基于多协议的电源分配系统设计

商枝江 丁伟

摘要：针对电源系统多输入多输出的电源分配应用场景，提出了一种基于多协议控制的电源分配系统，通过基于嵌入式单片系统进行外围电路设计，实现了电源输入输出分配的管理功能，通过设计网络接口、CAN接口及RS232接口等，实时采集车载电源电压、电流等特性参数，实现了电源分配系统的输入、输出分配控制及电源特性监测，提高了供电系统在电源分配电时的可靠性。

关键词：电源管理;电源分配;远程控制

电源系统作为电子信息系统的基础支撑环境，电源分配系统作为电源系统的核心设备，电源分配系统是将输入电源整合分配，通过一定策略将电力供给到后端用电设备，起到对系统电源的管理作用。电子信息系统中电源分配系统一旦发生故障，必然使系统功能丧失，如果电源分配系统未能及时隔离故障并处理，还可能引发严重的二次危害。因此，电源分配系统的状态信息、安全防护及远程控制方面在电源系统中至关重要。电源分配系统的智能化是发展的必然趋势，并且要求对电源分配系统的监控应具有良好的实时性与可靠性，同时还要留存监控及操作日志以便对故障进行分析定位。基于上述需求，本文提出了一种基于多协议多接口的智能电源分配系统，经WEB界面可实现电源分配系统的状态显示及供电控制，通过网络接口、CAN接口及RS232接口实现系统的级联及互联互通。

电源分配系统主要由WEB服务器、电源分配控制器构成，以以太网、CAN及RS232作为数据传输方式实现监控及控制数據传输，系统组织运用框图如图1 所示。

操作计算机通过浏览器访问电源分配设备，实现人机交互与远程控制。电源分配控制设备作为系统的承载平台，完成对输入输出电源信息的采集及电源分配，故障及报警的上报工作。

随着数字技术的发展，基于WEB的远程控制技术得到越来越多的应用。基于WEB的远程控制技术可实现在不同操作系统下的远程控制，同时不需要进行复杂的客户端部署，在系统升级更新方面有着较强的优势。本系统软件采用B/S 架构，在嵌入式硬件环境上实现WEB服务，实现系统软件功能。用户可通过任意浏览器对电源控制设备的远程登录，可以跨平台地对电源进行实时监控，电源分配系统软件设计功能如图2所示。

电源分配系统软件功能包含图像交互界面、电源分配控制、设备参数设置、信息查询等。

图像交互界面实现用户登录、设备控制按键、设备状态信息显示及告警信息显示等功能。用户登录界面根据不同用户角色的设定用户的使用权限。设备控制按键用于远程控制设备的开关机控制。状态显示及告警提示对设备实时运行信息及告警信息进行显示。

电源分配控制实现对电源输入及分路输出的控制，包含通过TCP/IP的WEB控制、通过CAN或RS232接口的命令控制和按照预设的安全保护值及出现故障后的自动控制等。

设备参数值设置包含设备时间设置、用户权限设置及安全阈值设定。时间设置实现设备的系统时间，用户权限设置用于设置设备的使用角色及使用权限，安全阈值设备实现设备电压、电流、漏电的报警及保护切断阈值设置。

信息查询功能实现设备运行状态信息查询、故障信息查询及告警信息查询功能。

电源分配系统硬件平台是电源分配系统的承载平台，本文的硬件平台采用基于STM32单片机的硬件系统。系统硬件系统包含了MCU系统、采集单元、计量单元、报警单元、控制单元及通信单元等组成，系统硬件框图如图3所示。

MCU系统负责计量单元的配置，数据读取及采样单元的数据读取，从而得到电源特性参数，同时，MCU系统单元负责驱动控制单元，通信单元和报警单元，实现远程智能控制功能。MCU系统选用STM32单片机，是一种基于ARM Cortex-O内核，专门针对低功耗、低成本、高性能嵌入式应用所设计，其实施性能和功耗控制等都较为优良，能够最大限度的进行整合和集成，同时便于开发，同时涉及了针对嵌入式应用底层化的新型内核，方便协议通信协议的移植。

采样单元负责对输入输出电源的电压、电流特性进行采样，再通过计量单元对采样信号进行分析和处理。

报警单元采用三极管驱动蜂鸣器，在系统出现故障时，通过MCU系统导通三极管，从而驱动蜂鸣器，发出报警信号通知维护人员。

控制单元是由达林顿阵列驱动芯片和继电器组成，通过MCU系统控制达林顿阵列驱动芯片，驱动继电器，控制电源输出，从而达到控制用电设备开关及电源分配功能。

通信单元包含2路CAN接口、1路网络接口及1路RS232接口，其中CAN采用一种标准的高速CAN收发器是控制器区域网络（CAN）协议控制器和物理总线之间的接口，可以为总线提供差动发送性能，为CAN控制器提供差动的接收性能。1路网络采用带SPI接口的独立以太网控制器，是IEEE 802.3兼容的以太网控制器，集成MAC和10 BASE-T PHY，支持全双工和半双工模式。对外通过CAN接口、网络接口及RS232接口，实现远程控制的功能。

针对电子信息系统的对电源分配系统的智能化需求，本文提出了基于多协议接口的电源分配系统，系统通过网络、CAN及RS232对用系统电源输入输出进行远程管理和监控，用户可以突破时间和地域限制，轻松地控制各个用电设备的开、关、重启;远程监控供电电源状态及设备用电状态，用电异常时自动切断电源，并通过蜂鸣报警通知维护人员;用户对各个用电设备可依彼此间的依赖关系进行开关机顺序设定，可分为强制性顺序开关及非强制性顺序开关;用户可设定各个用电设备在某个时段内进行开关电源控制;系统中多台设备可级联适用，便于扩展。

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