跟着今世科技的日益开展，数量巨大的各类设备的电源维护办理需求投入很多的人力、物力，像通讯/ 电力设施所在环境越来越杂乱，人烟稀少、交通不便、风险度高级都增大了维护的难度和费用。这对电源设备的监控办理提出了更高的要求。电源监控体系需求对体系中各状况量进行监督，还有必要能对各供电支路进行操控和办理。维护办理人员可长途进行数据查询、操控等维护作业，并可运用友爱的人机界面方便地得到需求的信息。
数字化技能的开展体现出了传统技能无法比拟的优势，整个电源监控体系的信号采样、处理、操控、通讯等均可经过数字化技能完成。全数字化的操控技能可有用缩小设备的体积，下降设备的本钱，但一起大大进步设备的可靠性、智能化和用户体会。跟着模块智能化程度的进步，新式电源监控体系的修理性也得到了进步。
跟着嵌入式技能的开展，运用嵌入式实时操作体系是电源监控体系的必然挑选。一方面是因为嵌入式实时操作体系具有杰出的可移植性和较高的可靠性; 另一方面是因为跟着电源监控体系功用的不断进步，仅靠传统的单片机已无法习惯新的需求。ARM 作为当今嵌入式技能的代表，不只具有上述的一切优势，且本钱很低，具有很高的性价比。本文中规划的体系选用了TI 公司出产的LuminaryCortex-M3 系列ARM 中的LM3S9B96 芯片。
1 作业原理
图1 以8 路用电设备的电源监控为例，给出了监控体系的原理框图。
图1 8 路电源监控体系原理框图
8 路设备均从总电源处取电，各 供电支路的作业方式彻底相同。电源监控体系启动之后，主芯片处于上电复位状况，其GPIOF 的8 个I/O 引脚处于低电平，此刻电控开关坚持关断状况，即供电支路处于断电状况。当主芯片内核和各外设初始化成功后，经过其内部嵌入式程序操控GPIOF 的8 个I/O 引脚输出变为高电平，相应地各供电支路处于通电状况，开端正常作业。
收集模块包含电流传感器和分压电路，电流传感器可测得流过供电支路的电流值，分压电路将供电支路的电压值调整到主芯片ADC 采样的规模内，二者均为模仿值。检测值经过AD 采样后，可在主芯片内运算得到各供电支路的电流和电压值，并与预设的电流和电压门限进行比较。若在门限规模内则表明该供电支路作业正常，而在门限规模外则表明该供电支路发生了过流、过压、欠压等反常，主芯片经过将GPIOF 相应引脚的输出变为低电平来主动给该支路断电，在经过查看排除故障后可经过上位机下发指令操控该供电支路通电。
上位机与嵌入式下位机经过以太网进行通讯，上位机可向下位机下发指令操控指定供电支路的通断，也可设置各供电支路的电流和电压门限值。每隔必定的时刻，各供电支路的电流、电压值及各种正常/ 反常状况由下位机发送至上位机，经过上位机显控软件可调查各供电支路的作业状况。
2 规划与完成
2.1 中心模块
中心模块选用TI 公司出产的Luminary Cortex-M3 系列ARM 中的LM3S9B96 芯片，该芯片具有80MHz 的运转速度，内部集成了大容量的256KB 单周期Flash ROM 和96KB 单周期SRAM，具有16 通道10bit 分辨率的AD 采样模块、支撑;LwIP 协议的10/100M 自习惯以太网模块和丰厚的I/O 接口。
LM3S9B96 有65 个I/O 接口，规划时选取GPIOF 组8 个I/O 接口作为操控引脚;各供电支路需求收集电压和电流两种值，16 通道AD 采样模块可满意8 路供电支路的采样需求;集成的MAC+PHY 外设也可完成与上位机的以太网通讯;大容量的内置存储空间为杂乱的程序供给了适宜的渠道。依据上述剖析，LM3S9B96 芯片十分适宜本监控体系，并可极大简化电路规划。
2.2 操控模块
各供电支路操控模块的规划如图2所示。依据各支路设备需求的电流值挑选适宜的继电器作为电子开关，而且在操控引脚和继电器间参加光耦阻隔维护及供电通断指示灯。
当主芯片GPIOF 操控引脚为低电平时，LED 灯灭，继电器3 脚输入与5 脚输出断开，该供电支路断电;当主芯片GPIOF 操控引脚为高电平时，光耦输出为低电平，LED 灯亮，继电器3 脚输入与5脚输出导通，该供电支路通电。
图2 供电支路操控模块规划图
2.3 收集模块
各供电支路收集模块的规划如图3所示。电流传感器串联在电源回路内，其内部霍尔传感器会将支路电流发生的磁场以电压的方式输出至主芯片的AD 采样模块，依据厂家供给的手册可核算出对应的电流值。电压值的收集电路选用电阻分压电路的方式，采样电压值亦被输出至AD 采样模块，经过简略换算即可得到实践电压值。实践使用中，依据用电设备的电流和电压值可灵敏的挑选适宜的电流传感器和分压电路阻值。需求留意的是，输出到 AD 采样模块的电流和电压值有必要在其0-3V 的采样规模内。
图3 供电支路采样模块规划图
2.4 通讯模块
通讯模块用来完成上位机与下位机之间的通讯，本规划中下位机的以太网通讯依托主芯片内置的MAC+PHY 来完成，该模块支撑10/100M 自习惯以太网。
因为嵌入式处理器内部的运算及存储资源相对PC 来说十分有限，因而就有必要在资源受限的情况下完成及处理Internet 协议。LM3S9B96 就是在这样的条件下占用尽量小的资源完成一个轻型的TCP/IP 协议栈，该协议栈叫做LwIP.与许多其它的TCP/IP 完成相同，LwIP 也是以分层的协议为参照，每一个协议作为一个模块被完成。LwIP 由TCP/IP 完成模块、操作体系模仿层、缓冲语内存办理子体系、网络接口函数及一组Internet 校验和核算函数组成。
为便于二次开发，TI 官方供给了丰厚的底层驱动程序及具体API 阐明，本规划在此基础上编写了整个以太网通讯程序。以太网通讯功用的完成，使得本电源监控体系除了具有智能化外，还具有了长途监控的才能，极大的拓展了该体系的使用规模。
2.5 显控模块
显控模块真实上位机开发的软件功用模块，本规划中该模块的开发根据VC++ 6.0.显控首要完成与下位机的通讯操控、各供电支路电流和电压门限值在线设置及收集值的可视化显现。
规划过程中有必要确认显控模块与下位机软件的数据格式，上位机下发的指令有更改门限值、查询门限值、更改通断状况、信道测验等，下位机上发的参数有更改门限值应对、回来当时门限值、通断状况回来、反常状况回来和信道测验等。这些指令保证了整个监控体系处于闭环状况，在任何时刻体系的状况和检测值都是可视的，进步了整个体系的可视化和可靠性。
3 定论
本文中描绘的电源监控体系已实践使用在多个项目中，包含一些环境较恶劣的场合，整套体系运转安稳，而且凭借以太网完成了长途智能化监控。别的，本规划也存在能够改善和进步的当地。首先是进步电流和电压值采样的精度，然后满意一些对供电电源精度要求极高的范畴;其次是能够考虑参加无线通讯功用，然后削减体系布线的杂乱度并拓展使用场合。跟着技能的不断完善，该类电源监控体系必将在更多范畴取得广泛使用。
