【RT-Thread作品秀】基于RT-T、NB-Iot的開關(guān)柜應(yīng)急電源設(shè)計(jì)

作者：王國(guó)偉

概述

設(shè)計(jì)目的

在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)遇到突然斷電的情況，無(wú)論是由于用電習(xí)慣不好造成的跳閘，還是在市電突然斷電的情況下，開關(guān)柜內(nèi)的檢測(cè)設(shè)備會(huì)停止工作，這是不允許的，所以本作品設(shè)計(jì)了基于RT-Thread、NBIot的開關(guān)柜應(yīng)急電源，解決了以上問(wèn)題。

應(yīng)用領(lǐng)域

我們這個(gè)產(chǎn)品的主要作用是基于、NB-Iot的開關(guān)柜應(yīng)急電源，除此之外還可以廣泛應(yīng)用于節(jié)能供電、大樓照明、道路交通照明、隧道照明、電力、工礦企業(yè)、防電梯等?？焖偾袚Q型應(yīng)急電源針對(duì)于切換時(shí)間要求嚴(yán)格的設(shè)備或特殊照明系統(tǒng)（高壓鈉燈、汞燈、金鹵燈等氣體放電燈）、數(shù)控產(chǎn)品、精密儀器設(shè)備。所以總體來(lái)說(shuō)，我們的產(chǎn)品的實(shí)用性很高。

主要技術(shù)特點(diǎn)本作品由4部分組成：反激式開關(guān)電源（自主設(shè)計(jì)）、NB-iot模塊、（基于stm32單片機(jī)采用RT-Thread操作系統(tǒng)）控制單元、蓄電池組成，其中前三者集成到一塊PCB上，可以完成為蓄電池充電、為柜內(nèi)設(shè)備供電、蓄電池定期活化、紅外遙控活化、蓄電池過(guò)放保護(hù)等功能。在市電狀態(tài)下采用市電為開關(guān)柜內(nèi)檢測(cè)設(shè)備供電。

市電斷電情況下由蓄電池為柜內(nèi)設(shè)備供電。同時(shí)將市電還是蓄電池供電的狀況及電池電量等信息通過(guò)NB-Iot物聯(lián)網(wǎng)模塊上傳至中移OneNet平臺(tái)，用戶可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)監(jiān)控?cái)嚯姳Ｗo(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

開發(fā)環(huán)境（所采用的軟、硬件方案）

硬件：stm32f103,M5311,反激式開關(guān)電源

RT-Thread版本：Nano

開發(fā)工具及版本：AD09 MDK5.14

RT-Thread使用情況概述

如軟件流程圖2.1-B所示，STM32基于RT-Thread Nano進(jìn)行編寫，共分為四個(gè)線程。線程1為NB-IOT模塊軟件初始化線程，功能為檢查SIM卡是否插入、信號(hào)是否正常、以及與OneNet云平臺(tái)建立連接；線程2為蓄電池電量、電網(wǎng)狀態(tài)讀取線程，功能為實(shí)時(shí)讀取蓄電池的電量以及電網(wǎng)是否斷電；線程3為系統(tǒng)控制線程，功能為根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)輸出高低電平控制晶體管電路的導(dǎo)通和斷開，并進(jìn)行狀態(tài)指示；線程4為信息上傳線程，功能為將系統(tǒng)的狀態(tài)信息（蓄電池電量、電網(wǎng)狀態(tài)）上傳OneNet云平臺(tái)。

硬件框架

(1)系統(tǒng)中的各個(gè)模塊的電源供給：

反激式開關(guān)電源以市電220V作為輸入，輸出DC24V供給STM32控制系統(tǒng)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換為3.3V作為STM32控制系統(tǒng)的電源，同時(shí)DC24V 供給NB-IOT模塊中的X34063電源模塊，同樣轉(zhuǎn)換為3.3V作為NB-IOT模塊的電源（之所以要把STM32控制系統(tǒng)、NBIOT模塊分開供電，是因?yàn)橐ＷC系統(tǒng)中的NB-IOT模塊拔出后，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行，而串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的最大輸出電流不足以額外給NB-IOT模塊供電）。當(dāng)市電狀態(tài)異常時(shí)，反激式開關(guān)電源無(wú)DC輸出，串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和X34063的電源模塊由蓄電池供電。

(2)系統(tǒng)中的信號(hào)采集：

本系統(tǒng)通過(guò)反激式開關(guān)電源的次級(jí)線圈的輸出來(lái)檢測(cè)市電供電情況，若市電供電異常（停電），則反激式開關(guān)電源停止工作，電源次級(jí)無(wú)輸出。反之，若市電供電正常，反激式開關(guān)電源工作正常，電源次級(jí)有輸出。市電狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路將電源次級(jí)的電平作為輸入，輸出TTL電平向STM32控制系統(tǒng)通知市電狀態(tài)（與反激式開關(guān)電源隔離）。

蓄電池的電量通過(guò)AD采樣后信號(hào)傳送至STM32控制系統(tǒng)，STM32控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)線性運(yùn)算，得知蓄電池電量。

(3)系統(tǒng)中的控制信號(hào)：

STM32控制系統(tǒng)通過(guò)輸出高低電平控制晶體管開關(guān)電路A、B的導(dǎo)通與斷開，晶體管開關(guān)電路A控制反激式開關(guān)電源是否給蓄電池充電；晶體管開關(guān)電路B控制蓄電池是給負(fù)載供電。STM32控制系統(tǒng)通過(guò)串口向NB-IOT模塊收發(fā)數(shù)據(jù)，NBIOT模塊再將數(shù)據(jù)上傳至OneNet云平臺(tái)。

(4)系統(tǒng)的控制邏輯：

當(dāng)市電供電正常時(shí)，通過(guò)反激式開關(guān)電源給蓄電池充電，同時(shí)反激式開關(guān)電源給負(fù)載、STM32控制系統(tǒng)、NB-IOT模塊供電，若市電供電異常（停電），STM32控制系統(tǒng)判斷蓄電池電量，若蓄電池電量充足則由蓄電池給負(fù)載、STM32控制系統(tǒng)、NB-IOT模塊供電。同時(shí)將市電供電狀態(tài)、蓄電池的電量通過(guò)NB-IOT模塊上傳至OneNet云平臺(tái)，設(shè)備上的指示燈指示設(shè)備工作狀態(tài)、蓄電池是否竊電等信息。用戶可以查看設(shè)備指示燈，或在OneNet云平臺(tái)在線查看系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力供應(yīng)情況。

軟件框架說(shuō)明

STM32基于RT-Thread Nano進(jìn)行編寫，共分為四個(gè)線程。線程1為NB-IOT模塊軟件初始化線程，功能為檢查SIM卡是否插入、信號(hào)是否正常、以及與OneNet云平臺(tái)建立連接線程2為蓄電池電量、電網(wǎng)狀態(tài)讀取線程，功能為實(shí)時(shí)讀取蓄電池的電量以及電網(wǎng)是否斷電；線程3為系統(tǒng)控制線程，功能為根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)輸出高低電平控制晶體管電路的導(dǎo)通和斷開，并進(jìn)行狀態(tài)指示；線程4為信息上傳線程，功能為將系統(tǒng)的狀態(tài)信息（蓄電池電量、電網(wǎng)狀態(tài)）上傳OneNet云平臺(tái)。

當(dāng)單片機(jī)程序開始運(yùn)行時(shí)。首先運(yùn)行rt_hw_init()函數(shù)，進(jìn)行硬件初始化包括，控制端口IO口的初始化、AD采樣端口的初始化、串口的初始化等。隨后進(jìn)入線程1進(jìn)行NB-IOT模塊的軟件初始化，當(dāng)初始化完成時(shí)將標(biāo)記量置1。當(dāng)標(biāo)記量為1時(shí)說(shuō)明初始化已經(jīng)完成，可以執(zhí)行2、3、4線程。

軟件模塊說(shuō)明

源碼文件中HardWare文件夾中為各個(gè)模塊的代碼。代碼較為簡(jiǎn)單這里不再做說(shuō)明。

演示效果

比賽感悟

經(jīng)歷了作品題目的確立、設(shè)備的制作和調(diào)試、裸機(jī)代碼編寫，和RT-Thread的移植，RT-Thread是組內(nèi)成員第一次接觸到的RTOS，是一款開源的、可擴(kuò)展性好、方便剪裁移植的國(guó)產(chǎn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。雖然已經(jīng)久仰RT-Thread大名，只有在自己閱讀野火編寫的RT-Thread的內(nèi)核源碼和親手移植的過(guò)程中才能真正的體會(huì)到它的靈巧、高效。欣賞RT-Thread的內(nèi)核源碼和親手移植的過(guò)程中，鍛煉了自己的編程技巧和調(diào)試技巧，而且在使用過(guò)RT-Thread后，如果日后再使用其他RTOS也不是一件難事了。這次比賽不僅使得我們的能力得到了鍛煉，也使得我們的眼界更加開闊。感謝主辦發(fā)為我們提供這次比賽機(jī)會(huì)，謝謝。