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1系統設計原理

1.1下位機軟件設計系統的正常工作是硬件與軟件共同完成的。本系統下位機軟件采用C語言編寫,主要包括初始化模塊、主程序模塊、電壓、內阻、電流采集模塊、充放電控制模塊、通訊模塊、顯示模塊、數據記錄模塊。下位機程序維護主流程圖如圖2.4所示。

1.2系統軟件設計軟件包括服務器端軟件和客戶端軟件，完成系統的數據采集、運行維護及管理功能。（1）服務端：完成進程管理、數據采集、數據分析處理、系統安全服務、數據轉發（如報警事件轉發）、告警處理等功能。數據采集模塊主要完成蓄電池組數據（電壓、電流、溫度）、單電池數據（電壓、內阻）采集到系統數據庫服務器中，并對采集到的實時數據進行分析、處理，判斷電池狀態，放電時計算電池健康狀態、剩余容量。系統安全服務模塊實現系統的不同功能權限和不同數據權限人員的分級操作（運行工作臺、系統組態設置、參數修改、用戶權限管理等）及系統參數設置等功能。系統消息服務模塊完成各個系統模塊之間的消息轉發、報警數據轉發。系統接入設備工作狀態實時監測。（2）客戶端：對采集后的數據進行綜合分析，直觀展示直流系統的狀態，為運行人員及時的提供電池狀態數據，為維護人員提供最接近實際的故障分析和判斷依據。

1.3系統抗干擾設計由于系統的使用現場具有大功率高頻開關電源,電磁干擾比較嚴重，而干擾的存在會影響整個單片機系統的可靠性與穩定性,甚至會導致放電電流失控,對蓄電池組及系統本身造成損壞,發生預想不到的事故。因此本系統在硬件設計和軟件設計上都采取了抗干擾措施。系統硬件抗干擾措施主要有:⑴重要的控制信號線采用光電隔離技術；⑵采用高性能防雷器件；⑶模擬地與數字地分開,并通過電容與系統外殼相連；⑷I/O及串口也采用光電隔離；⑸印制板采用多層板設計，在布C2、R3組成的的低通濾波器，放大倍數A=R3/R1，低通截止頻率f=1/2πR3C2。A2、A3，D1，D2等原件組成了一個精密全波鎮流電路，運放的深度負反饋以及放大作用能夠使信號頻率加倍的同時，也能確保低頻小信號有效地通過。這樣較好的解決了二極管在小信號時候的非線性誤差。π型濾波電路的設計時為了濾除高頻干擾和200Hz的載波信號，它是由C5，C6，R8構成。信號最后經過帶通放大器，是由A4，R9~R13,C7-C9，構成，作用是選頻放大。經過設計調節確保帶通濾波器的中心頻率在15-18Hz左右，帶寬約為40Hz。經過濾波電路，有效地濾除了各種高頻成分，只保留了幾十赫茲以下的緩變信號，該信號就是終端電壓的不穩定信號。圖8就是低頻信號處理的掃頻測試曲線以及不同輸入頻率的情況下，輸出特性曲線。從圖上可以看出，輸出信號的中心頻率在18-20Hz左右，只有37Hz以下的信號能夠有效地通過帶通濾波，并且該電路具有一定的線性度，并且能夠保證一定的選頻能力，完全符合設計要求。

2測試與分析

各個階段電路測試波形如圖所示，GVM獲得的信號約為三角波，峰-峰值在1.5V左右，頻率約為200Hz。從所示波形可以看出，該信號呈現一定的包絡線，這是由于它受到了嚴重的工頻干擾。同時，信號上邊出現了毛刺現象，經過分析研究發現這是由于GVM邊緣效應等引起的高頻干擾。圖10可見，經過陷波器處理過后工頻干擾明顯減弱，但是高頻干擾仍然存在。經過低通濾波、鎮流濾波和帶通濾波后，率除了高頻噪聲以及因葉片旋轉形成的大約200Hz的信號，有效地保留了能夠反映終端電壓變化的低頻緩變信號，經過波形轉換電路，使帶通電路輸出近似為正弦波。帶通輸出信號經過誤差放大和波形變換，得靠調控電暈針的控制信號，此時得到比較標準的正弦波，信號峰值的變化能夠準確反映出終端電壓的變化情況。

3總結

本電路設計從加速器的等效電路圖出發，比較了磁分析器法和電子槍法，最終確定了GVM反饋控制法，引出的感應信號經過濾波、放大之后送到了高壓三極管6BK4的柵極，從而能夠較好的控制高壓電極的電壓，使其穩定在一個相對恒定的水平上。在沒有引入GVM反饋控制時，是靠人工調節，既不精準，又比耗費時間。經過長達6小時的不間斷測試表明，該電壓能夠穩定在某一恒定水平，并且確保其穩定度始終小于1%。這表明，該設計電路取得了較好的控制效果，為更精確的粒子實驗提供了精確可靠的技術保障。

作者：李含霜 何宏華 馬云飛 潘定飛 單位：南寧國瑞電子科技 廣西電力職業技術學院