UPS断电响应通信模块

苏权锦

2019年暑假，我在写实习报告时突然停电了，来电之后电脑无法开机，我的实验报告永远地消失了。后来我换了一块硬盘，电脑才能正常启动。这次丢失数据的意外事件深深地触动了我，我决定探究如何解决电脑突然断电、丢失数据的问题。

在此过程中，我发现了UPS系统无法实现安全关机的弊端，进而想到解决因UPS电量不足导致计算机断电的方法，并开发出一种UPS断电响应通信模块（以下简称通信模块），用于电源断电检测，实现计算机安全关机。

一、UPS原理

UPS即不间断电源，在电网异常的情况下可不间断地为负载电器提供电源。UPS系统由滤波电路、整流器、充电器、电池组、逆变器、旁路开关等构成。

当市电中断时，在极短的时间内，由UPS内置的电池组经逆变器转换为交流电，为用电设备持续提供电源。

二、设计方案

通信模块由设备硬件和设备固件组成，并与上位机软件（指安装在与通信模块连接的计算机上的通信软件）协同工作。

上位机软件随计算机启动自动运行，并自动读取用户设置的通信模块识别信息、指令发送时间间隔等参数，按照上述参数自动连接通信模块并保持通信。

当市电中断时，UPS由内置电池组向计算机供电，通信模块检测到市电中断，上位机软件按照用户设置的时间间隔向通信模块发送指令，当连续查询到市电中断信息后，调用对应的程序自动关闭计算机。模块工作方式如图2所示，其中红色为AC 220V电路，蓝色为通信电路，绿色为DC 5V电路。

设备由外壳、USB接口、51单片机芯片STC15W204、USB转TTL芯片CH340N、光耦芯片LTV354、LED指示灯等组成。USB接口用于连接计算机。USB转TTL芯片用于与计算机、单片机通信。51单片机用于检测市电，向上位机发送市电检测信息。

Micro USB连接5V电源，考虑到大量淘汰的智能手机采用该接口，可采用此类具有Micro USB接口的充电器为设备提供市电检测的电源输入，既可利用淘汰手机的充电器，降低成本，又能避免重复生产电源带来的环境污染和能源消耗。实物如图3所示。

三、创新点

1.电子元件较少，选用的元件稳定可靠，故障率低。简化固件设计，上位机软件设计充分考虑了意外状况，工作可靠性高。

2.具有市電在线指示灯，同时作为检修指示灯，方便观察工作状态。上位机软件界面设计简单，使用方便。

3.硬件设计在保证功能的同时减少元件、减小体积，造价低廉，又采用的是废旧电源，更加环保。

4.除借助通信模块实现关机功能外，也可作为智能UPS系统的备份检测装置。另外，在上位机软件设计中可增强对数据保护的设计，加强数据保护，或构建可实现更多功能的通信模块系统。（指导老师：何文才）