1 引言

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高，一旦某些重要設(shè)施供電系統(tǒng)突然發(fā)生故障而中斷供電，將會(huì)破壞社會(huì)的正常秩序，甚至造成重大的政治影響和經(jīng)濟(jì)損失。然而，電力故障突發(fā)性強(qiáng)，斷電情況必須考慮，因此就需要做到電源的不間斷，即供電線(xiàn)路停電時(shí)由備用電源供電。應(yīng)急電源又稱(chēng)EPS（Emergency Power System）具有下述優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）電網(wǎng)有電時(shí)，處于靜態(tài)，無(wú)噪音；供電時(shí)，噪音小于60dB。不需排煙和防震處理，具有節(jié)能、無(wú)公害、無(wú)火災(zāi)隱患的特點(diǎn)；

　?。?）自動(dòng)切換，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，電網(wǎng)供電與EPS電源供電相互切換時(shí)間均為0.1～0.25s；

　?。?）帶載能力強(qiáng)，EPS適應(yīng)于電感性電容性、及綜合性負(fù)載的設(shè)備，如電梯、水泵、風(fēng)機(jī)辦公自動(dòng)化設(shè)備、應(yīng)急照明等；

　　（4）使用可靠。主機(jī)壽命長(zhǎng)達(dá)20年以上；

　?。?）適應(yīng)惡劣環(huán)境?？煞胖糜诘叵率一蚺潆娛遥部删o靠應(yīng)急負(fù)荷使用場(chǎng)所就地設(shè)置以減少供電線(xiàn)路。

　　2 工作原理

　　圖1 EPS原理圖

　?。?）當(dāng)三相市電正常時(shí)，EPS一路直接為負(fù)載供電，一路經(jīng)過(guò)充電機(jī)給蓄電池組充電；

　　（2）當(dāng)三相市電異常時(shí)，EPS的檢測(cè)裝置立即發(fā)出指令，0.1秒內(nèi)由蓄電池組的直流電經(jīng)過(guò)逆變裝置輸出三相交流電源給負(fù)載供電，供電時(shí)間為90分鐘；

　?。?）EPS供電過(guò)程中，如三相市電恢復(fù)正常，EPS的檢測(cè)裝置立即發(fā)出指令，0.1秒內(nèi)恢復(fù)到（1）的工作狀態(tài)；

　?。?）EPS提供遠(yuǎn)程強(qiáng)制啟動(dòng)干接點(diǎn)（DC24V），如檢測(cè)到DC24V電源輸入，EPS會(huì)強(qiáng)制切換至應(yīng)急輸出，自動(dòng)切換不起作用；無(wú)電時(shí)，EPS工作在自動(dòng)切換狀態(tài)。

　　3 DSP硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用TI公司的TMS320F240型DSP器件作為主要控制芯片，該DSP芯片指令執(zhí)行速度快，內(nèi)嵌Flash ROM和RAM，內(nèi)部的事務(wù)管理模塊可以輸出多路PWM波，同時(shí)內(nèi)含8路10位A/D通道及大量I/O端口，因此由它來(lái)構(gòu)建數(shù)字控制系統(tǒng)時(shí)，硬件電路大大簡(jiǎn)化。

　　以DSP芯片TMS320LF2407為的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括：

　?。?）應(yīng)急電源對(duì)電壓的采樣是通過(guò)差分電路實(shí)現(xiàn)的。圖2示出電壓采樣的差分電路。對(duì)電流的采樣是通過(guò)霍爾電流傳感器經(jīng)過(guò)濾波、電平調(diào)整后實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)中，交流量需計(jì)算其有效值，是通過(guò)對(duì)瞬時(shí)采樣值的整流、濾波實(shí)現(xiàn)的。

　　圖2 電壓采樣的差分電路

　?。?）DSP對(duì)充電控制采用EVA模塊的定時(shí)器1的PWM比較輸出，對(duì)逆變控制采用EVA模塊的比較單元1和比較單元2的比較輸出。通過(guò)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)模塊2SD315A為元件的驅(qū)動(dòng)電

　　路來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT。2SD315A驅(qū)動(dòng)模塊具有結(jié)構(gòu)緊湊，使用簡(jiǎn)單，可靠，隔離電壓高等優(yōu)點(diǎn)。用兩個(gè)2SD315A模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)主電路的H橋，只需外加很少的外部元件。在連接驅(qū)動(dòng)電路與IGBT時(shí)，要注意連線(xiàn)不能太長(zhǎng)，是小于10cm，否則會(huì)使IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)受到較大干擾，造成IGBT的誤觸發(fā)。此外，要根據(jù)IGBT的特性參數(shù)，選擇合適的集射極保護(hù)電壓及門(mén)極驅(qū)動(dòng)電阻。

　?。?）DSP通過(guò)通用I/O口采集和輸出各種信號(hào)。消防、開(kāi)機(jī)、強(qiáng)迫逆變、停止、備用等輸入信號(hào)，通過(guò)光電隔離電路送至I/O口。繼電器、接觸器的控制信號(hào)由I/O口經(jīng)輔助繼電器輸出。

　?。?）該應(yīng)急電源對(duì)電池過(guò)壓欠壓、逆變器過(guò)壓、逆變器過(guò)流、IGBT故障等嚴(yán)重故障，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了硬件鎖死電路，系統(tǒng)上電時(shí)，其被清零，故障到來(lái)時(shí)，將其置位，同時(shí)封鎖PWM輸出，引發(fā)故障中斷，在故障中斷程序中檢測(cè)故障類(lèi)型。對(duì)一般故障則采用查詢(xún)方式。

　?。?）DSP將采樣電路采集的ic，UH，ib，ub等參數(shù)以及監(jiān)測(cè)到的故障類(lèi)型、系統(tǒng)的工作狀態(tài)通過(guò)CAN總線(xiàn)輸出至上位監(jiān)控系統(tǒng)。

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　μC/OS-II是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)核，它的大部分源代碼都是使用ANSI C寫(xiě)的，有很強(qiáng)的移植性。它的內(nèi)核功能豐富，具有可裁減性，用戶(hù)可根據(jù)自身需要來(lái)配置編譯條件，將實(shí)時(shí)內(nèi)核裁剪到滿(mǎn)足自己功能的狀態(tài)。

　　在本系統(tǒng)中，有針對(duì)的編寫(xiě)了uC/OS- II移植程序及硬件電路的驅(qū)動(dòng)程序。應(yīng)用程序從函數(shù)main（）開(kāi)始，main（）內(nèi)容如下：

　　void main（void）{

　　SysInit （）；/*系統(tǒng)初始化*/

　　OSInit（）；/*初始化u C/OS- II */

　　OSTaskCreate（TaskStart, （void*）0, （void*）&TaskStk[0][0]，5）；/*建立起始任務(wù)*/

　　OSStart（）；/*開(kāi)始多任務(wù)調(diào)度*/

　　}

　　其中，SysInit（）對(duì)系統(tǒng)的初始化工作主要包括：建立相關(guān)參數(shù)和變量，設(shè)置各種中斷，以及對(duì)各器件進(jìn)行初始化，OSInit（）用于對(duì)uC/Os- II操作系統(tǒng)進(jìn)行初始化。起始任務(wù)TaskStart （）是一個(gè)建立其它任務(wù)的任務(wù)。接著，建立郵箱用于任務(wù)間的通信，再接下來(lái)，用OSTaskCreate（）函數(shù)建立不同功能的任務(wù)：SCI通信任務(wù) SCIComm_Task（）、LCD液晶屏刷新任務(wù)LCD_Fresh_Task（）、脈寬計(jì)算任務(wù)PW_Calculate_Task（）、逆變器輸出電壓采集任務(wù)Vo_Sample_Task（）、鍵盤(pán)掃描任務(wù)Key_Scan_Task（）、時(shí)鐘更新任務(wù)Time_Fresh_Task（）、市電電壓采集以及監(jiān)測(cè)任務(wù)Vi_Sample_Task（）。任務(wù)優(yōu)先級(jí)的確定原則是工作頻率越高，任務(wù)的優(yōu)先級(jí)越高。任務(wù)之間的通信是通過(guò)發(fā)送或接受消息、信號(hào)或數(shù)據(jù)隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　另外，uC/OS- II在F2407上的移植和配置的方法如下：

　?。?）在OS_ CPU.H中定義相關(guān)的宏，聲明能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)類(lèi)型和堆棧增長(zhǎng)方向。OS_ CPU C.C中定義以下6個(gè)函數(shù)：OSTaskStklnit （ ） 、OSTaskCreateHook（）、OSTaskSwHOok（）、OST&W_lefook（）、OSTaskStatHook（）、 OST3meT5ckHook（）。實(shí)際上真正需要定義的只有OSTaskStklnit（），其余5個(gè)只需聲明，不一定要有實(shí)際內(nèi)容，這5個(gè)函數(shù)都是需要由用戶(hù)定義的接口函數(shù)。

　?。?）在OS_CPU_A.ASM中修改以下幾個(gè)匯編函數(shù)：OSStartHighRdy、 OSCtxSw, OS1ntCtxSw,、OSTickISR。OSStarthighRdy的功能是運(yùn)行優(yōu)先級(jí)的就緒任務(wù)，該函數(shù)由OSStartp函數(shù)調(diào)用， OSStart（）的調(diào)用是建立在OSInit（）的調(diào)用并且至少已經(jīng)建立一個(gè)任務(wù)的墓礎(chǔ)上的；OSCtxSw是一個(gè)任務(wù)級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)，該函數(shù)在任務(wù)中調(diào)用；OSIntCtxSw是一個(gè)中斷級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)；OSCtxSw為時(shí)鐘中斷服務(wù)函數(shù)，時(shí)鐘中斷程序負(fù)責(zé)處理所有與定時(shí)相關(guān)的工作，如任務(wù)的延時(shí)、等待等，在時(shí)鐘中斷中將查詢(xún)處于等待狀態(tài)的任務(wù)，判斷是否延時(shí)結(jié)束，則將重新進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。

　?。?）在主頭文件INCLUDES.H中增加OS_CPU.H , OS_CPU_C.C和OS_ CPU_A.ASM。因?yàn)镮NCLUDES.H是主頭文件，它將被所有后級(jí)名為。C的文件所包含。在移植時(shí)，需要對(duì)該文件進(jìn)行改寫(xiě)，在文件末尾增加以下頭文件：

　　#include

　　#include

　　#include

　?。?） 在配置文件OS_CFG.H中，定義事件數(shù)，多內(nèi)存分塊數(shù)，多消息隊(duì)列數(shù)，多任務(wù)數(shù)，任務(wù)優(yōu)先級(jí)，是否允許信號(hào)使能，是否允許郵箱使能，是否允許消息隊(duì)列使能，時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)以及其他的一些配置。通過(guò)修改這些設(shè)置，可對(duì)uC/OS- II進(jìn)行裁剪，使之適應(yīng)本系統(tǒng)的具體需要。

　　系統(tǒng)采用中斷方式接收上位機(jī)的指令，采用查詢(xún)方式發(fā)送。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出讀數(shù)、啟動(dòng)或停止操作命令后，嵌入式系統(tǒng)將產(chǎn)生中斷，并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，然后根據(jù)收到的命令類(lèi)型進(jìn)行相應(yīng)操作。

　　5 結(jié)論

　　本文結(jié)合TMS320LF2407芯片和 μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出基于DSP和μC/OS-II的應(yīng)急電源控制系統(tǒng)。通過(guò)在DSP上移植μC/OS-II，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的周期得以減少，軟件的可讀性得以提高，從而節(jié)省了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)的費(fèi)用。目前，該系統(tǒng)工程樣機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)可靠。