基于ARM Cortex-M3的小型化远程监控智能电源系统

　　传统的电源维护采用的是人工手动式维护管理模式，而智能电源监控系统以嵌入式技术、计算机技术、通信技术等为基础，实现了电源系统向智能化、自动化管理模式的转变。

　　随着当代科技的日益发展，数量巨大的各类设备的电源维护管理需要投入大量的人力、物力，像通信/电力设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便、危险度高等都增大了维护的难度和费用。这对电源设备的监控管理提出了更高的要求。电源监控系统需要对系统中各状态量进行监视，还必须能对各供电支路进行控制和管理。维护管理人员可远程进行数据查询、控制等维护工作，并可利用友好的人机界面方便地得到需要的信息。

　　数字化技术的发展表现出了传统技术无法比拟的优势，整个电源监控系统的信号采样、处理、控制、通信等均可通过数字化技术实现。全数字化的控制技术可有效缩小设备的体积，降低设备的成本，但同时大大提高设备的可靠性、智能化和用户体验。随着模块智能化程度的提高，新型电源监控系统的维修性也得到了提高。

　　随着嵌入式技术的发展，使用嵌入式实时 *** 作系统是电源监控系统的必然选择。一方面是因为嵌入式实时 *** 作系统具有良好的可移植性和较高的可靠性;另一方面是因为随着电源监控系统性能的不断提升，仅靠传统的单片机已无法适应新的需求。ARM作为当今嵌入式技术的代表，不仅具有上述的所有优势，且成本很低，具有很高的性价比。本文中设计的系统选用了TI公司生产的Luminary Cortex-M3系列ARM中的LM3S9B96芯片。

　　1、工作原理

　　图1以8路用电设备的电源监控为例，给出了监控系统的原理框图。

　　

　　图1 8路电源监控系统原理框图

　　采集模块包含电流传感器和分压电路，电流传感器可测得流过供电支路的电流值，分压电路将供电支路的电压值调整到主芯片ADC采样的范围内，二者均为模拟值。检测值经过AD采样后，可在主芯片内运算得到各供电支路的电流和电压值，并与预设的电流和电压门限进行比较。若在门限范围内则表示该供电支路工作正常，而在门限范围外则表示该供电支路发生了过流、过压、欠压等异常，主芯片通过将GPIOF相应引脚的输出变为低电平来自动给该支路断电，在经过检查排除故障后可通过上位机下发指令控制该供电支路通电。

　　上位机与嵌入式下位机通过以太网进行通信，上位机可向下位机下发指令控制指定供电支路的通断，也可设置各供电支路的电流和电压门限值。每隔一定的时间，各供电支路的电流、电压值及各种正常/异常状态由下位机发送至上位机，通过上位机显控软件可观察各供电支路的工作状态。

　　2、设计与实现

　　2.1核心模块

　　核心模块采用TI公司生产的LuminaryCortex-M3系列ARM中的LM3S9B96芯片，该芯片具有80MHz的运行速度，内部集成了大容量的256KB单周期FlashROM和96KB单周期SRAM，具有16通道10bit分辨率的AD采样模块、支持;LwIP协议的10/100M自适应以太网模块和丰富的I/O接口。

　　LM3S9B96有65个I/O接口，设计时选取GPIOF组8个I/O接口作为控制引脚;各供电支路需要采集电压和电流两种值，16通道AD采样模块可满足8路供电支路的采样需求;集成的MAC+PHY外设也可实现与上位机的以太网通信;大容量的内置存储空间为复杂的程序提供了合适的平台。根据上述分析，LM3S9B96芯片非常适合本监控系统，并可极大简化电路设计。

　　2.2控制模块

　　各供电支路控制模块的设计如图2所示。根据各支路设备需要的电流值选择合适的继电器作为电子开关，并且在控制引脚和继电器间加入光耦隔离保护及供电通断指示灯。

　　当主芯片GPIOF控制引脚为低电平时，LED灯灭，继电器3脚输入与5脚输出断开，该供电支路断电;当主芯片GPIOF控制引脚为高电平时，光耦输出为低电平，LED灯亮，继电器3脚输入与5脚输出导通，该供电支路通电。

　　

　　图2供电支路控制模块设计图