以TMS320F28335為主處理器的車載智能電源控制器的設計

姚 力

（南京萊斯信息技術股份有限公司，江蘇 南京 210007）

0 引 言

機動指揮車系統配備有計算機網絡設備、現代辦公系統設備、通信系統設備以及音視頻系統設備，系統設備總功耗大，用電要求復雜。作為車載系統工作的關鍵設備，車載智能電源控制器和電源系統的質量直接決定指揮車系統的工作質量。車載智能電源控制器有單向交流電、三相交流電和油機等供電手段和多種供電保護方式，可作為車載設備應用于大中型指揮通信車載系統和軍用指揮所車載系統。此外，控制器配有三種供電電源輸入口，可依據市電優先原則自動驅動相應的供電電源，為空調器、動力設備和UPS供電，保證電源配電系統的高可靠性、一體化、模塊化以及智能化。

1 機動指揮車系統配電架構圖

應急指揮車供電需要多種電源輸入，以確保系統在突發狀況下不斷電。這需要智能電源控制器具有切換功能，且要保證大量設備由UPS提供穩定的電源，促使在外電突然斷電后，系統仍有20 min不間斷電能的提供，以便保存數據。設備電源線最終要插入到PDU上。機動指揮車設備系統配電架構如圖1所示。

2 智能電源控制器功能架構圖

智能電源控制器由主電源切換電路、DSP主控制電路、組態觸摸屏以及輸出主交流接觸器組成。其中，DSP主控制電路又由232接口電路、電壓、電流、漏電變送電路、輸入狀態檢測電路、繼電器開關驅動電路以及網絡接口集成電路組成，其功能架構如圖2所示。

圖1 機動指揮車系統配電架構圖

圖2 智能電源控制器功能架構圖

2.1 主電源切換電路

主電源切換電路由三個四級施耐德交流接觸器（K1,K2,K3）和三個中間繼電器（J1,J2,J3）組成，三相市電、單相市電和發電機的電源主線分別輸入至K1、K2和K3，而三相市電、單相市電和發電機的電源控制線分別輸入至J1、J2和J3的線圈。其邏輯關系設定為：（1）當J1有電（三相市電）輸入時，K1合閘，同時鎖定K2和K3斷開；（2）當J2有電（單相市電）輸入時，K2合閘，同時鎖定K3斷開；（3）當J3有電（發電機）輸入時，K3合閘。

2.2 輸出主交流接觸器

輸出主交流接觸器的合閘受控于主板的繼電器開關驅動電路，而開關驅動電路是由DSP處理器控制。DSP主控電路的A/D單元實時采樣電壓、電流以及漏電的模擬量，在量化后經DSP處理器運算，與存儲在FLASH的預定值相比較，如大于設定的閾值，即認定為過壓、過流或漏電。DSP可通過控制繼電器開關驅動電路，控制輸出主交流接觸器的合閘，從而實現對系統過壓、過流或漏電保護。

2.3 DSP主控單元

DSP主控制電路由232接口電路、電壓、電流、漏電變送電路、輸入狀態檢測電路、繼電器開關驅動電路以及網絡接口集成電路組成。

DSP處理器選用TI公司TMS320F28335[1]，采用先進的哈佛總線，地址總線、程序總線和數據總線相互獨立，CPU訪問程序空間和數據空間效率提升一倍。同時，處理器主頻為150 M，外設接口電路豐富，含SCI總線、SPI總線、IIC總線、CAN總線以及多串口緩沖接口等。

交流電壓互感器輸出的信號會送到ADC輸入端口[2]，DSP采集該信號，通過運算得出相應的電壓值。電流傳感器負責將負載供電電流取樣值輸入到DSP[2]，通過DSP計算得到負載電流值。漏電流傳感器則可將負載供電漏電流取樣值輸入到DSP[2]，利用DSP計算出負載電流值。

利用SCI總線可擴展一路232接口電路，實現組態觸摸屏數據通訊。DSP總線接口的數據總線和地址總線會與網絡接口集成電路W5300相連接，擴展一路IP接口。此外，IP接口連接到交換機，可傳輸UDP報文，與PDU實現網絡數據通訊，控制PDU每一路的電源開關。

2.4 組態觸摸屏

觸摸屏232總線可與DSP主控單元實現數據通信。觸摸屏憑借組態軟件的編程，成功實現人機操作交互，且界面友好，圖標美觀豐富，動態感強。

3 觸摸屏的界面設計與操作說明

3.1 開機主界面

在設備加電后，觸摸屏高亮顯示五個圖標：運行監控、參數設置、配電圖、電源控制以及網絡設置。

3.2 運行監控

點擊“運行監控”圖標后，界面會顯示三路電壓、電流數值、3個輸入狀態指示燈以及4個報警指示燈（過壓、缺相、過流、漏電），如圖3所示。

其中，電壓1與電流1顯示第一路交流輸出的電壓與電流數值，電壓2與電流2顯示第二路交流輸出，電壓3與電流3則顯示第三路。當軟件檢測到外部輸入有效時，相應的指示燈會發亮。而當系統發生異常（過壓、過流、漏電、缺相）時，相應的指示燈閃爍，同時蜂鳴器發出報警聲。

圖3 運行監控界面

3.3 參數設置

點擊“參數設置”圖標后，輸入密碼即可進入下一級界面參數設置，有“過壓閥值”、“過流閥值”和“漏電閥值”三個選項。如點擊“過壓閥值”，則進入過壓閥值設置界面。按“←”“→”鍵改變光標位置，按“↑”“↓”鍵更該數值。設置完成后按“確認”將設置屬性值存儲至主控板的FLASH，并返回上級界面，如直接按“返回”圖標，設置的值不會存儲，直接返回上級界面。

3.4 配電圖

點擊“配電圖”后，進入下一級界面，有“系統總圖”和“配電詳圖”兩個菜單。

點擊“系統總圖”進入系統總圖界面，會顯示整車配電系統框圖、當前輸入狀況以及電源至負載的電源流進通路，提供用戶配電的整體印象，如圖4所示。如發電機有電輸入（紅色線標），而三相市電和單相市電沒有輸入，智能電源控制器會自動切換至發電機輸入，提供UPS1、UPS2、PDU5以及PDU6。

圖4 配電系統總圖顯示界面

點擊“配電詳圖”，則詳細顯示每個設備連接至第幾PDU的第幾輸出口，方便日后維修。

3.5 電源集控

點擊“電源集控”后，進入下一級界面，如圖5所示。

該界面每個按鍵對應PDU獨立的8個開關，高亮顯示表示輸出開關閉合，在點擊后，會轉為灰色顯示，輸出開關斷開。如果點擊“一鍵開”，將按照程序控制流程，先后開啟車載每個設備的電源開關，操作簡便。

3.6 網絡配置

該界面主要用于設置本端的IP地址、SOCKET端口號、目的端的IP地址以及SOCKET端口號。

圖5 電源集控界面

4 結 論

設計應用車載智能電源控制器可以實現多電源輸入的切換以及過壓、過流與漏電的保護。同時，也可為指揮車提供統一的設備電源接口，通過IP接口控制PDU的電源接口輸出，操作方便，增強應急指揮車處理突發事件的效率。