1 引言
在CATV網(wǎng)絡(luò)中采用UPS電源供電對(duì)于確保CATV信號(hào)的可靠傳輸是很重要的，特別是當(dāng)前CATV正逐漸向交互式的綜合業(yè)務(wù)寬帶網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展的情況下，提高網(wǎng)絡(luò)的供電質(zhì)量，尤為重要。在國(guó)外，各大著名公司研制的CATV網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，將網(wǎng)絡(luò)前端、放大器等環(huán)節(jié)納入網(wǎng)絡(luò)化管理，大大提高了網(wǎng)絡(luò)中信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴Ｗ鳛镃ATV網(wǎng)中重要部分的UPS電源，也要求納入網(wǎng)絡(luò)化管理，以提高網(wǎng)絡(luò)的供電質(zhì)量，保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性。但是，在國(guó)內(nèi)外的各種CATV網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，尚沒(méi)有提到將UPS電源納入網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。因此，研究設(shè)計(jì)CATV網(wǎng)絡(luò)中的UPS電源具有重要意義。
下面介紹一種后備式CATV網(wǎng)專(zhuān)用的網(wǎng)管UPS電源的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的近程通信樣機(jī)制作調(diào)試已經(jīng)全部完成。CATV的網(wǎng)管UPS電源的研制，除具有當(dāng)前CATV網(wǎng)UPS電源的特點(diǎn)外，還具有以下新的特點(diǎn)：(1)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中UPS電源的運(yùn)行情況，自動(dòng)顯示監(jiān)測(cè)參數(shù)；
(2)能設(shè)定電網(wǎng)供電安全輸入電壓范圍，蓄電池充放電電壓等參數(shù)，UPS運(yùn)行參數(shù)超過(guò)設(shè)定值時(shí)報(bào)警，并完成相應(yīng)的切換控制；
(3)有通信接口，可與網(wǎng)管中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。
2系統(tǒng)構(gòu)成原理CATV網(wǎng)管UPS電源采用8098單片機(jī)智能測(cè)控技術(shù)，利用微處理器實(shí)時(shí)采集CATV網(wǎng)絡(luò)中UPS電源運(yùn)行狀況信息并對(duì)電源進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，網(wǎng)絡(luò)管理中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)可隨時(shí)與運(yùn)行干網(wǎng)絡(luò)中的UPS電源聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電源的網(wǎng)絡(luò)化管理。系統(tǒng)由兩部分組成：
(1)UPS電源部分；
(2)微處理器監(jiān)控系統(tǒng)。
2.1UPS電源部分同網(wǎng)管UPS電源相比，以前的UPS電源主要由功率變換用逆變器、蓄電池組充放電電路、靜態(tài)開(kāi)關(guān)和恒壓變壓器等幾部分組成。對(duì)于后備式的CATV網(wǎng)UPS電源來(lái)說(shuō)，基本工作原理是：在電網(wǎng)供電正常時(shí)，對(duì)電網(wǎng)電源凈化后供給CATV網(wǎng)；當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，蓄電池電源經(jīng)逆變器逆變后供給CATV網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)供電的不間斷。
2.2微處理器監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)管UPS電源以Intel公司的MCS－96系列單片機(jī)8098為核心，由單片機(jī)和相應(yīng)的功能模塊組成電源的監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)能準(zhǔn)確獲取UPS電源的運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)控電源的運(yùn)行情況，接受監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)的訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。其中，UPS電源運(yùn)行參數(shù)的準(zhǔn)確獲取，在電源的網(wǎng)絡(luò)化管理中具有重要意義。
2.2.1參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)輸入電壓、輸出電壓、電池電壓、輸出電流和環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。在滿足系統(tǒng)測(cè)量精度和控制要求的條件下，先分別采用分壓電阻串和電流傳感器電路將輸入電壓、輸出電壓、電池電壓和輸出電流等轉(zhuǎn)換到A／D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍內(nèi)，然后將直流量直接送入A／D轉(zhuǎn)換器，交流量送入有效值／直流轉(zhuǎn)換器。CATV網(wǎng)UPS電源不同于一般UPS電源的特點(diǎn)之一就是輸出60V的梯形波形(又稱(chēng)準(zhǔn)方波)電壓。為準(zhǔn)確測(cè)量輸出電壓、輸出電流等參數(shù)的值，確保系統(tǒng)測(cè)量控制操作的準(zhǔn)確性，對(duì)交流量的測(cè)量采用真有效值測(cè)量法，即直接根據(jù)有效值的定義測(cè)量交流量的有效值，而不是光測(cè)得電壓平均值，再利用正弦波有效值與平均值的關(guān)系轉(zhuǎn)換為有效值。這一方法對(duì)非正弦波會(huì)引起較大的理論誤差。系統(tǒng)采用AD公司的AD536A芯片，實(shí)現(xiàn)被測(cè)量電壓有效值／直流的轉(zhuǎn)換。各交流量經(jīng)多路模擬開(kāi)關(guān)CD4051選通后送入AD536A實(shí)現(xiàn)交流有效值／直流轉(zhuǎn)換后，最后送入8098單片機(jī)的ACH4通道進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。環(huán)境溫度的測(cè)量。環(huán)境溫度對(duì)UPS的工作穩(wěn)定性影響很大，監(jiān)控UPS的工作溫度對(duì)延長(zhǎng)蓄電池的壽命更顯得重要。系統(tǒng)采用AD590半導(dǎo)體集成溫度傳感器，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后送人A／D轉(zhuǎn)換器。
2.2.2狀態(tài)來(lái)集UPS電源的狀態(tài)通常可分為：電網(wǎng)供電狀態(tài)、電池逆變供電的逆變狀態(tài)、電池電壓低的欠壓狀態(tài)和負(fù)載過(guò)流的過(guò)流狀態(tài)。前兩種為UPS的正常狀態(tài)，后兩種為異常狀態(tài)。狀態(tài)采集電路準(zhǔn)確獲取電源的工作狀態(tài)后送人8098單片機(jī)的高速輸入口。
2.2.3 UPS電源保護(hù)電路 為避免異常情況發(fā)生對(duì)電源的損壞，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種保護(hù)電路：
(1)蓄電池欠壓保護(hù)，防止過(guò)放電對(duì)電池的損壞；
(2)短路過(guò)流保護(hù)，防止誤操作或負(fù)載故障引起輸出短路損壞電源。保護(hù)電路的切換值可以根據(jù)電源工作環(huán)境等因素隨時(shí)設(shè)定。
2.2.4通信接口網(wǎng)管UPS電源具有通信接口，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)電源的集中網(wǎng)絡(luò)化管理。在這里，只討論UPS和計(jì)算機(jī)之間通過(guò)RS－232C串行口的近程通信。遠(yuǎn)程通信可通過(guò)應(yīng)答器、調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備或因特網(wǎng)經(jīng)過(guò)有線電視網(wǎng)絡(luò)或電話網(wǎng)等方法實(shí)現(xiàn)，將另文討論。
3單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為了保證系統(tǒng)測(cè)量和控制動(dòng)作的迅速準(zhǔn)確，單片機(jī)軟件全部用8098單片機(jī)匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)以增加程序的可讀性與易維護(hù)性，便于系統(tǒng)功能擴(kuò)充。軟件分為6個(gè)模塊：參數(shù)采集和轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算處理模塊、顯示模塊、參數(shù)設(shè)定。切換控制模塊和通信模塊。
(1)參數(shù)采集和轉(zhuǎn)換模塊。通過(guò)控制選擇不同的A／D轉(zhuǎn)換通道和相應(yīng)通道對(duì)CD4051多路開(kāi)關(guān)的切換，實(shí)現(xiàn)UPS運(yùn)行參數(shù)的采集和轉(zhuǎn)換。
(2)數(shù)據(jù)計(jì)算和處理模塊。系統(tǒng)采用SICE仿真器內(nèi)的三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)函數(shù)子程序?qū)／D轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行處理，確保系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)量精度。
(3)顯示模塊。系統(tǒng)將UPS電源輸入電壓等參數(shù)和電網(wǎng)供電等狀態(tài)信息送LED數(shù)碼管顯示電路，實(shí)現(xiàn)UPS電源運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示。
(4)參數(shù)設(shè)定。根據(jù)UPS運(yùn)行狀況和工作環(huán)境，可以通過(guò)網(wǎng)管中心計(jì)算機(jī)對(duì)電源的輸入電壓范圍。電池欠壓保護(hù)值和輸出電源范圍等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。
(5)切換保護(hù)模塊。系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果時(shí)刻與設(shè)定參數(shù)比較，判斷是否與設(shè)定參數(shù)一致，如果不一致，將實(shí)現(xiàn)切換保護(hù)操作，完成UPS電源的狀態(tài)切換，防止異常情況對(duì)系統(tǒng)的損壞。這是UPS電源的軟保護(hù)。
(6)通信模塊。系統(tǒng)可將UPS電源的各種運(yùn)行參數(shù)信息由通信接口傳送線網(wǎng)絡(luò)管理中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)，也可以接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)傳送來(lái)的命令和參數(shù)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中為了區(qū)分不同的UPS電源，必須為每臺(tái)電源賦于一個(gè)唯一的機(jī)號(hào)。UPS電源接收到監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送的機(jī)號(hào)后，進(jìn)行機(jī)號(hào)匹配，若匹配成功，發(fā)確認(rèn)信息，監(jiān)控計(jì)算機(jī)接收到確認(rèn)信息后，緊接著發(fā)命令字節(jié)，命令包括：
(1)監(jiān)控計(jì)算機(jī)向UPS傳送數(shù)據(jù)；
(2)UPS向監(jiān)控計(jì)算機(jī)傳送數(shù)據(jù)。然后二者開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)，首先傳送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。數(shù)據(jù)傳送完畢，發(fā)一個(gè)結(jié)束符，本次通信完畢。
4監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件用C語(yǔ)言編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS電源的網(wǎng)絡(luò)化管理。PC的軟件設(shè)計(jì)可分為兩部分：(1)通信程序；(2)界面程序設(shè)計(jì)。
4.1通信程序設(shè)計(jì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)和UPS電源之間的通信遵循主從原則，每次通信都由計(jì)算機(jī)發(fā)起。監(jiān)控計(jì)算機(jī)按照協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式發(fā)送數(shù)據(jù)呼叫UPS，建立連接。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用9600波特的波特率以查詢方式發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。
4.2界面設(shè)計(jì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的人機(jī)交互操作界面由4個(gè)選單條組成，分別是顯示窗口、存檔窗口、設(shè)定窗口和維修記錄窗口，各選單條又由相應(yīng)的子選單條組成。顯示窗口實(shí)現(xiàn)的功能是：隨時(shí)設(shè)定監(jiān)控計(jì)算機(jī)要顯示的UPS電源機(jī)號(hào)，顯示內(nèi)容以及顯示內(nèi)容刷新時(shí)間間隔。存檔窗口實(shí)現(xiàn)的功能是：選擇存儲(chǔ)UPS電源的運(yùn)行狀況信息，并可調(diào)出查閱和打印等，以了解UPS的歷史工作狀況。參數(shù)設(shè)定窗口實(shí)現(xiàn)的功能是：可根據(jù)UPS的工作環(huán)境和運(yùn)行狀況對(duì)輸入電壓范圍、電池欠壓值和輸出電流大小進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)參數(shù)不在設(shè)定范圍時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。維修記錄窗口實(shí)現(xiàn)的功能是：進(jìn)入編輯器，記錄UPS的維修情況，包括UPS機(jī)號(hào)、維修日期、維修部件以及維修人等信息。該設(shè)計(jì)的樣機(jī)系統(tǒng)經(jīng)長(zhǎng)期試用，運(yùn)行狀況良好。
