基于单片机的机场桥载设备电能管理系统设计

刘道鹏

摘 要：为了减小航空公司航油成本的压力以及响应节能减排的号召，越来越多的机场和航空公司要求使用地面设备取代机载APU。实施此项措施时，机场必须对地面设备用电量进行实时的监控和管理。论文中给出的是一种面向机场桥载设备基于单片机的电能数据采集系统。

关键词：桥载设备；单片机；电能数据采集系统

随着近年来燃油价格的不断上升，航空公司的压力越来越大，而民航局也鼓励和要求各机场和航空公司使用地面设备来代替机载APU。目前使用地面桥载设备的使用率越来越高，而桥载设备本身也要消耗电力能源并关系到机场和航空公司之间的利益分割。所以一套合理有效的电能采集管理系统就显得尤为重要。目前远程电力采集系统主要用在电力部门对家庭或企业用户的用电抄表上。本课题在原有电力采集系统上增加单片机等控制，使航空公司和机场能实时对用电数据访问，使信息公开化、透明化，减少两者之间的经济纠纷。本系统将结合单片机、计算机及网络等技术，对桥载设备的使用和能耗进行有效管理。重点是完成实时采集地面设备的用电量和上传相关数据给监控平台的工作。

1系统构成

本系统主要针对民航机场桥载设备的特性进行设计，该系统主要包括本地用电管理设备和电能数据采集查询系统组成。本地用电管理设备安装在廊桥下，负责数据的输入。数据采集查询系统包括多功能电表（带485接口）、RS232/RS485协议转换器及各客户端组成，主要实现对桥载设备数据的采集、传送和查询等功能。

系统结构图如图1所示，系统开始运行后，首先操作员在本地用电管理设备上输入本地电表的地址和正在使用本地设备的航空公司的代码号。然后系统通过数据远程采集器对多功能电表进行一次数据采集来更新电表的实时数据，同时把更新后的数据放到485总线上。机场远程管理PC机可实时无阻碍的接收到通过数据远程采集器传来的本地用电管理设备上传的所有电表数据。航空公司的远程管理PC机则只能在该廊桥是本公司的飞机在使用时，才能接收到本地用电管理设备上传的电表数据。其通信过程与机场远程管理PC机的一样，， 灵活简单的通讯方式适应于各种安装使用环境。

2系统硬件设计

本系统主要原理是各用户通过单片机访问数据采集器实时采集到的用电量，主要由单片机、显示器、通讯模块及数据采集器等构成，电能的采集和访问是本系统的主要工作。单片机采用常用的AT89S52芯片，该单片机是一种低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有 8K字节在系统可编程 Flash存储器。使用 Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，芯片上 Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。74HC573是拥有八路输出的透明锁存器，输出为三态门，是一种高性能硅珊CMOS器件。当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。而当锁存使能端LE变低时，符合建立时间和保持时间的数据将会被锁存。矩阵键盘输入模块其实就是一个人机接口模块，系统设P1口作为键盘的输入端，用来接收管理员输入的电表地址和正在使用本廊桥电表的航空公司的代码号，这在下文的本地数据查询时会用到。

3系统软件设计

系统软件设计主要实现2个功能：电表电能数据的采集上传；用电数据查询。系统初始化之后由操作员进行本地连接，即输入本地电表的地址和航空公司代码号。本地连接完成后系统在中断产生时就可以进行数据采集和上传。当系统没有中断产生，在主程序中执行时，系统会循环扫描键盘进行数据查询的功能。

3.1电表数据采集和上传

定时器中断程序要完成的主要任务是电表数据的采集和上传。把数据采集和上传放在定时器中断里完成可以达到很好的实时性。本系统数据交互的实现需要用到DL/T645-1997协通信议，此协议规定了它们之间的物理连接、通信链路及应用技术规范。本系统每条数据帧包括帧起始符、地址域、控制码、数据长度域、数据标识、数据域和校验码。其中帧的起始符规定为68H，标识帧信息的开始；地址域为电表地址标示其唯一通信地址，控制码规定为91H；校验位CS是从第一帧起始符开始到校验位之前的所有各字节的模256的和，不计超出256的溢出值；结束符规定为16H，表示帧信息结束。

3.2电表数据查询

系统开始运行，各种初始化完成后，由操作员进行本地连接，即输入本地电表地址和正在使用本地设备的航空公司的代码号。该过程先输入本地电表地址，输入完按下确定键后，再输入航空公司代码号，输入完后再次按下确定键，此时地址输入标志位flag会被置1，系统开始数据采集和上传。主程序至此还没有结束，现在要完成的是本地数据查询功能，系统将循环扫描键盘。键盘扫描程序的功能是把按下的键转换成与其对应数字。设计中使用的键盘是非编码式矩阵键盘，采用的扫描方式是逐行列扫描，扫描方式如下是，查询是否有键被按下；查询闭合键所在的行列位置，并将列监测值的高四位保存进Val中；对得到的Val值进行译码，确定键值。

4结语

本系统设计主要是基于AT89S52单片机对多功能电表的电能数据采集和上传以及本地用电数据的查询。为用户提供安全，方便，可靠，准确，优质的服务是每个数据采集系统设计者的追求。降低成本，实现数据采集系统向更可靠，更方便，更安全也是设计数据采集系统的宗旨。当然该系统还存在着一些不足之处，希望在今后的实际应用中得到进一步 的改进和提高。

参考文献：

[1] 张积洪.积极推广桥载设备 提高节能减排效果[J].中国民用航空，2012（1）：46-47.

[2] 黄麟，魏丰.用C51实现电力部多功能电能表通信规约.电测与仪表，2001.38（429）：35-38.