中心論題：

• 一種帶檢測和保護功能的智能化電源。
• 係統的硬件設計介紹。
• 係統的軟件設計介紹

• 采用過電壓檢測電路防止係統模塊損壞。
• 峰值電壓采樣保持電路避免采樣電路一直跟蹤峰值的變化
• 單片機控製回路保護電源本身。
  

隨著電子技術和電源技術的發展，開關電源以體積小、重量輕、功率大
、集成度高、輸shu出chu組zu合he便bian利li等deng優you點dian而er成cheng為wei電dian子zi電dian路lu電dian源yuan的de首shou選xuan。在zai實shi際ji的de工gong作zuo環huan境jing中zhong，特te別bie是shi在zai一yi些xie工gong業ye場chang所suo中zhong

，電dian磁ci環huan境jing十shi分fen惡e劣lie，常chang常chang有you異yi常chang情qing況kuang出chu現xian
，例li如ru過guo電dian壓ya、瞬態脈衝衝擊波、強電磁輻射等
，這些都有可能擊毀電源
，影響整個係統的工作。本文對以微處理機為核心的“透明”電源檢測技術輔以提高開關電源抗過電壓
、抗幹擾性能的手段，設計了一種具有保護和監控功能的開關電源。

設計思想
隨著電子設備對電源係統要求的日益提高


，研究廉價的具有監視、guanligongdiandianyuangongnengdekaiguandianyuanyulaiyuxiandebiyao。benwenzaizonghekaolvdianyuangezhongjishuxingnengheduizishendeanquanyaoqiuyijikaiguandianyuanxingnengdejichushang
，shejichuleyizhongxinxingshiyongdedaiyouguodianyajiancehebaohuzhuangzhidezhinenghuadianyuan。tajuyouyixiajigetedian：
a實現了對過電壓的檢測，並能記錄每次過電壓的瞬時值和峰值，可啟動備用電源供電，實現對電子電路的保護作用。
b具有抗衝擊能力強、使用壽命長、帶液晶屏數字監視的特點，同時通過RS485通信接口與管理計算機通訊能實現“透明”電源的工作和保護等功能。
c能實時顯示輸出電壓、電流的大小，過電壓的次數、大小以及必要的參數設置信息。
d通過接口與後台或遠端PC機實現數據傳送。

智能化電源的核心由顯示板

、CPU板、通信板、備用電源板、過電壓檢測板、鍵盤
、tongxinzhuanjiebanzucheng。zhuangzhideguanjianshishixiandianyadefengzhijiance，youqishiguodianyadejiance。benwentichuleyizhongjiyudanpianjideguodianyajiancehefengzhidianyajiancefangfa，shiyanzhengmingtamanzuleduijiancedekuaisuxinghejingquexingdeyaoqiu。

係統硬件設計
係統硬件框架如圖1所示。在正常的情況下
，220V的交流輸入電壓經過整流、濾波、DC/DC變換、穩壓電路後可得到一個穩定的輸出電壓，基本上是一個開關電源
；當dang有you過guo電dian壓ya時shi，過guo電dian壓ya信xin號hao經jing過guo過guo電dian壓ya檢jian測ce電dian路lu檢jian測ce和he峰feng值zhi電dian壓ya保bao持chi電dian路lu保bao持chi
，控kong製zhi電dian源yuan回hui路lu
，斷duan開kai正zheng常chang工gong作zuo的de交jiao流liu電dian路lu，同tong時shi通tong過guo計ji算suan機ji啟qi動dong備bei用yong電dian源yuan工gong作zuo，以yi及ji完wan成cheng對dui過guo電dian壓ya的de瞬shun時shi值zhi和he峰feng值zhi的de測ce量liang。
       
 

a過電壓檢測電路
過電壓對於電源來說是一個非常有害的信號，雷電等引起的瞬時高電壓如果不加遏製，直接由電源引入RTU（遠程終端設備）則會影響其電源模塊的正常工作，使各功能模塊的工作電壓升高而工作不正常

，嚴重時會損壞模塊
，燒壞元器件(IC)。典型過電壓形成的衝擊電壓脈衝如圖2所示。
 
    
過電壓保護的基本原理是在瞬態過電壓發生的時侯(微秒或納秒級)，通tong過guo過guo電dian壓ya檢jian測ce電dian路lu對dui這zhe個ge信xin號hao進jin行xing檢jian測ce。過guo電dian壓ya檢jian測ce電dian路lu中zhong主zhu要yao的de元yuan件jian是shi壓ya敏min電dian阻zu。壓ya敏min電dian阻zu相xiang當dang於yu很hen多duo串chuan並bing聯lian在zai一yi起qi的de雙shuang向xiang抑yi製zhi二er極ji管guan。電dian壓ya超chao過guo箝qian位wei電dian壓ya時shi，壓ya敏min電dian阻zu導dao通tong；電壓低於箝位電壓時，壓敏電阻截止。這就是壓敏電阻的電壓箝位作用。壓敏電阻工作極為迅速，響應時間在納秒級。

過電壓檢測電路原理圖如圖3所suo示shi。當dang有you過guo電dian壓ya信xin號hao產chan生sheng時shi，壓ya敏min電dian阻zu被bei擊ji穿chuan，呈cheng現xian低di阻zu值zhi甚shen至zhi接jie近jin短duan路lu狀zhuang態tai，這zhe樣yang在zai電dian流liu互hu感gan器qi的de原yuan級ji產chan生sheng一yi個ge大da電dian流liu
，通tong過guo線xian圈quan互hu感gan作zuo用yong在zai副fu級ji產chan生sheng一yi個ge小xiao電dian流liu，再zai通tong過guo精jing密mi電dian阻zu把ba電dian流liu信xin號hao轉zhuan變bian為wei電dian壓ya信xin號hao

；這個信號輸入到電壓比較器LM393後，電壓比較器LM393輸出高電平，經過非門A輸出的控製脈衝1控製電源回路，斷開開關電源電路，啟動備用電源。控製脈衝2 送到單片機的中斷口
，單片機控製回路啟動A/D轉換，采樣過電壓的瞬時值。
 
       

b峰值電壓采樣保持電路
峰值電壓采樣保持電路如圖4所示。峰值電壓采樣保持電路由一片采樣保持器芯片LF398和一塊電壓比較器LM311構成。LF398的輸出電壓和輸入電壓通過LM311進行比較，當Vi>V0時

，LM311輸出高電平，送到LF398的邏輯控製端8腳
，使LF398處於采樣狀態
；當Vi達到峰值而下降時，Vi<V0，電壓比較器LM311輸出低電平，LF398的邏輯控製端置低電平，使LF398處於保持狀態。由於LM311采(cai)用(yong)集(ji)電(dian)極(ji)開(kai)路(lu)輸(shu)出(chu)，故(gu)需(xu)接(jie)上(shang)拉(la)電(dian)阻(zu)。由(you)過(guo)電(dian)壓(ya)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)輸(shu)出(chu)端(duan)送(song)來(lai)的(de)脈(mai)衝(chong)控(kong)製(zhi)電(dian)子(zi)開(kai)關(guan)的(de)導(dao)通(tong)，沒(mei)有(you)過(guo)電(dian)壓(ya)時(shi)采(cai)樣(yang)電(dian)容(rong)放(fang)電(dian)，否(fou)則(ze)采(cai)樣(yang)電(dian)路(lu)一(yi)直(zhi)跟(gen)蹤(zong)峰(feng)值(zhi)的(de)變(bian)化(hua)。
         
c單片機控製回路
單片機控製回路如圖5所示。它的主要功能是完成對過電壓的瞬時值和峰值的檢測、過電壓次數的檢測
、電源輸出電壓和電流的檢測，並通過鍵盤的操作顯示出各個檢測值的大小；同時通過485接口和上位機實現通訊，在有過電壓的時候通過控製回路啟動備用電源，實現對電源本身的保護。
 
           

軟件設計
係統軟件主要由主程序、鍵盤掃描子程序
、顯示子程序和通信子程序等組成。圖6是主程序流程圖。
      
 

主程序由初始化
、看門狗置位、鍵盤掃描子程序、中斷子程序組成。主程序主要進行分配內存單元
、設置串行口等器件的工作方式和參數
，為係統正常工作創造條件。在主程序運行的過程中，通過按鍵可以顯示檢測的各個量的值；同時在係統有過電壓和幹擾信號產生時，液晶顯示屏會顯示提示信息，使電源實現“透明”，便於電源的管理。在本係統中，鍵盤采用的是由P1口組成的3×3行列矩陣式鍵盤。由於鍵盤程序的技術已經相當成熟，所以具體過程不做介紹。

子程序中值得一提的是通訊子程序。為了實現與目前應用較為廣泛的MODICON係列測控係統的接口，本係統選用了控製係統中較為通用的MODBUS協議進行通訊。MODBUS協議采用主－從通信方式
，它規定把各個報文封裝成對應的一幀數據，以幀為單位傳輸數據。主站發送的報文包括接收者地址、任務
、任務數據、校驗方式等內容
；從站響應信息報文包括從站地址
、所執行的任務、執行任務得到的數據、校驗方式等內容。MODBUS協議有兩種報文組成結構（又稱傳輸模式），分別是ASCII（美國信息交換碼）模式和RTU模式。同一MODBUS總線網絡上的所有站點設備都必須使用相同的模式和對應的串口通信參數。本次設計采用的是RTU報文傳送方式。RTU模式的報文字符由8位二進製編碼組成，本設計方案的每個字符包含1位起始位
、8位數據位和2位停止位（無奇偶校驗）。 RTU模式的報文字符必須以連續數據流的形式傳送，每幀報文以至少3.5個字符時間的停頓間隔開始傳輸

，同樣以至少3.5個ge字zi符fu時shi間jian的de停ting頓dun標biao誌zhi報bao文wen傳chuan輸shu的de結jie束shu。通tong訊xun程cheng序xu已yi經jing發fa展zhan得de比bi較jiao成cheng熟shu，具ju體ti的de框kuang圖tu省sheng去qu。通tong訊xun程cheng序xu軟ruan件jian運yun行xing時shi隨sui時shi檢jian測ce串chuan行xing口kou
，若ruo證zheng實shi為wei上shang位wei機ji通tong訊xun請qing求qiu，則ze發fa應ying答da信xin號hao，實shi現xian “握手”，然後按上位機要求發送或接收數據。發送時，將本機檢測的電壓值、電dian流liu值zhi向xiang上shang發fa送song，接jie收shou時shi則ze將jiang上shang位wei機ji發fa來lai的de係xi統tong設she置zhi參can數shu進jin行xing差cha錯cuo判pan斷duan後hou放fang入ru本ben機ji原yuan設she置zhi單dan元yuan，然ran後hou再zai由you軟ruan件jian根gen據ju設she置zhi值zhi進jin行xing相xiang應ying處chu理li。

經過電路板的設計、調試和程序的調試
，證明了“透明”dianyuandekekaoxing。zaitiaoshideguochengzhongzuoledaliangdemoniguodianyahechongjimaichongdeshiyanlaijiancexitongdexingneng。tongguoshiyanzhengmingguodianyabaohudianluhefengzhijiancedianlukeyixunsuzhunquedibuzhuoguodianyahechongjimaichong
，bingqiedianludefanyingsuduhenkuai，keyijiancedaonamiaojideganraoxinhao。zhexiexingnenghenhaodimanzulegongyedexuyao

，shidezaiyouguodianyahechongjimaichongchanshengdeshihouxitongkeyiyouxiaodibaohudianzidianlu；同時通過單片機和液晶顯示屏可以實時顯示這個電源的工作情況和性能，達到了“透明”電源的效果。而且在本設計中
，電源係統通過通訊接口可以實現計算機在遠程對整個電源監控
，便於電源的管理
，實現了“遙控”的性能。