发布时间 : 星期一 文章基于STM32的矿用UPS智能监控系统设计与实现更新完毕开始阅读
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
基于STM32的矿用UPS智能监控系统设计与实现
作者：孙志宏 曲伟
来源：《电子世界》2013年第17期
【摘要】针对煤矿井下含瓦斯及煤尘较多的易燃易爆环境下，为了方便可靠的实时监控UPS及电池的状态信息，设计了矿用UPS（Uninterruptible Power System）电源智能检测控制系统；基于ARM STM32F107VCT6微处理器，实现了在无操作系统的情况下，实时监控UPS输入输出电压、频率、温度、电池充放电状态等信息并进行故障报警；并设计了以太网，485串口，CAN总线等多种接口与上位机通信进行远程监控，并控制放电，以防充电电池长时间不使用而损坏；产品测试结果表明，该系统通信实时性好、稳定性高，具有很高的实用价值。 【关键词】UPS电源监测控制系统；STM32；串口通信；以太网；CAN总线 1.引言
在今天的矿井安全要求极高的情况下，UPS能够对无线、以太网等煤矿安全监控系统等提供安全可靠的不间断供电以保障煤矿开采的安全。而对于UPS的实时检测控制[1]以确保UPS稳定工作是保证安全的本质条件。本文设计的基于STM32矿用UPS实时检测控制系统满足了矿上UPS电源稳定安全运行的要求。
系统主控制器采用ST公司推出的基于ARM Cortex-M3内核的32位处理器STM32F 107，该处理器在结构上包括处理器内核、存储器保护单元（MPU）、嵌套向量中断控制器（NVIC）等，具有高速通信接口（SPI，I2C，USART，UART，CAN，以太网等）、JTAG/SW调试等先进的外设，具有性价比高、配置丰富灵活、实时性能出色、低功耗等优势。本文应用STM32控制器设计并实现了UPS电源的控制与电压电流等信息的实时显示[2]，并能对UPS故障进行报警。结果表明，本系统性能卓越、稳定可靠。 2.硬件系统简介
本文所述的基于STM32的矿用UPS电源显示控制系统的硬件电路包括：电池组管理系统（BMS），UPS电源系统，STM32F微控制器；4路串行通信接口（其中2路RS-232串口，1路TTL串口，1路RS-485串口），网络，CAN总线等电路部分。整体的硬件系统框图如图1所示。
（1）电池组管理系统（BMS）：包括16路充电电池组及温度传感器等。通过RS-232串口与STM32F微处理器进行通信控制。
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
（2）UPS电源系统：主路，旁路，整流器，逆变器等。通过RS-232串口与STM32F微处理器通信控制。
（3）STM32F微控制器：通过RS-232串口与BMS通信，发送8字节查询命令给BMS，并中断接收226字节数据；通过RS-232与UPS通讯，发送4字节查询UPS信息命令给UPS，中断接收88字节信息数据，发送4字节查询UPS属性命令给UPS，中断接收46字节属性数据；为了保证UPS智能检测的可扩展性，其通讯接口应具有一定得开放性，以实现各种检测传感器及控制节点的任意添加，这使得控制系统设计变得复杂。针对这一问题，本文设计了RS-485串口，CAN总线，以太网三种接口与上位机进行通信，以满足用户升级扩展的需要。 （4）TTL屏终端监测：为了方便井下终端用户实时观察监测BMS及UPS信息，采用了7寸屏幕，用TTL接口与STM32通信，设计了两屏信息不断循环显示。主屏监测UPS输入输出电压频率等及BMS总电压，总电流，及充放电状态，报警信息，保护信息等，显示时间为10s，每1s数据刷新一次；第二屏监测BMS 16组电压、温度信息，显示时间为5s，每1s数据刷新一次。
（5）上位机通信监测控制：为了方便井下用户在不同的条件下进行远程监控，设计提供了RS-485串口，CAN总线，以太网三种方式与分别上位机进行通信，满足了不同井下用户的需求，可详细监测电池组BMS及UPS信息；并可控制电池组放电，当满足单体电压低于给定值或者放电时间达到给定值时，停止放电，以防充电电池损坏。
（6）声光报警：为了当充电电池单体电池电压过高过低，或者UPS故障时，蜂鸣器会鸣叫，LED灯会闪烁报警。 3.ARM系统的软件设计
为了充分的利用STM32的运行效率，在STM32微处理器上没有运行操作系统，所以主控程序设计时借鉴时间片的轮转调度算法思想[3]，对各个接口处理数据分配一个时间段，并且在接收数据时采用中断方式，可以有效安排调度。软件系统设计采用模块化编程思想[4]，主要包含以下几个模块：系统及外设初始化；BMS数据信息处理；UPS数据信息处理；TTL屏显示；放电控制处理；停止放电控制处理；RS232发送查询BMS信息；RS232发送查询UPS信息；RS485/CAN/网络与上位机通信等。整个系统的主流程图如图2所示。 3.1 系统及外设初始化模块 3.2 BMS数据信息处理模块 3.3 UPS数据信息处理
将从串口接收到的88字节或者46字节数据，按照协议，转成UPS数据或者UPS属性信息，其中UPS数据包括输入电压，输出电压，输出电流，输入输出频率等；UPS属性信息包