智能双电源转换控制器应用于无人地震监测台站的设计

汪伟明

（陕西省地震局榆林综合地震台，陕西 榆林719000）

0 引 言

随着我国地震监测科技水平的不断提高，无人地震监测台站的观测系统由原来的人工模拟观测方式转变成现在的数字化智能观测方式。无人地震监测台站的观测系统主要包括供电系统，数据采集系统以及网络通信系统。截止目前为止，数据采集系统和网络通信系统变得更加智能化、多元化。地震监测台站的网络通信也基本形成了现在的国家、省和市县三级的网络模式，基本能满足现阶段的地震监测预报的观测水平；但是其供电系统的方式比较落后，一直依赖于市电供电或者太阳能供电。然而地震监测台站所产出的观测数据资料主要服务于地震的科学研究，为了能够保证地震观测数据的连续率和完整率，提高地震的监测预报水平，早日实现地震监测预报现代化，设计出新型的供电系统应用于无人地震监测台站的观测系统至关重要。考虑到地震监测供电系统的连续性，以及地震监测设施的安全性和可靠性的基础下，本文拟对智能双电源转换控制器应用于无人地震监测台站做初步的设计和探讨。通过智能双电源转换控制器的开关智能切换市电电源和太阳能电源两路供电电源，最大化地保证地震观测数据的连续性和完整性。

1 智能双电源转换控制器的硬件设计

目前，无人地震监测台站的供电方式主要采用单一的市电或者太阳能供电，本设计方案拟采用将市电和太阳能供电两者结合起来，将智能双电源转换开关应用于无人地震监测台站的供电系统，配备了两路电源，一路电源是市电供电方式的常用电源，另一路是太阳能供电电源的备用电源。因其太阳能供电电源容易受到天气的影响，所有将其作为备用电源能最大化的满足地震观测数据的连续率和完整率。智能双电源转换开关首先通过CPLD主板控制器对两路不同的电源电压参数进行釆集，采集到的电压值与设定的电压值进行比较，并且判断是否低于或者高于电压的设定值。当确定需要转换时，控制器发出转换信号的请示，然后通过电源信号的调理电路中的开关，实现双电源的智能转换。其智能双电源转换开关的硬件原理框图如图1所示。

图1 智能双电源转换控制器的硬件原理框图

其主要模块的功能介绍如下：

（1）电源信号调理电路。该模块主要实现对市电供电和太阳能供电的电压值的采集和处理。

智能双电源转换开关的工作方式：手动模式和自动模式。在手动模式下，CPLD控制器判断是否故障以及显示故障，并不执行任何操作，需地震监测运维操作人员现场手动完成市电和太阳能供电电源的切换。在自动模式下，CPLD控制器不仅可以判断故障，同时在发生故障时还能实现市电和太阳能供电电源的自动切换。

（2）CPLD主板控制器模块。该模块是整个控制系统的核心模块，根据监测当前电源电压的工作状态和设定的电压值进行比较，若高于或者低于设定值，都执行双电源的平稳转换，进而实现智能双电源转换功能。

（3）电源电路模块。该模块主要提供整个控制系统的供电。直流电压值设定为3．3 V，主要用于对CPLD主板和单片机的供电工作。

（4）单片机。该单片机的设计采用Atmega32型号，主要实现PC机与CPLD控制系统两者的通信，其通信主要通过RS485接口。

（5）显示模块。主要显示市电或者太阳能供电电源的当前电压值，以及设定电压值等信息。

2 智能双电源转换控制器的软件设计

智能双电源转换控制器的软件设计主要包括与PC机通信模块、单片机软件设计模块、CPLD控制器软件设计模块三大模块。本文只介绍单片机的软件设计模块和CPLD控制器的软件设计模块的主要思路，为以后无人地震监测台站的供电系统智能化提供新思路。

2.1 单片机的软件设计模块

Atmega32型号的单片机在本系统内主要实现以下几个功能：

（1）系统初始化功能：对CPLD控制系统的电压参数进行初始化。

（2）电压采用和设定功能：实时采样市电的电压值和太阳能供电的电压值，并对电压的初始值设定交流电压220 V。

（3）连接CPLD控制器的通信功能：主要对单片机与CPLD的相互通信，实现两路不同电源的智能转换。

（4）数据处理和PC机的通信功能：CPLD控制器进行数据处理之后，与设定的电压值比较，将电压值显示到PC机，实现两者互相通信。

2.2 CPLD控制器的软件设计模块

CPLD控制器的主程序设计决定是否能实现智能双电源之间的转换，并且决定是否能成功将无人地震监测台站的供电系统智能化。其主要包括控制系统初始化、读取电压的设置、监测电压值作用于CPLD控制器并且将监测的电压值输出到显示模块。其设计的主程序流程图如图2所示。

图2 CPLD控制器主程序设计

CPLD控制器的中断程序主要是对实际监测到的电压值，与预设的电压值进行比较，将实时的运行状态上传到PC机，同时也要完成PC的控制程序，计算机通过与单片机、CPLD控制器三者之间的通信协议，远程实现无人地震监测台站供电方式的智能转换，最大化地保证地震观测数据的连续率和完整率。其设计的中断程序流程图如图3所示。

图3 CPLD控制器中断程序设计

3 结 论

本文通过设计智能双电源转换控制器的硬件设计和软件设计的整体原理框图，对无人地震监测台站的供电方式提出了新的方法和思路，将市电和太阳能供电两种不同的供电方式结合起来，制作新型的智能双电源转换开关，最大化地保证了地震观测数据的连续率和完整率，同时也能提高无人地震观测数据的内在质量。