CN104065161B - 智能供配电管理单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能供配电管理单元，包括控制器、串口程序加载模块、数模转换调理模块、开关量输入检测模块、开关量输出驱动模块、总线通信模块、数据存储模块、地址映射译码模块、模数转换调理模块和电路自诊断模块。控制器经地址映射译码模块锁存输出信号，经隔离、保护后，实施系统供电电源输出的通断控制、柴油发电机组供电控制和取力发电机组的供电操作。其优点是：可以在底盘取力发电机组供电、柴油发电机组供电和市电供电三种供电输入任选其一供电，实现输出电压数字调节，并完成系统全数字化远程监测、控制、诊断和管理，响应快，操控灵活，信号采集精度高，通用性好，并为后续故障诊断、故障预测和健康管理提供数据支撑。

Description

智能供配电管理单元

技术领域

本发明涉及控制装置，特别涉及一种智能供配电管理单元。

背景技术

随着发射平台故障诊断、故障预测和健康管理的需求，以及发射过程中用电设备的供电和配电远程操作和监控的需要，智能供配电管理单元作为车载供配电系统的监测、控制、诊断和管理的载体，成为供配电系统乃至发射平台的重要单机之一，对供配电系统的智能化、信息化提升，也起到了重要作用。目前，所公开的用于车载供配电管理的装置功能相对单一，监测参数和控制对象相对有限。如专利“201120112754.8”供配电系统能量综合管理装置，通过实时采集系统交、直流电量参数，用于蓄电池组状态的监测，柴油发电机组的状态监测、控制、故障诊断和报警。本装置只涉及特种车辆供配电系统中柴油发电机组、蓄电池组的监测、控制和诊断功能，已不能满足目前供配电系统的需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种响应快，操控灵活，信号采集精度高，通用性好，可用于供配电系统全数字化远程监测、控制、诊断和管理的智能供配电管理单元。

为达到上述目的，本发明提供的智能供配电管理单元，包括控制器，所述控制器连接有数模转换调理模块、开关量输入检测模块、开关量输出驱动模块和数据存储模块，还包括地址映射译码模块、模数转换调理模块和电路自诊断模块，其中：

所述模数转换调理模块，用于电压、电流、温度和频率采集信号的分压、隔离、放大、偏置及跟随处理；

所述开关量输入检测模块，用于蓄电池充电电源的过压、过流、过温、欠压保护信号检测，以及用于市电、柴油发电机组、底盘取力发电机组供电模式检测和底盘取力发电机组故障信号检测；

所述开关量输出驱动模块，用于电源输出的通断控制、柴油发电机组供电控制和取力发电机组的供电控制以及蓄电池容量指示；

所述数据存储模块，用于标定参数、检测数据和错误代码存储；

所述地址映射译码模块，用于输入、输出、模数、数模、存储端口扩展；

所述数模转换调理模块，用于供电电源远程调压控制；

所述电路自诊断模块，用于系统信号电路诊断；

所述控制器与所述数据存储模块和地址映射译码模块分别相连，所述地址映射译码模块与所述数模转换调理模块、开关量输入检测模块、开关量输出驱动模块、数据存储模块、电路自诊断模块和模数转换调理模块分别相连，所述开关量输出驱动模块和数模转换调理模块分别与所述电路自诊断模块相连；

所述控制器经所述地址映射译码模块锁存输出信号，经隔离、保护后，实施系统供电电源输出的通断控制、柴油发电机组供电控制和取力发电机组的供电操作。

本发明智能供配电管理单元，其中所述地址映射译码模块包括逻辑门电路、锁存器、译码器和缓冲器，其中，所述逻辑门电路、锁存器、译码器和缓冲器分别与所述控制器相连，所述逻辑门电路输出的控制信号分别接至所述锁存器和缓冲器，所述译码器输出译码信号并将所述译码信号接至所述逻辑门电路，所述缓冲器接收系统输入信号，所述锁存器提供系统输出信号。

本发明智能供配电管理单元，其中所述开关量输入检测模块包括滞洄比较电路和第一光电隔离电路，所述滞洄比较电路、第一光电隔离电路与所述地址映射译码模块依次相连，所述保护信号输入至所述滞洄比较电路，所述供电模式控制信号和故障信号输入至所述第一光电隔离电路。

本发明智能供配电管理单元，其中所述开关量输出驱动模块包括依次相连的第二光电隔离电路、驱动保护电路和MOSFET电路，所述地址映射译码模块的输出信号接至所述第二光电隔离电路，所述MOSFET电路输出电源通断控制信号和蓄电池容量指示信号。

本发明智能供配电管理单元，其中所述模数转换调理模块包括依次相连的第一分压、隔离电路和第一放大、偏置、跟随电路，电压、电流、温度、频率信号输入至所述第一分压、隔离电路，所述第一放大、偏置、跟随电路的输出信号接至所述地址映射译码模块。

本发明智能供配电管理单元，其中所述数模转换调理模块包括依次相连的第二分压、隔离电路和第二放大、偏置、跟随电路，所述地址映射译码模块的输出信号接至所述第二分压、隔离电路，所述第二放大、偏置、跟随电路输出电源电压调节信号。

本发明智能供配电管理单元，其中所述电路自诊断模块包括模数调理电路和输入检测电路，输出调压信号接至所述模数调理电路，输出驱动控制信号接至所述输入检测电路，所述模数调理电路的输出信号和输入检测电路的输出信号分别接至所述地址映射译码模块。

本发明智能供配电管理单元，还包括串口程序加载模块，所述串口程序加载模块与所述控制器相连，所述串口程序加载模块用于程序的快速升级和系统维护。

本发明智能供配电管理单元，还包括总线通信模块，所述总线通信模块通过冗余双CAN总线与所述控制器相连，所述总线通信模块用于与上位机的通信。

本发明智能供配电管理单元的优点是：由于设置了控制器、地址映射译码模块、开关量输入检测模块、开关量输出驱动模块、模数转换调理模块、数模转换调理模块和电路自诊断模块，管理单元可以在底盘取力发电机组供电、柴油发电机组供电和市电供电三种供电输入任选其一供电，并完成供配电系统全数字化远程监测、控制、诊断和管理，响应快，操控灵活，信号采集精度高，通用性好，并为后续发射平台故障诊断、故障预测和健康管理提供数据支撑。

附图说明

图1是本发明智能供配电管理单元的方框图；

图2是地址映射译码模块的方框图；

图3是开关量输入检测模块的方框图；

图4是开关量输出驱动模块的方框图；

图5是模数转换调理模块的方框图；

图6是数模转换调理模块的方框图；

图7是电路自诊断模块的方框图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明智能供配电管理单元的实施例。

参照图1，本发明智能供配电管理单元，包括控制器、串口程序加载模块、数模转换调理模块、开关量输入检测模块、开关量输出驱动模块、总线通信模块、数据存储模块、地址映射译码模块、模数转换调理模块和电路自诊断模块，其中：

结合参照图2，地址映射译码模块，用于输入、输出、模数、数模、存储端口扩展。地址映射译码模块包括锁存器、逻辑门电路、译码器和缓冲器，其中，锁存器、逻辑门电路、译码器和缓冲器分别与控制器相连，逻辑门电路输出的控制信号分别接至锁存器和缓冲器，译码器输出译码信号并将输出译码信号接至逻辑门电路，缓冲器接收系统输入信号，锁存器提供系统输出信号。

结合参照图3，开关量输入检测模块用于蓄电池充电电源的过压、过流、过温、欠压保护信号检测，以及用于市电、柴油发电机组、底盘取力发电机组供电模式检测和底盘取力发电机组故障信号检测、诊断。开关量输入检测模块包括滞洄比较电路和第一光电隔离电路，滞洄比较电路、第一光电隔离电路与地址映射译码模块依次相连，保护信号输入至滞洄比较电路，供电模式控制信号和故障信号输入至光电隔离电路。

结合参照图4，开关量输出驱动模块，用于电源通断控制、柴油发电机组供电控制和取力发电机组的供电控制以及蓄电池容量指示。开关量输出驱动模块包括依次相连的第二光电隔离电路、驱动保护电路和MOSFET电路，地址映射译码模块的输出信号输入至第二光电隔离电路，MOSFET电路输出电源通断控制信号和蓄电池容量指示信号。

结合参照图5，模数转换调理模块，用于电压、电流、温度和频率采集信号的分压、隔离、放大、偏置及跟随处理。模数转换调理模块包括依次相连的第一分压、隔离电路和第一放大、偏置、跟随电路，电压、电流、温度、频率信号输入至第一分压、隔离电路，第一放大、偏置、跟随电路的输出信号接至地址映射译码模块。

结合参照图6，数模转换调理模块，用于供电电源远程调压控制。数模转换调理模块包括依次相连的第二分压、隔离电路和第二放大、偏置、跟随电路，地址映射译码模块的输出信号接至第二分压、隔离电路，第二放大、偏置、跟随电路输出电源电压调节信号。

结合参照图7，电路自诊断模块，用于信号电路诊断。电路自诊断模块包括模数调理电路和输入检测电路，输出调压信号接至模数调理电路，输出驱动控制信号接至输入检测电路，模数调理电路的输出信号和输入检测电路的输出信号分别接至地址映射译码模块。

数据存储模块，用于标定参数、检测数据和错误代码存储。

串口程序加载模块，用于程序的快速升级和系统维护。

总线通信模块，用于与上位机的通信，并具备离线重启功能。

控制器与串口程序加载模块、数据存储模块和地址映射译码模块分别相连，地址映射译码模块与数模转换调理模块、开关量输入检测模块、开关量输出驱动模块、数据存储模块、电路自诊断模块和模数转换调理模块分别相连，开关量输出驱动模块和数模转换调理模块分别与电路自诊断模块相连，总线通信模块通过冗余双CAN总线与控制器相连。

控制器经地址映射译码模块锁存输出信号，经隔离、保护后，实施系统供电电源的通断控制、柴油发电机组供电控制和取力发电机组的供电操作，分述如下。

1)地址映射译码模块

地址映射译码模块是整个智能供配电管理单元的核心电路，通过I/O端口信号、读写信号线、数据线、地址线、锁存器、缓冲器以及逻辑门电路，完成输入、输出、模数、数模、存储端口的扩展。通过这种扩展外设映射技术，解决了控制器本身硬件资源接口的不足，简化了编程，提高了程序运行效率。

2)开关量输入检测模块

开关量输入检测模块的滞洄比较电路中，输入信号与电压基准进行滞洄比较，比较后的高低电平经光电隔离后送入缓冲器，在读信号线、地址线和译码器的控制下经数据线送入控制器进行处理，该电路主要用于蓄电池充电电源的过压、过流、过温、欠压等保护信号的检测。开关量输入检测模块作为通用输入检测模块时，输入信号经光电隔离后送入缓冲器，在读信号线、地址线和译码器的控制下经数据线送入控制器进行处理，主要用于市电、柴油发电机组、底盘取力发电机组供电模式，底盘取力发电机组故障状态的检测。

3)开关量输出驱动模块

控制器根据上位机指令，经数据线输出相应控制信号，在写信号线、地址线和译码器的控制下经锁存器锁存、隔离、保护后，控制MOSFET驱动功率继电器用于测发控系统供电电源、车控系统供电电源、调温系统供电电源、蓄电池充电电源的输出通断控制、柴油发电机组的供电控制、底盘取力发电机组的励磁和供电控制、蓄电池容量指示。

4)模数转换调理模块

模拟信号经分压、隔离、放大、偏置、跟随后，送入模拟开关，模拟开关在地址线和译码器的控制下，经A/D送入控制器处理，完成测发控系统供电电源、车控系统供电电源、蓄电池充电电源、蓄电池等低压直流电压、电流，底盘取力发电机组高压直流电压、电流，市电或柴油发电机组、调温系统供电电源交流电压、电流、频率的采集和处理。

5)数模转换调理模块

控制器根据上位机调压指令，将指令转换为数字信号，在地址线、读写信号线和译码器的控制下，经数模转换芯片将数字信号转换为模拟信号，经分压、隔离、放大、偏置、跟随后输出，该模块将上位机CAN总线指令转换为对应的模拟信号，完成测发控供电电源的远程调压控制。

6)电路自诊断模块

电路自诊断模块主要涉及板级自诊断，采用可靠易于实现的硬件参考给定判断方式完成，自诊断模块主要有DA通道和I/O端口自诊断两种。其诊断原理为：控制器上电或指令诊断时，控制器按指令输出相应调压或通断信号，控制器并监测该信号，从而判断该通道是否正常，并采取相应措施。该电路主要用于系统信号电路的诊断，确保关键信号的准确输出。

在本发明提供的智能供配电管理单元的实施例中，智能供配电管理单元的工作过程如下：初始化控制器外设，读取采集、调压参数的标定值，切换数据采集通道，并对测发控系统供电电源进行默认调压控制，对系统信号电路进行自诊断，轮询查询供电模式、测发控系统供电电源状态、蓄电池组状态、蓄电池充电电源状态、调温系统供电电源状态，并标记相应标识。然后，定时轮询采集处理测发控供电电源电压、电流，车控系统供电电源电压、电流，蓄电池电压、电流、温度，底盘取力发电机组电压、电流，柴油发电机组或市电交流电压、电流、频率等参数，接着进行后续采集数据通道切换。数据采集后，控制器对数据进行判读、诊断、预测和管理。此外，将采集参数和监测状态定时上传给上位机，中断接收上位机通断指令和调压指令，将相应指令译码执行，并对执行指令进行响应，从而用于对供配电系统远程操控和监测。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (8)

1.一种智能供配电管理单元，包括控制器，所述控制器连接有数模转换调理模块、开关量输入检测模块、开关量输出驱动模块和数据存储模块，其特征在于：还包括地址映射译码模块、模数转换调理模块和电路自诊断模块，其中：

所述模数转换调理模块，用于电压、电流、温度和频率采集信号的分压、隔离、放大、偏置及跟随处理；

所述开关量输入检测模块，用于蓄电池充电电源的过压、过流、过温、欠压保护信号检测，以及用于市电、柴油发电机组、底盘取力发电机组供电模式控制信号检测和底盘取力发电机组故障信号检测、诊断；

所述开关量输出驱动模块，用于电源输出通断控制、柴油发电机组供电控制和取力发电机组的供电控制以及蓄电池容量指示；

所述数据存储模块，用于标定参数、检测数据和错误代码存储；

所述地址映射译码模块，用于输入、输出、模数、数模、存储端口扩展；

所述数模转换调理模块，用于供电电源远程调压控制；

所述电路自诊断模块，用于信号电路诊断；

所述控制器与所述数据存储模块和地址映射译码模块分别相连，所述地址映射译码模块与所述数模转换调理模块、开关量输入检测模块、开关量输出驱动模块、数据存储模块、电路自诊断模块和模数转换调理模块分别相连，所述开关量输出驱动模块和数模转换调理模块分别与所述电路自诊断模块相连；

所述控制器经所述地址映射译码模块锁存输出信号，经隔离、保护后，实施系统供电电源输出的通断控制、柴油发电机组供电控制和取力发电机组的供电操作；

其中所述地址映射译码模块包括锁存器、逻辑门电路、译码器和缓冲器，其中，所述锁存器、逻辑门电路、译码器和缓冲器分别与所述控制器相连，所述逻辑门电路输出的控制信号分别接至所述锁存器和缓冲器，所述译码器输出译码信号并将所述译码信号接至所述逻辑门电路，所述缓冲器接收系统输入信号，所述锁存器提供系统输出信号。

2.根据权利要求1所述的智能供配电管理单元，其特征在于：其中所述开关量输入检测模块包括滞洄比较电路和第一光电隔离电路，所述滞洄比较电路、第一光电隔离电路与所述地址映射译码模块依次相连，所述保护信号输入至所述滞洄比较电路，所述供电模式控制信号和故障信号输入至所述第一光电隔离电路。

3.根据权利要求1或2所述的智能供配电管理单元，其特征在于：其中所述开关量输出驱动模块包括依次相连的第二光电隔离电路、驱动保护电路和MOSFET电路，所述地址映射译码模块的输出信号接至所述第二光电隔离电路，所述MOSFET电路输出电源通断控制信号和蓄电池容量指示信号。

4.根据权利要求3所述的智能供配电管理单元，其特征在于：其中所述模数转换调理模块包括依次相连的第一分压、隔离电路和第一放大、偏置、跟随电路，电压、电流、温度、频率信号输入至所述第一分压、隔离电路，所述第一放大、偏置、跟随电路的输出信号接至所述地址映射译码模块。

5.根据权利要求4所述的智能供配电管理单元，其特征在于：其中所述数模转换调理模块包括依次相连的第二分压、隔离电路和第二放大、偏置、跟随电路，所述地址映射译码模块的输出信号接至所述第二分压、隔离电路，所述第二放大、偏置、跟随电路输出电源电压调节信号。

6.根据权利要求5所述的智能供配电管理单元，其特征在于：其中所述电路自诊断模块包括模数调理电路和输入检测电路，电源电压调节信号接至所述模数调理电路，开关量输出驱动模块输出的驱动控制信号接至所述输入检测电路，所述模数调理电路的输出信号和输入检测电路的输出信号分别接至所述地址映射译码模块。

7.根据权利要求6所述的智能供配电管理单元，其特征在于：还包括串口程序加载模块，所述串口程序加载模块与所述控制器相连，所述串口程序加载模块用于程序的快速升级和系统维护。

8.根据权利要求7所述的智能供配电管理单元，其特征在于：还包括总线通信模块，所述总线通信模块通过冗余双CAN总线与所述控制器相连，所述总线通信模块用于与上位机的通信。