在ERP信息技術和網絡技術的推動下，銀行、醫院、交通等關鍵領域的正常運轉越來越依賴于其計算機ERP系統的高可靠性，可靠的供電系統是其最基本的保障，如果發生意外的斷電事故，輕則影響當前的業務，重則引起系統數據丟失，造成重大經濟損失。作為一種可靠的電源系統，UPS已成為這些重要行業的必備電源。
UPS在市電正常供應時能對市電進行整流濾波、穩壓調整，以便向負載提供穩定合理的電壓，在市電中斷時，可在極短的時間內開啟自身的儲備電源，經逆變后向負載供電，從而保證了關鍵設備的供電安全。
當某系統的UPS規模達到一定程度時，對UPS電源系統進行統一的集中實時監控和管理，以實現高效且真正無人值守的管理就顯得尤其重要。
本文著重于UPS系統實際的遠程智能管理需求，設計一種基于局域網瀏覽器／服務器(Browser／Server，B／S)架構的跨平臺UPS遠程智能控制管理系統。
1 系統整體方案
系統充分考慮了標準化、可擴展性、高可靠性、易用性等設計原則，采用集中和分散相結合的方式實現對多個UPS電源的智能化遠程控制和管理，系統整體拓撲結構如圖1所示。
圖1 系統整體拓撲結構
管理人員可在遠程計算機監控終端通過Intranet服務器訪問系統內的監控模塊，從而實現對每個UPS的遠程管理和控制，并可實時查看每臺UPS的工作參數和狀態。
2 嵌入式監控模塊
UPS遠程智能管理系統的關鍵部分是嵌入式監控模塊，每一個UPS電源均通過一個監控模塊與服務器相連。監控模塊的設計采用ARM處理器S3C2440作為核心器件，外圍輔以信號調理電路、多路模擬選通電路、12位串行AD轉換電
路、固態繼電器驅動電路、鍵盤及指示電路、聲光報警電路、EEPROM擴展電路、時鐘電路、硬件看門狗等，實現數據上傳、遠程網絡控制、現場控制、蓄電池定期維護、故障旁路等功能。圖2所示為嵌入式監控模塊框圖。
圖2 嵌入式監控模塊框圖
監控模塊首先對市電交流電壓、UPS蓄電池直流電壓、UPS輸出交流電壓和UPS交流輸入電流進行采樣，這些參數是判斷UPS工作狀態和對UPS進行保護的依據。市電交流電壓和UPS輸出交流電壓經隔離的電壓互感器轉換為可直接轉換的直流電壓；蓄電池直流電壓經高精度電阻分壓后可直接采樣；電流信號經電流互感器處理后變換為相應的直流電壓信號。這些可采樣的模擬信號經多路模擬開關CD4052選通后進入12位SPI接口的串行模數轉換器ADS 1286，在ARM處理器S3C2440的控制下，依次轉換為對應的數字信號并被S3C2440讀取。
監控模塊的網絡通信采用標準RJ45接口，網絡芯片選用具有MAC控制器和物理層接口的RTL8019，S3C2440與RTL8019間主要通過數據、地址和控制三大總線連接。采集到的數據通過TCP方式上傳到服務器，同時各個監控模塊可通過UDP方式接收來自遠程控制終端的操作命令。
監控模塊對UPS電源的控制均通過相應驅動電路改變固態繼電器(Solid State Relay，SSR)的閉合狀態實現。固態繼電器與普通電磁繼電器相比具有壽命長、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、切換速度快、電磁干擾小等優點，非常適合于UPS智能管理系統的控制電路。
此外，監控模塊的其它輔助功能通過擴展相應的外圍電路得以完善。系統關鍵參數的存儲通過擴展EEPROM實現；為了實現準確定時和定期維護擴展了時鐘芯片DS1302；預留了鍵盤接口以實現現場操作與控制；設計了硬件看門狗電路進一步提高了系統工作的可靠性；監控模塊自身故障時，通過一個雙刀雙擲常閉同態繼電器實現旁路功能，將市電直接接入UPS系統；RS232串行接口電路用作系統調試與相關參數設置；聲光報警電路對偶發故障進行警告。
3 嵌入式系統軟件設計
本系統是一種基于瀏覽器／服務器(B／S)架構，具有高可靠性和高安全性的嵌入式遠程監控管理系統，采用的是三星公司的ARM9處理器S3C2440，其軟件設計內容主要包括嵌入式操作系統的引導程序(Bootioader)和內核設置、應用文件系統開發嘲。ARM處理器的特點和性能使得它非常適合運行嵌入式操作系統，而且功耗得到了很好的控制，系統采用嵌入式Linux操作系統，Linux具有很好的跨平臺性和開源性，支持多種處理器體系結構，尤其對ARM的支持比較完善。系統軟件設計的關鍵技術有：引導裝載程序(Bootloader)的修改和移植，本系統采用的引導裝載程序由三星公司研發的引導裝載程序、vivi改進而來；嵌入式操作系統Linux內核的裁剪與移植啊；監控數據的實時采集與處理、嵌入式控制算法的編程實現；各層TCP／IP協議棧的實現，Socket性能的優化。
電壓、電流數據的采集通過編寫應用文件，利用S3C2440的定時器和I／O口模擬CD4052的選通控制時序和ADSl286的SPI總線控制時序，實現多路信號的定時采樣與讀取，同時將采樣數據經過相應處理后，采用TCP協議以IP數據報的形式通過Socket套接字編程實現上傳。數據定時采樣的中斷子程序流程如圖3所示，其中每采樣一類數據后，都需要切換CD4052的通道并延遲一段時間，以便到達ADS1286的信號更穩定。全部數據采集一遍后需要將采樣值變換為實際電壓或電流值，附上工作狀態標志位，并依據采樣值和設定的相關參數判決是否執行必要的保護動作。
圖3 定時采樣中斷子程序流程圖
應用程序共實現了遠程網絡放電、網絡恢復市電、蓄電池定期維護放電、現場手動放電、手動恢復市電、蓄電池過放電自動恢復等控制功能，同時還能判斷市電停電、輸入線路故障等意外放電狀態，并且能夠以命令的形式為系統的采樣數據設置校準模型和參數，這些參數保存在EEPROM中，保證在掉電情況下不會丟失。遠程充放電控制功能通過以UDP協議接收相應命令來實現，S3C2440根據接收到的命令字和參數判斷完成何種操作，并通過輸出接口電路改變各固態繼電器的閉合狀態執行動作。對接收到的遠程命令進行處理的子程序流程圖如圖4所示。
現場管理與控制通過編寫鍵盤應用文件來實現，系統設計中考慮了管理方式的優先級問題，在遠程網絡放電的情況下，禁止在現場通過鍵盤改變UPS的工作狀態。
監控模塊的IP地址、網關地址、端口號等網絡通信參數通過上位機應用程序設置，在SC32440中編寫相應的RS232串行通信應用文件接收上位機的參數設置命令。
4 B／S架構網絡通信
B／S架構網絡通信通過控制終端瀏覽器訪問服務器程序的方式實現，監控軟件主要由網絡服務器模塊、通信模塊和網絡數據庫三部分組成，結構如圖5所示。
圖4 遠程命令處理子程序流程圖
圖5 監控軟件模塊框圖
服務器程序可以通過TCP／IP協議對注冊登記過的遠程嵌入式監控系統的口地址進行管理和訪問，只要有Internet接入的地方，用戶就可以通過瀏覽器登錄服務器，以B／S模式對UPS設備群進行遠程監控和管理。服務器程序涉及到的關鍵技術有：以太網網絡通信原理，TCP／IP分層協議；B／S架構網絡服務器軟件實時監測、控制功能的實現；網絡服務器軟件登陸認證模式，系統安全性設計；通過IE瀏覽器登錄服務器，遠程瀏覽動態網頁的功能；數據保存、生成報表和幫助功能。
5結論與展望
嵌入式設備與Internet的結合代表著嵌入式系統和網絡技術的真正未來。通過將嵌入式系統連接到Internet對UPS電源進行遠程控制和管理，可以將所有現場UPS設備的信號通過網絡傳送并保存，并通過網絡隨時查看設備的狀況，實現高度集中的真正無人值守管理。系統可達到的技術指標主要有：監控終端100個、單個終端模擬數據輸入通道4路、轉換分辨率12位、客戶端數量5個。
本系統具有極好的可靠性、安全性和易用性，已在某銀行ATM網點試運行，運行狀況良好，同時醫院、交通、政府等部門都是本系統的潛在用戶。系統功能還可根據用戶需求進行擴展，亦可添加SIM卡短信報警和查詢功能，進一步提高管理效率，市場發展前景可觀。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
本文標題：嵌入式UPS遠程控制管理系統設計
相關文章
