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1系統(tǒng)設(shè)計原理

1.1下位機軟件設(shè)計系統(tǒng)的正常工作是硬件與軟件共同完成的。本系統(tǒng)下位機軟件采用C語言編寫,主要包括初始化模塊、主程序模塊、電壓、內(nèi)阻、電流采集模塊、充放電控制模塊、通訊模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊。下位機程序維護主流程圖如圖2.4所示。

1.2系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件包括服務(wù)器端軟件和客戶端軟件，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、運行維護及管理功能。（1）服務(wù)端：完成進程管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、系統(tǒng)安全服務(wù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)（如報警事件轉(zhuǎn)發(fā)）、告警處理等功能。數(shù)據(jù)采集模塊主要完成蓄電池組數(shù)據(jù)（電壓、電流、溫度）、單電池數(shù)據(jù)（電壓、內(nèi)阻）采集到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，并對采集到的實時數(shù)據(jù)進行分析、處理，判斷電池狀態(tài)，放電時計算電池健康狀態(tài)、剩余容量。系統(tǒng)安全服務(wù)模塊實現(xiàn)系統(tǒng)的不同功能權(quán)限和不同數(shù)據(jù)權(quán)限人員的分級操作（運行工作臺、系統(tǒng)組態(tài)設(shè)置、參數(shù)修改、用戶權(quán)限管理等）及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能。系統(tǒng)消息服務(wù)模塊完成各個系統(tǒng)模塊之間的消息轉(zhuǎn)發(fā)、報警數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。系統(tǒng)接入設(shè)備工作狀態(tài)實時監(jiān)測。（2）客戶端：對采集后的數(shù)據(jù)進行綜合分析，直觀展示直流系統(tǒng)的狀態(tài)，為運行人員及時的提供電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，為維護人員提供最接近實際的故障分析和判斷依據(jù)。

1.3系統(tǒng)抗干擾設(shè)計由于系統(tǒng)的使用現(xiàn)場具有大功率高頻開關(guān)電源,電磁干擾比較嚴(yán)重，而干擾的存在會影響整個單片機系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性,甚至?xí)?dǎo)致放電電流失控,對蓄電池組及系統(tǒng)本身造成損壞,發(fā)生預(yù)想不到的事故。因此本系統(tǒng)在硬件設(shè)計和軟件設(shè)計上都采取了抗干擾措施。系統(tǒng)硬件抗干擾措施主要有:⑴重要的控制信號線采用光電隔離技術(shù)；⑵采用高性能防雷器件；⑶模擬地與數(shù)字地分開,并通過電容與系統(tǒng)外殼相連；⑷I/O及串口也采用光電隔離；⑸印制板采用多層板設(shè)計，在布C2、R3組成的的低通濾波器，放大倍數(shù)A=R3/R1，低通截止頻率f=1/2πR3C2。A2、A3，D1，D2等原件組成了一個精密全波鎮(zhèn)流電路，運放的深度負(fù)反饋以及放大作用能夠使信號頻率加倍的同時，也能確保低頻小信號有效地通過。這樣較好的解決了二極管在小信號時候的非線性誤差。π型濾波電路的設(shè)計時為了濾除高頻干擾和200Hz的載波信號，它是由C5，C6，R8構(gòu)成。信號最后經(jīng)過帶通放大器，是由A4，R9~R13,C7-C9，構(gòu)成，作用是選頻放大。經(jīng)過設(shè)計調(diào)節(jié)確保帶通濾波器的中心頻率在15-18Hz左右，帶寬約為40Hz。經(jīng)過濾波電路，有效地濾除了各種高頻成分，只保留了幾十赫茲以下的緩變信號，該信號就是終端電壓的不穩(wěn)定信號。圖8就是低頻信號處理的掃頻測試曲線以及不同輸入頻率的情況下，輸出特性曲線。從圖上可以看出，輸出信號的中心頻率在18-20Hz左右，只有37Hz以下的信號能夠有效地通過帶通濾波，并且該電路具有一定的線性度，并且能夠保證一定的選頻能力，完全符合設(shè)計要求。

2測試與分析

各個階段電路測試波形如圖所示，GVM獲得的信號約為三角波，峰-峰值在1.5V左右，頻率約為200Hz。從所示波形可以看出，該信號呈現(xiàn)一定的包絡(luò)線，這是由于它受到了嚴(yán)重的工頻干擾。同時，信號上邊出現(xiàn)了毛刺現(xiàn)象，經(jīng)過分析研究發(fā)現(xiàn)這是由于GVM邊緣效應(yīng)等引起的高頻干擾。圖10可見，經(jīng)過陷波器處理過后工頻干擾明顯減弱，但是高頻干擾仍然存在。經(jīng)過低通濾波、鎮(zhèn)流濾波和帶通濾波后，率除了高頻噪聲以及因葉片旋轉(zhuǎn)形成的大約200Hz的信號，有效地保留了能夠反映終端電壓變化的低頻緩變信號，經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換電路，使帶通電路輸出近似為正弦波。帶通輸出信號經(jīng)過誤差放大和波形變換，得靠調(diào)控電暈針的控制信號，此時得到比較標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，信號峰值的變化能夠準(zhǔn)確反映出終端電壓的變化情況。

3總結(jié)

本電路設(shè)計從加速器的等效電路圖出發(fā)，比較了磁分析器法和電子槍法，最終確定了GVM反饋控制法，引出的感應(yīng)信號經(jīng)過濾波、放大之后送到了高壓三極管6BK4的柵極，從而能夠較好的控制高壓電極的電壓，使其穩(wěn)定在一個相對恒定的水平上。在沒有引入GVM反饋控制時，是靠人工調(diào)節(jié)，既不精準(zhǔn)，又比耗費時間。經(jīng)過長達(dá)6小時的不間斷測試表明，該電壓能夠穩(wěn)定在某一恒定水平，并且確保其穩(wěn)定度始終小于1%。這表明，該設(shè)計電路取得了較好的控制效果，為更精確的粒子實驗提供了精確可靠的技術(shù)保障。

作者：李含霜 何宏華 馬云飛 潘定飛 單位：南寧國瑞電子科技 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院