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1 引言
電力操作電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行而產(chǎn)生的，該系統(tǒng)可以對(duì)變電站中的交流供電電源、直流控制電源、備用操作電源以及開關(guān)狀態(tài)等進(jìn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警等操作。從而及時(shí)地發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)的異常情況，提前做好防范以保證電力系統(tǒng)連續(xù)可靠地運(yùn)行。同時(shí)，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)為繼電器以及斷路器等二次設(shè)備提供備用操作電源，對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。
電池巡檢儀是備用電源的檢測(cè)裝置，主要的功能是對(duì)單體電池的電壓、溫度、容量等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，提供充電控制以及故障報(bào)警等功能，從而可以合理地控制電池，延長(zhǎng)電池使用壽命，提高系統(tǒng)的可靠性。
2.2 人機(jī)接口模塊
鍵盤是主要的輸入來(lái)源。為了節(jié)約成本，系統(tǒng)采用掃描方式實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤，采用中文液晶顯示。
2.3 通信模塊
由于單片機(jī)內(nèi)具有UART,因此采用RS-232串行通信方式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。為了實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)電平匹配，采用SP3220E作為接口電平轉(zhuǎn)換器。設(shè)備的工藝流程如圖1所示。 
根據(jù)圖1，由交流電壓到直流電壓的順序介紹系統(tǒng)的工藝過(guò)程。
蓄電池組管理。整流后的電壓一般高于蓄電池組電壓以供電池組充電，當(dāng)其用于工作電源時(shí)，可通過(guò)二極管對(duì)其進(jìn)行降壓，K1、K2等開關(guān)用于選擇降壓值，其通斷由處理器控制，處理器對(duì)電池組中單個(gè)電池狀況進(jìn)行巡回檢測(cè)，實(shí)時(shí)反應(yīng)電池的使用狀態(tài)，便于及時(shí)了解電池狀況。
交流參數(shù)檢測(cè)。系統(tǒng)采用專用的電能計(jì)量器件ATT7022B對(duì)交流電網(wǎng)的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)、諧波等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)該器件自帶的SPI接口與單片機(jī)相連。
管理系統(tǒng)與上位機(jī)以串行方式通信。上位機(jī)可對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，并能修改控制參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等四種遙控功能。
設(shè)備的硬件原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。其主要功能模塊包括： 
(1) 對(duì)交流側(cè)母線電壓、電流、諧波等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)交流電路進(jìn)行采樣，對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(一個(gè)周期采樣20～0次)，計(jì)算出線路的有功功率、無(wú)功功率以及線路的功率因素。這些功能可以采用一個(gè)ATT7022B來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(2) 對(duì)整流后的直流操作電源線路進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)其電壓、合閘電流以及操作電源是否發(fā)生故障等。同時(shí)，可以采用監(jiān)測(cè)得到的電壓作為二極管自動(dòng)調(diào)壓的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)操作電源自動(dòng)分檔調(diào)壓。
(3) 對(duì)備用操作電源設(shè)備(蓄電池)進(jìn)行巡回檢測(cè)(對(duì)單體電池檢測(cè))，了解電池電量以及相關(guān)參數(shù)并及時(shí)更換電池，控制電池充放電狀態(tài).使電池保持最佳狀態(tài)，有效地延長(zhǎng)電池的使用壽命。
(4) 由于設(shè)備的功能鍵盤需求不多，可以采用單片機(jī)通用I/O口擴(kuò)展的矩陣鍵盤，顯示部分采用中文液晶顯示模塊。 
MSP430系列單片機(jī)具有三種低功耗模式，為了減少能耗，可采用中斷方式。系統(tǒng)工作流程如圖4所示
3.3 通信及人機(jī)接口電路硬件設(shè)計(jì)
該電路設(shè)計(jì)主要包括人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)和串行通信接口電路設(shè)計(jì)兩部分。人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)主要包括鍵盤矩陣電路和液晶顯示電路。鍵盤矩陣電路主要用于輸入數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，該系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計(jì)是采用掃描方式實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤。液晶顯示電路作為重要的人機(jī)接口元件在智能設(shè)備中是非常重要的，本設(shè)計(jì)采用LCM 12864ZK中文液晶顯示屏。通信接口電路設(shè)計(jì)屬于系統(tǒng)與主機(jī)以及與操作者之間的信息交流部分。本系統(tǒng)與上位機(jī)的通信采用UART異步通信方式。
4 軟件設(shè)計(jì)
4.1 直流模塊軟件設(shè)計(jì)
由于系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，所以各個(gè)模塊可以獨(dú)立編程。直流模塊的軟件設(shè)計(jì)主要包括對(duì)單體電池電壓、溫度以及系統(tǒng)的開關(guān)量輸入輸出控制等參數(shù)進(jìn)行采樣.涉及到采樣的巡回時(shí)間間隔、溫度巡檢時(shí)間間隔、數(shù)據(jù)處理方式等內(nèi)容。
4.2 交流采樣軟件設(shè)計(jì)
結(jié)合鍵盤電路的設(shè)計(jì)，液晶顯示的模式采用默認(rèn)和中斷處理兩種方法，在沒有任何鍵輸入的情況下，液晶模塊顯示交流采樣數(shù)據(jù)：一旦有鍵輸入，如電池巡檢參數(shù)顯示，顯示模塊則立即進(jìn)入電池參數(shù)顯示狀態(tài)。
串口通信實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的通信，從而將采集到的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)進(jìn)行處理和控制。
4.4 主程序處理模塊
主程序處理模塊作為系統(tǒng)的框架，主要負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)模塊之間的協(xié)調(diào)處理和數(shù)據(jù)交互。主程序處理模塊首先初始化，主要包括對(duì)單片機(jī)各個(gè)引腳功能的定義以及相應(yīng)寄存器的賦值，這其中還包括對(duì)各個(gè)功能模塊控制寄存器的賦值和參數(shù)的設(shè)定。然后進(jìn)入主程序的處理過(guò)程，這中間包括SPI通信和液晶顯示兩個(gè)模塊。主程序處理
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