1 引言
在CATV網(wǎng)絡(luò)中采用UPS電源供電對于確保CATV信號的可靠傳輸是很重要的，特別是當前CATV正逐漸向交互式的綜合業(yè)務寬帶網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展的情況下，提高網(wǎng)絡(luò)的供電質(zhì)量，尤為重要。在國外，各大著名公司研制的CATV網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，將網(wǎng)絡(luò)前端、放大器等環(huán)節(jié)納入網(wǎng)絡(luò)化管理，大大提高了網(wǎng)絡(luò)中信號傳輸?shù)目煽啃?。作為CATV網(wǎng)中重要部分的UPS電源，也要求納入網(wǎng)絡(luò)化管理，以提高網(wǎng)絡(luò)的供電質(zhì)量，保證網(wǎng)絡(luò)運行的可靠性。但是，在國內(nèi)外的各種CATV網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，尚沒有提到將UPS電源納入網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。因此，研究設(shè)計CATV網(wǎng)絡(luò)中的UPS電源具有重要意義。
下面介紹一種后備式CATV網(wǎng)專用的網(wǎng)管UPS電源的設(shè)計，系統(tǒng)的近程通信樣機制作調(diào)試已經(jīng)全部完成。CATV的網(wǎng)管UPS電源的研制，除具有當前CATV網(wǎng)UPS電源的特點外，還具有以下新的特點：(1)能實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中UPS電源的運行情況，自動顯示監(jiān)測參數(shù)；
(2)能設(shè)定電網(wǎng)供電安全輸入電壓范圍，蓄電池充放電電壓等參數(shù)，UPS運行參數(shù)超過設(shè)定值時報警，并完成相應的切換控制；
(3)有通信接口，可與網(wǎng)管中心監(jiān)控計算機相連，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。
2系統(tǒng)構(gòu)成原理CATV網(wǎng)管UPS電源采用8098單片機智能測控技術(shù)，利用微處理器實時采集CATV網(wǎng)絡(luò)中UPS電源運行狀況信息并對電源進行實時控制，網(wǎng)絡(luò)管理中心監(jiān)控計算機可隨時與運行干網(wǎng)絡(luò)中的UPS電源聯(lián)絡(luò)，實現(xiàn)電源的網(wǎng)絡(luò)化管理。系統(tǒng)由兩部分組成：
(1)UPS電源部分；
(2)微處理器監(jiān)控系統(tǒng)。
2.1UPS電源部分同網(wǎng)管UPS電源相比，以前的UPS電源主要由功率變換用逆變器、蓄電池組充放電電路、靜態(tài)開關(guān)和恒壓變壓器等幾部分組成。對于后備式的CATV網(wǎng)UPS電源來說，基本工作原理是：在電網(wǎng)供電正常時，對電網(wǎng)電源凈化后供給CATV網(wǎng)；當電網(wǎng)斷電時，蓄電池電源經(jīng)逆變器逆變后供給CATV網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)供電的不間斷。
2.2微處理器監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)管UPS電源以Intel公司的MCS－96系列單片機8098為核心，由單片機和相應的功能模塊組成電源的監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)能準確獲取UPS電源的運行參數(shù)，監(jiān)控電源的運行情況，接受監(jiān)控中心計算機的訪問，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。其中，UPS電源運行參數(shù)的準確獲取，在電源的網(wǎng)絡(luò)化管理中具有重要意義。
2.2.1參數(shù)測量系統(tǒng)對輸入電壓、輸出電壓、電池電壓、輸出電流和環(huán)境溫度等參數(shù)進行測量。在滿足系統(tǒng)測量精度和控制要求的條件下，先分別采用分壓電阻串和電流傳感器電路將輸入電壓、輸出電壓、電池電壓和輸出電流等轉(zhuǎn)換到A／D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍內(nèi)，然后將直流量直接送入A／D轉(zhuǎn)換器，交流量送入有效值／直流轉(zhuǎn)換器。CATV網(wǎng)UPS電源不同于一般UPS電源的特點之一就是輸出60V的梯形波形(又稱準方波)電壓。為準確測量輸出電壓、輸出電流等參數(shù)的值，確保系統(tǒng)測量控制操作的準確性，對交流量的測量采用真有效值測量法，即直接根據(jù)有效值的定義測量交流量的有效值，而不是光測得電壓平均值，再利用正弦波有效值與平均值的關(guān)系轉(zhuǎn)換為有效值。這一方法對非正弦波會引起較大的理論誤差。系統(tǒng)采用AD公司的AD536A芯片，實現(xiàn)被測量電壓有效值／直流的轉(zhuǎn)換。各交流量經(jīng)多路模擬開關(guān)CD4051選通后送入AD536A實現(xiàn)交流有效值／直流轉(zhuǎn)換后，最后送入8098單片機的ACH4通道進行A／D轉(zhuǎn)換。環(huán)境溫度的測量。環(huán)境溫度對UPS的工作穩(wěn)定性影響很大，監(jiān)控UPS的工作溫度對延長蓄電池的壽命更顯得重要。系統(tǒng)采用AD590半導體集成溫度傳感器，將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號后送人A／D轉(zhuǎn)換器。
2.2.2狀態(tài)來集UPS電源的狀態(tài)通常可分為：電網(wǎng)供電狀態(tài)、電池逆變供電的逆變狀態(tài)、電池電壓低的欠壓狀態(tài)和負載過流的過流狀態(tài)。前兩種為UPS的正常狀態(tài)，后兩種為異常狀態(tài)。狀態(tài)采集電路準確獲取電源的工作狀態(tài)后送人8098單片機的高速輸入口。
2.2.3 UPS電源保護電路 為避免異常情況發(fā)生對電源的損壞，系統(tǒng)設(shè)計了兩種保護電路：
(1)蓄電池欠壓保護，防止過放電對電池的損壞；
(2)短路過流保護，防止誤操作或負載故障引起輸出短路損壞電源。保護電路的切換值可以根據(jù)電源工作環(huán)境等因素隨時設(shè)定。
2.2.4通信接口網(wǎng)管UPS電源具有通信接口，可實現(xiàn)監(jiān)控計算機對電源的集中網(wǎng)絡(luò)化管理。在這里，只討論UPS和計算機之間通過RS－232C串行口的近程通信。遠程通信可通過應答器、調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備或因特網(wǎng)經(jīng)過有線電視網(wǎng)絡(luò)或電話網(wǎng)等方法實現(xiàn)，將另文討論。
3單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計為了保證系統(tǒng)測量和控制動作的迅速準確，單片機軟件全部用8098單片機匯編語言編寫，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計以增加程序的可讀性與易維護性，便于系統(tǒng)功能擴充。軟件分為6個模塊：參數(shù)采集和轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)計算處理模塊、顯示模塊、參數(shù)設(shè)定。切換控制模塊和通信模塊。
(1)參數(shù)采集和轉(zhuǎn)換模塊。通過控制選擇不同的A／D轉(zhuǎn)換通道和相應通道對CD4051多路開關(guān)的切換，實現(xiàn)UPS運行參數(shù)的采集和轉(zhuǎn)換。
(2)數(shù)據(jù)計算和處理模塊。系統(tǒng)采用SICE仿真器內(nèi)的三字節(jié)浮點數(shù)函數(shù)子程序?qū)／D轉(zhuǎn)換結(jié)果進行處理，確保系統(tǒng)參數(shù)的測量精度。
(3)顯示模塊。系統(tǒng)將UPS電源輸入電壓等參數(shù)和電網(wǎng)供電等狀態(tài)信息送LED數(shù)碼管顯示電路，實現(xiàn)UPS電源運行參數(shù)的實時顯示。
(4)參數(shù)設(shè)定。根據(jù)UPS運行狀況和工作環(huán)境，可以通過網(wǎng)管中心計算機對電源的輸入電壓范圍。電池欠壓保護值和輸出電源范圍等參數(shù)進行設(shè)定。
(5)切換保護模塊。系統(tǒng)測量結(jié)果時刻與設(shè)定參數(shù)比較，判斷是否與設(shè)定參數(shù)一致，如果不一致，將實現(xiàn)切換保護操作，完成UPS電源的狀態(tài)切換，防止異常情況對系統(tǒng)的損壞。這是UPS電源的軟保護。
(6)通信模塊。系統(tǒng)可將UPS電源的各種運行參數(shù)信息由通信接口傳送線網(wǎng)絡(luò)管理中心監(jiān)控計算機，也可以接收監(jiān)控計算機傳送來的命令和參數(shù)。在系統(tǒng)設(shè)計中為了區(qū)分不同的UPS電源，必須為每臺電源賦于一個唯一的機號。UPS電源接收到監(jiān)控計算機發(fā)送的機號后，進行機號匹配，若匹配成功，發(fā)確認信息，監(jiān)控計算機接收到確認信息后，緊接著發(fā)命令字節(jié)，命令包括：
(1)監(jiān)控計算機向UPS傳送數(shù)據(jù)；
(2)UPS向監(jiān)控計算機傳送數(shù)據(jù)。然后二者開始傳送數(shù)據(jù)，首先傳送數(shù)據(jù)個數(shù)。數(shù)據(jù)傳送完畢，發(fā)一個結(jié)束符，本次通信完畢。
4監(jiān)控計算機軟件設(shè)計監(jiān)控計算機軟件用C語言編寫，實現(xiàn)對UPS電源的網(wǎng)絡(luò)化管理。PC的軟件設(shè)計可分為兩部分：(1)通信程序；(2)界面程序設(shè)計。
4.1通信程序設(shè)計監(jiān)控計算機和UPS電源之間的通信遵循主從原則，每次通信都由計算機發(fā)起。監(jiān)控計算機按照協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式發(fā)送數(shù)據(jù)呼叫UPS，建立連接。系統(tǒng)設(shè)計中，監(jiān)控計算機采用9600波特的波特率以查詢方式發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。
4.2界面設(shè)計監(jiān)控計算機的人機交互操作界面由4個選單條組成，分別是顯示窗口、存檔窗口、設(shè)定窗口和維修記錄窗口，各選單條又由相應的子選單條組成。顯示窗口實現(xiàn)的功能是：隨時設(shè)定監(jiān)控計算機要顯示的UPS電源機號，顯示內(nèi)容以及顯示內(nèi)容刷新時間間隔。存檔窗口實現(xiàn)的功能是：選擇存儲UPS電源的運行狀況信息，并可調(diào)出查閱和打印等，以了解UPS的歷史工作狀況。參數(shù)設(shè)定窗口實現(xiàn)的功能是：可根據(jù)UPS的工作環(huán)境和運行狀況對輸入電壓范圍、電池欠壓值和輸出電流大小進行設(shè)定，當參數(shù)不在設(shè)定范圍時，發(fā)出報警信號。維修記錄窗口實現(xiàn)的功能是：進入編輯器，記錄UPS的維修情況，包括UPS機號、維修日期、維修部件以及維修人等信息。該設(shè)計的樣機系統(tǒng)經(jīng)長期試用，運行狀況良好。
