雷達電源監(jiān)控系統(tǒng)及其設計分析

李 猛

（海華電子企業(yè)（中國）有限公司，廣東 廣州 510656）

0 引 言

隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展和進步，雷達電源的應用范圍越來越廣，雷達總體對電源的監(jiān)控要求也在提高。為了打造良好的電源應用狀態(tài)，需要匹配總線系統(tǒng)，建構(gòu)更加合理的功能單元管理機制，從而促進數(shù)字監(jiān)控的全面發(fā)展。

1 雷達電源監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 RS485總線技術(shù)

近年來，人們對RS485總線技術(shù)系統(tǒng)的研究越來越深入，要想充分發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢，就要結(jié)合物理層標準、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、網(wǎng)絡拓撲和控制等內(nèi)容完善技術(shù)應用效果。

RS485總線系統(tǒng)本身就是平衡差分系統(tǒng)，在每個獨立的節(jié)點安裝收發(fā)器，配合驅(qū)動器和接收器就能完成一路信號的傳遞和處理。此外，上位機和下位機也要借助RS485收發(fā)器進行總線連接。結(jié)合EIA標準規(guī)定，針對泄漏電流為1個基礎單位的，則1條總線上至多能連接32個節(jié)點，依據(jù)收發(fā)器的實際驅(qū)動能力實現(xiàn)合理性掛接操作[1]。

在OSI模型中，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議能有效提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嵭裕粌H能為上層提供無差錯的通道來保證服務的質(zhì)量，而且也能支持傳輸媒體對不可靠因素的屏蔽處理。基于此，在實際設計過程中就要結(jié)合下位機正常響應指令的順序落實對應工作，并且關(guān)注數(shù)據(jù)幀格式的兼容性，維持良好的在線監(jiān)測處理狀態(tài)。

常規(guī)化的網(wǎng)絡拓撲采取的是終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，若是線路較長，則通信波特率數(shù)值較高，總線的電壓往往會在傳輸終端出現(xiàn)折反射，影響其可靠性。因此，要結(jié)合實際應用要求在傳輸線的終端和首端并聯(lián)電阻，并且保證電阻參數(shù)的匹配性，其數(shù)值約等于波阻抗，這種方式能最大化減少電流的損耗，避免負載超標。

1.2 I2C總線技術(shù)

I2C總線技術(shù)是實現(xiàn)芯片串行通信總線的技術(shù)模式，依據(jù)連線就能打造全雙工同步數(shù)據(jù)傳輸體系，并且能維持器件之間地址和數(shù)據(jù)信息的雙向傳送，提升綜合控制的規(guī)范性。在I2C總線系統(tǒng)中，借助兩根基礎的信號線維持器件之間地址信息和數(shù)據(jù)信息的實時性傳遞。其中一條線是數(shù)據(jù)線SDA，另一條線是時鐘線SCL，兩者形成雙向信號傳遞處理模式。輸出電路完成總線數(shù)據(jù)信息的傳輸，輸入電路則匯總接收數(shù)據(jù)，能在提升數(shù)據(jù)傳輸可靠性的基礎上實現(xiàn)一臺主機對總線的控制，并且啟動和結(jié)束均由同步脈沖管理[2]。

1.3 單總線系統(tǒng)

在單總線系統(tǒng)中，接口訪問內(nèi)容要滿足單總線命令序列的基本要求，維持綜合流程的規(guī)范性和科學性。按照初始化命令、存儲器操作命令、數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯慰偩€命令有序落實相應工作，其中存儲器操作命令是主機發(fā)出相應的指令，然后驅(qū)動對應設備開展匹配動作，數(shù)據(jù)傳輸時要結(jié)合主機要求的信息內(nèi)容實現(xiàn)串行傳輸處理。本文以單總線測溫器件為例，要實現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換指令、溫控器及狀態(tài)寄存器指令、高精度指令的功能處理。其中，溫度轉(zhuǎn)換指令中要完成溫度讀取、啟動轉(zhuǎn)換以及停止轉(zhuǎn)換等操作。

1.4 嵌入式系統(tǒng)

在計算機技術(shù)全面發(fā)展的時代背景下，嵌入式控制系統(tǒng)成為重要的工業(yè)控制總線模式。利用超大規(guī)模、超低功耗的電路模式，融合高抗干擾電磁兼容技術(shù)，就能構(gòu)建完整的總線體系，有效滿足具體應用要求。本文以PC/104主機板為例，其匹配的嵌入式PC模塊能有效提升智能控制的可靠性。打造Sys Centre Module，具有高度集成性和自棧結(jié)構(gòu)特點。將增強型80846處理器作為CPU，能在DMA控制器兼容處理的基礎上減少功耗[3]。

2 雷達電源監(jiān)控系統(tǒng)設計方案

依據(jù)具體設計標準落實相應工作，同時結(jié)合電源監(jiān)控系統(tǒng)的要求，優(yōu)化硬件和軟件設計的質(zhì)量，從而實現(xiàn)雷達電源監(jiān)控系統(tǒng)的應用目標。

2.1 硬件設計

依據(jù)雷達電源監(jiān)控系統(tǒng)的應用要求和規(guī)范落實相應模塊的處理，要保證硬件配置的規(guī)范性和科學性。基礎硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 基礎硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

底層電源監(jiān)控模塊主要是安裝在被監(jiān)控的電源內(nèi)部，電源監(jiān)控數(shù)據(jù)匯總模塊安裝在相鄰電源機柜設備中，頂層管理級計算機則依據(jù)顯控計算機來滿足管理應用要求。

在整個系統(tǒng)中，每個監(jiān)控模塊都要結(jié)合組合電源進行合理的隔離處理，并且應用I2C總線技術(shù)方案維持總線相互通信的實時性和規(guī)范性。需要注意的是，監(jiān)控模塊和數(shù)據(jù)匯總模塊之間要匹配RS485總線，以維持或管理計算機通信任務的規(guī)范性[4]。

2.1.1 監(jiān)控模塊

在監(jiān)控模塊設計過程中，要結(jié)合多路模擬隔離監(jiān)控系統(tǒng)分解的功能，有效建立獨立的控制單元，并且依據(jù)單元組合模式提升模擬量參數(shù)實時性監(jiān)測的合理性，減少資源浪費。監(jiān)控模塊主要包括監(jiān)控主板、隔離板以及采樣板，一般采取多路采樣隔離的方式，能在兼顧系統(tǒng)成本的同時配合內(nèi)部隔離總線實現(xiàn)模塊設計。

監(jiān)控主板主要提供系統(tǒng)多路隔離供電的監(jiān)控功能，并且能結(jié)合本地串口完成RS485總線隔離電氣轉(zhuǎn)換工作。從內(nèi)部發(fā)出功率開關(guān)的輸出控制指令，并且提供主采樣板接口。在電源輸入交流電后，交流電要經(jīng)過變壓器的降壓處理、整流處理以及濾波后電壓輸出處理，最終輸出的參數(shù)能有效反映交流輸入電壓的情況。配合主路電源對采樣單元A/D監(jiān)測電源進行讀取，可以了解系統(tǒng)的實際運行情況，并且配合交流輸入電壓控制電源的通斷。

2.1.2 電源監(jiān)控數(shù)據(jù)匯總

較為常見的電源監(jiān)控系統(tǒng)中，上位機接口設計模塊較多，并且能配合RS485總線接口要求完成多樣化接口并行的數(shù)據(jù)交換操作。綜上所述，電源監(jiān)控數(shù)據(jù)匯總模塊中，借助RS485總線實現(xiàn)對上位機和下位機的實時性監(jiān)測，以保證電源監(jiān)控數(shù)據(jù)匯總后電源供電系統(tǒng)和上位機通信接口設備的聯(lián)動更加合理和規(guī)范。

本文以PC104主板和擴展板設計為例，在實際設計過程中要綜合考量硬件接口多樣性和軟件開發(fā)的便利性，借助BIOS設置實現(xiàn)IDE接口控制。利用“Ctrl+Alt+Esc”就能進入系統(tǒng)設置的首頁面，然后依次點擊Type改為“Auto”，并配合保存AT disk1和AT disk2，就能在頂層菜單中保存設置[5]。

2.2 軟件設計

2.2.1 采樣板軟件設計

對于整個雷達電源監(jiān)控系統(tǒng)而言，軟件設計內(nèi)容要符合實際應用標準，確保對應的操作內(nèi)容和設計單元能充分滿足功能需求，從而建立匹配的系統(tǒng)設計流程。尤其是底層采樣板軟件，要具備主從機檢測和設備檢測等功能，并且能結(jié)合內(nèi)容配置有效顯示對應參數(shù)。在應用過程中，軟件能及時回傳輸出直流電壓、環(huán)境溫度、散熱器溫度等信息，可以有效完成采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波處理，同時能有效完成歸一化采樣數(shù)據(jù)的控制[6]。

從代碼實際應用效率和運行要求出發(fā)，要保證底層電源監(jiān)控模塊軟件匯編編程的可行性，提升系統(tǒng)整體抗干擾效果。整個系統(tǒng)內(nèi)部應用I2C總線技術(shù)模式，在外部機械功率開關(guān)產(chǎn)生相應動作的基礎上，檢測數(shù)據(jù)包的規(guī)范性。與此同時，軟件設計中還需要結(jié)合控制功能進行許可證制度管理，確保能實時監(jiān)督過壓、過流以及過溫情況。對于重要數(shù)據(jù)要進行三重保護，先在數(shù)據(jù)段中進行備份，重復兩次，然后在代碼段再進行一次備份處理。一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，就要借助兩級恢復命令及時完成數(shù)據(jù)的恢復，同時保證系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)[7]。

基本流程如下：一是跳轉(zhuǎn)到E000h；二是PLL、CFG841及SP設置；三是執(zhí)行用戶程序代碼的讀取，結(jié)合開機狀態(tài)完成對應單元的跳轉(zhuǎn)；四是結(jié)合開機狀態(tài)改變標識；五是利用電源監(jiān)視器、看門狗等進行初始化控制；六是激勵主從機械標識；七是參數(shù)表分析，顯示錯誤就要及時進行修復處理，顯示正確則進行微機號、保護特性、AD以及定時器等內(nèi)部RAM初始化處理；八是進入主循環(huán)流程。

2.2.2 電源監(jiān)控數(shù)據(jù)匯總軟件

在中間層電源監(jiān)控數(shù)據(jù)匯總軟件中，要確保其具備依照配置文件參數(shù)自動配置系統(tǒng)的功能，并且借助RS232就能建立和頂層管理級計算機通信的應用平臺。結(jié)合協(xié)議要求，及時完成頂層管理級計算機提出的相關(guān)內(nèi)容，配合RS485接口巡檢總線完成電源監(jiān)控。此外，軟件要具備EL屏顯示受控對象實時性參數(shù)狀態(tài)的功能，依據(jù)觸摸屏就能實現(xiàn)底層電源監(jiān)控模塊的具體操作，提升開機程序和電流預警等功能單元的科學性和合理性[8]。匯總軟件的構(gòu)成如圖2所示。

圖2 匯總軟件構(gòu)成

觸摸屏的基礎操作要按照系統(tǒng)分級落實。在頂層菜單中，受監(jiān)控機柜的圖標顯示是機柜的名稱，而對應的下一級菜單則主要是插箱等設備的圖標。依據(jù)電源類型和實際應用狀態(tài)完成選擇，實現(xiàn)系統(tǒng)級、機柜級以及單電源級控制。

顯示屏要依據(jù)匯總信息和數(shù)據(jù)內(nèi)容顯示出對應的實時性狀態(tài)，包括以下6種。一是未插，表示總線上設備無對應微機號的可監(jiān)控電源；二是過壓，表示輸出直流電壓超出標準上限；三是過流，表示輸出直流電流超出上限；四是欠壓，表示輸出直流電壓超出下限；五是欠流，表示輸出直流電流超出下限；六是欠警，表示輸出直流電流超出預警的下限。

對于雷達電源監(jiān)控系統(tǒng)而言，為了維持其應用的規(guī)范性和科學性，需要在軟件體系中設置特定自檢模式。結(jié)合模式編碼對電流預警模板文件予以應用，從而實時性記錄相關(guān)信息，對比歷史溫度參數(shù)，更好地實現(xiàn)合理監(jiān)控。此外，若是條件允許，需要借助程控交流源進行對應的負載測試分析，并以此為依據(jù)進行程序的調(diào)試[9,10]。電源監(jiān)控模塊調(diào)試程序界面如圖3所示。

圖3 電源監(jiān)控模塊調(diào)試程序界面

3 結(jié) 論

總而言之，雷達電源監(jiān)控系統(tǒng)的設計要結(jié)合指標要求，充分發(fā)揮監(jiān)控單元的優(yōu)勢作用。全面評估供電需求，并且結(jié)合相應的數(shù)據(jù)分析和結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行處理，提升電源散熱設計的規(guī)范效果，確保系統(tǒng)模塊化操作流程更加合理，為雷達通用電源管理工作的全面推進奠定堅實基礎。