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2023年嵌入式UPS远程控制管理系统设计.doc
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2023 嵌入式 UPS 远程 控制 管理 系统 设计
嵌入式UPS远程控制管理系统设计 发布日期:2012-8-2 9:21:53    来源: toberp     编辑:拓步ERP资讯网    浏览:173    评论       :以三星公司的ARM9处理器S3C2440为核心设计了一款嵌入式UPS远程控制管理系统。系统能够通过INTRANET局域网或现场终端实现对UPS的网络远程放电、现场手动放电、定期维护放电操作,及相应的远程和手动恢复市电操作,还具备过放电保护、市电异常保护、故障报警、现场数据采集、数据上传及显示等功能。测试结果说明系统可靠性高、操作方便,极大地提高了UPS的管理与维护效率,可广泛应用于银行、医院等重要领域。     在ERP信息技术和网络技术的推动下,银行、医院、交通等关键领域的正常运转越来越依赖于其计算机ERP系统的高可靠性,可靠的供电系统是其最根本的保障,如果发生意外的断电事故,轻那么影响当前的业务,重那么引起系统数据丧失,造成重大经济损失。作为一种可靠的电源系统,UPS已成为这些重要行业的必备电源。     UPS在市电正常供给时能对市电进行整流滤波、稳压调整,以便向负载提供稳定合理的电压,在市电中断时,可在极短的时间内开启自身的储藏电源,经逆变后向负载供电,从而保证了关键设备的供电安全。     当某系统的UPS规模到达一定程度时,对UPS电源系统进行统一的集中实时监控和管理,以实现高效且真正无人值守的管理就显得尤其重要。     本文着重于UPS系统实际的远程智能管理需求,设计一种基于局域网浏览器/效劳器(Browser/Server,B/S)架构的跨平台UPS远程智能控制管理系统。 1 系统整体方案     系统充分考虑了标准化、可扩展性、高可靠性、易用性等设计原那么,采用集中和分散相结合的方式实现对多个UPS电源的智能化远程控制和管理,系统整体拓扑结构如图1所示。 点击图片查看大图       图1 系统整体拓扑结构     管理人员可在远程计算机监控终端通过Intranet效劳器访问系统内的监控模块,从而实现对每个UPS的远程管理和控制,并可实时查看每台UPS的工作参数和状态。 2 嵌入式监控模块     UPS远程智能管理系统的关键局部是嵌入式监控模块,每一个UPS电源均通过一个监控模块与效劳器相连。监控模块的设计采用ARM处理器S3C2440作为核心器件,外围辅以信号调理电路、多路模拟选通电路、12位串行AD转换电     路、固态继电器驱动电路、键盘及指示电路、声光报警电路、EEPROM扩展电路、时钟电路、硬件看门狗等,实现数据上传、远程网络控制、现场控制、蓄电池定期维护、故障旁路等功能。图2所示为嵌入式监控模块框图。 点击图片查看大图       图2 嵌入式监控模块框图     监控模块首先对市电交流电压、UPS蓄电池直流电压、UPS输出交流电压和UPS交流输入电流进行采样,这些参数是判断UPS工作状态和对UPS进行保护的依据。市电交流电压和UPS输出交流电压经隔离的电压互感器转换为可直接转换的直流电压;蓄电池直流电压经高精度电阻分压后可直接采样;电流信号经电流互感器处理后变换为相应的直流电压信号。这些可采样的模拟信号经多路模拟开关CD4052选通后进入12位SPI接口的串行模数转换器ADS 1286,在ARM处理器S3C2440的控制下,依次转换为对应的数字信号并被S3C2440读取。     监控模块的网络通信采用标准RJ45接口,网络芯片选用具有MAC控制器和物理层接口的RTL8019,S3C2440与RTL8019间主要通过数据、地址和控制三大总线连接。采集到的数据通过TCP方式上传到效劳器,同时各个监控模块可通过UDP方式接收来自远程控制终端的操作命令。     监控模块对UPS电源的控制均通过相应驱动电路改变固态继电器(Solid State Relay,SSR)的闭合状态实现。固态继电器与普通电磁继电器相比具有寿命长、可靠性高、灵敏度高、控制功率小、切换速度快、电磁干扰小等优点,非常适合于UPS智能管理系统的控制电路。     此外,监控模块的其它辅助功能通过扩展相应的外围电路得以完善。系统关键参数的存储通过扩展EEPROM实现;为了实现准确定时和定期维护扩展了时钟芯片DS1302;预留了键盘接口以实现现场操作与控制;设计了硬件看门狗电路进一步提高了系统工作的可靠性;监控模块自身故障时,通过一个双刀双掷常闭同态继电器实现旁路功能,将市电直接接入UPS系统;RS232串行接口电路用作系统调试与相关参数设置;声光报警电路对偶发故障进行警告。 3 嵌入式系统软件设计     本系统是一种基于浏览器/效劳器(B/S)架构,具有高可靠性和高安全性的嵌入式远程监控管理系统,采用的是三星公司的ARM9处理器S3C2440,其软件设计内容主要包括嵌入式操作系统的引导程序(Bootioader)和内核设置、应用文件系统开发嘲。ARM处理器的特点和性能使得它非常适合运行嵌入式操作系统,而且功耗得到了很好的控制,系统采用嵌入式Linux操作系统,Linux具有很好的跨平台性和开源性,支持多种处理器体系结构,尤其对ARM的支持比拟完善。系统软件设计的关键技术有:引导装载程序(Bootloader)的修改和移植,本系统采用的引导装载程序由三星公司研发的引导装载程序、vivi改良而来;嵌入式操作系统Linux内核的裁剪与移植啊;监控数据的实时采集与处理、嵌入式控制算法的编程实现;各层TCP/IP协议栈的实现,Socket性能的优化。     电压、电流数据的采集通过编写应用文件,利用S3C2440的定时器和I/O口模拟CD4052的选通控制时序和ADSl286的SPI总线控制时序,实现多路信号的定时采样与读取,同时将采样数据经过相应处理后,采用TCP协议以IP数据报的形式通过Socket套接字编程实现上传。数据定时采样的中断子程序流程如图3所示,其中每采样一类数据后,都需要切换CD4052的通道并延迟一段时间,以便到达ADS1286的信号更稳定。全部数据采集一遍后需要将采样值变换为实际电压或电流值,附上工作状态标志位,并依据采样值和设定的相关参数判决是否执行必要的保护动作。 点击图片查看大图 图3 定时采样中断子程序流程图     应用程序共实现了远程网络放电、网络恢复市电、蓄电池定期维护放电、现场手动放电、手动恢复市电、蓄电池过放电自动恢复等控制功能,同时还能判断市电停电、输入线路故障等意外放电状态,并且能够以命令的形式为系统的采样数据设置校准模型和参数,这些参数保存在EEPROM中,保证在掉电情况下不会丧失。远程充放电控制功能通过以UDP协议接收相应命令来实现,S3C2440根据接收到的命令字和参数判断完成何种操作,并通过输出接口电路改变各固态继电器的闭合状态执行动作。对接收到的远程命令进行处理的子程序流程图如图4所示。     现场管理与控制通过编写键盘应用文件来实现,系统设计中考虑了管理方式的优先级问题,在远程网络放电的情况下,禁止在现场通过键盘改变UPS的工作状态。     监控模块的IP地址、网关地址、端口号等网络通信参数通过上位机应用程序设置,在SC32440中编写相应的RS232串行通信应用文件接收上位机的参数设置命令。 4 B/S架构网络通信     B/S架构网络通信通过控制终端浏览器访问效劳器程序的方式实现,监控软件主要由网络效劳器模块、通信模块和网络数据库三局部组成,结构如图5所示。 点击图片查看大图       图4 远程命令处理子程序流程图 点击图片查看大图       图5 监控软件模块框图     效劳器程序可以通过TCP/IP协议对注册登记过的远程嵌入式监控系统的口地址进行管理和访问,只要有Internet接入的地方,用户就可以通过浏览器效劳器,以B/S模式对UPS设备群进行远程监控和管理。效劳器程序涉及到的关键技术有:以太网网络通信原理,TCP/IP分层协议;B/S架构网络效劳器软件实时监测、控制功能的实现;网络效劳器软件登陆认证模式,系统安全性设计;通过IE浏览器效劳器,远程浏览动态网页的功能;数据保存、生成报表和帮助功能。 5结论与展望     嵌入式设备与Internet的结合代表着嵌入式系统和网络技术的真正未来。通过将嵌入式系统连接到Internet对UPS电源进行远程控制和管理,可以将所有现场UPS设备的信号通过网络传送并保存,并通过网络随时查看设备的状况,实现高度集中的真正无人值守管理。系统可到达的技术指标主要有:监控终端100个、单个终端模拟数据输入通道4路、转换分辨率12位、客户端数量5个。     本系统具有极好的可靠性、安全性和易用性,已在某银行ATM网点试运行,运行状况良好,同时医院、交通、政府等部门都是本系统的潜在用户。系统功能还可根据用户需求进行扩展,亦可添加SIM卡短信报警和查询功能,进一步提高管理效率,市场开展前景可观。

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