基于单片机的智能断电报警控制系统的设计与研究

王光祥

(江苏联合职业技术学院无锡交通分院，江苏无锡 214151)

电路管理作为系统设施管理中必不可少的关键组成，随着近年来各行业的飞速发展，要求诸多设备在运行期间是不允许无故停机的，一旦意外出现停机问题未能予以及时处理，不仅会对设备运行期限造成很大影响，还存在引发设备安全事故的隐患。譬如医疗临床科室磁共振系统，一旦氮压机停机断电，就会影响磁共振的冷头制冷效果[1-2]。或者煤矿领域设备带电开盖等问题，电路自动化控制及断电报警装置设计尤为必要。就目前一般选择分开安装供电设备、报警装置，在供电设备控制中包括了定时、人工、感应等控制方式，报警设备包括了信号采集，识别电路等，多为电流、电压采集信息提供给报警器[3]。但是这种电路控制分离断电报警已经无法满足应用所需，所以为了解决一般情况情况下电流断电，报警器不会发出警报信息的情况，本文设计了一种电路自动化控制及断电报警装置。

1 系统设计路线

本次系统设计主要包括两部分，分别为硬件、软件系统，其中硬件包括了电源、主控制、电采集、无线传输以及报警等电路；软件包括了系统主程序、电压信息采集、通信和信号解调，采集电池电压相关数据，远程无线数据传输[4]。

1.1 硬件设计

在本次系统设计中运用了HT66F489主控制芯片，该单片机作为一款具有8位高性能精简指令设备，含有RAM数据存储器设备，在应用中能够负责序号、数据校准等非易性数据的EEPROM存储器设备。芯片包含12位多通道A/D转化器，以及定时器装置的灵活应用，能够满足该装置的定时、脉冲生产以及PWM多功能。在硬件系统内建部分还设计完善SPI、I2C功能、灵活化I/O应用与时基功能特点。经采集相较电路情况及时判断异常，装置的硬件系统框图(见图1)。

1.1.1 主控电路设计

图1 系统结构示意图

在该电线电路自动化控制断电报警装置中，无线断电报警电路运用HT66F489主芯片，经28SSOP封装设计该电路，主要负责内置时钟产生器，设计信号解调辅助电路，带死区保护互补PWM输出，以及过电流保护电路等，对于运用无线发射器都十分适用，同时还能够支持低电压复位保护。(见图2)为主控制电路图，电路主芯片的VDD脚电路接3.3V，运用C29滤波。在该系统晶振分别与PB3、PB4两脚相连接。系统指示灯在PC5脚部位连接电阻R44，在PC6脚连接D16及电阻R45；系统PC4、PC3两脚作用于电压采集，PD1～PD4分别用于监测无线输出最终结果。

1.1.2 采集电路设计

在设计该装置采集电路时，设计变压器作降压处理12V整流，之后分压用于电压数据采集，根据(见图3)能够发现，经过该装置的熔断器F2后，电路经R39和C17滤波变压处理形成12V交流电压，之后D10、D11、D12、D13完成电压整流处理，即可经R37、R40、R41完成电流分压，用于数据采集，相较主芯片的内置比较器。

1.1.3 无线输出电路设计

图2 主控电路图

在运用该系统中可以经无线传输，向管理人员远程发送实时监控结果，方便管理人员及时采集电路处理措施。为了保证本次设计无线传输电路模块的系统装置运行稳定性，运用了电源管理芯片HT7463A作电源稳压粗粒，经C2和C27电压输入滤波至VIN脚，之后向SW脚经L1和C24、C25输出滤波，3.3V滤波输出至无线传输模块(见图4)。

在HT7463A中的EN脚与该装置的主控制芯片PD5脚相连接，能够实现电路自动化监测，根据以上说明本次装置设计选用HF-LPT200无线传输模块，能够在应用中发挥降低功耗，提高输出速度的技术优势。该无线传输模块在DVDD脚与3.3V电压相连接(见图5)。传输数据经TX、RX两脚，与主控制芯片PB6与PB7脚相连接。

1.1.4 供电电路及充电电路设计

通过选用1.5V共计5节可充电电池，经CMOS管将Q5电源级与主芯片PC0脚相连接，PC4脚与电池棚集相连接，之后监测电池的电量情况。在电量较预定值明显要小的时候，前端输出12V经D8、D9分别充电(见图6)。无论电源、电池供电，都需要经D8、D9过HT7533稳压芯片之后，并完成滤波处理后输出电压3.3V。

1.2 软件设计

图3 采集电路图

本次设计该断电报警装置系统，对主控制芯片上电后，正常I/O执行、寄存器及变量子系统程序运行情况，并对复位电平是否为1进行判定决定初始化处理。对于该装置的主循环子程序执行监测，实时采集电压数据判断是否异常，一旦发生异常情况，则可以进入报警、无线传输两大程序，为管理人员及时传输异常信息采用针对性处理措施。

2 应用方式

该电路自动化控制及断电报警装置在实际应用中，供电系统稳定工作下，检查放电电流经检查交流无源传感器的放电电流，对于未发生系统短路、断路问题，经主控制芯片完成放电电流采集，判断电流是否处于正常范围内，方便实时监控供电设备。对于未发生电路断开及破坏故障前提下，运用交流无源传感器无法产生不放电电流，所以CPU也就无法检测到正常电流值，这种情况下电流互感器向CPU传输信号，做换电路提示向管理人员发送信号，并远程实时显示于液晶显示器。整个过程无需挖外的人员参与，实现了该装置可以在管理人员无需到达装置现场的前提下，对电路实际运行情况的远程自动化控制，有效确保电路安全稳定运行。

图4 无线传输电路图

图5 无线传输电路

图6 电压电流耦合解调电路图

在出现异常天气条件下，管理人员可以远程发送控制指令，CPU主控制芯片成功接收指令信息后，即可分析指令执行根据结果，用于判断电源设备打开或关闭，从而远程操控该装置。

在该装置运行中的备用电池管理，首先向系统配备UPS智能电源，能够运用锂离子电池为备用电源，在突然断电或是运行过程中所受外力破坏情况下，UPS智能电源可以启动自动化智能供电，保证系统设备的正常稳定运行时间长达4小时以上。与此同时还能够远程持续监测供电情况，将监测所获相关信息向远程控制终端以短信方式传输。

报警设备管理方案，在该电路系统正常运行下，实验室电路装置是无法发出相关警报信息的，一旦报警器超正常监测范围，报警器就会发出相关警报信息，出现短路、断路及着火问题。这样该装置即刻发出警报，经GSM短信模块向管理人员发送警报信息，相关管理人员便即刻采用相关措施确保装置运行安全。

3 装置启动开盖报警闭锁电路设计

本次电路设计运用类似综保装置内载频短路保护这一技术，经载频信号检测执行装置开关断电。在装置启动开盖报警设计中，核心组成即载频电路，产生载频电路相关信号，会始终让馈电开关处于送电状态下，消失后即可馈电开关跳闸。设计此种载频保护电路，固有频率载频信号，在该装置系统运行中一旦发生开盖情况，经开关载频信号短路问题，判定系统载频信号消失，给出馈电开关切断指令过程包括以下：

三极管BC1、电感C1、电容C9、C10、电阻R2元件，组成三点式电感振荡器，在装置运行中可以产生载频信号，经两路输出20kHz信号，L2、R14、R15与C12、C13元件，可以耦合660V/1140V三相电网，经V1、V2及V3输出信号放大用于会回路取样检测信号。正常情况下的系统回路会因为未开盖，形成较高网络绝缘水平，较小的振荡器负载，较高的C2两端输出电压。在放大V1、V2、V3能够获得充分继电电压，吸合选择开关闭合。J1-1恢复闭合状态开关发出报警，J1-3恢复闭合状态下断电，断开J1-2不允许馈电开关送电。

4 结语

综上所述，本文通过设计电路自动化控制及断电报警装置，设计CPU主控制芯片，能够控制该装置的系统主控与备用电路，不仅能够自动化控制系统电路完成开关操作，还能够经装置系统后台运行发出信号，满足管理人员的远程实时控制，通过发送远程控制指令满足了系统智能化处理。并且设计了备用电池和启动装置开盖报警闭锁电路，能够对于装置运行中突发断电，以及所受外力不明原因破坏中，系统可自主发送警报信号，同样向管理人员以短信方式发送警报信息。