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1 引言
電力操作電源監(jiān)測系統(tǒng)是隨著電力系統(tǒng)自動化運行而產生的，該系統(tǒng)可以對變電站中的交流供電電源、直流控制電源、備用操作電源以及開關狀態(tài)等進行參數(shù)監(jiān)測、故障報警等操作。從而及時地發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)的異常情況，提前做好防范以保證電力系統(tǒng)連續(xù)可靠地運行。同時，當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時為繼電器以及斷路器等二次設備提供備用操作電源，對設備進行保護。
電池巡檢儀是備用電源的檢測裝置，主要的功能是對單體電池的電壓、溫度、容量等參數(shù)進行檢測，提供充電控制以及故障報警等功能，從而可以合理地控制電池，延長電池使用壽命，提高系統(tǒng)的可靠性。
2.2 人機接口模塊
鍵盤是主要的輸入來源。為了節(jié)約成本，系統(tǒng)采用掃描方式實現(xiàn)矩陣鍵盤，采用中文液晶顯示。
2.3 通信模塊
由于單片機內具有UART,因此采用RS-232串行通信方式實現(xiàn)與上位機的通信。為了實現(xiàn)與上位機電平匹配，采用SP3220E作為接口電平轉換器。設備的工藝流程如圖1所示。 
根據(jù)圖1，由交流電壓到直流電壓的順序介紹系統(tǒng)的工藝過程。
蓄電池組管理。整流后的電壓一般高于蓄電池組電壓以供電池組充電，當其用于工作電源時，可通過二極管對其進行降壓，K1、K2等開關用于選擇降壓值，其通斷由處理器控制，處理器對電池組中單個電池狀況進行巡回檢測，實時反應電池的使用狀態(tài)，便于及時了解電池狀況。
交流參數(shù)檢測。系統(tǒng)采用專用的電能計量器件ATT7022B對交流電網的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)、諧波等參數(shù)進行檢測，并通過該器件自帶的SPI接口與單片機相連。
管理系統(tǒng)與上位機以串行方式通信。上位機可對此系統(tǒng)進行檢測，并能修改控制參數(shù)，從而實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調等四種遙控功能。
設備的硬件原理結構如圖2所示。其主要功能模塊包括： 
(1) 對交流側母線電壓、電流、諧波等參數(shù)進行監(jiān)測，對交流電路進行采樣，對離散數(shù)據(jù)進行處理(一個周期采樣20～0次)，計算出線路的有功功率、無功功率以及線路的功率因素。這些功能可以采用一個ATT7022B來實現(xiàn)。
(2) 對整流后的直流操作電源線路進行監(jiān)測。監(jiān)測其電壓、合閘電流以及操作電源是否發(fā)生故障等。同時，可以采用監(jiān)測得到的電壓作為二極管自動調壓的依據(jù)，實現(xiàn)操作電源自動分檔調壓。
(3) 對備用操作電源設備(蓄電池)進行巡回檢測(對單體電池檢測)，了解電池電量以及相關參數(shù)并及時更換電池，控制電池充放電狀態(tài).使電池保持最佳狀態(tài)，有效地延長電池的使用壽命。
(4) 由于設備的功能鍵盤需求不多，可以采用單片機通用I/O口擴展的矩陣鍵盤，顯示部分采用中文液晶顯示模塊。 
MSP430系列單片機具有三種低功耗模式，為了減少能耗，可采用中斷方式。系統(tǒng)工作流程如圖4所示
3.3 通信及人機接口電路硬件設計
該電路設計主要包括人機接口電路設計和串行通信接口電路設計兩部分。人機接口電路設計主要包括鍵盤矩陣電路和液晶顯示電路。鍵盤矩陣電路主要用于輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機交互，該系統(tǒng)的鍵盤設計是采用掃描方式實現(xiàn)矩陣鍵盤。液晶顯示電路作為重要的人機接口元件在智能設備中是非常重要的，本設計采用LCM 12864ZK中文液晶顯示屏。通信接口電路設計屬于系統(tǒng)與主機以及與操作者之間的信息交流部分。本系統(tǒng)與上位機的通信采用UART異步通信方式。
4 軟件設計
4.1 直流模塊軟件設計
由于系統(tǒng)采用模塊化設計，所以各個模塊可以獨立編程。直流模塊的軟件設計主要包括對單體電池電壓、溫度以及系統(tǒng)的開關量輸入輸出控制等參數(shù)進行采樣.涉及到采樣的巡回時間間隔、溫度巡檢時間間隔、數(shù)據(jù)處理方式等內容。
4.2 交流采樣軟件設計
結合鍵盤電路的設計，液晶顯示的模式采用默認和中斷處理兩種方法，在沒有任何鍵輸入的情況下，液晶模塊顯示交流采樣數(shù)據(jù)：一旦有鍵輸入，如電池巡檢參數(shù)顯示，顯示模塊則立即進入電池參數(shù)顯示狀態(tài)。
串口通信實現(xiàn)單片機與上位機的通信，從而將采集到的數(shù)據(jù)傳送到上位機進行處理和控制。
4.4 主程序處理模塊
主程序處理模塊作為系統(tǒng)的框架，主要負責對各個模塊之間的協(xié)調處理和數(shù)據(jù)交互。主程序處理模塊首先初始化，主要包括對單片機各個引腳功能的定義以及相應寄存器的賦值，這其中還包括對各個功能模塊控制寄存器的賦值和參數(shù)的設定。然后進入主程序的處理過程，這中間包括SPI通信和液晶顯示兩個模塊。主程序處理
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