用于电源检修的远程控制装置研制

李 洋，陈 斌，龙锋利，程 健，董琳琅

（中国科学院 高能物理研究所，北京 100049）

北京正负电子对撞机（BEPCⅡ）的电源系统共有各类磁铁电源500余台。这些电源具有被本地控制和远程控制的功能。本地控制可通过电源面板进行操作；远程控制则通过电源的模拟量和数字量接口实现对接。若需在本地通过电源的远程接口实现对电源的控制，就需开发一款装置，通过电缆连接电源的模拟量和数字量接口，这样就可代替中控室来模拟远程控制电源。本文拟研制电源检修用远程控制装置，以便在电源出现问题时，通过远程控制接口来操作电源。

1 设计

为实现对电源的模拟远程控制，装置应具备操控电源所需的全部功能。如能开、关电源，给定电流，并将给定电流及负载电流回采回来，通过显示屏显示。电源的外部控制、电流给定和回采是通过电源后面的DB25 针和DB9 针标准接插件实现的。装置按电源远程控制接口的协议设计，通过连接电源后面的DB25针和DB9针接口输出数字量和模拟量。电源接收到相关信号，执行相关操作。表1、2 列出了DB25针和DB9针接口定义。

表1 DB25针接口定义Table 1 Definition of DB25

表2 DB9针接口定义Table 2 Definition of DB9

1.1 硬件设计

装置的硬件设计包括控制电路、A／D 采样电路、D／A 输出电路［1］、显示电路［2］、键盘电路以及供电和参考源设计等。硬件设计结构框图如图1所示。

图1 硬件设计结构框图Fig.1 Hardware design structure chart

装置采用单片机＋高精度A／D、D／A 的控制方式。单片机选ATmega128单片机［3］。此款SCM 是Atmel公司的8位系列单片机中配置最高的一款单片机，具备16 MHz的振荡频率，并有多个8位和16位定时器和中断源，完全满足硬件的需要，稳定性极高，应用极其广泛［4］。图2为ATmega128单片机的I／O 配置。

模拟量输出方面，采用1个具备16位输出精度的AD5542，5V 供电电压，低功耗［5］。由于AD5542芯片内部输出无驱动运放，需外加1个低噪声、低失调电压、低失调电流和低温度系数的运放［6］。芯片通过串行连接方式与单片机进行通讯，硬件电路如图3所示。

模拟量采样方面，采用两个高精度24位模数转换芯片ADS1251，1个负责电流给定的回采，1个负责实际电流的回采［7］。ADS1251输入采样范围为±2.5V，通过外围电路，将±10V的输入信号转化成±2.5V。其与单片机连接和外围电路如图4所示［8］。

A／D和D／A 芯片需1个2.5V 的电压作为参考电压。选择高精度电压基准芯片MAX6325作为参考源。其外围电路如图5所示。

人机接口方面，采用128×64点阵蓝底白字液晶显示器（LCD）显示，采用矩阵式键盘输入，节约了单片机的资源。状态采用发光二极管显示。整个装置的操作界面大方、美观。装置界面的设计效果及制作实际图如图6所示。

图2 ATmega128单片机I／O 配置Fig.2 ATmega128SCM I／O configuration

图3 AD5542与单片机接口和外围电路Fig.3 Connection between AD5542and SCM interface and peripheral circuit

1.2 软件设计

装置的软件设计采用AVR Studio和ICC AVR 编程环境［9］。采用C语言编写程序［10］。

利用ATmega128丰富的定时器和中断资源，通过对A／D 和D／A 芯片的串行读写，可实现电源电流精确的给定和采样。通过矩阵键盘，用户可输入设定电流并选择电源量程。各系统运行的程序流程图如图7所示。

图4 ADS1251与单片机接口和外围电路Fig.4 Connection between ADS1251and SCM interface and peripheral circuit

图5 MAX6325外围电路Fig.5 Peripheral circuit of MAX6325

图6 装置界面设计效果图和制作实际图Fig.6 Design effect picture and actual picture

图7 程序流程图Fig.7 Program flow chart

2 实验

该装置在BEPCⅡ储存环校正子电源厅进行了实验和测试。实验包括通过远程控制打开和关闭电源辅电、主电；根据电源类型，设置电源量程；给定电源电流，包括正向给定和负向给定；以步进的方式增加或减小电流。针对测试过程中出现的一些问题，对程序进行了仔细更改，确保了装置使用可靠性。

3 结论

通过储存环校正子电源厅的测试证明，电源检修用远程控制装置设计合理、控制方便、应用灵活。该装置能通过远程控制数字量接口实现电源的开关机，能通过远程控制模拟量接口实现本地的电流给定，达到了设计要求。为今后电源的测试和问题的查找提供了很好的帮助。

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