-48V直流電源柜，廣泛應(yīng)用于通信電力金融等機(jī)房，為其中用戶計(jì)算機(jī)等設(shè)備提供電源動(dòng)力。在這些使用場(chǎng)合，要求提供可靠的電源，即使是電源出現(xiàn)故障，也要做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，立即處理。

     為提高供電的可靠性，一種措施就是采用冗余供電，即采用兩路-48V，同時(shí)給一個(gè)設(shè)備供電，即使其中一路供電出現(xiàn)故障，也不影響使用設(shè)備的正常運(yùn)行。在本直流電源列頭柜里，即分成A、B兩路，每路又分成32個(gè)支路，一共是64個(gè)支路。與此相對(duì)應(yīng)，開關(guān)量監(jiān)測(cè)單元也分成相應(yīng)的64個(gè)支路的監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到某個(gè)或某些支路供電不正常時(shí)，如原來(lái)是接通狀態(tài)的，無(wú)故改變?yōu)閿嚅_的狀態(tài)了，即在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)處理?；蛲ㄟ^(guò)485總線或網(wǎng)絡(luò)，將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到遠(yuǎn)端控制中心。

當(dāng)整個(gè)直流列頭柜系統(tǒng)接好線正常使用后，要按下開關(guān)量監(jiān)測(cè)單元面板上的采集按鈕3秒鐘以上，使得開關(guān)量監(jiān)測(cè)單元能記錄下系統(tǒng)正常使用時(shí)的初始狀態(tài)，如那些支路是接通的，其余那些支路是斷開的，這將作為下面系統(tǒng)供電發(fā)生故障時(shí)的判斷依據(jù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到某個(gè)或某些支路供電不正常時(shí)，開關(guān)量監(jiān)測(cè)單元將控制繼電器，使得外接的報(bào)警喇叭和報(bào)警燈立即自動(dòng)接通電源，從而發(fā)出報(bào)警聲音和燈光。

   

整個(gè)直流電源柜的內(nèi)部框圖見下圖1：

圖1 直流電源柜的內(nèi)部框圖

       外表動(dòng)輒1到 2米的電源柜，看似內(nèi)部空間很大，其實(shí)裝滿幾十路的空氣開關(guān)和防雷模塊和連接導(dǎo)線外，給開關(guān)量監(jiān)測(cè)單元留出的安裝空間就所剩無(wú)幾了，因此要求所設(shè)計(jì)的開關(guān)量監(jiān)測(cè)單元盡量小巧，并方便于機(jī)柜內(nèi)安裝，故結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成導(dǎo)軌安裝式的。并且電源列頭柜內(nèi)部支路的個(gè)數(shù)，往往會(huì)根據(jù)使用現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，做出靈活的配置。因此要求所設(shè)計(jì)的開關(guān)量監(jiān)測(cè)單元，也要能根據(jù)實(shí)際情況，在使用現(xiàn)場(chǎng)能夠做出靈活方便的配置。故開關(guān)量監(jiān)測(cè)單元的接口板，以8路為一個(gè)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，插一塊接口板，能監(jiān)測(cè)8路-48V開關(guān)量，插兩塊接口板，能監(jiān)測(cè)16路-48V開關(guān)量，以此類推，一共能監(jiān)測(cè)64路-48V開關(guān)量。若還需要更多的監(jiān)測(cè)路數(shù)，則可以把多個(gè)開關(guān)量監(jiān)測(cè)單元通過(guò)485總線連接起來(lái)。

開關(guān)量監(jiān)測(cè)單元由三部分組成，一是主控板，二是接插板，三是接口板，分別見下圖2、圖3、圖4。

圖 2   接口板  

圖3  接插板

圖 4  主控板的正面和底面

圖 5  -48V直流電源柜外觀圖

圖6  64路電源支路通斷監(jiān)測(cè)單元

圖 7   導(dǎo)軌安裝圖

下面先介紹接口板部分的設(shè)計(jì)。

       開關(guān)量監(jiān)測(cè)單元一共能監(jiān)測(cè)64路-48V的開關(guān)量，若每路開關(guān)量對(duì)應(yīng)于控制CPU的一個(gè)I/O口，那么共需要控制CPU提供64個(gè)I/O口，這種直觀的選擇，會(huì)導(dǎo)致控制CPU的成本上升很多，顯然是不好的設(shè)計(jì)選擇。為此，這里特別推薦選用8通道模擬多路選擇器/多路分配器74HC4051，74HC4051是一款高速CMOS器件，74HC4051引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC4051帶有3個(gè)數(shù)字選擇端（S0至S2），1個(gè)低有效使能端（E），8個(gè)獨(dú)立輸入/輸出端（Y0至Y7）和1個(gè)公共輸入/輸出端（Z）。E為低時(shí)，8個(gè)開關(guān)的其中之一將被S0至S2選中（低阻態(tài)）。E為高時(shí)，所有開關(guān)都進(jìn)入高阻態(tài)，直接無(wú)視S0至S2。

圖 8  74HC4051真值表

下圖9是使用74HC4051的電路圖。

圖 9    74HC4051應(yīng)用電路圖

  

下面的部分介紹主控板部分的設(shè)計(jì)。

控制CPU選用市場(chǎng)上目前ST公司主推的4系列中的STM32F401RCT6，相對(duì)于以前的103系列，由于采用了新的工藝，性能更高，而價(jià)格更低。

嵌入式軟件在keil公司的uvision 5開發(fā)工具中進(jìn)行。由于STM32F401RCT6采用了ARM CORTEX-M4處理器內(nèi)核，為了能在uvision 5開發(fā)工具中編譯處理此ARM處理器，需要為uvision 5安裝相應(yīng)的MDK-ARM嵌入式軟件開發(fā)工具。

圖  10    安裝MDK-ARM嵌入式軟件開發(fā)工具

   

同時(shí)，為了能識(shí)別具體的STM32F401RCT6處理器，還要在uvision 5開發(fā)工具中安裝STM32F系列PACK包，如Keil.STM32F4xx_DFP.2.3.0.pack。

 圖 11      安裝STM32F系列PACK包

當(dāng)上述工具安裝好后，才能在uvision 5開發(fā)工具中進(jìn)行具體的軟件開發(fā)調(diào)試。

  

首先要在ST公司開發(fā)工具軟件“STM32CubeMX”里進(jìn)行好芯片管腳和系統(tǒng)工作頻率的配置，并輸出工程文件，在此工程文件的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。

圖 12   STM32F401RCT6處理器的管腳配置

圖 13  STM32F401RCT6處理器的時(shí)鐘配置

  

下面圖14是STM32F401RCT6處理器控制74HC4051芯片的應(yīng)用程序截圖

圖14  STM32F401RCT6處理器控制74HC4051芯片的應(yīng)用程序

 

當(dāng)整個(gè)程序編寫好了，并通過(guò)編譯，實(shí)現(xiàn)了既定功能后，最終要通過(guò)V9-ARM仿真器將編譯好的HEX文件下載到實(shí)物中去運(yùn)行。

  

見下圖15，為了使用V9-ARM仿真器，需要安裝它的驅(qū)動(dòng)程序。安裝好V9-ARM仿真器的驅(qū)動(dòng)程序后，uvision 5開發(fā)工具中已識(shí)別出通過(guò)USB口接入的V9-ARM仿真器。

圖15  安裝好V9-ARM仿真器的驅(qū)動(dòng)程序

 

至此，見下圖16，就可以通過(guò)V9-ARM仿真器將編譯好的HEX文件下載到實(shí)物中去運(yùn)行了。

圖 16  通過(guò)V9-ARM仿真器將編譯好的HEX文件下載到實(shí)物中