双模式的抗恶劣环境电源控制装置的制作方法

1.本发明涉及电源控制的技术领域，具体地，涉及双模式的抗恶劣环境电源控制装置。


背景技术：

2.多设备电源控制装置往往是对多个具有相同电压输入要求的设备提供电源输入的装置。这种电源控制装置可以安装在上架式的系统机柜上为机柜上的其他功能设备提供电源输入，也可以安装在设备比较多，分布比较凌乱的车间厂房的电源柜里为其他用电设备提供集中的电源开关机管理。目前的大多数电源控制装置都需要有人值守的情况下对其所控制的用电设备进行开关机，导致人员值守困难也不便于人员管理。当前大多数的电源控制装置都需要操作人员在现场通过实际的人为操作来控制每一路电源输出的开通和切断，但随着电源控制装置应用场景的不断扩展，以及装备现代化、科技化程度的不断提高，用电设备的智能化需求越来越突出。根据电源控制装置市场上的实际需求设计的智能化电源控制装置也应用而生。很多厂家生产的电源控制装置通过引入嵌入式的mcu，可以通过网络、串口和can等接口实现对各个机柜设备上的各个分单元进行远程开关机，实现对多路电源输出的远程导通和切换，从而实现对其他用电设备的远程开机和关机，从而可以实现用电设备的无人值守，不仅节约了大量的值班力量，还大大提升了各个用电设备开关机的实时性和灵活性，从而提高了各设备运行效率，同时也可以降低厂房或车间的用电成本。
3.现阶段市面上的电源控制装置常采用国外的单片机等芯片作为智能电源控制装置的mcu，国外专用的接口芯片来进行设计的。
4.目前现有技术无法实现抗恶劣性环境下电源控制装置在硬件和软件方面的自主可控设计，因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双模式的抗恶劣环境电源控制装置。
6.根据本发明提供的一种双模式的抗恶劣环境电源控制装置，包括ac/dc电源电路、dc/dc电源电路、单片机配置电路、继电器控制电路、模式切换及串口输出电路和mcu控制驱动电路；
7.所述ac/dc电源电路外接交流电源，且所述ac/dc电源电路与dc/dc电源电路相连接，所述dc/dc电源电路连接有ldo芯片，所述ldo芯片分别与继电器控制电路的继电器控制端正极和单片机配置电路相连接，所述单片机配置电路分别与继电器控制电路的继电器控制端负极、输出指示灯、输出模式切换开关、输出电源开关相连接，所述单片机配置电路连接有电平转换芯片；所述电平转换芯片连接有远程电源控制接口；所述继电器控制电路的继电器输入端外接交流电源，且所述继电器控制电路的继电器输出端输出交流电。
8.优选地，所述ac/dc电源电路连接的电源输入是220v的交流市电，经过输入保护与
滤波电路完成输入端过流/短路保护、输入冲击电流的抑制以及线路中电磁干扰信号的抑制后，采用pfc集成化电路模块spd220w700t380snn完成电源的功率因数校正和输入电流中低频谐波成分的抑制，输出直流390v高压电源。
9.优选地，所述dc/dc电源电路采用dc/dc电源模块gsn27080h24sn-b把390v高压直流电压转换成直流24v低压电源，通过ldo芯片xc5322mac把24v电压转换成5v电压。
10.优选地，所述单片机配置电路中的mcu采用stc8f2k64s2型号的8位c51单片机；单片机的程序烧录电路采用rs232串口方式，通过stc-isp下载编程烧录软件进行程序烧录和调试；通过单片机的io口配置对外10路用电设备的开关信号、指示灯信号、本地手动总电源开关信号和总电源指示灯信号。
11.优选地，所述继电器控制电路采用电磁式继电器作为每1路交流电源输出的控制器件，选用hf14fw/024-zsptf继电器作为电源控制装置每1路交流电源输出的导通和断开的控制器件；每1路继电器线圈的控制信号是通过单片机的一路io口经过达林顿管的功率放大后控制继电器的线圈负极，通过单片机对外输出高低电平来控制继电器两个负载触点的连接和断开控制负载交流电源是否正常输出。
12.优选地，当单片机对应的io对外输出高电平时，达林顿管连接继电器线圈负极的一端为低电平，继电器的线圈有电流通过，产生的磁场使继电器的负载触点完成吸合动作，220v交流电源输出通道导通，即这一路的外部用电设备通电；当单片机对应的io对外输出低电平时，达林顿管连接继电器线圈负极的一端为高电平，继电器的线圈没有电流通过，没有磁场产生，继电器的负载触点没有吸合动作，220v交流电源输出通道断开，即这一路的外部用电设备断电。
13.优选地，所述模式切换及串口输出电路：
14.电源控制装置的本地手动操作和远程自动操作模式的切换信号通过一个带锁定的拨扭开关装在电源控制装置的面板上，模式切换的另一端与单片机的其中一个io管脚相连接，单片机通过检测io管脚的高低电平状态确定是本地手动控制模式还是远程控制模式；io口为高电平输入时把电源控制装置设置为远程自动操作模式，io口为低电平输入时把电源控制装置设置为本地手动操作模式。
15.优选地，所述单片机在检测为本地手动操作模式时，电源控制装置执行本地手动操作模式对10路对外交流输出进行导通和断开程序，反之就执行远程自动操作模式，对10路对外交流输出进行远程的导通和断开程序。
16.优选地，所述电源控制装置在远程自动操作模式下是通过外部的上位机利用rs232串口与电源控制装置进行数据通信；电源控制装置内部的单片机通过rs232接口收到外部远程的上位机的响应命令后对10路继电器进行相应的切换操作。
17.优选地，所述mcu控制驱动电路：
18.电源控制模块的软件设计是单片机控制固件的设计；单片机电源控制固件程序使用c语言与汇编语言编写，采用模块化设计，将整个电源控制程序划分为若干个相对独立的程序模块，程序模块包括单片机硬件初始化、单片机主程序、本地手动模式控制、远程自动模式控制、本地按键扫描控制及串口接收数据及控制程序。
19.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
20.1、本发明的电源控制装置带来的优点就是电源控制装置全部采用了国产电子元
器件，从而实现了硬件的100％国产化，完全摆脱对进口电子元器件的依赖，软件的烧录和调试也实现了国产化；
21.2、本发明的电源控制装置对普通的电源控制装置进行了创新设计，增加了远程自动开关机模式，实现了本地手动操作和远程自动操作的一键切换，为大型生产车间和厂房的用电设备的电源控制提供了无人值守的模式，不仅可以节约大量的值班力量，还大大提升了用电设备开关机的实时性和灵活性，从而提高了各设备运行效率，同时也可以降低厂房或车间的用电成本；
22.3、本发明的电源控制装置的所有电子元器件均采用的国产军用级或工业级电子元器件，因此该装置的环境适应性比较强，在多种恶劣环境下都能稳定地正常工作；
23.4、本发明的电源控制装置可以推广到越来越多的国产化项目和领域中，为大型智能化生产车间和厂房的国产化提供很好的电源控制相关的国产化解决方案；
24.5、本发明的电源控制装置不仅可以布置在具有洁净环境生产车间中使用，也可以布置在含有一定量的h2s、so2、no2、粉尘等污染物的恶劣环境的各种生产车间中进行使用。
附图说明
25.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
26.图1为本发明电源控制装置的基本原理示意图；
27.图2为本发明电源控制装置的ac/dc电源电路设计原理示意图；
28.图3为本发明电源控制装置的dc/dc电源电路设计原理示意图；
29.图4为本发明电源控制装置的单片机配置电路设计原理示意图；
30.图5为本发明继电器控制电路示意图；
31.图6为本发明模式切换及远程控制电路设计示意图；
32.图7为本发明电源控制装置单片机固件设计流程图。
具体实施方式
33.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
34.实施例1：
35.根据本发明提供的一种双模式的抗恶劣环境电源控制装置，包括ac/dc电源电路、dc/dc电源电路、单片机配置电路、继电器控制电路、模式切换及串口输出电路和mcu控制驱动电路；ac/dc电源电路外接交流电源，且ac/dc电源电路与dc/dc电源电路相连接，dc/dc电源电路连接有ldo芯片，ldo芯片分别与继电器控制电路的继电器控制端正极和单片机配置电路相连接，单片机配置电路分别与继电器控制电路的继电器控制端负极、输出指示灯、输出模式切换开关、输出电源开关相连接，单片机配置电路连接有电平转换芯片；电平转换芯片连接有远程电源控制接口；继电器控制电路的继电器输入端外接交流电源，且继电器控制电路的继电器输出端输出交流电。
36.ac/dc电源电路连接的电源输入是220v的交流市电，经过输入保护与滤波电路完成输入端过流/短路保护、输入冲击电流的抑制以及线路中电磁干扰信号的抑制后，采用pfc集成化电路模块spd220w700t380snn完成电源的功率因数校正和输入电流中低频谐波成分的抑制，输出直流390v高压电源。
37.dc/dc电源电路采用dc/dc电源模块gsn27080h24sn-b把390v高压直流电压转换成直流24v低压电源，通过ldo芯片xc5322mac把24v电压转换成5v电压。
38.单片机配置电路中的mcu采用stc8f2k64s2型号的8位c51单片机；单片机的程序烧录电路采用rs232串口方式，通过stc-isp下载编程烧录软件进行程序烧录和调试；通过单片机的io口配置对外10路用电设备的开关信号、指示灯信号、本地手动总电源开关信号和总电源指示灯信号。
39.继电器控制电路采用电磁式继电器作为每1路交流电源输出的控制器件，选用hf14fw/024-zsptf继电器作为电源控制装置每1路交流电源输出的导通和断开的控制器件；每1路继电器线圈的控制信号是通过单片机的一路io口经过达林顿管的功率放大后控制继电器的线圈负极，通过单片机对外输出高低电平来控制继电器两个负载触点的连接和断开控制负载交流电源是否正常输出。
40.当单片机对应的io对外输出高电平时，达林顿管连接继电器线圈负极的一端为低电平，继电器的线圈有电流通过，产生的磁场使继电器的负载触点完成吸合动作，220v交流电源输出通道导通，即这一路的外部用电设备通电；当单片机对应的io对外输出低电平时，达林顿管连接继电器线圈负极的一端为高电平，继电器的线圈没有电流通过，没有磁场产生，继电器的负载触点没有吸合动作，220v交流电源输出通道断开，即这一路的外部用电设备断电。
41.模式切换及串口输出电路：电源控制装置的本地手动操作和远程自动操作模式的切换信号通过一个带锁定的拨扭开关装在电源控制装置的面板上，模式切换的另一端与单片机的其中一个io管脚相连接，单片机通过检测io管脚的高低电平状态确定是本地手动控制模式还是远程控制模式；io口为高电平输入时把电源控制装置设置为远程自动操作模式，io口为低电平输入时把电源控制装置设置为本地手动操作模式。
42.单片机在检测为本地手动操作模式时，电源控制装置执行本地手动操作模式对10路对外交流输出进行导通和断开程序，反之就执行远程自动操作模式，对10路对外交流输出进行远程的导通和断开程序。
43.电源控制装置在远程自动操作模式下是通过外部的上位机利用rs232串口与电源控制装置进行数据通信；电源控制装置内部的单片机通过rs232接口收到外部远程的上位机的响应命令后对10路继电器进行相应的切换操作。
44.mcu控制驱动电路：电源控制模块的软件设计是单片机控制固件的设计；单片机电源控制固件程序使用c语言与汇编语言编写，采用模块化设计，将整个电源控制程序划分为若干个相对独立的程序模块，程序模块包括单片机硬件初始化、单片机主程序、本地手动模式控制、远程自动模式控制、本地按键扫描控制及串口接收数据及控制程序。
45.实施例2：
46.实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
47.本发明主要是基于市面上现有电源控制装置的基础上进行的全国产化设计，实现
了本地手动模式和远程自动模式的双模式的电源输出智能控制，并选用国产化的军工级的电子元器件，以便实现抗恶劣性环境下电源控制装置在硬件和软件方面的自主可控设计，打破外国在抗恶劣环境电源控制技术领域对我国的限制和制裁，从而满足抗恶劣环境下多种用电设备集中电源控制装置的完全自主可控化要求。
48.本发明是一种全国产化的软硬件协同的10路双模式的智能电源控制装置，包括ac/dc电源电路设计、dc/dc电源电路设计、单片机配置电路设计、继电器控制电路设计、模式切换及串口输出电路设计和mcu控制驱动设计六部分。这种电源控制装置通过面板上的模式按键的切换，实现了对10路ac220v电源输出的本地手动模式和远程自动模式的导通和断开。电源控制装置的基本原理见图1所示。
49.ac/dc电源电路设计：
50.本发明的电源控制装置的电源输入是常用的220v的交流市电，先经过常用的输入保护与滤波电路完成输入端过流/短路保护、输入冲击电流的抑制以及线路中电磁干扰信号的抑制后，然后采用四川升华的军用级全国产化pfc集成化电路模块spd220w700t380snn完成电源的功率因数校正和输入电流中低频谐波成分的抑制，输出直流390v高压电源。该电路设计的原理如图2所示。
51.dc/dc电源电路设计：
52.本发明的电源控制装置的dc/dc电源电路采用四川升华公司的军用级国产dc/dc电源模块gsn27080h24sn-b把390v高压直流电压转换成直流24v低压电源，然后再通过江苏展芯的国产军用级ldo芯片xc5322mac把24v电压转换成5v电压后提供给模块的主要电路利用。电源电路设计的原理如图3所示。
53.单片机配置电路设计：
54.本发明的电源控制装置的mcu采用宏晶科技公司的stc8f2k64s2型号的8位c51单片机，该单片机指令代码完全兼容传统8051，采用超高速8051内核(1t)，比传统8051约块12倍以上。该单片机的详细的功能和性能参见stc8系列单片机的技术参考手册。stc8f2k64s2单片机可以根据需要选择外部时钟源或者内部时钟源，复位可选硬件和软件复位。本发明中单片机的配置电路选择内部高精度时钟源作为系统时钟，复位选择硬件的上电复位。这样做的目的是减少不必要的外围电路，提高电源控制装置的稳定性和环境适应性。该单片机的程序烧录电路采用的是宏晶科技公司推荐的rs232串口方式，利用宏晶科技公司的stc-isp下载编程烧录软件进行程序烧录和调试的。同时，为了便于对外部不同用电设备的通电与否进行指示，通过单片机的io口配置了对外10路用电设备的开关信号、指示灯信号、本地手动总电源开关信号和总电源指示灯信号，详细的电路设计原理见图4所示。
55.继电器控制电路设计：
56.本发明的电源控制装置采用的电磁式继电器作为每1路交流电源输出的控制器件，该发明选用厦门宏发电声公司的hf14fw/024-zsptf继电器作为电源控制装置每1路交流电源输出的导通和断开的控制器件。每1路继电器线圈的控制信号是通过单片机的一路io口经过达林顿管的功率放大后来控制继电器的线圈负极，利用单片机对外输出高低电平来控制继电器两个负载触点的连接和断开来控制负载交流电源是否正常输出。当单片机对应的io对外输出高电平时，达林顿管连接继电器线圈负极的一端为低电平，继电器的线圈有电流通过，产生的磁场使继电器的负载触点完成吸合动作，220v交流电源输出通道导通，
即相当于为这一路的外部用电设备通电；当单片机对应的io对外输出低电平时，达林顿管连接继电器线圈负极的一端为高电平，继电器的线圈没有电流通过，没有磁场产生，继电器的负载触点没有吸合动作，220v交流电源输出通道断开，即相当于为这一路的外部用电设备断电。每1路继电器控制电路见图5所示，每1路继电器控制电路的真值表见表1所示。
57.表1继电器控制电路真值表
[0058][0059][0060]
模式切换及串口输出电路：
[0061]
电源控制装置的本地手动操作和远程自动操作模式的切换信号通过一个带锁定的拨扭开关装在电源控制装置的面板上，模式切换的另一端与单片机的其中一个io管脚相连接，单片机通过检测该io管脚的高低电平状态来确定是本地手动控制模式还是远程控制模式。该io口为高电平输入时把电源控制装置设置为远程自动操作模式，该io口为低电平输入时把电源控制装置设置为本地手动操作模式。
[0062]
单片机在检测为本地手动操作模式时，电源控制装置就执行本地手动操作模式对10路对外交流输出进行导通和断开程序，反之就执行远程自动操作模式，对10路对外交流输出进行远程的导通和断开程序，从而实现对10用电设备的开关机操作。
[0063]
电源控制装置在远程自动操作模式下是通过外部的上位机利用rs232串口与电源控制装置进行数据通信的。电源控制装置内部的单片机通过rs232接口收到外部远程的上位机的响应命令后来对10路继电器进行相应的切换操作，从而实现对10路外部用电设备的远程开关机操作。
[0064]
模式切换及远程电源控制电路的设计原理见图6所示。
[0065]
mcu控制驱动电路：
[0066]
电源控制模块的软件设计主要是单片机控制固件的设计。单片机电源控制固件的流程如图7所示。单片机电源控制固件程序使用c语言与汇编语言编写，采用模块化设计，将整个电源控制程序划分为若干个相对独立的程序模块，主要的程序模块包括以下内容：
[0067]
单片机硬件初始化；
[0068]
单片机主程序；
[0069]
本地手动模式控制；
[0070]
远程自动模式控制；
[0071]
本地按键扫描控制；
[0072]
串口接收数据及控制程序。
[0073]
本发明的电源控制装置主要是基于当前抗恶劣环境的系统设备中的电源控制装置进行的创新和升级。目前大多数量产和商用的系统设备中的电源控制装置大都仍旧采用
进口的mcu单片机和专用的功能芯片。随着国际科技领域以美国为首对我国的不断打压，我国各行各业的技术领域都在不断的进行着自主可控的国产化升级换代和创新。本发明的电源控制装置带来的优点就是电源控制装置全部采用了国产电子元器件，从而实现了硬件的100％国产化，完全摆脱对进口电子元器件的依赖，软件的烧录和调试也实现了国产化。同时，本发明的电源控制装置对普通的电源控制装置进行了创新设计，增加了远程自动开关机模式，实现了本地手动操作和远程自动操作的一键切换，为大型生产车间和厂房的用电设备的电源控制提供了无人值守的模式，不仅可以节约大量的值班力量，还大大提升了用电设备开关机的实时性和灵活性，从而提高了各设备运行效率，同时也可以降低厂房或车间的用电成本。
[0074]
本发明的电源控制装置的所有电子元器件均采用的国产军用级或工业级电子元器件，因此该装置的环境适应性比较强，在多种恶劣环境下都能稳定地正常工作。本发明的电源控制装置可以推广到越来越多的国产化项目和领域中，为大型智能化生产车间和厂房的国产化提供很好的电源控制相关的国产化解决方案。本发明的电源控制装置不仅可以布置在具有洁净环境生产车间中使用，也可以布置在含有一定量的h2s、so2、no2、粉尘等污染物的恶劣环境的各种生产车间中进行使用。
[0075]
本发明采用的关键电子元器件的明细表见表2所示，在该表中列出了各种关键电子元件的型号、主要性能参数。
[0076]
表2关键电子元器件的明细表
[0077]
[0078]
[0079][0080]
电源控制装置：即对多个用电设备的进行集中电源管理控制的装置；
[0081]
本地模式：即需要操作员在电源控制装置前实际通过实体按键进行电源输出控制的模式；
[0082]
远程模式：即不需要操作员在电源控制装置前进行实际操作，远程通过专用通信接口发出控制信号对电源输出进行控制的模式；
[0083]
无人值守：即一个车间或厂房的用电设备的开关机控制不需要值班人员在现场进
行操作。
[0084]
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。
[0085]
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
[0086]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。