电路主要由D类音频放大集成电路PAM8303D构成，PAM8303D是一款输出功率3W的单声道无滤波器D类音频放大器，在输出1W功率时效率达到了90%。当单片机检测到任意一路电压异常时，单片机引脚输出1KHZ的音频信号送到音频放大电路的信号输入端，并拉高PAM8303D第6脚的电平使能PAM8303D，让音频放大器处于工作状态发出洪亮的声音报警，提醒技术人员及时处理。

软件系统设计

软件系统是整个电路系统不可或缺的一部分，也是整个设计重要的一环。软件系统实现了对硬件资源的分配和管理运用，通过科学规划使用硬件资源实现了整个电路系统所要达到的功能。本系统的软件实现了电力参数采集仪表数据的读取和处理，然后通过LED点阵屏显示实时的三相电压值，并且对电压值数据进行判断，如果电压值有异常就开启报警指示，并不断的循环上述步骤，主程序流程图如图5所示。

总结

电力参数监控系统实现了对发射机房电力系统多个重要节点参数的监控，通过大屏幕直观地显示了当前的电力参数信息，在各路电源电压值过低过高以及出现相位缺失时能够及时的进行预警，为技术人员提供了准确的信息，为排除故障节约了宝贵的时间，为零秒停播提供了可靠的保证。

（作者单位：福建省广播电视传输发射中心四〇三台）

参考文献：

1.彭 刚：《基于ARM Cortex-M3 的STM32系列嵌入式微控制器应用实践（第2版）》，北京：电子工业出版社，2016版。