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1、分类号U D C密级学位论文基于部队通信机房电源系统的远程监控 硬件与软件的设计与实现作者姓名奎堡指导导师姓名王越左熬援申请学位级别亟学科类别王堂论文提交日期2 Q Q 4 生旦论文答辩口期学位授予日期评阅人答辩委员会主席芝i 娈互! 么雍堑东北大学 2 0 0 4 年8 月东北大学硕士学位论文第一章绪论力、物力和财力，已经越来越不能适应现代经济的发展。尽快建设设备集中监控系统，实现现场无人值守，并充分发挥监控系统的作用，对设备和生产实行实时监控，对设备和生产中出现的突发性事件进行实时响应，确定故障发生的种类和部位，是转变设备专业维护方式，提高维护质量、管理水平，以及提高劳动生产率的真正体现，
2、从而提高产品竞争力。而对易发生突发性事故( 如火灾) 的场所实行远程监控实时报警，也具有非常高的实际应用价值和现实意义。本文所做的研究和所要达到的目标就是保证军事通信系统的不间断运行。而通信设备的不间断运行很大程度上取决于通信电源的稳定运行，据统计，通信设备的故障有百分之九十以上是由通信电源的故障引起的。可以说保证了通信电源的可靠运行也就保证了通信设备的可靠运行。当通信电源产生故障时，需要及时停止产生故障的设备，启用备用设备，保障通信设备的正常运转，因此对通信电源实行远程监控和故障诊断，一方面可以提高通信电源设备的维护水平，保障通信电源的正常运转，另一方面可以降低设备的人员维护成本。为了保证军
3、事通信设备的不间断运行，通信电源系统就应该配备完备的远程监控系统，实现其通信电源产品的现场无人值守和中央集中管理，并应该充分利用当前先进的微控制技术，从而提高其产品的整体技术及性能，使其产品具有较高的技术含量，以达到其在同类产品中具有较高的技术优势。1 2 通信电源远程监控系统监控功能的实现大部分的通信电源系统都是由逆变器、静态开关、系统配电和系统监控四部分组成。其中逆变器、静态开关和系统配电完成通信电源功能，监控模块完成信息显示、参数修改、对系统各量的采集等功能。监控单元与计算机的通信采用串行通信，通信标准执行信息产业部通信电源通信协议，执行方式为：( 1 ) 自动通过有线M O D E M
4、 拨号，采用音频或脉冲方式和远程计算机相连，可以设置远程计算机的电话号码，用户也可以随时在远程计算机上主动和监控模块通信，监控模块能够自动用R s 一2 3 2 、R s 一4 8 5 方式和本地计算机通信，用户也可以随时在本地计算机上访问监控模块。( 2 ) 通信完成计算机准确及时的读取和显示监控模块所能检测到的各个模拟和状态分量、监控模块中各个设置参数，以及监控中的各条故障信息和最近的1 5 条历史记录。( 3 ) 用户能通过远端计算机或本地计算机修改监控模块中各个设置参数，并及时读回修改参数后的相关量。2东北大学硕士学位论文第一章绪论监控模块和逆变器模块、静态开关之间的通信执行要求监控模
5、块、逆变器模块和静态开关之间相互隔离，数掘能够在3 米长的串口线上传输，通信功能包括监控模块能够及时读取各逆变器模块、静态开关的设置信息、工作状态、故障信息以及静态开关检测到的模拟量和状态量，并能够逐个或一起修改各逆变器模块的设置参数，使各逆变器模块和静态开关工作于设定状态。监控模块具有液晶显示的功能，能够对监测的各个模拟量、状态量、设置参数和告警信息进行显示，并且在系统断电后具有记忆的功能。监控模块能够对系统输入的交流电压、电流、频率等九路模拟量进行采样和A D 转换，对约3 0 路数字开关量进行检测。根据采样输入的结果自动完成对系统输入的切换，根据采样输出的结果自动完成系统主、备用输出的切
6、换，根据其它模拟和数字采样检测自动完成相关的控制动作。1 3 远程监控系统的主要功能特点( 1 ) 远程监控系统的监控模块软件功能强大、齐全，能可靠完成对系统的各类参数的模拟量、开关量及信息进行测量、控制和通信，能够对1 1 0 路监控点实行有效的监控。( 2 ) 监控模块具有中文菜单液晶显示功能和按键输入功能，可以对系统参数进行查看和设置，同时还设置了参数修改权限码和预制通信电话，具有很好的安全性、保密性和便捷功能。( 3 ) 远程监控系统的上位机具有监控功能和界面显示功能，上位机软件采用当前流行的可视化开发软件D e l p h i ，可以在w I N D O w s 9 5 及以上环境下
7、运行、功能齐全，操作简便。( 4 ) 7 整个远程监控系统充分考虑了监控系统的可靠性、安全性、保密性和可扩展性，并充分考虑到了对整个远程监控系统进行产品化的实际要求以及在技术上进行提高的可扩展性，提高了远程监控系统的实际应用价值和技术上的升值性。1 4 远程监控系统的主要技术特点( 1 ) 数字信号处理器：监控模块的核心是一片D s P ，采用美国T I 公司生产的T M S 3 2 0 F 2 4 0 ，该D S P 既具备数字信号处理器速度高的特点，又东北大学硕士学位论文第一章绪论具备单片机的很多功能，比如内置的定时器、I O 口、A D 转换器、中断管理逻辑，使得系统的速度大大提高，减少
8、了系统的外部硬件，保持了系统紧凑的结构；( 2 ) 现场总线技术：监控模块与各监控点的通信采用C A N 现场总线，使得监控模块对各监控点的数据采集具有速度快、可靠性高、实用性强的优点，并且占用较少的处理器资源；( 3 ) 远程监控：监控模块通过M o D E M 、电话线与远程计算机相连，该特点符合监控系统远程化和网络化的潮流，利于中央集中监控管理，同时使整个系统很容易的扩充和组网。( 4 ) 软件结构：监控系统软件采用D S P 汇编语言编写，同时充分利用了软件设计的模块化、对象化思想，考虑到了系统在不改变硬件结构的基础上通过软件来扩充系统的功能。监控系统软件结构清晰，可读性好，易于监控系
9、统的后期维护和开发，符合现代软件设计的潮流。1 5 论文的结构本文致力于远程监控系统的研究。在全面、细致地分析了远程监控系统的发展趋势、可靠性的基础上，根据远程监控的特点及发展趋势，提出了一种以数字信号处理器( D i g i t a lS i g n a lP r o c e s s i n g ，简称D S P )为核心，以控制器局域网( C A N C o n t r o l l e rA r e aN e t w o r k ) 现场总线为基础组建远程监控系统的方案，并对该方案的选取、系统各部分的硬件和软件实现、整个系统的可靠性、抗干扰性以及设备故障诊断等问题进行了系统、深入的研究。充
10、分利用了D s P 的高速数学运算能力和丰富的硬件和软件资源，建立了以D s P 为核心的控制系统。在系统中实现对九路模拟信号的数字采集和处理；通过C A N 总线通信系统可对1 l O 路现场设备进行实时监控，通过D S P 串行端口对现场设备进行故障诊断和管理，对D s P 实时数据处理、c A N 总线技术、远程通信有机结合和协调工作进行了研究和实现，着重研究了D s P 作为微控制器实现c A N 现场总线的方法，研究和实现了D s P 对调制解调器的控制，和通过调制解调器与远程计算机串行数据通信的方法：对使用D s P 汇编语言进行模块化、层次化编程进行了研究和尝试，同时对神经网络在
11、设备故障诊断智能专家系统中的应用做了深入的理论研究。东北大学硕士学位论文第二章微控制嚣T M S3 2 0 F 240 简介第二章微控制器T M S 3 2 0 F 2 4 0 简介2 1T M S 3 2 0 F 2 4 0 结构概述T M S 3 2 0 F 2 4 x D S P 控制器设计着眼点就是面向已存在的数字控制系统使系统获得更好的性能，并且能够有效的控制系统元件的数量。T M S 3 2 0 F 2 4 x 系列数字信号处理器是T I 公司基于电机的控制应用而设计的定点D S P ，它将高性能的D S P 内核和丰富的微控制器外设功能集于单片机中，从而成为传统的多微处理器( M
12、 C U ) ，是昂贵的多片设计的理想替代，它将D S P 的实时处理能力和控制器的外设功能集于一身，为控制系统应用提供了一个理想的解决方案。每秒执行2 0 兆条指令的运算能力，几乎所有的指令都可在5 0 n S 的一个周期内完成，使得T M $ 3 2 0 F 2 4 x D S P控制器能提供比传统1 6 位微控制器和微处理器强大得多的性能。T M S 3 2 0 F 2 4 x D S P 采用了先进的。改进型哈佛结构，既保持了分离的程序存储器和数据存储器总线结构，又使得处理能力最大。T M S 3 2 0 F 2 4 x D S P的高层功能结构如图2 1 所示。图2 1 所示的总线结
13、构构成了整个T M S 3 2 0 F 2 4 0 的基础。该结构采用分离的程序空间总线和数据空间总线，允许同时访问程序和数据。这种总线结构可以在产生数据结果的同时产生新地址，从而有效的减少了程序运行的时间，从而提高整套装置运行的速度。在T M S 3 2 0 F 2 4 0 的总线结构中还有第三类可用空间，既I 0 空间，可通过外部总线接口进行访问。为支持对大量外设的选择，采用了外设总线，外设总线被映射到数据空间，且通过系统模块与数据总线接口，从而，所有适用于数据空间的指令也适用于所有的外设寄存器，这就使装置的控制具有很好的可扩展性。T M S 3 2 0 F 2 4 0 的总线设计基于增强
14、的结构，可通过三组并行的总线访问多个存储空间，它们分别是：程序地址总线、数据读地址总线和数据写地址总线。其中的任一组可访问不同的存储器空间，以实现不同的器件操作。由于总线工作是独立的，所以可以同时访问程序和数据空间。东北大学硕士学位论文第二章微控制器T M S3 2O F 240 简介图2 1T M S 3 2 0 F 2 4 0 功能图F i 9 2 1T M S 3 2 0 F 2 4 0D S PC o n t r o l l e rF u n c t i o nB l o c kD i a g r a m2 2T M S 3 2 0 F 2 4 0 内部资源及特点( 1 ) T M S
15、 3 2 0 F 2 4 0 内核C P U 具有3 2 位中央算术逻辑单元：3 2 位累加器；1 6 1 6 位并行乘法器，产生3 2 位乘积；三个定标移位器：八个1 6位辅助寄存器和一个用于数据存储器间接寻址的专用算术单元。T M S 3 2 0 F 2 4 0 可以轻松实现加法，乘法运算，也可以通过减法的迭代实现除法。6东北大学硕士学位论文第二章微控制器T M S3 2 0 F 2 40 简介( 2 ) 存储器：5 4 4 字1 6 位片内数据程序双口R A M ；1 6 K 字 1 6 位片内程序F L A S H ；2 2 4 K 字丰1 6 最大寻址范围( 6 4 K 字程序空间、
16、6 4 K 地址数据空间、6 4 K 字I 0 空间和3 2 K 字的全局数据空间) ；外部存储器接口模块( 包括软件等待状态发生器、1 6 位地址总线和1 6 位数据总线) 支持硬件等待状态。( 3 ) 程序控制：四级流水线操作；八级硬件堆栈；六个外部中断。( 4 ) 指令集：源码兼容T M S 3 2 0 家族的C 2 X 、C 2 X X 、C 5 X 定点系列，单指令重复操作，单周期乘加指令；用于程序数据管理的存储块移动指令；变址寻址能力；( 5 ) 功率：静态C M O S 技术；四种工作方式，可以通过工作方式的选择来减少功耗。( 6 ) 速度：5 0 n s 的指令周期，且大多数指令为单周期指令。( 7 ) 事件管理器：1 2 路比较P W M 通道，可以产生P W M 用于电机控制或控制功率器件以实现诸多复杂的功能；3 个1 6 位通用定时器，共有6 种模式，可以通过选择不同的模式或者进行组合，与比较单元进行配合；3 个具有死区功能的全比较单元；3 个单比较单元；4 个捕获单元。( 8 ) 双1 0 位片内单极性A D
