ｉｘ．鳗 应 …………………………一 基于ＳＴＭ３２的矿用ＵＰＳ智能监控系统设计与实现 中国船舶重工集团江苏省自动化研究所孙志宏 曲 伟 【摘要】针对煤矿井下含瓦斯及煤尘较多的易燃易爆环境下，为了方便可靠的实ＮＮ￣ｕＰｓＡ电池的状态信息，设计了矿用ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ）电 源智能检测控制系统；基于ＡＲＭ ＳＴＭ３２Ｆ１０７ＶＣＴ６微处理器，实现了在无操作系统的情况下，实时监控ＵＰＳ输入输出电压、频率、温度、电池充放电状态等信息并 进行故障报警；并设计了以太网，４８５串口，ＣＡＮ总线等多种接口与上位机通信进行远程监控，并控制放电，以防充电电池长时问不使用而损坏；产品测试结果表 明，该系统通信实时性好、稳定性高，具有很高的实用价值。 【关键词】ＵＰＳ电源监测控带】系统；ＳＴＭ３２；串口通信；以太网；ＣＡＮ总线 １．引言 在今天的矿井安全要求极高的情况 下，ＵＰＳ能够对无线、以太网等煤矿安全 监控系统等提供安全可靠的不间断供电以 保障煤矿开采的安全。而对于ＵＰＳ的实时 检测控制…以确保ＵＰＳ稳定工作是保证安 全的本质条件。本文设计的基于ＳＴＭ３２矿 用ＵＰＳ实时检测控制系统满足了矿上ＵＰＳ电 源稳定安全运行的要求。 系统主控制器采用ＳＴ公司推出的基于 ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３内核的３２位处理器ＳＴＭ３２Ｆ １０７，该处理器在结构上包括处理器内核、 存储器保护单元（ＭＰｕ）、嵌套向量中断控 制器（ＮＶＩＣ）等，具有高速通信接口（ｓＰＩ， Ｉ２Ｃ，ＵＳＡＲＴ，ＵＡＲＴ，ＣＡＮ，以太网等）、 ＪＴＡＧ／ＳＷ调试等先进的外设，具有性价比 高、配置丰富灵活、实时性能出色、低 功耗等优势。本文应用ＳＴＭ３２控制器设计 并实现了ＵＰＳ电源的控制与电压电流等信 息的实时显示 ，并能对ＵＰＳ故障进行报 警。结果表明，本系统性能卓越、稳定可 靠。 微处理器通信控制。 （３）ＳＴＭ３２Ｆ微控制器：通过ＲＳ一２３２ 串口与ＢＭＳ通信，发送８字节查询命令给 ＢＭＳ，并中断接收２２６字节数据；通过Ｒｓ一 ２３２与ＵＰＳ通讯，发送４字节查询ＵＰＳ信息命 令给ＵＰＳ，中断接收８８字节信息数据，发 ２．硬件系统简介 本文所述的基于ＳＴＭ３２的矿用ＵＰＳ电源 显示控制系统的硬件电路包括：电池组管 理系统（ＢＭＳ），ＵＰＳ电源系统，ＳＴＭ３２Ｆ微控 制器；４路串行通信接口（其中２路Ｒｓ一２３２ 串口，１路ＴＴＬ串口，１路ＲＳ－４８５串口），网 络，ＣＡＮ总线等电路部分。整体的硬件系 统框图如图１所示。 （１）电池组管理系统（ＢＭＳ）：包括ｌ６路 充电电池组及温度传感器等。通过ＲＳ一２３２ 串口与ＳＴＭ３２Ｆ微处理器进行通信控制。 （２）ＵＰＳ电源系统：主路，旁路，整流 器，逆变器等。通过ＲＳ一２３２串口与ＳＴＭ３２Ｆ 鸣器会呜叫，ＬＥＤ灯会闪烁报警。 ３．ＡＲＭ系统的软件设计 为了充分的利用ＳＴＭ３２的运行效率， 在ＳＴＭ３２微处理器上没有运行操作系统， 所以主控程序设计时借鉴时间片的轮转调 度算法思想 ，对各个接口处理数据分配 送４字节查询ＵＰＳ属性命令给ＵＰＳ，中断接 个时间段。并且在接收数据时采用中断 收４６字节属性数据；为了保证ＵＰＳ智能检 方式，可以有效安排调度。软件系统设 测的可扩展性，其通讯接口应具有一定 计采用模块化编程思想 ，主要包含以下 得开放性，以实现各种检测传感器及控制 几个模块：系统及外设初始化；ＢＭＳ数据 节点的任意添加，这使得控制系统设计变 信息处理；ＵＰＳ数据信息处理；ＴＴＬ屏显 得复杂。针对这一问题，本文设计了ＲＳ－ 示；放电控制处理：停止放电控制处理； ４８５串口，ＣＡＮ总线，以太网三种接口与上 ＲＳ２３２发送查询ＢＭＳ信息；ＲＳ２３２发送查询 位机进行通信，以满足用户升级扩展的需 ＵＰＳ信息；ＲＳ４８５／ＣＡＮ／网络与上位机通信 要。 等。整个系统的主流程图如图２所示。 （４）ＴＴＬ屏终端监测：为了方便井下 ３．１系统及外设初始化模块 终端用户实时观察监￣ｔＩＢＭＳ及ＵＰＳ信息，采 包括初始化ＭＣＵ和定时器初始化及串 口，网络，ＣＡＮ初始化。ＭＣＵ的初始化包括 用了７寸屏幕，用ＴＴＬ接口与ＳＴＭ３２通信， 设计了两屏信息不断循环显示。主屏监测 系统时钟设置和通用Ｉ／Ｏ口ＧＰＩＯ￣置初始 ＵＰＳ输入输出电压频率等及ＢＭＳ总电压，总 化等；ＣＡＮ初始化包括ＣＡＮ对应的ＧＰ１０设 电流，及充放电状态，报警信息，保护信 置，波特率设置如公式（１）所示，过滤器 息等，显示时间为ｌＯｓ，每１ Ｓ数据刷新一 设置，模式设置，中断ＮＶＩｃ设置等。４个 次：第二屏监￣ＪＪＢＭＳ １６组电压、温度信 串口初始化，其中与ＢＭＳ串口、ＴＴＬ屏串 息，显示时间为５ｓ，每ｌｓ数据刷新一次。 口、４８５串口波特率设为ｌ１５２００，与ＵＰＳ通 （５）上位机通信监测控制：为了方便 信串口波特率设置为９６００，中断向量ＮＶＩＣ 井下用户在不同的条件下进行远程监控， 设为ｇｒｏｕｐ０；网络初始化包括网络ＧＰＩＯ， 设计提供了ＲＳ一４８５串口，ＣＡＮ总线，以太 ＭＡＣ，ＤＭＡ配置，ＬｗｌＰ初始化，ｔｃｐ ｓｅｒｖｅｒ ＣＡ婶８ 网三种方式与分别上位机进行通信，满足 了不同井下用户的需求，可详细监测电池 组ＢＭＳ及ＵＰＳ信息；并可控制电池组放电， 当满足单体电压低于给定值或者放电时间 ３．２ ＢＭＳ数据信息处理模块 达到给定值时，停止放电，以防充电电池 将从串口接收到的２２６字节数据， 损坏。 按照协议转成ＢＭＳ信息，包含ｌ６组电池电 （６）声光报警：为了当充电电池单体 压，温度数据，以及充放电状态，单体过 电池电压过高过低，或者ＵＰＳ故障时，蜂 压欠压报警信息，过充过放等保护信息。 一通信指挥车的硬件集成上，将整个系统划 电模块负责为整个通信指挥系统供配电： 分为两个模块：配电模块和通信模块。配 通信模块负责实现短波通信功能、超短波 通信功能以及３Ｇ图传功能。配电模块、通 信模块的实物图如图５所示，配电模块和 通信模块的组合如图６所示。 ５．便携式电子设备机箱的特点 ｜ＩＩ ◆触 Ｅ‘●‘★ ，童耩麓 ５．１集成化 图５配电模块和通信模块 便携式电子设备机箱可实现对整件设 备以及设备印刷电路板的集成，可将若干 个的功能集成在一个设备机箱内，其 大大提高了指挥通信系统的集成度及载车 空间的利用率。 ５．２模块化 便携式电子设备机箱以箱体为单元进 行整个指挥通信系统的功能划分，将若干 个相对但类似的功能进行重新组合， 形成较大的功能模块。因此，整个系统的 模块化更加清晰，系统的组建更加方便、 快捷。 图６配电模块和通信模块组合 一以便携式电子设备机箱构成的功能模 块具备很强的通用性，其只需根据客户的 具体要求做适当的设备改动，即可用于组 建一个新的指挥通信系统。另外，便携式 电子设备机箱不仅可用于构建车载指挥通 信系统，还可用于组建指挥通信基站、便 携式指挥所等。 ５．４便携化 便携式电子设备机箱从选材到具体结 构设计，始终贯穿便携化的思想。箱体便 于搬运，便于拆卸，且可以快速的组装。 ６．总结 本文介绍了一种用于车载信息系统硬 件集成的便携式电子设备机箱。其区别于 用１９英寸标准机柜进行设备硬件集成的思 路和方法，具备更高的集成度，更清晰、 合理的模块划分，以及更好的通用性和便 携性，特别适合用于构建小型车载应急指 挥通信系统。 ５．３通用化 １４４一电早世界
