-48V直流電源柜，廣泛應(yīng)用于通信電力金融等機(jī)房，為其中用戶計算機(jī)等設(shè)備提供電源動力。在這些使用場合，要求提供可靠的電源，即使是電源出現(xiàn)故障，也要做到及時發(fā)現(xiàn)，立即處理。
為提高供電的可靠性，一種措施就是采用冗余供電，即采用兩路-48V，同時給一個設(shè)備供電，即使其中一路供電出現(xiàn)故障，也不影響使用設(shè)備的正常運行。在本直流電源列頭柜里，即分成A、B兩路，每路又分成32個支路，一共是64個支路。與此相對應(yīng)，開關(guān)量監(jiān)測單元也分成相應(yīng)的64個支路的監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到某個或某些支路供電不正常時，如原來是接通狀態(tài)的，無故改變?yōu)閿嚅_的狀態(tài)了，即在現(xiàn)場發(fā)出聲光報警信號，提醒現(xiàn)場工作人員及時處理?；蛲ㄟ^485總線或網(wǎng)絡(luò)，將報警信號發(fā)送到遠(yuǎn)端控制中心。
當(dāng)整個直流列頭柜系統(tǒng)接好線正常使用后，要按下開關(guān)量監(jiān)測單元面板上的采集按鈕3秒鐘以上，使得開關(guān)量監(jiān)測單元能記錄下系統(tǒng)正常使用時的初始狀態(tài)，如那些支路是接通的，其余那些支路是斷開的，這將作為下面系統(tǒng)供電發(fā)生故障時的判斷依據(jù)。當(dāng)監(jiān)測到某個或某些支路供電不正常時，開關(guān)量監(jiān)測單元將控制繼電器，使得外接的報警喇叭和報警燈立即自動接通電源，從而發(fā)出報警聲音和燈光。
整個直流電源柜的內(nèi)部框圖見下圖1：
圖1 直流電源柜的內(nèi)部框圖
外表動輒1到 2米的電源柜，看似內(nèi)部空間很大，其實裝滿幾十路的空氣開關(guān)和防雷模塊和連接導(dǎo)線外，給開關(guān)量監(jiān)測單元留出的安裝空間就所剩無幾了，因此要求所設(shè)計的開關(guān)量監(jiān)測單元盡量小巧，并方便于機(jī)柜內(nèi)安裝，故結(jié)構(gòu)設(shè)計成導(dǎo)軌安裝式的。并且電源列頭柜內(nèi)部支路的個數(shù)，往往會根據(jù)使用現(xiàn)場的實際情況，做出靈活的配置。因此要求所設(shè)計的開關(guān)量監(jiān)測單元，也要能根據(jù)實際情況，在使用現(xiàn)場能夠做出靈活方便的配置。故開關(guān)量監(jiān)測單元的接口板，以8路為一個單位進(jìn)行設(shè)計，插一塊接口板，能監(jiān)測8路-48V開關(guān)量，插兩塊接口板，能監(jiān)測16路-48V開關(guān)量，以此類推，一共能監(jiān)測64路-48V開關(guān)量。若還需要更多的監(jiān)測路數(shù)，則可以把多個開關(guān)量監(jiān)測單元通過485總線連接起來。
開關(guān)量監(jiān)測單元由三部分組成，一是主控板，二是接插板，三是接口板，分別見下圖2、圖3、圖4。
圖 2 接口板
圖3 接插板
圖 4 主控板的正面和底面
圖 5 -48V直流電源柜外觀圖
圖6 64路電源支路通斷監(jiān)測單元
圖 7 導(dǎo)軌安裝圖
下面先介紹接口板部分的設(shè)計。
開關(guān)量監(jiān)測單元一共能監(jiān)測64路-48V的開關(guān)量，若每路開關(guān)量對應(yīng)于控制CPU的一個I/O口，那么共需要控制CPU提供64個I/O口，這種直觀的選擇，會導(dǎo)致控制CPU的成本上升很多，顯然是不好的設(shè)計選擇。為此，這里特別推薦選用8通道模擬多路選擇器/多路分配器74HC4051，74HC4051是一款高速CMOS器件，74HC4051引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC4051帶有3個數(shù)字選擇端（S0至S2），1個低有效使能端（E），8個獨立輸入/輸出端（Y0至Y7）和1個公共輸入/輸出端（Z）。E為低時，8個開關(guān)的其中之一將被S0至S2選中（低阻態(tài)）。E為高時，所有開關(guān)都進(jìn)入高阻態(tài)，直接無視S0至S2。
圖 8 74HC4051真值表
下圖9是使用74HC4051的電路圖。
圖 9 74HC4051應(yīng)用電路圖
下面的部分介紹主控板部分的設(shè)計。
控制CPU選用市場上目前ST公司主推的4系列中的STM32F401RCT6，相對于以前的103系列，由于采用了新的工藝，性能更高，而價格更低。
嵌入式軟件在keil公司的uvision 5開發(fā)工具中進(jìn)行。由于STM32F401RCT6采用了ARM CORTEX-M4處理器內(nèi)核，為了能在uvision 5開發(fā)工具中編譯處理此ARM處理器，需要為uvision 5安裝相應(yīng)的MDK-ARM嵌入式軟件開發(fā)工具。
圖 10 安裝MDK-ARM嵌入式軟件開發(fā)工具
同時，為了能識別具體的STM32F401RCT6處理器，還要在uvision 5開發(fā)工具中安裝STM32F系列PACK包，如Keil.STM32F4xx_DFP.2.3.0.pack。
圖 11 安裝STM32F系列PACK包
當(dāng)上述工具安裝好后，才能在uvision 5開發(fā)工具中進(jìn)行具體的軟件開發(fā)調(diào)試。
首先要在ST公司開發(fā)工具軟件“STM32CubeMX”里進(jìn)行好芯片管腳和系統(tǒng)工作頻率的配置，并輸出工程文件，在此工程文件的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。
圖 12 STM32F401RCT6處理器的管腳配置
圖 13 STM32F401RCT6處理器的時鐘配置
下面圖14是STM32F401RCT6處理器控制74HC4051芯片的應(yīng)用程序截圖
圖14 STM32F401RCT6處理器控制74HC4051芯片的應(yīng)用程序
當(dāng)整個程序編寫好了，并通過編譯，實現(xiàn)了既定功能后，最終要通過V9-ARM仿真器將編譯好的HEX文件下載到實物中去運行。
見下圖15，為了使用V9-ARM仿真器，需要安裝它的驅(qū)動程序。安裝好V9-ARM仿真器的驅(qū)動程序后，uvision 5開發(fā)工具中已識別出通過USB口接入的V9-ARM仿真器。
圖15 安裝好V9-ARM仿真器的驅(qū)動程序
至此，見下圖16，就可以通過V9-ARM仿真器將編譯好的HEX文件下載到實物中去運行了。
圖 16 通過V9-ARM仿真器將編譯好的HEX文件下載到實物中
