智能供配電管理單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種智能供配電管理單元，包括控制器、串口程序加載模塊、數(shù)模轉換調理模塊、開關量輸入檢測模塊、開關量輸出驅動模塊、總線通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、地址映射譯碼模塊、模數(shù)轉換調理模塊和電路自診斷模塊。控制器經(jīng)地址映射譯碼模塊鎖存輸出信號，經(jīng)隔離、保護后，實施系統(tǒng)供電電源輸出的通斷控制、柴油發(fā)電機組供電控制和取力發(fā)電機組的供電操作。其優(yōu)點是：可以在底盤取力發(fā)電機組供電、柴油發(fā)電機組供電和市電供電三種供電輸入任選其一供電，實現(xiàn)輸出電壓數(shù)字調節(jié)，并完成系統(tǒng)全數(shù)字化遠程監(jiān)測、控制、診斷和管理，響應快，操控靈活，信號采集精度高，通用性好，并為后續(xù)故障診斷、故障預測和健康管理提供數(shù)據(jù)支撐。
【專利說明】智能供配電管理單元

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及控制裝置，特別涉及一種智能供配電管理單元。

【背景技術】
[0002] 隨著發(fā)射平臺故障診斷、故障預測和健康管理的需求，以及發(fā)射過程中用電設備 的供電和配電遠程操作和監(jiān)控的需要，智能供配電管理單元作為車載供配電系統(tǒng)的監(jiān)測、 控制、診斷和管理的載體，成為供配電系統(tǒng)乃至發(fā)射平臺的重要單機之一，對供配電系統(tǒng)的 智能化、信息化提升，也起到了重要作用。目前，所公開的用于車載供配電管理的裝置功能 相對單一，監(jiān)測參數(shù)和控制對象相對有限。如專利"201120112754. 8"供配電系統(tǒng)能量綜合 管理裝置，通過實時采集系統(tǒng)交、直流電量參數(shù)，用于蓄電池組狀態(tài)的監(jiān)測，柴油發(fā)電機組 的狀態(tài)監(jiān)測、控制、故障診斷和報警。本裝置只涉及特種車輛供配電系統(tǒng)中柴油發(fā)電機組、 蓄電池組的監(jiān)測、控制和診斷功能，已不能滿足目前供配電系統(tǒng)的需求。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種響應快，操控靈活，信號采集精度 高，通用性好，可用于供配電系統(tǒng)全數(shù)字化遠程監(jiān)測、控制、診斷和管理的智能供配電管理 單元。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明提供的智能供配電管理單元，包括控制器，所述控制器連 接有數(shù)模轉換調理模塊、開關量輸入檢測模塊、開關量輸出驅動模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，還包 括地址映射譯碼模塊、模數(shù)轉換調理模塊和電路自診斷模塊，其中：
[0005] 所述模數(shù)轉換調理模塊，用于電壓、電流、溫度和頻率采集信號的分壓、隔離、放 大、偏置及跟隨處理；
[0006] 所述開關量輸入檢測模塊，用于蓄電池充電電源的過壓、過流、過溫、欠壓保護信 號檢測，以及用于市電、柴油發(fā)電機組、底盤取力發(fā)電機組供電模式檢測和底盤取力發(fā)電機 組故障信號檢測；
[0007] 所述開關量輸出驅動模塊，用于電源輸出的通斷控制、柴油發(fā)電機組供電控制和 取力發(fā)電機組的供電控制以及蓄電池容量指示；
[0008] 所述數(shù)據(jù)存儲模塊，用于標定參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)和錯誤代碼存儲；
[0009] 所述地址映射譯碼模塊，用于輸入、輸出、模數(shù)、數(shù)模、存儲端口擴展；
[0010] 所述數(shù)模轉換調理模塊，用于供電電源遠程調壓控制；
[0011] 所述電路自診斷模塊，用于系統(tǒng)信號電路診斷；
[0012] 所述控制器與所述數(shù)據(jù)存儲模塊和地址映射譯碼模塊分別相連，所述地址映射譯 碼模塊與所述數(shù)模轉換調理模塊、開關量輸入檢測模塊、開關量輸出驅動模塊、數(shù)據(jù)存儲模 塊、電路自診斷模塊和模數(shù)轉換調理模塊分別相連，所述開關量輸出驅動模塊和數(shù)模轉換 調理模塊分別與所述電路自診斷模塊相連；
[0013] 所述控制器經(jīng)所述地址映射譯碼模塊鎖存輸出信號，經(jīng)隔離、保護后，實施系統(tǒng)供 電電源輸出的通斷控制、柴油發(fā)電機組供電控制和取力發(fā)電機組的供電操作。
[0014] 本發(fā)明智能供配電管理單元，其中所述地址映射譯碼模塊包括邏輯門電路、鎖存 器、譯碼器和緩沖器，其中，所述邏輯門電路、鎖存器、譯碼器和緩沖器分別與所述控制器相 連，所述邏輯門電路輸出的控制信號分別接至所述鎖存器和緩沖器，所述譯碼器輸出譯碼 信號并將所述譯碼信號接至所述邏輯門電路，所述緩沖器接收系統(tǒng)輸入信號，所述鎖存器 提供系統(tǒng)輸出信號。
[0015] 本發(fā)明智能供配電管理單元，其中所述開關量輸入檢測模塊包括滯洄比較電路和 第一光電隔離電路，所述滯洄比較電路、第一光電隔離電路與所述地址映射譯碼模塊依次 相連，所述保護信號輸入至所述滯洄比較電路，所述供電模式控制信號和故障信號輸入至 所述第一光電隔離電路。
[0016] 本發(fā)明智能供配電管理單元，其中所述開關量輸出驅動模塊包括依次相連的第二 光電隔離電路、驅動保護電路和M0SFET電路，所述地址映射譯碼模塊的輸出信號接至所述 第二光電隔離電路，所述M0SFET電路輸出電源通斷控制信號和蓄電池容量指示信號。
[0017] 本發(fā)明智能供配電管理單元，其中所述模數(shù)轉換調理模塊包括依次相連的第一分 壓、隔離電路和第一放大、偏置、跟隨電路，電壓、電流、溫度、頻率信號輸入至所述第一分 壓、隔離電路，所述第一放大、偏置、跟隨電路的輸出信號接至所述地址映射譯碼模塊。
[0018] 本發(fā)明智能供配電管理單元，其中所述數(shù)模轉換調理模塊包括依次相連的第二分 壓、隔離電路和第二放大、偏置、跟隨電路，所述地址映射譯碼模塊的輸出信號接至所述第 二分壓、隔離電路，所述第二放大、偏置、跟隨電路輸出電源電壓調節(jié)信號。
[0019] 本發(fā)明智能供配電管理單元，其中所述電路自診斷模塊包括模數(shù)調理電路和輸入 檢測電路，輸出調壓信號接至所述模數(shù)調理電路，輸出驅動控制信號接至所述輸入檢測電 路，所述模數(shù)調理電路的輸出信號和輸入檢測電路的輸出信號分別接至所述地址映射譯碼 模塊。
[0020] 本發(fā)明智能供配電管理單元，還包括串口程序加載模塊，所述串口程序加載模塊 與所述控制器相連，所述串口程序加載模塊用于程序的快速升級和系統(tǒng)維護。
[0021] 本發(fā)明智能供配電管理單元，還包括總線通信模塊，所述總線通信模塊通過冗余 雙CAN總線與所述控制器相連，所述總線通信模塊用于與上位機的通信。
[0022] 本發(fā)明智能供配電管理單元的優(yōu)點是：由于設置了控制器、地址映射譯碼模塊、開 關量輸入檢測模塊、開關量輸出驅動模塊、模數(shù)轉換調理模塊、數(shù)模轉換調理模塊和電路自 診斷模塊，管理單元可以在底盤取力發(fā)電機組供電、柴油發(fā)電機組供電和市電供電三種供 電輸入任選其一供電，并完成供配電系統(tǒng)全數(shù)字化遠程監(jiān)測、控制、診斷和管理，響應快，操 控靈活，信號采集精度高，通用性好，并為后續(xù)發(fā)射平臺故障診斷、故障預測和健康管理提 供數(shù)據(jù)支撐。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明智能供配電管理單元的方框圖；
[0024] 圖2是地址映射譯碼模塊的方框圖；
[0025] 圖3是開關量輸入檢測模塊的方框圖；
[0026] 圖4是開關量輸出驅動模塊的方框圖；
[0027] 圖5是模數(shù)轉換調理模塊的方框圖；
[0028] 圖6是數(shù)模轉換調理模塊的方框圖；
[0029] 圖7是電路自診斷模塊的方框圖。

【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖詳細說明本發(fā)明智能供配電管理單元的實施例。
[0031] 參照圖1，本發(fā)明智能供配電管理單元，包括控制器、串口程序加載模塊、數(shù)模轉換 調理模塊、開關量輸入檢測模塊、開關量輸出驅動模塊、總線通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、地址 映射譯碼模塊、模數(shù)轉換調理模塊和電路自診斷模塊，其中：
[0032] 結合參照圖2,地址映射譯碼模塊，用于輸入、輸出、模數(shù)、數(shù)模、存儲端口擴展。地 址映射譯碼模塊包括鎖存器、邏輯門電路、譯碼器和緩沖器，其中，鎖存器、邏輯門電路、譯 碼器和緩沖器分別與控制器相連，邏輯門電路輸出的控制信號分別接至鎖存器和緩沖器， 譯碼器輸出譯碼信號并將輸出譯碼信號接至邏輯門電路，緩沖器接收系統(tǒng)輸入信號，鎖存 器提供系統(tǒng)輸出信號。
[0033] 結合參照圖3,開關量輸入檢測模塊用于蓄電池充電電源的過壓、過流、過溫、欠壓 保護信號檢測，以及用于市電、柴油發(fā)電機組、底盤取力發(fā)電機組供電模式檢測和底盤取力 發(fā)電機組故障信號檢測、診斷。開關量輸入檢測模塊包括滯洄比較電路和第一光電隔離電 路，滯洄比較電路、第一光電隔離電路與地址映射譯碼模塊依次相連，保護信號輸入至滯洄 比較電路，供電模式控制信號和故障信號輸入至光電隔離電路。
[0034] 結合參照圖4,開關量輸出驅動模塊，用于電源通斷控制、柴油發(fā)電機組供電控制 和取力發(fā)電機組的供電控制以及蓄電池容量指示。開關量輸出驅動模塊包括依次相連的第 二光電隔離電路、驅動保護電路和M0SFET電路，地址映射譯碼模塊的輸出信號輸入至第二 光電隔離電路，M0SFET電路輸出電源通斷控制信號和蓄電池容量指示信號。
[0035] 結合參照圖5,模數(shù)轉換調理模塊，用于電壓、電流、溫度和頻率采集信號的分壓、 隔離、放大、偏置及跟隨處理。模數(shù)轉換調理模塊包括依次相連的第一分壓、隔離電路和第 一放大、偏置、跟隨電路，電壓、電流、溫度、頻率信號輸入至第一分壓、隔離電路，第一放大、 偏置、跟隨電路的輸出信號接至地址映射譯碼模塊。
[0036] 結合參照圖6,數(shù)模轉換調理模塊，用于供電電源遠程調壓控制。數(shù)模轉換調理模 塊包括依次相連的第二分壓、隔離電路和第二放大、偏置、跟隨電路，地址映射譯碼模塊的 輸出信號接至第二分壓、隔離電路，第二放大、偏置、跟隨電路輸出電源電壓調節(jié)信號。
[0037] 結合參照圖7,電路自診斷模塊，用于信號電路診斷。電路自診斷模塊包括模數(shù) 調理電路和輸入檢測電路，輸出調壓信號接至模數(shù)調理電路，輸出驅動控制信號接至輸入 檢測電路，模數(shù)調理電路的輸出信號和輸入檢測電路的輸出信號分別接至地址映射譯碼模 塊。
[0038] 數(shù)據(jù)存儲模塊，用于標定參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)和錯誤代碼存儲。
[0039] 串口程序加載模塊，用于程序的快速升級和系統(tǒng)維護。
[0040] 總線通信模塊，用于與上位機的通信，并具備離線重啟功能。
[0041] 控制器與串口程序加載模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和地址映射譯碼模塊分別相連，地址 映射譯碼模塊與數(shù)模轉換調理模塊、開關量輸入檢測模塊、開關量輸出驅動模塊、數(shù)據(jù)存儲 模塊、電路自診斷模塊和模數(shù)轉換調理模塊分別相連，開關量輸出驅動模塊和數(shù)模轉換調 理模塊分別與電路自診斷模塊相連，總線通信模塊通過冗余雙CAN總線與控制器相連。
[0042] 控制器經(jīng)地址映射譯碼模塊鎖存輸出信號，經(jīng)隔離、保護后，實施系統(tǒng)供電電源的 通斷控制、柴油發(fā)電機組供電控制和取力發(fā)電機組的供電操作，分述如下。
[0043] 1)地址映射譯碼模塊
[0044] 地址映射譯碼模塊是整個智能供配電管理單元的核心電路，通過I/O端口信號、 讀寫信號線、數(shù)據(jù)線、地址線、鎖存器、緩沖器以及邏輯門電路，完成輸入、輸出、模數(shù)、數(shù)模、 存儲端口的擴展。通過這種擴展外設映射技術，解決了控制器本身硬件資源接口的不足，簡 化了編程，提高了程序運行效率。
[0045] 2)開關量輸入檢測模塊
[0046] 開關量輸入檢測模塊的滯洄比較電路中，輸入信號與電壓基準進行滯洄比較，t匕 較后的高低電平經(jīng)光電隔離后送入緩沖器，在讀信號線、地址線和譯碼器的控制下經(jīng)數(shù)據(jù) 線送入控制器進行處理，該電路主要用于蓄電池充電電源的過壓、過流、過溫、欠壓等保護 信號的檢測。開關量輸入檢測模塊作為通用輸入檢測模塊時，輸入信號經(jīng)光電隔離后送入 緩沖器，在讀信號線、地址線和譯碼器的控制下經(jīng)數(shù)據(jù)線送入控制器進行處理，主要用于市 電、柴油發(fā)電機組、底盤取力發(fā)電機組供電模式，底盤取力發(fā)電機組故障狀態(tài)的檢測。
[0047] 3)開關量輸出驅動模塊
[0048] 控制器根據(jù)上位機指令，經(jīng)數(shù)據(jù)線輸出相應控制信號，在寫信號線、地址線和譯碼 器的控制下經(jīng)鎖存器鎖存、隔離、保護后，控制M0SFET驅動功率繼電器用于測發(fā)控系統(tǒng)供 電電源、車控系統(tǒng)供電電源、調溫系統(tǒng)供電電源、蓄電池充電電源的輸出通斷控制、柴油發(fā) 電機組的供電控制、底盤取力發(fā)電機組的勵磁和供電控制、蓄電池容量指示。
[0049] 4)模數(shù)轉換調理模塊
[0050] 模擬信號經(jīng)分壓、隔離、放大、偏置、跟隨后，送入模擬開關，模擬開關在地址線和 譯碼器的控制下，經(jīng)A/D送入控制器處理，完成測發(fā)控系統(tǒng)供電電源、車控系統(tǒng)供電電源、 蓄電池充電電源、蓄電池等低壓直流電壓、電流，底盤取力發(fā)電機組高壓直流電壓、電流，市 電或柴油發(fā)電機組、調溫系統(tǒng)供電電源交流電壓、電流、頻率的采集和處理。
[0051] 5)數(shù)模轉換調理模塊
[0052] 控制器根據(jù)上位機調壓指令，將指令轉換為數(shù)字信號，在地址線、讀寫信號線和譯 碼器的控制下，經(jīng)數(shù)模轉換芯片將數(shù)字信號轉換為模擬信號，經(jīng)分壓、隔離、放大、偏置、跟 隨后輸出，該模塊將上位機CAN總線指令轉換為對應的模擬信號，完成測發(fā)控供電電源的 遠程調壓控制。
[0053] 6)電路自診斷模塊
[0054] 電路自診斷模塊主要涉及板級自診斷，采用可靠易于實現(xiàn)的硬件參考給定判斷方 式完成，自診斷模塊主要有DA通道和I/O端口自診斷兩種。其診斷原理為：控制器上電或 指令診斷時，控制器按指令輸出相應調壓或通斷信號，控制器并監(jiān)測該信號，從而判斷該通 道是否正常，并采取相應措施。該電路主要用于系統(tǒng)信號電路的診斷，確保關鍵信號的準確 輸出。
[0055] 在本發(fā)明提供的智能供配電管理單元的實施例中，智能供配電管理單元的工作過 程如下：初始化控制器外設，讀取采集、調壓參數(shù)的標定值，切換數(shù)據(jù)采集通道，并對測發(fā)控 系統(tǒng)供電電源進行默認調壓控制，對系統(tǒng)信號電路進行自診斷，輪詢查詢供電模式、測發(fā)控 系統(tǒng)供電電源狀態(tài)、蓄電池組狀態(tài)、蓄電池充電電源狀態(tài)、調溫系統(tǒng)供電電源狀態(tài)，并標記 相應標識。然后，定時輪詢采集處理測發(fā)控供電電源電壓、電流，車控系統(tǒng)供電電源電壓、電 流，蓄電池電壓、電流、溫度，底盤取力發(fā)電機組電壓、電流，柴油發(fā)電機組或市電交流電壓、 電流、頻率等參數(shù)，接著進行后續(xù)采集數(shù)據(jù)通道切換。數(shù)據(jù)采集后，控制器對數(shù)據(jù)進行判讀、 診斷、預測和管理。此外，將采集參數(shù)和監(jiān)測狀態(tài)定時上傳給上位機，中斷接收上位機通斷 指令和調壓指令，將相應指令譯碼執(zhí)行，并對執(zhí)行指令進行響應，從而用于對供配電系統(tǒng)遠 程操控和監(jiān)測。
[0056] 上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構 思和范圍進行限定。在不脫離本發(fā)明設計構思的前提下，本領域普通人員對本發(fā)明的技術 方案做出的各種變型和改進，均應落入到本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技術內容， 已經(jīng)全部記載在權利要求書中。
【權利要求】
1. 一種智能供配電管理單元，包括控制器，所述控制器連接有數(shù)模轉換調理模塊、開關 量輸入檢測模塊、開關量輸出驅動模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，其特征在于：還包括地址映射譯碼 模塊、模數(shù)轉換調理模塊和電路自診斷模塊，其中： 所述模數(shù)轉換調理模塊，用于電壓、電流、溫度和頻率采集信號的分壓、隔離、放大、偏 置及跟隨處理； 所述開關量輸入檢測模塊，用于蓄電池充電電源的過壓、過流、過溫、欠壓保護信號檢 測，以及用于市電、柴油發(fā)電機組、底盤取力發(fā)電機組供電模式檢測和底盤取力發(fā)電機組故 障信號檢測、診斷； 所述開關量輸出驅動模塊，用于電源輸出通斷控制、柴油發(fā)電機組供電控制和取力發(fā) 電機組的供電控制以及蓄電池容量指示； 所述數(shù)據(jù)存儲模塊，用于標定參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)和錯誤代碼存儲； 所述地址映射譯碼模塊，用于輸入、輸出、模數(shù)、數(shù)模、存儲端口擴展； 所述數(shù)模轉換調理模塊，用于供電電源遠程調壓控制； 所述電路自診斷模塊，用于信號電路診斷； 所述控制器與所述數(shù)據(jù)存儲模塊和地址映射譯碼模塊分別相連，所述地址映射譯碼模 塊與所述數(shù)模轉換調理模塊、開關量輸入檢測模塊、開關量輸出驅動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、 電路自診斷模塊和模數(shù)轉換調理模塊分別相連，所述開關量輸出驅動模塊和數(shù)模轉換調理 模塊分別與所述電路自診斷模塊相連； 所述控制器經(jīng)所述地址映射譯碼模塊鎖存輸出信號，經(jīng)隔離、保護后，實施系統(tǒng)供電電 源輸出的通斷控制、柴油發(fā)電機組供電控制和取力發(fā)電機組的供電操作。
2. 根據(jù)權利要求1所述的智能供配電管理單元，其特征在于：其中所述地址映射譯碼 模塊包括鎖存器、邏輯門電路、譯碼器和緩沖器，其中，所述鎖存器、邏輯門電路、譯碼器和 緩沖器分別與所述控制器相連，所述邏輯門電路輸出的控制信號分別接至所述鎖存器和緩 沖器，所述譯碼器輸出譯碼信號并將所述譯碼信號接至所述邏輯門電路，所述緩沖器接收 系統(tǒng)輸入信號，所述鎖存器提供系統(tǒng)輸出信號。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的智能供配電管理單元，其特征在于：其中所述開關量輸 入檢測模塊包括滯洄比較電路和第一光電隔離電路，所述滯洄比較電路、第一光電隔離電 路與所述地址映射譯碼模塊依次相連，所述保護信號輸入至所述滯洄比較電路，所述供電 模式控制信號和故障信號輸入至所述第一光電隔離電路。
4. 根據(jù)權利要求3所述的智能供配電管理單元，其特征在于：其中所述開關量輸出驅 動模塊包括依次相連的第二光電隔離電路、驅動保護電路和MOSFET電路，所述地址映射譯 碼模塊的輸出信號接至所述第二光電隔離電路，所述MOSFET電路輸出電源通斷控制信號 和蓄電池容量指示信號。
5. 根據(jù)權利要求4所述的智能供配電管理單元，其特征在于：其中所述模數(shù)轉換調理 模塊包括依次相連的第一分壓、隔離電路和第一放大、偏置、跟隨電路，電壓、電流、溫度、頻 率信號輸入至所述第一分壓、隔離電路，所述第一放大、偏置、跟隨電路的輸出信號接至所 述地址映射譯碼模塊。
6. 根據(jù)權利要求5所述的智能供配電管理單元，其特征在于：其中所述數(shù)模轉換調理 模塊包括依次相連的第二分壓、隔離電路和第二放大、偏置、跟隨電路，所述地址映射譯碼 模塊的輸出信號接至所述第二分壓、隔離電路，所述第二放大、偏置、跟隨電路輸出電源電 壓調節(jié)信號。
7. 根據(jù)權利要求6所述的智能供配電管理單元，其特征在于：其中所述電路自診斷模 塊包括模數(shù)調理電路和輸入檢測電路，輸出調壓信號接至所述模數(shù)調理電路，輸出驅動控 制信號接至所述輸入檢測電路，所述模數(shù)調理電路的輸出信號和輸入檢測電路的輸出信號 分別接至所述地址映射譯碼模塊。
8. 根據(jù)權利要求7所述的智能供配電管理單元，其特征在于：還包括串口程序加載模 塊，所述串口程序加載模塊與所述控制器相連，所述串口程序加載模塊用于程序的快速升 級和系統(tǒng)維護。
9. 根據(jù)權利要求8所述的智能供配電管理單元，其特征在于：還包括總線通信模塊，所 述總線通信模塊通過冗余雙CAN總線與所述控制器相連，所述總線通信模塊用于與上位機 的通信。
【文檔編號】H02J13/00GK104065161SQ201410257718
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權日:2014年6月11日
【發(fā)明者】王鳳國, 曾華, 王建軍, 馬榮華, 張輝, 王艷玲, 張春雷 申請人:北京航天發(fā)射技術研究所, 中國運載火箭技術研究院