中波臺發射機房電力參數監控系統設計與實現

鄭天驥

摘要：中波臺發射機房的電力系統一般由一路市電或者兩路獨立的市電以及一臺發電機組成，電力系統發生故障往往會造成大面積的停播事故，后果十分嚴重。為幫助機房值班人員快速了解電力系統的各種參數，迅速排除故障，福建四0三臺設計一款多點電力參數監控系統，能夠實時顯示電壓值，具備電力參數異常報警等功能。

關鍵詞：電力參數監控 STM32單片機 Modbus通訊協議

總體方案設計

福建四〇三臺電力系統是由一路市電和一臺大功率柴油發電機組成，通過一個雙電源自動切換裝置送到交流電壓穩壓器，經過穩壓后給發射機等設備供電。電力參數監控系統主要由電力參數采集儀表和自主設計的主控電路組成，電力參數監控系統設置了市電電壓采集點、發電機電壓采集點、穩壓器穩壓輸出采集點，采集的電壓數據通過RS485通訊總線送到主控板進行各種參數處理顯示，電力參數監控系統總體框圖如圖1所示。

硬件電路設計

主控電路由單片機控制單元、電力參數采集部分、電壓顯示模塊、狀態指示電路、報警電路、電源部分組成。主控電路實現了采集多點電力參數、顯示電力參數、參數異常判斷以及狀態指示和報警等功能。電力參數監控系統主控電路框圖如圖2所示，其中電力參數采集儀表、RS485接口電路構成了電壓采集部分，電源/充電、備用電池、穩壓模塊構成了電源部分。

單片機控制單元采用的是意法半導體在2007年發布的一款基于ARM公司開發的Cortex-M3內核基礎上添加一些必要的外設組成的微控制器。STM32系列微控制器主頻高，處理指令速度快，在程序存儲空間上和其他產品拉開了明顯的差距。

由于電力參數采集儀表的采集點距離機房控制室較遠，所以采用了RS485通訊的方式與單片機控制單元進行通訊。RS485通訊采用平衡傳輸方式，對共模干擾有很強的抑制能力，在采用雙絞屏蔽線的情況下可以實現1000米左右的穩定通訊。RS485通訊使用主從半雙工的通訊模式，多個收發設備接到同一條數據總線上，實現單片機和電力參數采集儀表之間的通訊。

LED點陣屏是通過多個LED按照一定規則排列起來的列陣組成的一個顯示屏，通過不同位置的LED亮滅來顯示文字和簡單的圖片等。LED點陣顯示屏制作相對簡單，使用方便，在許多領域都有應用。本設計采用模塊化的16×64像素點陣屏，可以同時顯示4個漢字或8個數字以及英文字母，模塊化的點陣屏使用非常簡單只要通過一個接口就可以實現中文、數字以及英文字母的顯示。單片機控制單元與LED點陣屏之間通過J2接口連接，通過單片機I/O控制點陣顯示屏，完成電壓的實時顯示。LED點陣屏接口電路如圖3所示。

狀態指示電路由四個雙色發光二極管，四個限流電阻組成。D9、D10、D11分別指示三個電壓采集點參數是否正常，正常顯示綠色，異常顯示紅色。D12指示報警聲是否關閉。報警打開顯示綠色。報警關閉顯示紅色。狀態指示電路如圖4所示，單片機引腳輸出低電平時二極管點亮。

報警電路主要由D類音頻放大集成電路PAM8303D構成，PAM8303D是一款輸出功率3W的單聲道無濾波器D類音頻放大器，在輸出1W功率時效率達到了90%。當單片機檢測到任意一路電壓異常時，單片機引腳輸出1KHZ的音頻信號送到音頻放大電路的信號輸入端，并拉高PAM8303D第6腳的電平使能PAM8303D，讓音頻放大器處于工作狀態發出洪亮的聲音報警，提醒技術人員及時處理。

軟件系統設計

軟件系統是整個電路系統不可或缺的一部分，也是整個設計重要的一環。軟件系統實現了對硬件資源的分配和管理運用，通過科學規劃使用硬件資源實現了整個電路系統所要達到的功能。本系統的軟件實現了電力參數采集儀表數據的讀取和處理，然后通過LED點陣屏顯示實時的三相電壓值，并且對電壓值數據進行判斷，如果電壓值有異常就開啟報警指示，并不斷的循環上述步驟，主程序流程圖如圖5所示。

總結

電力參數監控系統實現了對發射機房電力系統多個重要節點參數的監控，通過大屏幕直觀地顯示了當前的電力參數信息，在各路電源電壓值過低過高以及出現相位缺失時能夠及時的進行預警，為技術人員提供了準確的信息，為排除故障節約了寶貴的時間，為零秒停播提供了可靠的保證。

（作者單位：福建省廣播電視傳輸發射中心四〇三臺）

參考文獻：

1.彭 剛：《基于ARM Cortex-M3 的STM32系列嵌入式微控制器應用實踐（第2版）》，北京：電子工業出版社，2016版。