海底观测网接驳盒不间断电源管理系统设计.pdf

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1、第32卷第4期2013年12月海洋技术OCEANTECHNOIDGYV01．32，No．4Dec，2013海底观测网接驳盒不间断电源管理系统设计吕斌，李正宝，杜立彬(山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛266001)摘要：为了实现海底观测网络接驳盒的不间断供电，设计出一种性能稳定、快速响应的电源管理系统。该系统硬件资源包括单片机、主电源与后备电源切换控制电路、充电电路、电源参数检测及通讯电路：系统通过单片机实时监测接驳盒的电流、电压与温度等电源系统参数，针对出现的异常状况．可快速主动地在主电源与后备电源之间进行切换控制，并依据海岸基站发出的远程

2、指令对电源管理系统进行故障应急处理。试验证明。该系统运行稳定。能够保障海底观测网络的正常运转，降低了其维护成本。关键词：海底观测网；接驳盒：不闻断电源管理系统；电源监控；单片机中图分类号：Ⅱ)274+．2文献标志码：A文章编号：1003—2029(2013)04-0028---05海底观测网络是近几年国内开始研究的新课题。海底观测网络系统可提供多要素、多学科的长期实时观测，可应用于包括基础科学研究、资源与能源、勘探开发利用、灾害与环境保护、航海等方面的研究工作，能满足对海底、水体和海面各种参数要素的观测需求【11。海底观测网络系统中电能是海底观测网

3、络的命脉，没有电能系统就不能正常运转121。当海底观测网由于故障等原因导致主电网断开时，海底观测网络中的仪器和设备将会停止工作，观测数据将会中断，整个网络将陷入瘫痪状态。为保证海底观测网的正常运行，在系统接驳盒中往往设置有后备电池组作为不问断电源，以确保海底观测的长期性和连续性，进而为深海科研工作提供完整有效的数据131。本文针对海底观测网接驳盒低压直流负载不问断电源管理系统的具体应用需求，设计出一种以单片机为控制核心的管理系统。该系统通过单片机实时监测电源系统多项参数，可快速主动地在主电源与后备电源之间进行切换控制，并根据海岸基站发出的远程指令对

4、电源管理系统进行故障应急处理。1系统总体设计整个系统的电路原理框图如图1所示。海底观测网络接驳盒不间断电源管理系统，包括对主电源输出的直流高压进行降压变换的降压模块、后备电源以及单片机；降压模块的输出48VDC通过第一开关的开关通路一方面连接一颗二极管的阴极，而二极管的阳极连接后备电源，另一方面通过DC／DC模块输出供电电源至单片机以及海底观测网络中的节点电路控制板；降压模块和后备电源输出的直流电源分别通过电压检测电路和电流检测电路进行采样后，输出检测信号至单片机，单片机GPIO输出控制信号至第一开关的控制端。降压模块的输出端通过第三开关的开关通路

5、连接后备电源，单片机GPIO输出控制信号至第三开关的控制端，在主电源正常且后备电源欠压时，控制第三开关导通，利用主电源为后备电源充电。此外，降压模块的输出端通过第三开关的开关通路连接一逆变电路的输入端，逆变电路的输出端连接充电电路，通过充电电路输出充电电流至后备电源。后备电源优选使用锂电池组，其输出的直流电压的幅值等于降压模块输出的直流电压的幅值。在后备电源上连接一热敏电阻，通过热敏电阻检测后备电源的温度，并输出检测信号至单片机。电压检测电路、电流检测电路和热敏电阻分别连接模数转换器，通过模数转换器将模拟量的检测信号转换成数字信号输出至单片机。为了

6、满足单片机与节点电路控制板的不同供电需求，将降压模块的输出端通过第一开关分别与两个DC／DC模块的输入端对应连接，其中一个DC／DC模块的输出5VDC通过第二开关的开关通路连接节点电路控制板的供电端，第二开关的控制端接收单片机GPIO输出的控制信号；另外一个DC／DC模块的输出12VDC通过第四开关的开关通路连接单片机的供电端，第四开关的控制端接收节点电路控制板IO电路输出的控制信号。在第四开关的开关通路与单片机的供电端之间还连接有一稳压电路，稳压生成单片机所需的供电电源3．3VDC；第一开关、第二开关和第四开关优选采用常闭开关，以减少开关的动作次

7、数。单片机通过串口通讯芯片与收稿日期：2013—04--03作者简介：吕斌(1980一)，硕士，助理研究员，主要研究方向为深远探测技术及海洋仪器研究。Email：lvbin20031@163．tom第4期吕斌，等：海底观测网接驳盒不间断电源管理系统设计图l海底观测网不间断电源管理系统的电路原理框图节点电路控制板进行串口通信，传输控制信号。单片机还内置有以太网控制器，连接以太网接口，进而通过以太网交换机与海岸基站连接通讯，以满足海岸基站与单片机之间的远距离通信要求。2系统硬件设计海底观测网络接驳盒不间断电源管理系统硬件设计主要涵盖单片机外围电路、模数

8、转换及电源参数检测电路、充电及逆变电路、开关控制电路及串口与以太网通讯电路等。2．1单片机及其外围电路设计选用Microc