在ERP信息技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的推動下，銀行、醫(yī)院、交通等關鍵領域的正常運轉(zhuǎn)越來越依賴于其計算機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，輕則影響當前的業(yè)務，重則引起系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失，造成重大經(jīng)濟損失。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在市電正常供應時能對市電進行整流濾波、穩(wěn)壓調(diào)整，以便向負載提供穩(wěn)定合理的電壓，在市電中斷時，可在極短的時間內(nèi)開啟自身的儲備電源，經(jīng)逆變后向負載供電，從而保證了關鍵設備的供電安全。
當某系統(tǒng)的UPS規(guī)模達到一定程度時，對UPS電源系統(tǒng)進行統(tǒng)一的集中實時監(jiān)控和管理，以實現(xiàn)高效且真正無人值守的管理就顯得尤其重要。
本文著重于UPS系統(tǒng)實際的遠程智能管理需求，設計一種基于局域網(wǎng)瀏覽器／服務器(Browser／Server，B／S)架構(gòu)的跨平臺UPS遠程智能控制管理系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)整體方案
系統(tǒng)充分考慮了標準化、可擴展性、高可靠性、易用性等設計原則，采用集中和分散相結(jié)合的方式實現(xiàn)對多個UPS電源的智能化遠程控制和管理，系統(tǒng)整體拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)整體拓撲結(jié)構(gòu)
管理人員可在遠程計算機監(jiān)控終端通過Intranet服務器訪問系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)控模塊，從而實現(xiàn)對每個UPS的遠程管理和控制，并可實時查看每臺UPS的工作參數(shù)和狀態(tài)。
2 嵌入式監(jiān)控模塊
UPS遠程智能管理系統(tǒng)的關鍵部分是嵌入式監(jiān)控模塊，每一個UPS電源均通過一個監(jiān)控模塊與服務器相連。監(jiān)控模塊的設計采用ARM處理器S3C2440作為核心器件，外圍輔以信號調(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)動電路、鍵盤及指示電路、聲光報警電路、EEPROM擴展電路、時鐘電路、硬件看門狗等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、遠程網(wǎng)絡控制、現(xiàn)場控制、蓄電池定期維護、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交流輸入電流進行采樣，這些參數(shù)是判斷UPS工作狀態(tài)和對UPS進行保護的依據(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；電流信號經(jīng)電流互感器處理后變換為相應的直流電壓信號。這些可采樣的模擬信號經(jīng)多路模擬開關CD4052選通后進入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)換為對應的數(shù)字信號并被S3C2440讀取。
監(jiān)控模塊的網(wǎng)絡通信采用標準RJ45接口，網(wǎng)絡芯片選用具有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方式上傳到服務器，同時各個監(jiān)控模塊可通過UDP方式接收來自遠程控制終端的操作命令。
監(jiān)控模塊對UPS電源的控制均通過相應驅(qū)動電路改變固態(tài)繼電器(Solid State Relay，SSR)的閉合狀態(tài)實現(xiàn)。固態(tài)繼電器與普通電磁繼電器相比具有壽命長、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，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展相應的外圍電路得以完善。系統(tǒng)關鍵參數(shù)的存儲通過擴展EEPROM實現(xiàn)；為了實現(xiàn)準確定時和定期維護擴展了時鐘芯片DS1302；預留了鍵盤接口以實現(xiàn)現(xiàn)場操作與控制；設計了硬件看門狗電路進一步提高了系統(tǒng)工作的可靠性；監(jiān)控模塊自身故障時，通過一個雙刀雙擲常閉同態(tài)繼電器實現(xiàn)旁路功能，將市電直接接入UPS系統(tǒng)；RS232串行接口電路用作系統(tǒng)調(diào)試與相關參數(shù)設置；聲光報警電路對偶發(fā)故障進行警告。
3 嵌入式系統(tǒng)軟件設計
本系統(tǒng)是一種基于瀏覽器／服務器(B／S)架構(gòu)，具有高可靠性和高安全性的嵌入式遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)，采用的是三星公司的ARM9處理器S3C2440，其軟件設計內(nèi)容主要包括嵌入式操作系統(tǒng)的引導程序(Bootioader)和內(nèi)核設置、應用文件系統(tǒng)開發(fā)嘲。ARM處理器的特點和性能使得它非常適合運行嵌入式操作系統(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具有很好的跨平臺性和開源性，支持多種處理器體系結(jié)構(gòu)，尤其對ARM的支持比較完善。系統(tǒng)軟件設計的關鍵技術(shù)有：引導裝載程序(Bootloader)的修改和移植，本系統(tǒng)采用的引導裝載程序由三星公司研發(fā)的引導裝載程序、vivi改進而來；嵌入式操作系統(tǒng)Linux內(nèi)核的裁剪與移植��；監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時采集與處理、嵌入式控制算法的編程實現(xiàn)；各層TCP／IP協(xié)議棧的實現(xiàn)，Socket性能的優(yōu)化。
電壓、電流數(shù)據(jù)的采集通過編寫應用文件，利用S3C2440的定時器和I／O口模擬CD4052的選通控制時序和ADSl286的SPI總線控制時序，實現(xiàn)多路信號的定時采樣與讀取，同時將采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過相應處理后，采用TCP協(xié)議以IP數(shù)據(jù)報的形式通過Socket套接字編程實現(xiàn)上傳。數(shù)據(jù)定時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間，以便到達ADS1286的信號更穩(wěn)定。全部數(shù)據(jù)采集一遍后需要將采樣值變換為實際電壓或電流值，附上工作狀態(tài)標志位，并依據(jù)采樣值和設定的相關參數(shù)判決是否執(zhí)行必要的保護動作。
圖3 定時采樣中斷子程序流程圖
應用程序共實現(xiàn)了遠程網(wǎng)絡放電、網(wǎng)絡恢復市電、蓄電池定期維護放電、現(xiàn)場手動放電、手動恢復市電、蓄電池過放電自動恢復等控制功能，同時還能判斷市電停電、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)設置校準模型和參數(shù)，這些參數(shù)保存在EEPROM中，保證在掉電情況下不會丟失。遠程充放電控制功能通過以UDP協(xié)議接收相應命令來實現(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)行動作。對接收到的遠程命令進行處理的子程序流程圖如圖4所示。
現(xiàn)場管理與控制通過編寫鍵盤應用文件來實現(xiàn)，系統(tǒng)設計中考慮了管理方式的優(yōu)先級問題，在遠程網(wǎng)絡放電的情況下，禁止在現(xiàn)場通過鍵盤改變UPS的工作狀態(tài)。
監(jiān)控模塊的IP地址、網(wǎng)關地址、端口號等網(wǎng)絡通信參數(shù)通過上位機應用程序設置，在SC32440中編寫相應的RS232串行通信應用文件接收上位機的參數(shù)設置命令。
4 B／S架構(gòu)網(wǎng)絡通信
B／S架構(gòu)網(wǎng)絡通信通過控制終端瀏覽器訪問服務器程序的方式實現(xiàn)，監(jiān)控軟件主要由網(wǎng)絡服務器模塊、通信模塊和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫三部分組成，結(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖4 遠程命令處理子程序流程圖
圖5 監(jiān)控軟件模塊框圖
服務器程序可以通過TCP／IP協(xié)議對注冊登記過的遠程嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的口地址進行管理和訪問，只要有Internet接入的地方，用戶就可以通過瀏覽器登錄服務器，以B／S模式對UPS設備群進行遠程監(jiān)控和管理。服務器程序涉及到的關鍵技術(shù)有：以太網(wǎng)網(wǎng)絡通信原理，TCP／IP分層協(xié)議；B／S架構(gòu)網(wǎng)絡服務器軟件實時監(jiān)測、控制功能的實現(xiàn)；網(wǎng)絡服務器軟件登陸認證模式，系統(tǒng)安全性設計；通過IE瀏覽器登錄服務器，遠程瀏覽動態(tài)網(wǎng)頁的功能；數(shù)據(jù)保存、生成報表和幫助功能。
5結(jié)論與展望
嵌入式設備與Internet的結(jié)合代表著嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡技術(shù)的真正未來。通過將嵌入式系統(tǒng)連接到Internet對UPS電源進行遠程控制和管理，可以將所有現(xiàn)場UPS設備的信號通過網(wǎng)絡傳送并保存，并通過網(wǎng)絡隨時查看設備的狀況，實現(xiàn)高度集中的真正無人值守管理。系統(tǒng)可達到的技術(shù)指標主要有：監(jiān)控終端100個、單個終端模擬數(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。
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)點試運行，運行狀況良好，同時醫(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)用戶需求進行擴展，亦可添加SIM卡短信報警和查詢功能，進一步提高管理效率，市場發(fā)展前景可觀。
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