CN103941198B - 基于嵌入式的电源模块通用测试平台的工作方法 - Google Patents

Abstract

基于嵌入式的电源模块通用测试平台的工作方法，属电源屏的电源模块智能检测技术领域。电源屏里的电源模块的稳定工作是保障电源安全可靠稳定运行的前提之一，而电源模块能否稳定的输出合适的电源信号是电源控制必须要检测的数据。基于嵌入式的电源模块通用测试平台嵌入式控制系统、单片机控制板和表头传感器传感器三部分组成。嵌入式控制系统通过控制单片机控制板来实现电源模块需要检测电信号的输出，表头传感器通过接收嵌入式控制系统的命令，采集电源模块的电信号数据，并回传给嵌入式控制系统。系统能够完成对电源屏里面的电源模块交流直流的电压、电流和功率因子的电信号数据的监测。本测试平台具有稳定、兼容性强、低复杂度等特点。

Description

基于嵌入式的电源模块通用测试平台的工作方法

技术领域

本发明涉及一种基于嵌入式的电源模块通用测试平台的工作方法，属于电源屏的电源模块智能检测技术领域。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，电源作为电气化信息社会的核心产物极大促进了电信号系统信息化的发展和电源屏设备的更新。同时对于电源提出了更高的要求。信号设备对电源的基本要求是：可靠、稳定和安全。为使电源有较高的可用度，铁道部电源标准规定信号电源输出电压波动范围的值和交流频率波动允许范围。电源设备由电网供电，电网日常负载等变化都会引起设备的输出电压、电流和频率的改变，有使设备完全停止工作的风险，从而带来不可估量的危险。

电源屏的出现其目的就是无论外界情况怎么变化，都可以保证电源输出的高度稳定性，从而保证信号设备的正常运行。我们都知道，对于所有电器设备的最基本要求就是安全性。其中安全性有三个方面：人身安全、系统安全和设备安全。人身安全保障是安全性中最基本的要求，此外还应该保证整个用电系统和单台用电设备的安全运行。

在《工业自动化》2006年第3期的东南大学王静爽发表的《基于PLC的直流电源屏监控系统》一文中所描述的电源屏检测系统，该系统以PLC为主控制芯片，利用RS-232串口接收电压电流等数据，然后利用PC电脑采集数据进行检测和上传。尽管该系统实现了电源模块直流电压电流监测功能，而且运行稳定，但还存在以下不足：

1、其电源屏监测系统智能检测电源模块的直流情况下的电流和电压，无法测试很多电源模块中需要检测的交流电流和电压且功率因子都没办法检测，所以这个监测系统不具有通用性，智能针对直流模块进行检测。

2、嵌入式系统和PLC系统相比，嵌入式具有更加开放的硬件体系结构，更方便快捷的开发平台，嵌入式系统具有较为开放的架构与标准，产品可同时可加入网络和标准的计算机网络中。这是现有计算机网络的很多研究的成果可以很容易的应用于嵌入式控制技术中。

3、此电源屏监测系统兼容性不足，无法测试多厂家的多种电源模块，而现在电源屏检测平台面临的最大问题就是还没有一个统一的、确切的定义和可按照执行的、有针对性的设计规范和标准。所以当前电源屏的检测面临的最大问题就是模块太多，并且每个厂家的接口方式都不一样。所以此电源屏监测平台实际的使用价值并不大，更大的意义还只是实验的目的。

发明内容

本发明的目的在于统计现有电源模块标准的基础上克服现有技术的不足，提出了一种基于嵌入式的电源模块通用测试平台的工作方法。本测试平台采用三星公司的S5PV210为主芯片的嵌入式控制板作为嵌入式控制系统，通过设计的测试策略库命令，通过单片机控制板来控制不同的电源模块。并用表头传感器来采集电数据用来检测。具有兼容性好，低复杂度，稳定的特点。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于嵌入式的电源模块通用测试平台的工作方法，该测试平台包括嵌入式控制系统、单片机控制板和表头传感器，其中嵌入式控制系统通过RS-232转RS-485串口线与单片机控制板进行数据交换，嵌入式控制系统通过485线和表头传感器进行互联，嵌入式控制系统采用SUMSANGS5PV210主芯片，能够快速的处理数据和运行程序，主要作用是发送控制命令和回收表头传感器以及单片机控制板回传的数据，并且用来储存电源电信号数据以方便检测；单片机控制板含有两个8051单片机,通过单片机I/O引脚的高低电平控制继电器和接触器的闭合与断开、短接被测电源模块的测试引脚从而控制不同的电源模块；表头传感器是工控数字传感器,能够准确测量交流和直流的电流值、电压值和功率因子。嵌入式控制系统通过RS-232串口和外界通信，然后经过485转232模块后，由485线与单片机控制板相连进行数据传输；表头传感器能够采集交流直流的电压、电流和功率因子的电信号数据，通过485通信线和嵌入式控制系统相连，把相应的数据传到嵌入式控制系统，从而实现实时监测，本测试平台的工作方法包括嵌入式控制系统和单片机控制板通信、单片机控制板控制电源模块和表头传感器传输数据、正常工作三个阶段，具体步骤如下：

(1)嵌入式控制系统和单片机控制板通信

嵌入式控制系统发送相应的命令到单片机控制板，嵌入式控制系统需要控制单片机控制板和表头传感器，根据每个地址的不同发送给相应的模块，命令主要作用是控制单片机控制板控制的相应引脚置高低电平；

单片机控制板收到嵌入式控制系统发过来的命令后，原封不动的回发给嵌入式控制系统，此步骤地主要目的是进行一次握手操作，看传给单片机控制板的命令是否就是我们想要发的命令，提高了控制的准确性；

嵌入式控制系统收到单片机控制板回传的命令后，和第一次发送的命令进行每位的比较，如果完全一样，就发送一个ACK标志给单片机控制板，证明发送给单片机控制板的命令是完全正确的；

单片机控制板收到ACK标志命令后，置低相应的引脚电平，并且回复一个相应的命令到嵌入式控制系统，证明单片机控制板执行了相应的命令，此时进行两次握手证明嵌入式控制系统和单片机控制板能够正确无误的进行通信；

(2)单片机控制板控制电源模块和表头传感器传输数据

单片机控制板收到嵌入式控制系统发来的命令后，通过控制接触器和继电器来控制相应的电源模块引脚的闭合、断开或是短接，以达到相应的测试输出目的，例如输出电压、电流和模拟错相和断相状态数据；

然后嵌入式控制系统给表头传感器发送读取数据的命令，读取相应单片机控制板实现的电源模块数据，接入电源模块电路的表头传感器接到命令后进行读取工作，并把数据通过内部的数模转换后，把16进制的数据回传给嵌入式控制系统，在嵌入式控制系统上进行显示；

(3)正常工作阶段

此阶段包括采集数据阶段和检测阶段；

采集数据阶段：嵌入式控制系统发送给单片机控制板命令，单片机控制板执行相应的命令后，嵌入式控制系统给表头传感器发送读取数据的命令，表头传感器根据相应的命令采集需要的电源模块的电信号数据，并上传给嵌入式控制系统，进行汇总和保存；

检测阶段：在采集数据阶段采集到数据后，每个需要测试的电源模块都要进行在空载、半载和全载时测试查看其输出电压是否符合空载、半载和全载额定电压的要求，这样能准确知道被测的电源模块是不是稳定可靠的，在测试电源模块的输出电压之前,首先要确保电源模块能进行输入电压的调整过程,嵌入式控制系统首先读取表头传感器所采集的电源模块的输入电压的数据,然后由程序判断回传的数据是否和理论应达到的数据一样，如数据一样，则进行下一步，如果不一样，单片机控制板会控制接在电源模块外面的调压器伺服系统，调压器伺服系统中电机正转会使加载到电源模块上的电压升高,电机反转使加载到电源模块上的电压降低，如此就能相应地控制加载到电源模块上输入电压值的大小，重复上述升压或降压过程判断是否达到理论数据值，如果这样十次正转或是反转后数据的改变值变化很小，不能达到理论数据值，则证明调压器伺服系统出现问题，嵌入式控制系统命令检测停止，嵌入式控制系统会提示工作人员电源模块有故障，从而进行详细地检查直到电源模块故障排除，则进行下一步；

对电源模块输出电压进行测试，先进行空载测试，通过嵌入式控制系统读取表头传感器所采集的电源模块的输出电压数据，如果读取的表头传感器数据为零，则说明空载测试成功；调整加载到电源模块上的输入电压为半载电压，根据嵌入式控制系统读取表头传感器所采集的电源模块的输入电压数据,然后由程序判断所读取的该数据是否和半载电压理论应达到的数据一样，如果不一样，单片机控制板控制接在电源模块上面的调压器伺服系统(调压器伺服系统为工程控制电路设计内容，为成熟技术，本发明只是使用，不详述其原理)，调压器伺服系统中电机正转会使加载到电源模块上的电压升高,电机反转使加载到电源模块上的电压降低，这样就相应的控制加载到电源模块上电压输入值的大小，由调压器伺服系统中电机的正、反转调整加载到电源模块上的输入电压为半载电压，测量此时电源模块输出电压，看是否能达到半载输出电压的规定范围内；最后重复上述过程调整加载到电源模块上的输入电压为满载值，测量输出电压的在满载情况下电源模块的输出电压，如果电源模块在空载、半载和满载测试条件下都显示正常，嵌入式控制系统会显示一个电源模块运行正常的标志；反之则显现一个电源模块出现故障的标志。

嵌入式控制系统整体的工作流程：嵌入式控制系统给单片机控制板发送输出控制命令，单片机控制板根据命令控制电源模块并且给嵌入式回传控制状态信息，嵌入式控制系统对表头传感器进行数据的读取，并且根据读取数据调整输入供电电流和输入电压，测试相应的电源模块，并对其的空载、半载和满载分别进行测试和检查，回传数据到嵌入式控制系统，嵌入式控制系统可提供查看和保存信息的功能。

本发明的有益效果主要表现在：

1、嵌入式控制系统对单片机控制板发送命令的时候，进行了两次握手的确认操作，保证了命令在单片机控制电源模块进行相应操作时候的命令的准确无误。

2、嵌入式操作系统选用了WindowsCE操作系统，它基于WIN32API重新开发的信息设备平台。WindowsCE最大的优势不仅仅继承了的Windows图形界面，检测平台的使用者能够快速掌握平台的使用方法，并且WindowsCE操作系统在工程控制领域稳定可靠。

3、本发明中的通信协议的数据传输是基于MODBUS协议的开发出来的一整套测试策略库。MODBUS协议标准稳定，并且开放使用；可以在多种流行接口上通信，如RS-232和RS-485等接口。

4、本发明系统具有完整的调压调流功能，能够对模块的空载半载和满载等各种需要检测的数据进行检测，并且设计了强大的检测策略库，能够兼容多种电源模块的检测，具有强大的兼容性

附图说明

图1为本发明的测试平台的结构方框示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不限于此。

实施例：

一种基于嵌入式的电源模块通用测试平台的工作方法，如图1所示，该测试平台包括嵌入式控制系统、单片机控制板和表头传感器，其中嵌入式控制系统通过RS-232转RS-485串口线与单片机控制板进行数据交换，嵌入式控制系统通过485线和表头传感器进行互联，嵌入式控制系统采用SUMSANGS5PV210主芯片，能够快速的处理数据和运行程序，主要作用是发送控制命令和回收表头传感器以及单片机控制板回传的数据，并且用来储存电源电信号数据以方便检测；单片机控制板含有两个8051单片机,通过单片机I/O引脚的高低电平控制继电器和接触器的闭合与断开、短接被测电源模块的测试引脚从而控制不同的电源模块；表头传感器是工控数字传感器,能够准确测量交流和直流的电流值、电压值和功率因子。嵌入式控制系统通过RS-232串口和外界通信，然后经过485转232模块后，由485线与单片机控制板相连进行数据传输；表头传感器能够采集交流直流的电压、电流和功率因子的电信号数据，通过485通信线和嵌入式控制系统相连，把相应的数据传到嵌入式控制系统，从而实现实时监测，本测试平台的工作方法包括嵌入式控制系统和单片机控制板通信、单片机控制板控制电源模块和表头传感器传输数据、正常工作三个阶段，具体步骤如下：

(1)嵌入式控制系统和单片机控制板通信

嵌入式控制系统发送相应的命令到单片机控制板，嵌入式控制系统需要控制单片机控制板和表头传感器，根据每个地址的不同发送给相应的模块，命令主要作用是控制单片机控制板控制的相应引脚置高低电平；

单片机控制板收到嵌入式控制系统发过来的命令后，原封不动的回发给嵌入式控制系统，此步骤地主要目的是进行一次握手操作，看传给单片机控制板的命令是否就是我们想要发的命令，提高了控制的准确性；

嵌入式控制系统收到单片机控制板回传的命令后，和第一次发送的命令进行每位的比较，如果完全一样，就发送一个ACK标志给单片机控制板，证明发送给单片机控制板的命令是完全正确的；

单片机控制板收到ACK标志命令后，置低相应的引脚电平，并且回复一个相应的命令到嵌入式控制系统，证明单片机控制板执行了相应的命令，此时进行两次握手证明嵌入式控制系统和单片机控制板能够正确无误的进行通信；

(2)单片机控制板控制电源模块和表头传感器传输数据

单片机控制板收到嵌入式控制系统发来的命令后，通过控制接触器和继电器来控制相应的电源模块引脚的闭合、断开或是短接，以达到相应的测试输出目的，例如输出电压、电流和模拟错相和断相状态数据；

然后嵌入式控制系统给表头传感器发送读取数据的命令，读取相应单片机控制板实现的电源模块数据，接入电源模块电路的表头传感器接到命令后进行读取工作，并把数据通过内部的数模转换后，把16进制的数据回传给嵌入式控制系统，在嵌入式控制系统上进行显示；

(3)正常工作阶段

此阶段包括采集数据阶段和检测阶段；

采集数据阶段：嵌入式控制系统发送给单片机控制板命令，单片机控制板执行相应的命令后，嵌入式控制系统给表头传感器发送读取数据的命令，表头传感器根据相应的命令采集需要的电源模块的电信号数据，并上传给嵌入式控制系统，进行汇总和保存；

检测阶段：在采集数据阶段采集到数据后，每个需要测试的电源模块都要进行在空载、半载和全载时测试查看其输出电压是否符合空载、半载和全载额定电压的要求，这样能准确知道被测的电源模块是不是稳定可靠的，在测试电源模块的输出电压之前,首先要确保电源模块能进行输入电压的调整过程,嵌入式控制系统首先读取表头传感器所采集的电源模块的输入电压的数据,然后由程序判断回传的数据是否和理论应达到的数据一样，如数据一样，则进行下一步，如果不一样，单片机控制板会控制接在电源模块外面的调压器伺服系统，调压器伺服系统中电机正转会使加载到电源模块上的电压升高,电机反转使加载到电源模块上的电压降低，如此就能相应地控制加载到电源模块上输入电压值的大小，重复上述升压或降压过程判断是否达到理论数据值，如果这样十次正转或是反转后数据的改变值变化很小，不能达到理论数据值，则证明调压器伺服系统出现问题，嵌入式控制系统命令检测停止，嵌入式控制系统会提示工作人员电源模块有故障，从而进行详细地检查直到电源模块故障排除，则进行下一步；

对电源模块输出电压进行测试，先进行空载测试，通过嵌入式控制系统读取表头传感器所采集的电源模块的输出电压数据，如果读取的表头传感器数据为零，则说明空载测试成功；调整加载到电源模块上的输入电压为半载电压，根据嵌入式控制系统读取表头传感器所采集的电源模块的输入电压数据,然后由程序判断所读取的该数据是否和半载电压理论应达到的数据一样，如果不一样，单片机控制板控制接在电源模块上面的调压器伺服系统(调压器伺服系统为工程控制电路设计内容，为成熟技术，本发明只是使用，不详述其原理)，调压器伺服系统中电机正转会使加载到电源模块上的电压升高,电机反转使加载到电源模块上的电压降低，这样就相应的控制加载到电源模块上电压输入值的大小，由调压器伺服系统中电机的正、反转调整加载到电源模块上的输入电压为半载电压，测量此时电源模块输出电压，看是否能达到半载输出电压的规定范围内；最后重复上述过程调整加载到电源模块上的输入电压为满载值，测量输出电压的在满载情况下电源模块的输出电压，如果电源模块在空载、半载和满载测试条件下都显示正常，嵌入式控制系统会显示一个电源模块运行正常的标志；反之则显现一个电源模块出现故障的标志。

Claims (1)

1.一种基于嵌入式的电源模块通用测试平台的工作方法，该测试平台包括嵌入式控制系统、单片机控制板和表头传感器，其中嵌入式控制系统通过RS-232转RS-485串口线与单片机控制板进行数据交换，嵌入式控制系统通过485线和表头传感器进行互联，嵌入式控制系统采用SUMSANGS5PV210主芯片，能够快速的处理数据和运行程序，主要作用是发送控制命令和回收表头传感器以及单片机控制板回传的数据，并且用来储存电源电信号数据以方便检测；单片机控制板含有两个8051单片机,通过单片机I/O引脚的高低电平控制继电器和接触器的闭合与断开、短接被测电源模块的测试引脚从而控制不同的电源模块；表头传感器是工控数字传感器,能够准确测量交流和直流的电流值、电压值和功率因子，嵌入式控制系统通过RS-232串口和外界通信，然后经过485转232模块后，由485线与单片机控制板相连进行数据传输；表头传感器能够采集交流直流的电压、电流和功率因子的电信号数据，通过485通信线和嵌入式控制系统相连，把相应的数据传到嵌入式控制系统，从而实现实时监测，本测试平台的工作方法包括嵌入式控制系统和单片机控制板通信、单片机控制板控制电源模块和表头传感器传输数据、正常工作三个阶段，具体步骤如下：

(1)嵌入式控制系统和单片机控制板通信

嵌入式控制系统发送相应的命令到单片机控制板，嵌入式控制系统需要控制单片机控制板和表头传感器，根据每个地址的不同发送给相应的模块，命令主要作用是控制单片机控制板控制的相应引脚置高低电平；

单片机控制板收到嵌入式控制系统发过来的命令后，原封不动的回发给嵌入式控制系统，此步骤地主要目的是进行一次握手操作，看传给单片机控制板的命令是否就是我们想要发的命令，提高了控制的准确性；

嵌入式控制系统收到单片机控制板回传的命令后，和第一次发送的命令进行每位的比较，如果完全一样，就发送一个ACK标志给单片机控制板，证明发送给单片机控制板的命令是完全正确的；

单片机控制板收到ACK标志命令后，置低相应的引脚电平，并且回复一个相应的命令到嵌入式控制系统，证明单片机控制板执行了相应的命令，此时进行两次握手证明嵌入式控制系统和单片机控制板能够正确无误的进行通信；

(2)单片机控制板控制电源模块和表头传感器传输数据

单片机控制板收到嵌入式控制系统发来的命令后，通过控制接触器和继电器来控制相应的电源模块引脚的闭合、断开或是短接，以达到相应的测试输出目的；

然后嵌入式控制系统给表头传感器发送读取数据的命令，读取相应单片机控制板实现的电源模块数据，接入电源模块电路的表头传感器接到命令后进行读取工作，并把数据通过内部的数模转换后，把16进制的数据回传给嵌入式控制系统，在嵌入式控制系统上进行显示；

(3)正常工作阶段

此阶段包括采集数据阶段和检测阶段；

采集数据阶段：嵌入式控制系统发送给单片机控制板命令，单片机控制板执行相应的命令后，嵌入式控制系统给表头传感器发送读取数据的命令，表头传感器根据相应的命令采集需要的电源模块的电信号数据，并上传给嵌入式控制系统，进行汇总和保存；

检测阶段：在采集数据阶段采集到数据后，每个需要测试的电源模块都要进行在空载、半载和全载时测试查看其输出电压是否符合空载、半载和全载额定电压的要求，这样能准确知道被测的电源模块是不是稳定可靠的，在测试电源模块的输出电压之前,首先要确保电源模块能进行输入电压的调整过程,嵌入式控制系统首先读取表头传感器所采集的电源模块的输入电压的数据,然后由程序判断回传的数据是否和理论应达到的数据一样，如数据一样，则进行下一步，如果不一样，单片机控制板会控制接在电源模块外面的调压器伺服系统，调压器伺服系统中电机正转会使加载到电源模块上的电压升高,电机反转使加载到电源模块上的电压降低，如此就能相应地控制加载到电源模块上输入电压值的大小，重复上述升压或降压过程判断是否达到理论数据值，如果这样十次正转或是反转后数据的改变值变化很小，不能达到理论数据值，则证明调压器伺服系统出现问题，嵌入式控制系统命令检测停止，嵌入式控制系统会提示工作人员电源模块有故障，从而进行详细地检查直到电源模块故障排除，则进行下一步；

对电源模块输出电压进行测试，先进行空载测试，通过嵌入式控制系统读取表头传感器所采集的电源模块的输出电压数据，如果读取的表头传感器数据为零，则说明空载测试成功；调整加载到电源模块上的输入电压为半载电压，根据嵌入式控制系统读取表头传感器所采集的电源模块的输入电压数据,然后由程序判断所读取的该数据是否和半载电压理论应达到的数据一样，如果不一样，单片机控制板控制接在电源模块上面的调压器伺服系统，调压器伺服系统中电机正转会使加载到电源模块上的电压升高,电机反转使加载到电源模块上的电压降低，这样就相应的控制加载到电源模块上电压输入值的大小，由调压器伺服系统中电机的正、反转调整加载到电源模块上的输入电压为半载电压，测量此时电源模块输出电压，看是否能达到半载输出电压的规定范围内；最后重复上述过程调整加载到电源模块上的输入电压为满载值，测量输出电压的在满载情况下电源模块的输出电压，如果电源模块在空载、半载和满载测试条件下都显示正常，嵌入式控制系统会显示一个电源模块运行正常的标志；反之则显现一个电源模块出现故障的标志。