海底觀測(cè)網(wǎng)接駁盒不間斷電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

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1、第32卷第4期2013年12月海洋技術(shù)OCEANTECHNOIDGYV01．32，No．4Dec，2013海底觀測(cè)網(wǎng)接駁盒不間斷電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)呂斌，李正寶，杜立彬(山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所，山東青島266001)摘要：為了實(shí)現(xiàn)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)接駁盒的不間斷供電，設(shè)計(jì)出一種性能穩(wěn)定、快速響應(yīng)的電源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件資源包括單片機(jī)、主電源與后備電源切換控制電路、充電電路、電源參數(shù)檢測(cè)及通訊電路：系統(tǒng)通過單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接駁盒的電流、電壓與溫度等電源系統(tǒng)參數(shù)，針對(duì)出現(xiàn)的異常狀況．可快速主動(dòng)地在主電源與后備電源之間進(jìn)行切換控制，并依據(jù)海岸基站發(fā)出的遠(yuǎn)程

2、指令對(duì)電源管理系統(tǒng)進(jìn)行故障應(yīng)急處理。試驗(yàn)證明。該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。能夠保障海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了其維護(hù)成本。關(guān)鍵詞：海底觀測(cè)網(wǎng)；接駁盒：不聞斷電源管理系統(tǒng)；電源監(jiān)控；單片機(jī)中圖分類號(hào)：Ⅱ)274+．2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1003—2029(2013)04-0028---05海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)是近幾年國(guó)內(nèi)開始研究的新課題。海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可提供多要素、多學(xué)科的長(zhǎng)期實(shí)時(shí)觀測(cè)，可應(yīng)用于包括基礎(chǔ)科學(xué)研究、資源與能源、勘探開發(fā)利用、災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)、航海等方面的研究工作，能滿足對(duì)海底、水體和海面各種參數(shù)要素的觀測(cè)需求【11。海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中電能是海底觀測(cè)網(wǎng)

3、絡(luò)的命脈，沒有電能系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)121。當(dāng)海底觀測(cè)網(wǎng)由于故障等原因?qū)е轮麟娋W(wǎng)斷開時(shí)，海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的儀器和設(shè)備將會(huì)停止工作，觀測(cè)數(shù)據(jù)將會(huì)中斷，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將陷入癱瘓狀態(tài)。為保證海底觀測(cè)網(wǎng)的正常運(yùn)行，在系統(tǒng)接駁盒中往往設(shè)置有后備電池組作為不問斷電源，以確保海底觀測(cè)的長(zhǎng)期性和連續(xù)性，進(jìn)而為深?？蒲泄ぷ魈峁┩暾行У臄?shù)據(jù)131。本文針對(duì)海底觀測(cè)網(wǎng)接駁盒低壓直流負(fù)載不問斷電源管理系統(tǒng)的具體應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)出一種以單片機(jī)為控制核心的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源系統(tǒng)多項(xiàng)參數(shù)，可快速主動(dòng)地在主電源與后備電源之間進(jìn)行切換控制，并根據(jù)海岸基站發(fā)出的遠(yuǎn)程指令對(duì)

4、電源管理系統(tǒng)進(jìn)行故障應(yīng)急處理。1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的電路原理框圖如圖1所示。海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)接駁盒不間斷電源管理系統(tǒng)，包括對(duì)主電源輸出的直流高壓進(jìn)行降壓變換的降壓模塊、后備電源以及單片機(jī)；降壓模塊的輸出48VDC通過第一開關(guān)的開關(guān)通路一方面連接一顆二極管的陰極，而二極管的陽(yáng)極連接后備電源，另一方面通過DC／DC模塊輸出供電電源至單片機(jī)以及海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)電路控制板；降壓模塊和后備電源輸出的直流電源分別通過電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路進(jìn)行采樣后，輸出檢測(cè)信號(hào)至單片機(jī)，單片機(jī)GPIO輸出控制信號(hào)至第一開關(guān)的控制端。降壓模塊的輸出端通過第三開關(guān)的開關(guān)通路

5、連接后備電源，單片機(jī)GPIO輸出控制信號(hào)至第三開關(guān)的控制端，在主電源正常且后備電源欠壓時(shí)，控制第三開關(guān)導(dǎo)通，利用主電源為后備電源充電。此外，降壓模塊的輸出端通過第三開關(guān)的開關(guān)通路連接一逆變電路的輸入端，逆變電路的輸出端連接充電電路，通過充電電路輸出充電電流至后備電源。后備電源優(yōu)選使用鋰電池組，其輸出的直流電壓的幅值等于降壓模塊輸出的直流電壓的幅值。在后備電源上連接一熱敏電阻，通過熱敏電阻檢測(cè)后備電源的溫度，并輸出檢測(cè)信號(hào)至單片機(jī)。電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路和熱敏電阻分別連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量的檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出至單片機(jī)。為了

6、滿足單片機(jī)與節(jié)點(diǎn)電路控制板的不同供電需求，將降壓模塊的輸出端通過第一開關(guān)分別與兩個(gè)DC／DC模塊的輸入端對(duì)應(yīng)連接，其中一個(gè)DC／DC模塊的輸出5VDC通過第二開關(guān)的開關(guān)通路連接節(jié)點(diǎn)電路控制板的供電端，第二開關(guān)的控制端接收單片機(jī)GPIO輸出的控制信號(hào)；另外一個(gè)DC／DC模塊的輸出12VDC通過第四開關(guān)的開關(guān)通路連接單片機(jī)的供電端，第四開關(guān)的控制端接收節(jié)點(diǎn)電路控制板IO電路輸出的控制信號(hào)。在第四開關(guān)的開關(guān)通路與單片機(jī)的供電端之間還連接有一穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓生成單片機(jī)所需的供電電源3．3VDC；第一開關(guān)、第二開關(guān)和第四開關(guān)優(yōu)選采用常閉開關(guān)，以減少開關(guān)的動(dòng)作次

7、數(shù)。單片機(jī)通過串口通訊芯片與收稿日期：2013—04--03作者簡(jiǎn)介：呂斌(1980一)，碩士，助理研究員，主要研究方向?yàn)樯钸h(yuǎn)探測(cè)技術(shù)及海洋儀器研究。Email：lvbin20031@163．tom第4期呂斌，等：海底觀測(cè)網(wǎng)接駁盒不間斷電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖l海底觀測(cè)網(wǎng)不間斷電源管理系統(tǒng)的電路原理框圖節(jié)點(diǎn)電路控制板進(jìn)行串口通信，傳輸控制信號(hào)。單片機(jī)還內(nèi)置有以太網(wǎng)控制器，連接以太網(wǎng)接口，進(jìn)而通過以太網(wǎng)交換機(jī)與海岸基站連接通訊，以滿足海岸基站與單片機(jī)之間的遠(yuǎn)距離通信要求。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)接駁盒不間斷電源管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要涵蓋單片機(jī)外圍電路、模數(shù)

8、轉(zhuǎn)換及電源參數(shù)檢測(cè)電路、充電及逆變電路、開關(guān)控制電路及串口與以太網(wǎng)通訊電路等。2．1單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì)選用Microc