基于ARM 的消磁電源控制信號(hào)監(jiān)控設(shè)計(jì)

余錫斌，周佳宇

?

基于ARM 的消磁電源控制信號(hào)監(jiān)控設(shè)計(jì)

余錫斌，周佳宇

（海軍駐桂林地區(qū)軍事代表室，廣西桂林541002)

本文通過(guò)采用ARM微控制器為核心，設(shè)計(jì)新型的消磁電源控制信號(hào)監(jiān)控裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)消磁電源模塊組合后的信號(hào)控制、工作狀態(tài)檢測(cè)、顯示和故障保護(hù)等功能，避免了消磁電源在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的有害信號(hào)對(duì)電源模塊的影響，有效提高電源模塊的可靠運(yùn)行。

ARM 消磁電源

0 引言

模塊化消磁電源作為新型的艦船消磁系統(tǒng)繞組電流供電系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的電機(jī)擴(kuò)大機(jī)供電系統(tǒng)比較，有動(dòng)態(tài)特性好，體積小、安靜、高效等優(yōu)點(diǎn)[1-4]，是目前消磁電流供電設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì),其特點(diǎn)是按照一定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)后的電源模塊，可根據(jù)所輸出消磁電流大小需求進(jìn)行隨意組合。本監(jiān)控裝置是以ARM微控制器為核心[5]，通過(guò)CAN總線接收消磁電流控制設(shè)備（上位機(jī)）信號(hào)后，對(duì)組合在一起的各電源模塊進(jìn)行信號(hào)監(jiān)控，并完成各電源模塊運(yùn)行參數(shù)、工作狀態(tài)的檢測(cè)、顯示和故障保護(hù)，根據(jù)消磁電流控制設(shè)備信號(hào)完成總輸出電流調(diào)節(jié)。

1 設(shè)備工作原理及功能

1）監(jiān)控設(shè)備主要工作原理

ARM微控制器從主、備用消磁電流控制設(shè)備的CAN總線（CAN1）得到該路電源的控制信息，包括電流值、啟動(dòng)信號(hào)及停止信號(hào)，根據(jù)該路所控制的消磁電源模塊數(shù)M，計(jì)算各電源模塊的輸出電流，通過(guò)內(nèi)部CAN總線（CAN2）向各消磁電源模塊發(fā)送控制信息。對(duì)啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)及時(shí)響應(yīng)，控制繼電器，接通或切斷電源模塊的電源。

電路控制系統(tǒng)采用當(dāng)前比較流行的嵌入式[6-7]LPC1768型ARM微控制器，該芯片是基于ARM Cortex-M3 內(nèi)核的32位處理器，用于處理要求高度集成和低功耗的嵌入式應(yīng)用，操作頻率可達(dá)100MHz，具有3級(jí)流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，外設(shè)組件包含高達(dá)512 KB 的flash 存儲(chǔ)器、64KB 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)MAC、2 條CAN 通道和多大70 個(gè)通用IO 管腳等。其優(yōu)點(diǎn)是兼顧高性能、低功耗，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)以往模擬式電位器狀態(tài)下的控制信號(hào)調(diào)整時(shí)，能快速對(duì)消磁繞組輸出電流、電壓的實(shí)時(shí)顯示，為控制信號(hào)數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用提供可靠保證。

監(jiān)控裝置原理框圖如圖1。

2）主要功能

a)進(jìn)行監(jiān)控自檢，缺相檢測(cè)，測(cè)量負(fù)載電流電壓。

b)依CAN總線命令對(duì)電流值均流。

根據(jù)CAN的協(xié)議，接收指令，提取的電流值，并除以所控制的電源模塊數(shù)M，形成每個(gè)電源模塊控制信號(hào)，再通過(guò)CAN2發(fā)送給各電源模塊。

c)對(duì)負(fù)載電流、電壓進(jìn)行采樣、轉(zhuǎn)換，采用3次采樣，取中間值，并在LCD上實(shí)時(shí)顯示負(fù)載電流值，同時(shí)根據(jù)電流值、電壓值及控制量，結(jié)合電源模塊運(yùn)行狀態(tài)等信息，進(jìn)行綜合分析，完成如下功能：

①對(duì)輸出負(fù)載開(kāi)路、短路進(jìn)行識(shí)別、報(bào)警和顯示功能。

②對(duì)輸出電流進(jìn)行誤差判斷，當(dāng)超過(guò)設(shè)定限值時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警并限定輸出。

③對(duì)輸入電源的缺相、過(guò)壓、欠壓進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別、報(bào)警和顯示。當(dāng)檢測(cè)到上述故障時(shí)，能自動(dòng)停機(jī)，故障解除后自動(dòng)恢復(fù)。

d)通過(guò)CAN總線向上返回負(fù)載及電源模塊狀態(tài)信息。

e)按下緊急停車(chē)時(shí)，斷開(kāi)所有電源模塊的供電。

監(jiān)控裝置功能如圖2所示。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件采用C語(yǔ)言[8]，以滿足ARM開(kāi)發(fā)要求的KEIL系統(tǒng)軟件進(jìn)行編程，其系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示，主要實(shí)現(xiàn)如下幾大功能：

1)輸入供電電源檢測(cè)

完成設(shè)備自檢，對(duì)三相輸入電源進(jìn)行缺相、欠壓、過(guò)壓的檢測(cè)判斷。發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)出該路電源模塊供電控制繼電器斷開(kāi)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源模塊的保護(hù)，檢測(cè)到故障解除后發(fā)出自動(dòng)恢復(fù)指令。

2)進(jìn)行輸出電流均流計(jì)算

根據(jù)接收到的控制信號(hào)指令，按電源模塊數(shù)M計(jì)算各個(gè)模塊輸出的電流值并形成控制信號(hào)，再以CAN總線方式送出。在某個(gè)電源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)判斷電源模塊數(shù)增減等具體變化情況，分別調(diào)整各電源模塊的輸出電流，確保整路消磁電流輸出平滑過(guò)渡，無(wú)跳變出現(xiàn)。

3)設(shè)置功能

可通過(guò)鍵盤(pán)及LCD顯示屏進(jìn)行操作，設(shè)置過(guò)壓、欠壓報(bào)警門(mén)限、每路電源模塊數(shù)量及密碼設(shè)定。

4)手動(dòng)/自動(dòng)切換

5)收、發(fā)本路電源模塊工作狀態(tài)信息。

3 本監(jiān)控裝置所具有的特點(diǎn)

本監(jiān)控裝置可很好地兼顧消磁電流控制設(shè)備傳送信號(hào)突變的緩沖作用和消磁電源設(shè)備整體動(dòng)態(tài)性能的要求，避免了在消磁電源設(shè)備開(kāi)機(jī)、運(yùn)行、關(guān)機(jī)等過(guò)程給后級(jí)電源模塊所帶來(lái)的危害控制信號(hào)，有效提高負(fù)載端消磁電源設(shè)備的可靠運(yùn)行。

ARM微控制器能實(shí)時(shí)對(duì)不同電源模塊插槽號(hào)進(jìn)行設(shè)置更改并存儲(chǔ)，方便電源模塊的擴(kuò)展；能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多只電源模塊負(fù)載開(kāi)路、短路、欠壓和過(guò)壓狀態(tài)分析及上報(bào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電源的缺相、過(guò)壓、欠壓進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別、報(bào)警和顯示功能。

采取主、備用雙監(jiān)控單元模式，兩個(gè)監(jiān)控同時(shí)并行工作，具備了冗余技術(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

新研制的監(jiān)控裝置經(jīng)過(guò)一系列的試驗(yàn)和測(cè)試，完全滿足性能指標(biāo)要求。從多次的性能檢測(cè)和功能測(cè)試情況看，新研的監(jiān)控裝置對(duì)整套消磁電源設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)沒(méi)有影響，在實(shí)現(xiàn)各電源模塊運(yùn)行參數(shù)、工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)和顯示的同時(shí)，對(duì)以往控制信號(hào)階躍變化過(guò)程造成的器件損壞等質(zhì)量問(wèn)題得到較好解決。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何希才.新型開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用.科學(xué)出版社，2001.

[2] 周志敏.高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例.人民郵電出版社，2008.

[3] 趙同賀.新型開(kāi)關(guān)電源典型電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[4] 王月愛(ài),王勃.電源技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)展趨勢(shì).《中國(guó)集成電路》，2012,（4）:69-72.

[5] 周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

[6] 王田苗.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開(kāi)發(fā)[M].清華大學(xué)出版社,2003.

[7] 何立民. MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)（系統(tǒng)配置與接口技術(shù)）[M].航空航天大學(xué)出版社，1995.

[8] 趙仕健.Visual C++ 6.0編程與實(shí)例解析[M].科學(xué)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

余錫斌(1969-)，男，碩士，高級(jí)工程師。研究方向：艦船消磁電流控制設(shè)備。