电力操作电源监测系统是随着电力系统自动化运行而产生的，该系统可以对变电站中的交流供电电源、直流控制电源、备用操作电源以及开关状态等进行参数监测、故障报警等操作。从而及时地发现电力系统的异常情况，提前做好防范以保证电力系统连续可靠地运行。同时，当电力系统出现故障时为继电器以及断路器等二次设备提供备用操作电源，对设备进行保护。

　　电池巡检仪是备用电源的检测装置，主要的功能是对单体电池的电压、温度、容量等参数进行检测，提供充电控制以及故障报警等功能，从而可以合理地控制电池，延长电池使用寿命，提高系统的可靠性。

　　2.2 人机接口模块

　　键盘是主要的输入来源。为了节约成本，系统采用扫描方式实现矩阵键盘，采用中文液晶显示。

　　2.3 通信模块

　　由于单片机内具有UART,因此采用RS-232串行通信方式实现与上位机的通信。为了实现与上位机电平匹配，采用SP3220E作为接口电平转换器。设备的工艺流程如图1所示。

　　根据图1，由交流电压到直流电压的顺序介绍系统的工艺过程。

　　蓄电池组管理。整流后的电压一般高于蓄电池组电压以供电池组充电，当其用于工作电源时，可通过二极管对其进行降压，K1、K2等开关用于选择降压值，其通断由处理器控制，处理器对电池组中单个电池状况进行巡回检测，实时反应电池的使用状态，便于及时了解电池状况。

　　交流参数检测。系统采用专用的电能计量器件ATT7022B对交流电网的电压、电流、有功功率、功率因数、谐波等参数进行检测，并通过该器件自带的SPI接口与单片机相连。

　　管理系统与上位机以串行方式通信。上位机可对此系统进行检测，并能修改控制参数，从而实现遥测、遥信、遥控、遥调等四种遥控功能。

　　设备的硬件原理结构如图2所示。其主要功能模块包括：

　　(1) 对交流侧母线电压、电流、谐波等参数进行监测，对交流电路进行采样，对离散数据进行处理(一个周期采样20～0次)，计算出线路的有功功率、无功功率以及线路的功率因素。这些功能可以采用一个ATT7022B来实现。

　　(2) 对整流后的直流操作电源线路进行监测。监测其电压、合闸电流以及操作电源是否发生故障等。同时，可以采用监测得到的电压作为二极管自动调压的依据，实现操作电源自动分档调压。

　　(3) 对备用操作电源设备(蓄电池)进行巡回检测(对单体电池检测)，了解电池电量以及相关参数并及时更换电池，控制电池充放电状态.使电池保持最佳状态，有效地延长电池的使用寿命。

　　(4) 由于设备的功能键盘需求不多，可以采用单片机通用I/O口扩展的矩阵键盘，显示部分采用中文液晶显示模块。

　　MSP430系列单片机具有三种低功耗模式，为了减少能耗，可采用中断方式。系统工作流程如图4所示

　　3.3 通信及人机接口电路硬件设计

　　该电路设计主要包括人机接口电路设计和串行通信接口电路设计两部分。人机接口电路设计主要包括键盘矩阵电路和液晶显示电路。键盘矩阵电路主要用于输入数据，从而实现人机交互，该系统的键盘设计是采用扫描方式实现矩阵键盘。液晶显示电路作为重要的人机接口元件在智能设备中是非常重要的，本设计采用LCM 12864ZK中文液晶显示屏。通信接口电路设计属于系统与主机以及与操作者之间的信息交流部分。本系统与上位机的通信采用UART异步通信方式。

　　4 软件设计

　　4.1 直流模块软件设计

　　由于系统采用模块化设计，所以各个模块可以独立编程。直流模块的软件设计主要包括对单体电池电压、温度以及系统的开关量输入输出控制等参数进行采样.涉及到采样的巡回时间间隔、温度巡检时间间隔、数据处理方式等内容。

　　4.2 交流采样软件设计

　　结合键盘电路的设计，液晶显示的模式采用默认和中断处理两种方法，在没有任何键输入的情况下，液晶模块显示交流采样数据：一旦有键输入，如电池巡检参数显示，显示模块则立即进入电池参数显示状态。

　　串口通信实现单片机与上位机的通信，从而将采集到的数据传送到上位机进行处理和控制。

　　4.4 主程序处理模块

　　主程序处理模块作为系统的框架，主要负责对各个模块之间的协调处理和数据交互。主程序处理模块首先初始化，主要包括对单片机各个引脚功能的定义以及相应寄存器的赋值，这其中还包括对各个功能模块控制寄存器的赋值和参数的设定。然后进入主程序的处理过程，这中间包括SPI通信和液晶显示两个模块。主程序处理