分区式供电管理系统的设计与实现

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1、分区式供电管理系统的设计与实现（湖北民族学院湖北恩施445000）摘要：木文针对现有工厂车间配电现状，提出了一种基于微型处理器及2.4G无线通信技术的分区式供电管理方案。系统各模块电路借鉴了“高内聚、低耦合”的设计思想，设计理念成熟合理，预留客户二次按需开发接口，整体控制效果达到预期目的。关键字：分区式供电；配电设计；无线控制引言伴随着工业规模化的发展，大工厂、大车间逐渐体现出其整合资源，分摊成木的优势。但在现有工厂车间基建方案中，以通风、照明为主的用电设备往往因其耗能占比低、分控布线复杂而被忽略了其节能问题，出现了一亮

2、俱亮、一停俱停无法分区控制的一“闸”切现象。这一设计方案不但无形中提高了企业的生产成木，而且浪费了宝贵的能源。针对上述现状，木文提出了一种分区式供电管理系统，通过中近程无线通信技术实现分区、定点供电，同时装设环境传感器对控制范围温湿度、特殊气体浓度等因素实时监控。1.系统综述木系统包括用于发送控制命令及回馈信息二次处理的主控端和用于执行控制命令及采集环境信息的被控制端。两者之间采用基于ISM频段的2.4G无线通信方案承载数据通信，实现一对多、多对多实时无线控制及环境数据交互。图1系统结构图2.硬件电路2.1主控端2.1.

3、1主控芯片主控芯片承担着系统所有逻辑运算及外置设备的数据处理任务，是整个主控端的核心。主控芯片采用吋下技术新颖的Cortex-M系列STM32处理器，内置有521KFlash、64KSRAM、四个16位定时器及丰富的双向通行I/O资源，集成RTC实时时钟。片内资源丰富，外部电路简单，高达72MHz主频搭配先进的中断优先级，可大大提高反应速度。2.1.2人机交互主控端的人机交互承担了大量的初始化设置及输入工作，因而采用液晶显示器及触控屏作为主要的交互通道。显示部分采用分辨率为480*272的4.3吋TFT液晶显示器。在工控

4、环境中，大尺寸屏幕可以很好的满足操作容错率，低分辨率可以降低对图片质量的要求，提高刷新速度，减少卡顿。TFT与MCU之间选用FSMC接口连接，具体显示效果由旧9341控制。触控部分采用4.3吋的电阻式触控屏。相比于电容式触控屏，电阻式不但造价低，而且适应实际工业生产环境中员工佩戴手套操作的情况。触控信号由触屏控制器XPT2046测算，通过SPI接U与MCU通信。2.1.3通信通信部分采用当下成熟的2.4GHz无线通信模组。2.4G外观封装小，数据信号传输稳定，传输信号具奋一定的穿墙特性，理论板载天线奋效传输距离可达80m

5、，覆盖面积可以满足常规车间厂房，加装外置大功率天线后，有效传输距离将大大提高。主控芯片将控制指令经分析后准确发送至被控制个体。2.4G模组与MCU间通过SH串U连接，具体传输速率可根据数据量设定。2.1.4卢光提示电路为了及吋反映被控制端环境及控制异常，主控部分添加了声光提示电路。声光提示电路采用压电式蜂鸣器及LED，整体电流较大，为了避免对单片机的影响，增加一级驱动电路。2.2被控端2.2.1主控芯片被控端仅用于执行控制命令及处理传感器数据，且环境传感器数据人多为连续非阶跃信号，因而整体待处理数据量较小，对响应速度要求

6、不高。鉴于上述原因，被控制部分选用STC89C52作为主控芯片。STC89C52为8051内核的可编程控制器件，典型工作频率为11.05926MHz，芯片内集成ISPflash存储器和8位处理器，对外配置有32个1/0,其中包含两个外部中断、一路串U通信中断。2.2.2吋钟为了实现定时功能，除主控最小系统外，引入外部RTC—DS1302时钟电路。图2声光提示电路DS1302是一个实吋吋钟芯片，可以提供秒、分、小吋、日期、月、年等信息，并iL还有闰年自动调整的能力，可以通过配置AM/PM来决定采用24小时格式还是12小时格

7、式，广泛应用于电话、传真、便携式仪器等产品领域。采用串行I/O通信方式，相对并行来说比较节省10IJ的使用，通过外置纽扣电池可实现系统掉电吋钟正常运行等功能。DS1302吋钟芯片功耗低，它在工作电压2.0V的吋候，工作电流小于300nA。图3DS1302吋钟电路2.2.3通信被控制端通信方式与控制端相同，具体参数不在赘述，但是鉴于被控制端I/O采用5VTTL电平，与2.4G通信模块芯片NRF24L01的接口电平不匹配，二者如果直接连接将因电平不兼容发生通信异常。针对电平不兼容问题，设计了如下的电路。图4NRF24L01电

8、平匹配电路如图所示，主控的P0使用10K电阻上拉至3.3V,将POU的输出高电平设定为3.3V。这一电路利用了P0口输出开漏的特点，实现了电平兼容，达到了主控与NRF2401之间正常通信得到0的。2.2.4供电管理模块作为供电管理的执行部分，本部分承担着低压控制高压、小电流控制大电流的任务。在设计之初，考虑到大功率晶