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    有线电视的网管UPS电源设计

    2006-09-28

    1 引言  

      在CATV网络中采用UPS电源供电对于确保CATV信号的可靠传输是很重要的,特别是当前CATV正逐渐向交互式的综合业务宽带网络方向发展的情况下,提高网络的供电质量,尤为重要。在国外,各大著名公司研制的CATV网的网络管理系统,将网络前端、放大器等环节纳入网络化管理,大大提高了网络中信号传输的可靠性。作为CATV网中重要部分的UPS电源,也要求纳入网络化管理,以提高网络的供电质量,保证网络运行的可靠性。但是,在国内外的各种CATV网络管理系统中,尚没有提到将UPS电源纳入网络管理系统。因此,研究设计CATV网络中的UPS电源具有重要意义。  

      下面介绍一种后备式CATV网专用的网管UPS电源的设计,系统的近程通信样机制作调试已经全部完成。CATV的网管UPS电源的研制,除具有当前CATV网UPS电源的特点外,还具有以下新的特点:(1)能实时监测网络中UPS电源的运行情况,自动显示监测参数;  

      (2)能设定电网供电安全输入电压范围,蓄电池充放电电压等参数,UPS运行参数超过设定值时报警,并完成相应的切换控制;  

      (3)有通信接口,可与网管中心监控计算机相连,实现网络化管理。  

      2系统构成原理CATV网管UPS电源采用8098单片机智能测控技术,利用微处理器实时采集CATV网络中UPS电源运行状况信息并对电源进行实时控制,网络管理中心监控计算机可随时与运行干网络中的UPS电源联络,实现电源的网络化管理。系统由两部分组成:  

      (1)UPS电源部分;  

      (2)微处理器监控系统。  

      2.1UPS电源部分同网管UPS电源相比,以前的UPS电源主要由功率变换用逆变器、蓄电池组充放电电路、静态开关和恒压变压器等几部分组成。对于后备式的CATV网UPS电源来说,基本工作原理是:在电网供电正常时,对电网电源净化后供给CATV网;当电网断电时,蓄电池电源经逆变器逆变后供给CATV网,实现网络供电的不间断。  

      2.2微处理器监控系统网管UPS电源以Intel公司的MCS-96系列单片机8098为核心,由单片机和相应的功能模块组成电源的监控系统。监控系统能准确获取UPS电源的运行参数,监控电源的运行情况,接受监控中心计算机的访问,实现网络化管理。其中,UPS电源运行参数的准确获取,在电源的网络化管理中具有重要意义。  

      2.2.1参数测量系统对输入电压、输出电压、电池电压、输出电流和环境温度等参数进行测量。在满足系统测量精度和控制要求的条件下,先分别采用分压电阻串和电流传感器电路将输入电压、输出电压、电池电压和输出电流等转换到A/D转换器输入电压范围内,然后将直流量直接送入A/D转换器,交流量送入有效值/直流转换器。CATV网UPS电源不同于一般UPS电源的特点之一就是输出60V的梯形波形(又称准方波)电压。为准确测量输出电压、输出电流等参数的值,确保系统测量控制操作的准确性,对交流量的测量采用真有效值测量法,即直接根据有效值的定义测量交流量的有效值,而不是光测得电压平均值,再利用正弦波有效值与平均值的关系转换为有效值。这一方法对非正弦波会引起较大的理论误差。系统采用AD公司的AD536A芯片,实现被测量电压有效值/直流的转换。各交流量经多路模拟开关CD4051选通后送入AD536A实现交流有效值/直流转换后,最后送入8098单片机的ACH4通道进行A/D转换。环境温度的测量。环境温度对UPS的工作稳定性影响很大,监控UPS的工作温度对延长蓄电池的寿命更显得重要。系统采用AD590半导体集成温度传感器,将温度信号转换为电信号后送人A/D转换器。  

      2.2.2状态来集UPS电源的状态通常可分为:电网供电状态、电池逆变供电的逆变状态、电池电压低的欠压状态和负载过流的过流状态。前两种为UPS的正常状态,后两种为异常状态。状态采集电路准确获取电源的工作状态后送人8098单片机的高速输入口。  

      2.2.3 UPS电源保护电路 为避免异常情况发生对电源的损坏,系统设计了两种保护电路:  

      (1)蓄电池欠压保护,防止过放电对电池的损坏;  

      (2)短路过流保护,防止误操作或负载故障引起输出短路损坏电源。保护电路的切换值可以根据电源工作环境等因素随时设定。  

      2.2.4通信接口网管UPS电源具有通信接口,可实现监控计算机对电源的集中网络化管理。在这里,只讨论UPS和计算机之间通过RS-232C串行口的近程通信。远程通信可通过应答器、调制解调器等设备或因特网经过有线电视网络或电话网等方法实现,将另文讨论。  

      3单片机系统软件设计为了保证系统测量和控制动作的迅速准确,单片机软件全部用8098单片机汇编语言编写,采用模块化、结构化设计以增加程序的可读性与易维护性,便于系统功能扩充。软件分为6个模块:参数采集和转换模块、数据计算处理模块、显示模块、参数设定。切换控制模块和通信模块。  

      (1)参数采集和转换模块。通过控制选择不同的A/D转换通道和相应通道对CD4051多路开关的切换,实现UPS运行参数的采集和转换。  

      (2)数据计算和处理模块。系统采用SICE仿真器内的三字节浮点数函数子程序对A/D转换结果进行处理,确保系统参数的测量精度。  

      (3)显示模块。系统将UPS电源输入电压等参数和电网供电等状态信息送LED数码管显示电路,实现UPS电源运行参数的实时显示。  

      (4)参数设定。根据UPS运行状况和工作环境,可以通过网管中心计算机对电源的输入电压范围。电池欠压保护值和输出电源范围等参数进行设定。  

      (5)切换保护模块。系统测量结果时刻与设定参数比较,判断是否与设定参数一致,如果不一致,将实现切换保护操作,完成UPS电源的状态切换,防止异常情况对系统的损坏。这是UPS电源的软保护。  

      (6)通信模块。系统可将UPS电源的各种运行参数信息由通信接口传送线网络管理中心监控计算机,也可以接收监控计算机传送来的命令和参数。在系统设计中为了区分不同的UPS电源,必须为每台电源赋于一个唯一的机号。UPS电源接收到监控计算机发送的机号后,进行机号匹配,若匹配成功,发确认信息,监控计算机接收到确认信息后,紧接着发命令字节,命令包括:  

      (1)监控计算机向UPS传送数据;  

      (2)UPS向监控计算机传送数据。然后二者开始传送数据,首先传送数据个数。数据传送完毕,发一个结束符,本次通信完毕。  

      4监控计算机软件设计监控计算机软件用C语言编写,实现对UPS电源的网络化管理。PC的软件设计可分为两部分:(1)通信程序;(2)界面程序设计。  

      4.1通信程序设计监控计算机和UPS电源之间的通信遵循主从原则,每次通信都由计算机发起。监控计算机按照协议数据单元格式发送数据呼叫UPS,建立连接。系统设计中,监控计算机采用9600波特的波特率以查询方式发送和接受数据。  

      4.2界面设计监控计算机的人机交互操作界面由4个选单条组成,分别是显示窗口、存档窗口、设定窗口和维修记录窗口,各选单条又由相应的子选单条组成。显示窗口实现的功能是:随时设定监控计算机要显示的UPS电源机号,显示内容以及显示内容刷新时间间隔。存档窗口实现的功能是:选择存储UPS电源的运行状况信息,并可调出查阅和打印等,以了解UPS的历史工作状况。参数设定窗口实现的功能是:可根据UPS的工作环境和运行状况对输入电压范围、电池欠压值和输出电流大小进行设定,当参数不在设定范围时,发出报警信号。维修记录窗口实现的功能是:进入编辑器,记录UPS的维修情况,包括UPS机号、维修日期、维修部件以及维修人等信息。该设计的样机系统经长期试用,运行状况良好。


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