在ERP信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推動(dòng)下，銀行、醫(yī)院、交通等關(guān)鍵領(lǐng)域的正常運(yùn)轉(zhuǎn)越來越依賴于其計(jì)算機(jī)ERP系統(tǒng)的高可靠性，可靠的供電系統(tǒng)是其最基本的保障，如果發(fā)生意外的斷電事故，輕則影響當(dāng)前的業(yè)務(wù)，重則引起系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。作為一種可靠的電源系統(tǒng)，UPS已成為這些重要行業(yè)的必備電源。

    UPS在市電正常供應(yīng)時(shí)能對(duì)市電進(jìn)行整流濾波、穩(wěn)壓調(diào)整，以便向負(fù)載提供穩(wěn)定合理的電壓，在市電中斷時(shí)，可在極短的時(shí)間內(nèi)開啟自身的儲(chǔ)備電源，經(jīng)逆變后向負(fù)載供電，從而保證了關(guān)鍵設(shè)備的供電安全。

    當(dāng)某系統(tǒng)的UPS規(guī)模達(dá)到一定程度時(shí)，對(duì)UPS電源系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的集中實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，以實(shí)現(xiàn)高效且真正無(wú)人值守的管理就顯得尤其重要。

    本文著重于UPS系統(tǒng)實(shí)際的遠(yuǎn)程智能管理需求，設(shè)計(jì)一種基于局域網(wǎng)瀏覽器／服務(wù)器(Browser／Server，B／S)架構(gòu)的跨平臺(tái)UPS遠(yuǎn)程智能控制管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體方案

    系統(tǒng)充分考慮了標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展性、高可靠性、易用性等設(shè)計(jì)原則，采用集中和分散相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)UPS電源的智能化遠(yuǎn)程控制和管理，系統(tǒng)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

    圖1 系統(tǒng)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    管理人員可在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)監(jiān)控終端通過Intranet服務(wù)器訪問系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)控模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)UPS的遠(yuǎn)程管理和控制，并可實(shí)時(shí)查看每臺(tái)UPS的工作參數(shù)和狀態(tài)。

2 嵌入式監(jiān)控模塊

    UPS遠(yuǎn)程智能管理系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是嵌入式監(jiān)控模塊，每一個(gè)UPS電源均通過一個(gè)監(jiān)控模塊與服務(wù)器相連。監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)采用ARM處理器S3C2440作為核心器件，外圍輔以信號(hào)調(diào)理電路、多路模擬選通電路、12位串行AD轉(zhuǎn)換電

    路、固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤及指示電路、聲光報(bào)警電路、EEPROM擴(kuò)展電路、時(shí)鐘電路、硬件看門狗等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制、現(xiàn)場(chǎng)控制、蓄電池定期維護(hù)、故障旁路等功能。圖2所示為嵌入式監(jiān)控模塊框圖。

    圖2 嵌入式監(jiān)控模塊框圖

    監(jiān)控模塊首先對(duì)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(jìn)行采樣，這些參數(shù)是判斷UPS工作狀態(tài)和對(duì)UPS進(jìn)行保護(hù)的依據(jù)。市電交流電壓和UPS輸出交流電壓經(jīng)隔離的電壓互感器轉(zhuǎn)換為可直接轉(zhuǎn)換的直流電壓；蓄電池直流電壓經(jīng)高精度電阻分壓后可直接采樣；電流信號(hào)經(jīng)電流互感器處理后變換為相應(yīng)的直流電壓信號(hào)。這些可采樣的模擬信號(hào)經(jīng)多路模擬開關(guān)CD4052選通后進(jìn)入12位SPI接口的串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS 1286，在ARM處理器S3C2440的控制下，依次轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)并被S3C2440讀取。

    監(jiān)控模塊的網(wǎng)絡(luò)通信采用標(biāo)準(zhǔn)RJ45接口，網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)、地址和控制三大總線連接。采集到的數(shù)據(jù)通過TCP方式上傳到服務(wù)器，同時(shí)各個(gè)監(jiān)控模塊可通過UDP方式接收來自遠(yuǎn)程控制終端的操作命令。

    監(jiān)控模塊對(duì)UPS電源的控制均通過相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路改變固態(tài)繼電器(Solid State Relay，SSR)的閉合狀態(tài)實(shí)現(xiàn)。固態(tài)繼電器與普通電磁繼電器相比具有壽命長(zhǎng)、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(yōu)點(diǎn)，非常適合于UPS智能管理系統(tǒng)的控制電路。

    此外，監(jiān)控模塊的其它輔助功能通過擴(kuò)展相應(yīng)的外圍電路得以完善。系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的存儲(chǔ)通過擴(kuò)展EEPROM實(shí)現(xiàn)；為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定時(shí)和定期維護(hù)擴(kuò)展了時(shí)鐘芯片DS1302；預(yù)留了鍵盤接口以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作與控制；設(shè)計(jì)了硬件看門狗電路進(jìn)一步提高了系統(tǒng)工作的可靠性；監(jiān)控模塊自身故障時(shí)，通過一個(gè)雙刀雙擲常閉同態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)旁路功能，將市電直接接入U(xiǎn)PS系統(tǒng)；RS232串行接口電路用作系統(tǒng)調(diào)試與相關(guān)參數(shù)設(shè)置；聲光報(bào)警電路對(duì)偶發(fā)故障進(jìn)行警告。

3 嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)是一種基于瀏覽器／服務(wù)器(B／S)架構(gòu)，具有高可靠性和高安全性的嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，采用的是三星公司的ARM9處理器S3C2440，其軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括嵌入式操作系統(tǒng)的引導(dǎo)程序(Bootioader)和內(nèi)核設(shè)置、應(yīng)用文件系統(tǒng)開發(fā)嘲。ARM處理器的特點(diǎn)和性能使得它非常適合運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)，而且功耗得到了很好的控制，系統(tǒng)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，Linux具有很好的跨平臺(tái)性和開源性，支持多種處理器體系結(jié)構(gòu)，尤其對(duì)ARM的支持比較完善。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)有：引導(dǎo)裝載程序(Bootloader)的修改和移植，本系統(tǒng)采用的引導(dǎo)裝載程序由三星公司研發(fā)的引導(dǎo)裝載程序、vivi改進(jìn)而來；嵌入式操作系統(tǒng)Linux內(nèi)核的裁剪與移植��；監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與處理、嵌入式控制算法的編程實(shí)現(xiàn)；各層TCP／IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)，Socket性能的優(yōu)化。

    電壓、電流數(shù)據(jù)的采集通過編寫應(yīng)用文件，利用S3C2440的定時(shí)器和I／O口模擬CD4052的選通控制時(shí)序和ADSl286的SPI總線控制時(shí)序，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的定時(shí)采樣與讀取，同時(shí)將采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過相應(yīng)處理后，采用TCP協(xié)議以IP數(shù)據(jù)報(bào)的形式通過Socket套接字編程實(shí)現(xiàn)上傳。數(shù)據(jù)定時(shí)采樣的中斷子程序流程如圖3所示，其中每采樣一類數(shù)據(jù)后，都需要切換CD4052的通道并延遲一段時(shí)間，以便到達(dá)ADS1286的信號(hào)更穩(wěn)定。全部數(shù)據(jù)采集一遍后需要將采樣值變換為實(shí)際電壓或電流值，附上工作狀態(tài)標(biāo)志位，并依據(jù)采樣值和設(shè)定的相關(guān)參數(shù)判決是否執(zhí)行必要的保護(hù)動(dòng)作。

圖3 定時(shí)采樣中斷子程序流程圖

    應(yīng)用程序共實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)放電、網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)市電、蓄電池定期維護(hù)放電、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)放電、手動(dòng)恢復(fù)市電、蓄電池過放電自動(dòng)恢復(fù)等控制功能，同時(shí)還能判斷市電停電、輸入線路故障等意外放電狀態(tài)，并且能夠以命令的形式為系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)設(shè)置校準(zhǔn)模型和參數(shù)，這些參數(shù)保存在EEPROM中，保證在掉電情況下不會(huì)丟失。遠(yuǎn)程充放電控制功能通過以UDP協(xié)議接收相應(yīng)命令來實(shí)現(xiàn)，S3C2440根據(jù)接收到的命令字和參數(shù)判斷完成何種操作，并通過輸出接口電路改變各固態(tài)繼電器的閉合狀態(tài)執(zhí)行動(dòng)作。對(duì)接收到的遠(yuǎn)程命令進(jìn)行處理的子程序流程圖如圖4所示。

    現(xiàn)場(chǎng)管理與控制通過編寫鍵盤應(yīng)用文件來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮了管理方式的優(yōu)先級(jí)問題，在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)放電的情況下，禁止在現(xiàn)場(chǎng)通過鍵盤改變UPS的工作狀態(tài)。

    監(jiān)控模塊的IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、端口號(hào)等網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)通過上位機(jī)應(yīng)用程序設(shè)置，在SC32440中編寫相應(yīng)的RS232串行通信應(yīng)用文件接收上位機(jī)的參數(shù)設(shè)置命令。

4 B／S架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信

    B／S架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信通過控制終端瀏覽器訪問服務(wù)器程序的方式實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控軟件主要由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模塊、通信模塊和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)三部分組成，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

    圖4 遠(yuǎn)程命令處理子程序流程圖

    圖5 監(jiān)控軟件模塊框圖

    服務(wù)器程序可以通過TCP／IP協(xié)議對(duì)注冊(cè)登記過的遠(yuǎn)程嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的口地址進(jìn)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(wù)器，以B／S模式對(duì)UPS設(shè)備群進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。服務(wù)器程序涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有：以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信原理，TCP／IP分層協(xié)議；B／S架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制功能的實(shí)現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器軟件登陸認(rèn)證模式，系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)；通過IE瀏覽器登錄服務(wù)器，遠(yuǎn)程瀏覽動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的功能；數(shù)據(jù)保存、生成報(bào)表和幫助功能。

5結(jié)論與展望

    嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合代表著嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的真正未來。通過將嵌入式系統(tǒng)連接到Internet對(duì)UPS電源進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理，可以將所有現(xiàn)場(chǎng)UPS設(shè)備的信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳送并保存，并通過網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)查看設(shè)備的狀況，實(shí)現(xiàn)高度集中的真正無(wú)人值守管理。系統(tǒng)可達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)主要有：監(jiān)控終端100個(gè)、單個(gè)終端模擬數(shù)據(jù)輸入通道4路、轉(zhuǎn)換分辨率12位、客戶端數(shù)量5個(gè)。

    本系統(tǒng)具有極好的可靠性、安全性和易用性，已在某銀行ATM網(wǎng)點(diǎn)試運(yùn)行，運(yùn)行狀況良好，同時(shí)醫(yī)院、交通、政府等部門都是本系統(tǒng)的潛在用戶。系統(tǒng)功能還可根據(jù)用戶需求進(jìn)行擴(kuò)展，亦可添加SIM卡短信報(bào)警和查詢功能，進(jìn)一步提高管理效率，市場(chǎng)發(fā)展前景可觀。

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