CN103683464A - 基于双处理器的eps电源系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明包括输入开关、输出开关、充电器、蓄电池组、蓄电池组监护模块、逆变器、旁路静态开关、逆变静态开关、DSP处理器，还包括信号采样及调理模块和监控模块，监控模块包括龙芯处理器、无线通信模块和人机交互模块；信号采样及调理模块用于采集和处理测量参数，并传送给DSP处理器；蓄电池组监护模块用于监控蓄电池组的运行状态，并将监控参数传送给所述DSP处理器；DSP处理器将测量参数和监控参数传送给龙芯处理器；龙芯处理器通过人机交互模块显示测量参数和监控参数及通过所述无线通信模块将测量参数和监控参数送至远程终端。本发明以国产龙芯处理器构建EPS电源系统的人机交互和网络监控，采集、显示、存储并监测系统运行时的各种信息，确保系统各部分工作有序，便于实现对系统可靠性的检验。

Description

基于双处理器的EPS电源系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及EPS应急电源领域，特别涉及基于双处理器的EPS电源系统及其控制方法。

背景技术

EPS应急电源（Emergency Power Supply：紧急电力供给）作为独立于电网之外的后备电源，是解决停电事故和电力质量不稳定等问题的最有效途经。在事故发生时可确保提供所需应急电力，以有效降低因断电造成的损失，保障人们的生产、生活安全。

EPS应急电源原理为：在电网正常时，由市电经过输出切换装置给负荷设备供电，同时充电器为蓄电池进行充电或浮充；当电网断电后或电压超出供电范围，处理器启动逆变器，同时输出切换装置将市电供电状态立即切换到逆变器供电，为负荷设备提供应急供电；当电网恢复时，应急电源将恢复为电网供电。

目前，国内外EPS电源的发展趋势和研究方向主要体现在高效化、小型化、集成化、智能化和网络化等几个方面，研发性能完善、实用性强的应急电源系统有着十分重要的意义。由于现有EPS的安装及应用的具体环境较差，从而对其运行情况进行监控比较困难，通常是通过人工定期巡检的方式进行，但是这种监控方式在实时性、可靠性等方面存在一定的问题。再者，我国高端EPS电源需要从国外引进，即使国内自主研发并投入使用的EPS电源，其处理器也均从国外进口，核心技术受到国外垄断，急需用国内的处理器来填补我国EPS电源领域的空白。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种具有智能监控功能的基于双处理器的EPS电源系统。

本发明的又一目的在于：提供一种具有智能监控功能的基于双处理器的EPS电源系统的控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了基于双处理器的EPS电源系统，其包括输入开关、输出开关、充电器、蓄电池组、蓄电池组监护模块、逆变器、旁路静态开关、逆变静态开关和DSP处理器，所述充电器与所述蓄电池组连接，所述蓄电池组通过蓄电池组监护模块与DSP处理器的通信接口连接，所述充电器与DSP处理器的PWM接口连接；所述旁路静态开关和所述逆变静态开关分别与DSP处理器的IO接口连接；所述逆变器与DSP处理器的PWM接口连接；

系统还包括信号采样及调理模块和监控模块，所述监控模块包括龙芯处理器、无线通信模块和人机交互模块；

所述信号采样及调理模块与所述DSP处理器连接；所述DSP处理器与所述监控模块连接；所述龙芯处理器分别与所述人机交互模块和无线通信模块连接；

所述信号采样及调理模块用于采集和处理EPS电源系统运行过程中的测量参数，并将所述测量参数传送给所述DSP处理器；所述蓄电池组监护模块用于监控所述蓄电池组的运行状态，并将所述监控参数传送给所述DSP处理器；

所述DSP处理器读取所述信号采样及调理模块的测量参数和所述蓄电池组监护模块的监控参数，并将测量参数和监控参数传送给所述龙芯处理器；

所述龙芯处理器通过所述人机交互模块显示测量参数和监控参数，所述龙芯处理器通过所述无线通信模块将测量参数和监控参数传送至远程终端。

所述人机交互模块还可通过龙芯处理器向DSP处理器发送指令，所述指令经DSP处理器执行后，DSP处理器将相应的输出信息通过龙芯处理器反馈给人机交互模块进行显示。

所述无线通信模块还可接收远程终端的指令，并通过龙芯处理器传送给DSP处理器执行。

所述龙芯处理器通过RS232、中断口和双端口RAM与所述DSP处理器连接。

所述测量参数包括市电的电压、电流及EPS电源系统的运行温度；所述监控参数包括所述蓄电池组的电压、电流、容量和温度。

所述无线通信模块为GPRS模块或ZigBee无线通信模块，所述龙芯处理器通过RS232或RS485接口与GPRS模块或ZigBee无线通信模块连接。

所述人机交互模块包括真彩LCD和触摸屏。

所述龙芯处理器的型号为1B。

所述DSP处理器采用TI公司的TMS320F28335芯片。

所述蓄电池组为阀控密封铅酸蓄电池。

所述充电器包括整流滤波电路和Boost充电电路。

所述整流滤波电路包括整流桥和滤波电容C1、C2。

所述Boost充电电路包括开关管Q1、电感L1、二极管D1和电容C3。

所述逆变器包括由四个开关管（Q1、Q2、Q3、Q4）组成全桥逆变电路，开关管Q1和Q3组成超前桥臂，Q2和Q4组成滞后桥臂。

为了解决上述技术问题，本发明提供了基于双处理器的EPS电源系统的控制方法，其包括以下步骤：

（1）上电并初始化；

（2）信号采样及调理模块检测市电的电压、电流以及EPS电源系统运行过程的温度参数，蓄电池组监护模块检测蓄电池组的电压、电流、容量及温度参数；

（3）DSP处理器读取并记录信号采样及调理模块AD采样值，并记录蓄电池组电压、电流、容量及温度参数；

（4）DSP处理器判断蓄电池组是否有故障，

若有故障，则启动系统自保护；

若无故障，则将测量参数和监控参数送至本地人机交互模块显示，同时通过无线模块发送至远程终端记录并保存；

（5）DSP处理器对市电电压进行判断，

若市电电压正常，则控制旁路静态开关直接市电输出，同时对蓄电池组充电或浮充；

若市电断电，则在蓄电池组电压正常的情况下控制逆变静态开关和逆变器提供应急供电；若蓄电池组电压不正常，也不提供应急供电。

所述步骤（4）还包括若发现故障则进行故障报警，并记录故障时的参数。

所述步骤（4）的系统自保护，包括但不限于关断PWM控制信号以保护开关管。

所述步骤（5）的蓄电池组充电为三段式充电方式：

①恒流充电阶段：反馈量为充电电流，按照设定的电流对电池充电，电池端压持续上升；

②恒压充电阶段：反馈量为电池端压，稳定电池端压在设定的均充电压，充电电流持续减小；

③浮充充电阶段：反馈量仍为电池端压，稳定电池端压在设定的涓流充电电压，充电电流继续减小。

本发明的基于双处理器的EPS电源系统的控制方法还包括以下步骤：

DSP处理器检测是否有远程控制指令，若检测到有远程控制指令，则根据指令相应动作；

若无远程控制指令，则返回继续读取信号采样及调理模块AD采样值，开始下一轮循环过程。

所述远程控制指令包括但不限于关断PWM信号、进行一次当前电池电压和市电电压读取并发送、远程关机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）采用双处理的EPS电源系统可提升整体性能，以国产芯片构建EPS电源系统的人机交互和网络监控，采集、显示、存储并监测系统运行时的各种信息，确保系统各部分工作有序，便于实现对系统可靠性的检验；

（2）“三段式”充电方式能在短时间内将蓄电池组电量充满，充满后自动转为浮充充电方式，使系统在待机情况下不会因自放电造成电量的减少；同时能够保证在不损坏电池、缩短电池寿命的情况下，维持蓄电池组电量的饱和状态；

（3）采用谐振技术与PWM控制技术相结合的恒频移相控制方式，实现开关管零电压条件下的导通与关断，调节四路PWM信号占空比，进而控制输出电压的频率和相位，实现EPS电源输出调节。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明的监控模块结构图；

图3是本发明的充电器的电路图；

图4是本发明的逆变器的电路图；

图5是本发明的控制流程图。

具体实施方式

请参阅图1—4，本发明包括输入开关、输出开关、充电器、蓄电池组、蓄电池组监护模块、逆变器、旁路静态开关、逆变静态开关和DSP处理器，所述充电器与所述蓄电池组连接，所述蓄电池组通过蓄电池组监护模块与DSP处理器的通信接口连接，所述充电器与DSP处理器的PWM接口连接；所述旁路静态开关和所述逆变静态开关分别与DSP处理器的IO接口连接；所述逆变器与DSP处理器的PWM接口连接；

系统还包括信号采样及调理模块和监控模块，所述监控模块包括龙芯处理器、无线通信模块和人机交互模块；所述DSP处理器通过其AD转换接口与所述信号采样及调理模块连接，所述DSP处理器通过其通信接口与所述龙芯处理器连接，所述龙芯处理器分别与所述无线通信模块和人机交互模块连接；

所述信号采样及调理模块用于采集和处理EPS电源系统运行过程中的测量参数，所述测量信号包括市电的电压、电流及EPS电源系统运行过程中的温度，所述信号采样及调理模块将所述测量参数传送给所述DSP处理器；所述蓄电池组监护模块用于监控所述蓄电池组的运行状态，所述监控参数包括述蓄电池组的电压、电流、容量和温度，所述蓄电池组监护模块将所述监控参数传送给所述DSP处理器；

所述DSP处理器根据所述信号采样及调理模块输入的测量参数以及蓄电池组监护模块输入的监控参数，判断市电及蓄电池是否正常并进行处理，所述DSP处理器将所述测量参数和所述监控参数传送给所述龙芯处理器；

所述龙芯处理器将所述测量参数和所述监控参数传送给所述无线通信模块和所述人机交互模块；所述人机交互模块将所述测量参数和所述监控参数在本地显示；所述无线通信模块将所述测量参数和所述监控参数发送至远端PC机或移动终端。

所述无线通信模块为GPRS模块或ZigBee无线通信模块；所述龙芯处理器通过RS232或RS485接口外接GPRS模块和ZigBee无线通信模块。

所述人机交互模块包括真彩LCD和触摸屏，运行Linux操作系统，并通过奇趣科技(Trolltech)公司QT软件设计开发人机界面，开发语言为C++。人机界面是用户与EPS电源之间现场实时传递、交换信息的媒介，用户通过LCD面板触控操作向系统发出命令，输入控制参数，经系统处理后又通过人机界面将输出信息反馈给用户。

所述龙芯处理器通过RS232、中断口和双端口RAM与所述DSP处理器连接。

所述龙芯处理器的型号为1B。

所述DSP处理器采用TI公司的TMS320F28335芯片。

所述蓄电池组为阀控密封铅酸蓄电池。

所述充电器包括整流滤波电路和Boost充电电路，所述DSP处理器通过其PWM（PulseWidth Modulation：脉冲宽度调制）口与所述充电器连接。所述整流滤波电路包括整流桥和滤波电容C1、C2，市电由整流桥全波整流，再经过滤波电容，得到恒定直流电；所述Boost充电电路包括开关管Q1、电感L1、二极管D1和电容C3，所述DSP处理器通过PWM口输入信号来控制开关管Q1的导通与关断，通过电感L1、二极管D1以及电容C3完成充放电过程。

本发明的充电选择“三段式”充电方式，包含恒流、恒压、浮充三个充电阶段。此种方式符合相关规范要求，能在短时间内将蓄电池电量充满。充满后自动转为浮充充电方式，使EPS在待机情况下不会因自放电造成电量的减少。同时能够保证在不损坏电池、缩短电池寿命的情况下，维持蓄电池组电量的饱和状态：

(1)恒流充电阶段：反馈量为充电电流，按照设定的电流对电池充电，电池端压持续上升；

(2)恒压充电阶段：反馈量为电池端压，稳定电池端压在设定的均充电压，充电电流持续减小；

(3)浮充充电阶段：反馈量仍为电池端压，稳定电池端压在设定的涓流充电电压，充电电流继续减小。

通过DSP处理器改变功率开关管Q1的输出占空比调节输出，根据蓄电池电压、电流、容量的采样结果，计算占空比，并进一步反馈控制DSP控制信号，调节输出，最终完成充电过程。

本发明的逆变器包括由四个开关管（Q1、Q2、Q3、Q4）组成全桥逆变电路，开关管Q1和Q3组成超前桥臂，Q2和Q4组成滞后桥臂。利用变压器T1的漏电感和一次侧串联的电感Lr和功率管的输出电容C1作为谐振元件，在一个完整的开关周期中通过谐振使全桥变换器中的四个功率开关管依次在零电压下导通，在功率管输出电容作用下零电压关断。采用谐振技术与PWM控制技术相结合的恒频移相控制方式，实现开关管零电压条件下的导通与关断，调节四路PWM信号占空比，进而控制输出电压的频率和相位，实现EPS电源输出调节。

请参阅图5，本发明的控制方法包括以下步骤：

（1）EPS电源系统上电并初始化；

（2）信号采样及调理模块检测市电的电压、电流以及EPS电源系统运行过程的温度参数，蓄电池组监护模块检测蓄电池组的电压、电流、容量及温度参数；

（3）DSP处理器读取并记录信号采样及调理模块AD采样值，并记录蓄电池组电压、电流、容量及温度参数；

（4）DSP处理器判断蓄电池组是否有故障，

若发现故障则进行故障报警，并记录设备故障时的参数方便后续诊断和维护，同时启动设备自保护，包括但不限于关断PWM控制信号以保护开关管；

若无故障则将测量参数送至本地人机交互模块显示，同时通过无线通信模块发送至远程终端记录并保存；

（5）DSP处理器对市电电压进行判断，

若市电电压正常，则控制旁路静态开关直接市电输出，同时对蓄电池组充电或浮充；

若市电断电，则在蓄电池组电压正常的情况下控制逆变静态开关和逆变器提供应急供电；若蓄电池组电压不正常，也不提供应急供电；

（6）DSP处理器检测是否有远程控制指令（远程终端可以通过无线网络发出指令到系统处理器），

若检测到有远程控制指令，则根据指令相应动作，包括但不限于关断PWM信号、进行一次当前电池电压和市电电压读取并发送、远程关机；

若无远程控制指令，则返回读取信号采样及调理模块AD采样值，开始下一轮循环过程。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.基于双处理器的EPS电源系统，包括输入开关、输出开关、充电器、蓄电池组、蓄电池组监护模块、逆变器、旁路静态开关、逆变静态开关和DSP处理器，所述充电器与所述蓄电池组连接，所述蓄电池组通过蓄电池组监护模块与DSP处理器的通信接口连接，所述充电器与DSP处理器的PWM接口连接，所述旁路静态开关和所述逆变静态开关分别与DSP处理器的IO接口连接，所述逆变器与DSP处理器的PWM接口连接；

其特征在于：还包括信号采样及调理模块和监控模块，所述监控模块包括龙芯处理器、无线通信模块和人机交互模块，所述龙芯处理器分别与所述人机交互模块、所述无线通信模块连接，所述DSP处理器分别与所述信号采样及调理模块、所述监控模块连接。

所述信号采样及调理模块用于采集和处理EPS电源系统运行过程中的测量参数，所述蓄电池组监护模块用于监控所述蓄电池组的运行状态；所述DSP处理器读取信号采样及调理模块的测量参数和蓄电池组监护模块的监控参数，并将所述测量参数和监控参数传送给所述龙芯处理器；所述龙芯处理器通过所述人机交互模块显示测量参数和监控参数及通过所述无线通信模块将测量参数和监控参数传送至远程终端。

2.根据权利要求1所述的基于双处理器的EPS电源系统，其特征在于：所述充电器包括整流滤波电路和Boost充电电路，所述整流滤波电路包括整流桥和滤波电容C1、C2，所述Boost充电电路包括开关管Q1、电感L1、二极管D1和电容C3。

3.根据权利要求1所述的基于双处理器的EPS电源系统，其特征在于：所述逆变器包括由开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4组成的全桥逆变电路，所述开关管Q1和Q3组成超前桥臂，所述Q2和Q4组成滞后桥臂。

4.根据权利要求1所述的基于双处理器的EPS电源系统，其特征在于：所述人机交互模块可通过所述龙芯处理器向所述DSP处理器发送指令。

5.根据权利要求1所述的基于双处理器的EPS电源系统，其特征在于：所述人机交互模块包括真彩LCD和触摸屏。

6.根据权利要求1所述的基于双处理器的EPS电源系统，其特征在于：所述无线通信模块可接收远程终端的指令，并通过所述龙芯处理器传送给所述DSP处理器执行。

7.根据权利要求1所述的基于双处理器的EPS电源系统，其特征在于：所述无线通信模块为GPRS模块或ZigBee无线通信模块，所述龙芯处理器通过RS232或RS485接口与GPRS模块或ZigBee无线通信模块连接。

8.基于双处理器的EPS电源系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤。

（1）上电并初始化；

（2）信号采样及调理模块检测市电的电压、电流以及EPS电源系统的温度参数，蓄电池组监护模块检测蓄电池组的电压、电流、容量及温度参数；

（3）DSP处理器读取并记录信号采样及调理模块AD采样值，并记录蓄电池组电压、电流、容量及温度参数；

（4）DSP处理器判断蓄电池组是否有故障

若有故障，则启动系统自保护；

若无故障，则将测量参数和监控参数送至本地人机交互模块显示，同时通过无线模块发送至远程终端记录并保存；

（5）DSP处理器对市电电压进行判断

若市电电压正常，则控制旁路静态开关直接市电输出，同时对蓄电池组充电或浮充；

若市电断电，则在蓄电池组电压正常的情况下控制逆变静态开关和逆变器提供应急供电；若蓄电池组电压不正常，也不提供应急供电。

9.根据权利要求8所述的基于双处理器的EPS电源系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：DSP处理器检测是否有远程控制指令，若检测到有远程控制指令，则根据指令相应动作；若无远程控制指令，则返回继续读取信号采样及调理模块AD采样值，开始下一轮循环过程。

10.根据权利要求8所述的基于双处理器的EPS电源系统的控制方法，其特征在于：所述步骤（5）的蓄电池组充电为三段式充电方式：

①恒流充电阶段：反馈量为充电电流，按照设定的电流对电池充电，电池端压持续上升；

②恒压充电阶段：反馈量为电池端压，稳定电池端压在设定的均充电压，充电电流持续减小；

③浮充充电阶段：反馈量仍为电池端压，稳定电池端压在设定的涓流充电电压，充电电流继续减小。

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