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采用μC/OS-II的数字化UPS设计与实现方案

2013/10/8 16:26:43 作者：UPS应用来源：UPS应用
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　　针对数字化UPS,给出了系统总体设计框图，为提高系统控制程序的实时性，提出一种基于实时操作系统μC/OS-II的嵌入式UPS系统控制方案。通过对UPS控制系统结构与功能的分析，实现了μC/OS-II在TMS320LF2407A上的移植，

　　针对数字化UPS,给出了系统总体设计框图，为提高系统控制程序的实时性，提出一种基于实时操作系统μC/OS-II的嵌入式UPS系统控制方案。通过对UPS控制系统结构与功能的分析，实现了μC/OS-II在TMS320LF2407A上的移植，对UPS系统控制项目以任务的形式进行设计并实现调度，给出了部分参数设定和主程序清单。实验结果证明，本文的设计有效的增强了系统控制软件的模块性、实时性，提高了系统运行的可靠性与稳定性。
　　
　　1引言
　　
　　随着信息技术的发展，不间断应急电源（UPS）向着数字化、智能化、网络化、大容量多机冗余化和绿色化的方向发展。高性能专用DSP芯片为UPS的数字化提供了良好的硬件基础，而嵌入式实时软件操作系统是数字化产品的核心。
　　
　　针对数字化UPS,本文给出了一种基于实时多任务操作系统μC/OS-II的系统控制设计。设计采用μC/OS-II为内核，实现其在TMS320LF2407A上的移植，通过对UPS控制系统结构与功能的分析，各部分控制功能划分为不同优先级的任务来调度实现，给出了部分参数设定和主程序清单。实践证明，基于μC/OS-II的数字化UPS系统提高了控制系统的实时性以及系统运行的可靠性及稳定性。
　　
　　2数字化UPS控制系统结构
　　
　　TMS320LF2407A是TI推出的专门针对工业控制领域的16位高性能微控制器，其运算速度高、片内资源丰富，能够很好的满足数字化UPS电源控制系统功能的需要。数字化UPS系统总体设计框图如图1所示，虚线框内为主控制模块，按功能划分为A/D转换、PWM（PulseWideModulate）逆变控制、锁相控制、保护控制、键盘及液晶显示、通信接口、实时时钟等功能模块。
　　
　　　　
　　（1）A/D转换：完成对市电输入的交流电压、电流信号、逆变输出的交流电压、电流信号、电池电压和电流信号的采样，是系统数字化控制实现以及UPS远程监控功能的基础。根据LF2407AA/D转换电平要求，被采样信号必须通过信号检测模块变换为0~3V直流电平。为提高系统性能，对输入/输出电压、电流进行瞬时值采样，采样频率为10kHz.
　　
　　（2）PWM逆变控制：PWM逆变控制算法是UPS系统控制的核心算法，它决定了UPS系统输出性能。
　　
　　逆变算法利用LF2407A强大的数值运算性能以及高速计算能力实时在线计算出PWM信号脉宽，然后由A事件管理模块（EVA）的全比较单元输出4路带死区控制的PWM信号（PWM1~4），这4路PWM信号经隔离驱动模块驱动逆变器。
　　
　　（3）锁相控制接口：利用LF2407A的事件捕获端口CAP1和CAP2,将市电输入和逆变输出经降压及波形变换后送入CAP1和CAP2,由LF2407A通过软件锁相环算法实现逆变输出电压与市电电压的同频同相。
　　
　　（4）通信接口：为实现对UPS的实时监控功能，主机需对UPS电源的各模拟参量采样数据及表示工作状态的开关量数据进行实时高速采集。利用LF2407A的SCI异步通讯接口，采用RS-485物理标准协议，实现UPS与主机的远程通讯，以便对UPS设备状态、各项参数及故障信息进行查询。
　　
　　（5）键盘操作及液晶显示：提供人机对话平台，用户通过键盘操作可设置运行模式、设备通信地址等信息；液晶显示屏以图文方式显示工作状态和参数信息，提供可视化菜单。
　　
　　（6）实时时钟：利用串行外设接口SPI实现与LF2407A控制器的通信，为整个系统提供统一、标准的时钟基准，另外，利用时钟芯片的存储器来存储系统掉电保护参数。
　　
　　（nero）

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