專利名稱：：鈾礦資源勘查智能供電控制裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于電力電子控制
技術領域：
，是應用于鈾礦資源與環(huán)境勘探領域中的直流電法勘探技術中的供電裝置。
背景技術：
：直流電法勘探技術主要以高密度電法測量數據采集為主。然而近10年來，隨著計算機技術、網絡技術、電子器件的飛速發(fā)展，電法找礦已由高密度電法找礦逐步發(fā)展到三維電阻率數據采集成像找礦。這種找礦技術需要一個穩(wěn)定可靠、超低頻電壓分段可調的區(qū)域礦場電極供電裝置；需要設計可靠性好、抗噪能力強、具有集數據采集、存儲、傳輸和預處理能力于一體的前端數據智能采集處理系統(tǒng)；需要研究礦場分布結構的數學模型、數據采集與處理方法、數據分析與成像算法的后臺計算機圖像處理與成像技術。因此，區(qū)域礦場電極供電裝置也是系統(tǒng)的重要組成部分。目前區(qū)域礦場電極供電大多采用幾十節(jié)干電池供電，頻率和電壓無法調節(jié)，數據不能有效的全方位立體式采集，給后續(xù)分析鈾礦礦場資源的造成一些不準確性，而且干電池電源供電時間短，給野外工作帶來很多不便。基于以上因素，我們提出了采用太陽能光伏發(fā)電和變頻逆變技術設計適合于野外鈾礦資源電法勘探的區(qū)域礦場電極供電裝置。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是利用太陽能光伏發(fā)電來保障蓄電池的充電，利用單片機與CAN通信模塊，實現供電控制裝置的智能化、網絡化，通過逆變技術、變頻技術等技術實現5個檔位頻率、9個檔位電壓選擇的交流輸出的一種鈾礦資源勘查智能供電控制裝置。本發(fā)明是基于CAN總線通信模式下研制的智能化、網絡式的智能供電控制裝置，它是這樣實現的包括蓄電池、太陽能電池組件、逆變控制器、充放電控制器、礦場高壓電極、CAN總線控制和數據顯示裝置，其中蓄電池提供直流電能，逆變控制器負責把蓄電池組的電能轉換為高電壓輸出供給礦場高壓電極用電，太陽能電池組件對蓄電池進行充電，充放電控制器對蓄電池進行充放電管理，CAN總線實現供電裝置與上位機數據通信傳輸總線，數據顯示采用5個8段數碼管，顯示供電控制裝置輸出的交流電壓和頻率。所述逆變控制器采用STC單片機為核心，是一個輸出階梯波的逆變控制器，它將蓄電池的電能轉換為交流階梯波電壓輸出供給礦場高壓電極用電，輸出電壓和頻率值由上位機通過CAN總線下達指令到單片機，單片機根據上位機下達的指令來輸出控制信號，使逆變控制器按預定值輸出的階梯波形的交流電壓，輸出電壓頻率可以在O.125Hz、0.25Hz、0.5Hz、lHz、2Hz五個檔之間切換變化，輸出電壓的單邊值可以在20V、45V、90V、135V、180V、225V、270V、315V、360V、400V十個檔之間切換調節(jié)；當蓄電池放電后電力不足時，單片機將自動關閉逆變控制器輸出交流電壓，同時太陽能電池組通過充放電控制器給蓄電池充電。逆變控制器具有過流、過壓檢測保護和聲光報警功能，逆變控制器通過過流、過壓檢測保護和聲光報警電路，對蓄電池的電量進行檢測控制，并通過CAN總線接收上位機的命令和數據，將這些數據進行P麗調制和PID算法控制，改變輸出電壓的幅值和頻率，輸出穩(wěn)定可靠的電壓。充放電控制器通過對蓄電池的過充電、過放電、深度充電、負載過流和反充電進行控制與限制，同時依照區(qū)域礦場供電需求來控制太陽能電池和蓄電池對電極負載的輸出。本發(fā)明利用了太陽能光伏發(fā)電技術提供電源，利用單片機與CAN通信模塊，實現供電控制裝置的智能化、網絡化；在電路設計上采用了逆變技術、變頻技術，在算法思路與編程技術上采用了PID算法，表現形式上通過上位計算機及CAN總線網絡進行遠程切換，具有多頻率、多電壓選擇輸出，具備安全快速高效穩(wěn)定可靠，使得本產品能在電法勘查中發(fā)揮著重要作用，給野外鈾礦資源和其它礦產資源電法勘查工作者帶來很多方便。圖1、本發(fā)明實施例1鈾礦資源勘查智能供電控制裝置結構框圖。圖2、本發(fā)明實施例1逆變控制器電路結構框圖。圖3、本發(fā)明實施例1逆變控制器控制模式圖。圖4、本發(fā)明實施例1電壓型P麗逆變器控制模型。圖5、本發(fā)明實施例1用傳遞函數表示的電壓型P麗逆變器控制模型。圖6、本發(fā)明實施例1充放電控制器電路原理框圖。圖7、本發(fā)明實施例1逆變控制器電路連接示意圖圖中太陽能電池組件1，充放電控制器2，蓄電池組3，逆變控制器4，CAN總線電纜5，通用逆變器6，上位機7，礦場測量電極8，供電輸出插座板9，電纜線10，時間比例控制及脈沖形成電路ll，逆變主電路12，輸出反饋及保護電路13，調節(jié)器14，直流升壓電路15，整流濾波電路16，逆變控制與推挽輸出電路17，輸出濾波電路18，P麗脈寬調制控制電路19，反饋電路20，過流過壓控制電路21，驅動控制電路22，過流過壓檢測電路23，電壓電流采集電路24，電子開關25，單片機26，數碼顯示電路27，CAN通信電路28，溫度檢測電路29，電壓采樣電路30，檢測控制電路31，負載32。具體實施方式實施例l:如圖1所示，太陽能電池組件1的正負極分別連接在充放電控制器2的1-2端，鉛酸蓄電池組3的正負極分別連接在充放電控制器2的3-4端，逆變控制器4的輸入端分別連接到充放電控制器2的5-6端，逆變控制器4的正、負極輸出端通過電纜線10與區(qū)域礦場測量電極8的正極、負極連接；逆變控制器中的CAN通信模塊以SJA1000為核心，采用CAN總線電纜5與上位機7服務器進行傳輸數據。充放電控制器2的5-6端還可以與通用逆變器6的輸入端分別連接，通用逆變器6的交流220V的輸出端與供電輸出插座板9連接。需要用電的電器設備(如手提電腦、電燈等)可以將電源插頭插入取電。本實施例中太陽能電池組件1選用APM36P110W147x68型號，性能參數為110W/17.5V/6.3A，可以使用2塊或多塊單晶硅電池板并聯(lián)使用，以增加供電功率；充電控制器2負責高效率的太陽能充電，保證光伏發(fā)電和蓄電池的效率；蓄電池組3包括l個12V/60AH的蓄電池，用于保存太陽能產生的電量；通用逆變器6可以選用200W左右的，以提供野外作業(yè)時照明和筆記本電腦、手機臨時充電用，照明選用IO瓦節(jié)能燈；逆變控制器4具有CAN接口，可以通過2芯的CAN總線電纜5與上位機7連接起來進行遠程數據通信；逆變控制器4接受上位機的遠程控制，上位機可以下達指令，指示逆變控制器4關機、開機供電、輸出電壓的高低、輸出頻率的快慢，同時向上位機傳輸逆變控制器4當前實際工作的狀態(tài)數據，包括電壓值、頻率值、電流值。太陽能電池組件1、充電控制器2、蓄電池組3、CAN總線電纜5、通用逆變器6、上位機7如筆記本電腦如筆記本電腦為現有設備。CAN總線電纜5是逆變控制器與上位機之間連接的2芯雙絞電纜線，是通信連接路線；CAN通信電路28是以SJA1000為核心的通信數據收發(fā)電路，具有數據通信傳輸控制功能。按照以上的方法連接好后，接通充放電控制器2，太陽能電池組件1進行光伏發(fā)電，并將太陽能產生的電能保存到蓄電池組3中，蓄電池組3由充放電控制器2進行控制管理。如附圖2和附圖7所示，逆變控制器4是一種直流到交流(DCtoAC)的變壓器，是一種電壓逆變的過程，將蓄電池組3輸出的12V直流電壓轉變?yōu)榻涣麟婋妷狠敵觥２捎肞麗(PulseWidthModulation)脈沖寬度調制技術和CAN通信技術，如附圖2和附圖7所示，逆變控制器4以STC12C5A08AD單片機(U3)為核心，其內部含8KB的Flash程序存儲器、1280B的SRAM存儲器、2個16位定時器、2路8位P麗、8路10位A/D轉換器以及完善的中斷系統(tǒng)，采用PDIP40封裝，工作電壓3.35.5V;逆變控制器電路以STC12C5A08AD單片機(U3)為核心，該單片機一共有4個1/0端口P0、P1、P2、和P3，每個端口占8個腳位；其UART串口用于5位數的靜態(tài)串行顯示；單片機的P0端口通過數據總線與CAN通信電路28的核心芯片SJA1000(U4)連接，核心芯片SJA1000(U4)通過CAN通信總線接口與上位機7的CAN接口連接，通過中斷方式接收上位機7下發(fā)的命令和數據；或在CAN通信總線的兩端并聯(lián)一個120歐姆的電阻。單片機的Pl.0和Pl.1端口通過電壓電流采集電路24與輸出濾波電路18的分壓電阻連接；單片機的Pl.5和Pl.6端口通過驅動控制電路22與逆變控制推挽輸出電路17的M0S管連接，逆變控制推挽輸出電路17的輸出端通過串聯(lián)并聯(lián)功率電阻和HA17393比較器構成過流過壓檢測電路23，過流過壓檢測電路23與單片機的P3.3和P3.4端口連接；單片機的Pl.4端口通過過流過壓控制電路21與P麗脈寬調制控制電路19的4腳連接，單片機的P2.0P2.7共8個端口通過電子開關25切換選擇電阻實現與P麗脈寬調制控制電路19的1腳連接，P麗脈寬調制電路的9腳、10腳與直流升壓電路15連接；單片機的P3.0和P3.l端口與數碼顯示電路27的數據線和時鐘線連接；單片機的Pl.3端口與溫度檢測電路29連接；單片機的Pl.2端口通過電壓采樣電路30與蓄電池組3的正極連接；蓄電池組3與直流升壓電路15的輸入端連接，直流升壓電路15輸出的電壓經過整流濾波電路16后直接接入到逆變控制與推挽輸出電路17中，經過整流濾波16后的輸出電壓再經過電阻反饋電路20回饋到P麗脈寬調制控制電路19的1腳，該電路在單片機(U3)的控制下輸出交流電壓。電壓采樣電路30采集蓄電池組3輸出端的電壓值，如果蓄電池組3的電壓低于10.6V電壓時，單片機微處理器輸出控制信號，切斷直流輸入；P麗輸出采用TL494電壓型P麗脈寬調制電路，并在外部連接了一些電阻分壓網絡，通過電子開關25切換不同的分壓比，控制實現9個檔位電壓的輸出，即45V，90V，135V，180V，225V，270V，315V，360V，400V，同時通過檢測輸出電壓，顯示出當前的電壓輸出值；逆變控制電路經過整流濾波輸出穩(wěn)定的電壓，并通過控制橋式功率驅動MOS管的通斷時間，實現輸出電壓頻率分5個檔位改變，即0.125Hz，0.25Hz，0.5Hz，1Hz，2Hz，電壓頻率的改變通過按鍵控制，并實時采樣用數碼顯示出來，輸出保護電路用于檢測電路運行發(fā)生故障時及時對系統(tǒng)實施保護，如過電壓保護和過電流保護，當電流或電壓傳感器檢測到超過額定值時，電子保護電路給微處理器發(fā)出過流、過壓保護信號，此時微處理器封鎖驅動信號，關斷變換器中的開關器件，切斷過流、過壓故障，保證逆變控制器4的安全。具體為單片機的P0端口用作數據總線與CAN通信電路28的核心芯片SJA1000(U4)D0D7數據線連接，SJA1000通過隔離器件6N137(U5、U6)與CAN收發(fā)器PCA82C250(U7)的TXD、RXD端相連接，最后通過CAN收發(fā)器PCA82C250的CAN_H和CAN_L端輸出形成CAN通信總線接口引出一根CAN總線電纜5與上位機7(服務器)的CAN接口卡連接，SJA1000通過中斷方式接收CAN總線上由上位機7下發(fā)的命令和數據；為了使CAN總線數據通信穩(wěn)定可靠，在CAN總線電纜5的兩端應并聯(lián)一個120歐姆的匹配電阻。單片機(U3)的P1端口有8位，其中4位(P1.0P1.3腳)用作A/D轉換，另外4位(PI.4PI.7腳)用作I/O口輸出驅動信號。用作A/D的PI.0和PI.1連接到輸出濾波18的分壓電阻上，檢測當前逆變控制器4的輸出電壓值和當前負載電流值，并將檢測到的電流、電壓值通過CAN上傳到上位機7服務器上保存；用作A/D的PI.2連接到蓄電池的輸出端，檢測蓄電池組3的放電量，當電壓低于10V時表示蓄電池電量不足，則單片機立即在PI.4輸出高電平，關斷P麗脈寬調制電路TL494(U1)輸出脈沖信號，從而停止逆變控制器工作，并用蜂鳴器BZ1聲光告警盡快給蓄電池充電。用作A/D的Pl.3連接到溫度檢測電路29進行檢測逆變控制器4當前的溫度值，考濾逆變控制器4在正常工作或發(fā)生單一故障的時候，其內部逆變變壓器、PCB板及其他元件溫度不能過高，以免影響人身安全或影響到周圍器件的正常工作，因此采用了溫度傳感器對逆變控制器4的工作溫度進行監(jiān)測。當單片機檢測到溫度超過70°C，立即用蜂鳴器BZ1聲光告警，并關斷P麗信號使逆變控制器停止工作。單片機的P1.4連接到TL494(U1)的第3腳，用來控制關斷TL494(U1)輸出脈寬雕制信號的，Pl.5和Pl.6腳用來輸出脈寬調制信號給驅動控制電路22，控制逆變控制與推挽輸出電路17輸出階梯方波交流電壓，并根據上位機的要求控制輸出交流電壓的頻率，供給礦場電極供電，驅動控制電路采用了2個三極管，推挽輸出采用4個大功率MOS管SPA11N80C3，該器件耐壓達800V，最大電流IIA，完全能滿足實際應用。單片機的Pl.7腳用來輸出驅動蜂鳴器BZ1聲光告警信號，指示當前逆變控制器的工作狀態(tài)，提醒人們注意。單片機(U3)的P2端口主要用作I/O口，實際使用了4個腳(P2.0P2.3腳)，用于控制一組由電阻網絡與CD4051構成的電子開關25的通斷來選擇接通不同的電阻，以改變P麗脈寬調制控制電路19輸出脈沖的占空比，達到輸出電壓不同電壓的目的。其中，P2.3為片選端，當為CD4051沒有片選信號時，CD4051為高阻態(tài)，分壓輸出電阻最大，此時逆變控制器4輸出電壓最小(為45V);當P2.0P2.2腳都輸出低電平(高電平用1表示，低電平用0表示)，即輸出000時，第1個電阻網絡接通，逆變控制器4輸出電壓90V;當輸出001時，第2個電阻網絡接通，逆變控制器4輸出電壓135V;當輸出010時，第3個電阻網絡接通，逆變控制器4輸出電壓180V;當輸出011時，第4個電阻網絡接通，逆變控制器4輸出電壓225V;當輸出100時，第5個電阻網絡接通，逆變控制器4輸出電壓270V;當輸出101時，第6個電阻網絡接通，逆變控制器4輸出電壓315V;當輸出110時，第7個電阻網絡接通，逆變控制器4輸出電壓360V;當輸出111時，第8個電阻網絡接通，逆變控制器4輸出電壓400V。通過這個切換方式，實現選擇不同電壓的輸出。單片機(U3)的P3端口有8位(P3.0P3.7腳)主要用作I/O口，其中P3.0、P3.1與數碼管顯示電路連接，用于串行輸出顯示，顯示5位數，內容包括2位周期，3位數的交流電壓值。P3.2用做外部中斷INTO與CAN通信的SJA1000芯片的16腳連接，用于中斷接收CAN總線數據，當上位機有數據下發(fā)到逆變控制器時，通過這個外部中斷通知單片機啟動接收CAN總線數據。P3.3、P3.4用做過流過壓檢測，與由比較器HA17393(U2)構成的過流過壓控制電路21連接，當逆變控制器4輸出電壓過大、負載太重或輸出短路時，過流過壓控制電路21將檢測到的信號傳送給單片機的P3.3、P3.4腳，單片機查詢到P3.3、P3.4有信號時，關斷P麗脈寬調制控制電路19，停止逆變控制器4工作。P3.5腳空閑未用。P3.6、P3.7是讀寫信號，分別與CAN通信的SJA1000芯片的讀寫信號5腳、6腳連接，用于讀寫SJA1000內部的接收數據緩沖器和特殊功能寄存器。在逆變控制器4中，還有一個關鍵電路是P麗脈沖寬度調制電路TL494(U1)19，它是一個固定頻率的脈寬可調制電路(即占空比可調節(jié))，脈寬調制通過單片機(U3)控制電子開關25切換電阻網絡輸出阻抗來改變Ul的1腳、2腳誤差放大器的輸入，實現輸出脈沖寬度調節(jié)。Ul內置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率通過U1的5腳、6腳外接的電阻和電容調節(jié)。TL494(U1)輸出的脈寬調制信號在9腳、10腳輸出驅動大功率M0S電路推動直流升壓電路15中的升壓變壓器實現高壓輸出，直流升壓電路15輸出的電壓經過整流濾波電路16后直接接入到主要由4個大功率MOS器件組成的逆變控制與推挽輸出電路17中，該電路在單片機(U3)的控制下最終產生我們需要的交流電壓，輸出給礦場電極供電。同時，經過整流濾波電路16后的輸出電壓再經過電阻反饋電路20回饋到TL494(U1)的1腳，控制TL494(U1)的脈寬信號輸出的穩(wěn)定性。逆變控制器4將蓄電池的電能轉換為輸出電壓的頻率在0.125Hz2Hz之間變化、輸出電壓峰峰值在40Vpp800Vpp之間調節(jié)的交流階梯波電壓輸出，供給區(qū)域礦場測量電極用電8;逆變控制器4采用閉環(huán)控制模式，如圖3所示調節(jié)器14是一個誤差電壓放大電路，它對反饋電壓進行比較形成差分信號，輸入到時間比例控制及脈沖形成電路11的輸入端，產生占空比不同的控制脈沖去控制大功率MOS管的通斷，驅動變壓器輸出電壓。輸出反饋及保護電路13用于穩(wěn)定輸出電壓，當輸出電壓有偏差時通過輸出反饋及保護電路13把輸出信號反饋到調節(jié)器14進行誤差處理，保證輸出電壓的穩(wěn)定性和可靠性。以電壓型P麗技術為主，為了達到穩(wěn)定輸出電壓值的控制目標，需要有效地抑制外界的干擾，采用了如附件圖4的控制形式，這些可以通過分析系統(tǒng)的傳遞函數得到各種控制結果。如圖4所示，調節(jié)器14是誤差電壓放大器，采用電壓反饋調節(jié)，其傳遞函數用Gjs)表示，逆變控制系統(tǒng)的輸出為電壓量(u。)，時間比例控制及脈沖形成環(huán)節(jié)可以等效為一個線性比例環(huán)節(jié)，對于電壓型P麗方式，其輸出量為脈沖占空比，S二^(u。)，所以這個環(huán)節(jié)的傳遞函數用&表示。逆變主電路12包括逆變開關電路、逆變變壓器、輸出整流濾波電路，其中Tr為逆變主電路開關管，逆變主電路采用Buck式推挽轉換器拓撲結構，T為逆變變壓器，初次級電壓比V乂、=N，LC為輸出低通濾波器，這部分的傳遞函數設為G2(s);R1、R2為輸出電壓反饋電路，也是比例環(huán)節(jié)，1^=R乂(R,R》，其傳遞函數設為H(s)。這樣附圖4中的逆變控制系統(tǒng)可以變換成傳遞函數的形式表示(如附圖5所示)。因此，逆變控制系統(tǒng)的輸出量0ut(s)對輸入量(ug)的閉環(huán)傳遞函數為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>G(s)稱為前向通道傳遞函數。反饋信號b(s)與誤差信號e(s)之間的關系為系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數，即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>系統(tǒng)誤差信號e(s)與輸入量(ug)之間的關系稱為誤差傳遞函數，即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>逆變控制系統(tǒng)的輸出量0ut(S)對干擾信號Ui(S)的閉環(huán)傳遞函數為通過對逆變控制系統(tǒng)傳遞函數分析，采用STC12C5A60S2單片機編程控制，用給定電壓與反饋電壓的誤差信號來調節(jié)P麗脈沖的寬度，可實現輸出電壓的穩(wěn)定可靠。充放電控制器2是整個供電裝置的重要組成部分，為了延長蓄電池的工作壽命，必須對蓄電池組3的過充電、過放電、深度充電、負載過流和反充電等情況加以限制，同時依照區(qū)域礦場供電需求來控制太陽能電池組件1充電和蓄電池組3的放電。如圖6所示，采用單路旁路型實現對電池的充放電管理，D1是防反充電二極管，D2是防反接二極管，K1和K2用M0S管做電子開關，K1是控制器充電回路開關，K2是蓄電池放電開關，Fs是保險絲。Kl并聯(lián)在太陽能電池組件的輸出端，當蓄電池電壓大于充滿切離電壓時，為了保證蓄電池不會出現過充電，這時CPU控制K1開關導通，D1截止，太陽能停止對蓄電池充電，有效地防止了蓄電池過充電。在夜晚或陰雨天，當蓄電池電壓大于外部的太陽能電池組件輸出的電壓時，這時CPU控制K1開關導通，Dl截止，可有效地防止了蓄電池對太陽能電池反充電。檢測控制電路31隨時對蓄電池進行檢測，當負載電流大于額定電流出現過載或短路時，這時CPU控制蓄電池放電開關K2斷開，起到了過載保護和短路保護的作用。同時蓄電池小于過放電壓時，K2斷路，起到過放電保護。當充放電控制器2管理的蓄電池組3正常工作時，就可以輸出電壓給逆變控制器4和普通逆變器6構成的負載32提供電源。供電裝置輸出的電壓和頻率值由上位機通過CAN總線下達指令，電壓的頻率可以在0.125Hz、0.25Hz、0.5Hz、lHz、2Hz五個檔之間切換變化，輸出電壓的單邊值可以在45V、90V、135V、180V、225V、270V、315V、360V、400V九個檔位之間切換調節(jié)，輸出的電壓能穩(wěn)定可靠地供給區(qū)域礦場高壓電極用電。當需要供電時，服務器下發(fā)開機命令，CAN報文信息包括開機命令、輸出電壓值和頻率3個信息。關機時，服務器下發(fā)關機命令，下位機收到此命令后切斷蓄電池供電。供電裝置(CAN節(jié)點)收到開機命令后，完成4個任務(1)接通蓄電池開始產生逆變電源；(2)切換電壓檔位輸出合適的電壓；(3)切換周期檔位輸出合適的電壓頻率接通蓄電池；(4)檢測實際輸出的電壓、電流和頻率，并形成CAN報文上傳到服務器，上傳包括電壓值、電流值和頻率。用本發(fā)明的電極供電裝置的硬件組成方案來實現鈾礦資源電法勘探的礦場電極供電，其工作步驟如下(1)先進行硬件實體線路連接。按圖1連接好太陽能電池組件1、充電控制器2、蓄電池組3、逆變控制器4、CAN總線電纜5、通用逆變器6、上位機(筆記本電腦)7(含CAN接口卡)、高壓電纜10、礦場電極8、供電輸出插座板9。也可以先不接通用逆變器6、供電輸出插座板9。(2)開啟上位機7，運行通信軟件，同時逆變控制器4開啟電源，進入正常工作狀態(tài)。上位機軟件設置工作參數，通過CAN總線向各個子站發(fā)送命令。(3)逆變控制器4作為CAN總線上的一個子站，接收上位機7下發(fā)的命令并作出應答，逆變控制器4根據上位機下發(fā)的命令開始工作，輸出需要的交流電壓，并將當前電壓值、電流值、頻率數發(fā)送給上位機。(4)逆變控制器4與上位機7之間的通信數據格式上位機7下發(fā)開機命令報文，CAN報文信息包括開機(1字節(jié))、輸出電壓值(1字節(jié))和頻率(l字節(jié))3個信息。開機命令用"P"，通信傳輸均采用ASCII碼。輸出交流電壓有9個檔，下發(fā)選擇用數字代號l-9標示，其中1—45V檔2—90V檔3—125V檔4—170V檔5—215V檔6—260V檔7—305V檔8—350V檔9—400V檔輸出交流電壓的頻率有5種，下發(fā)選擇用數字代號l-5標示，其中1—0.5秒周期2—1秒周期3—2秒周期4一4秒周期5—8秒周期逆變控制器4收到上位機的命令后，完成4個任務①接通蓄電池開始產生逆變電源②切換電壓檔位輸出合適的電壓③切換周期檔位輸出合適的電壓頻率④檢測實際輸出的電壓值、電流和頻率，形成CAN報文上傳到PC機，上傳報文信息包括電壓值3字節(jié)(V)，電流值3字節(jié)(mA)，頻率l字節(jié)(秒)。如假設當前檢測到要傳輸的信息是輸出電壓170V，電流126mA，周期2秒的頻率則實際傳輸內容為31H，37H，30H，31H，32H，36H，31H共7個字節(jié)(ASCII)。上位機7發(fā)送命令幀的格式如下<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>逆變控制器4向上位機7發(fā)送的幀子站向上位機發(fā)送幀的格式如下幀類型地址狀態(tài)類型幀類型為ODCH表示電源子站向上位機發(fā)送的狀態(tài)幀(開機還是關機狀態(tài))<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>幀類型為ODBH表示電源子站向上位機發(fā)送的數據幀，每個格為1個字節(jié)(5)上位機7下發(fā)關機命令報文，CAN報文信息包括關機(1字節(jié))，如"G"。下位機收到此命令后切斷蓄電池供電。(6)通過上位機7與逆變控制器4之間根據需要不斷地數據通信，形成密切的主從關系，達到礦場電極供電需要，完成鈾礦資源電法勘探的數據測量。權利要求一種鈾礦資源勘查智能供電控制裝置，包括蓄電池、太陽能電池組件(1)、逆變控制器(4)、充放電控制器(2)、礦場高壓電極、CAN總線控制和數據顯示裝置，充放電控制器(2)對蓄電池進行充放電管理，CAN總線實現供電裝置與上位機(7)數據通信傳輸總線，數據顯示裝置顯示供電控制裝置輸出的交流電壓和頻率，其特征是所述逆變控制器(4)采用STC單片機為核心，是一個輸出階梯波的逆變控制器，它將蓄電池的電能轉換為交流階梯波電壓輸出供給礦場高壓電極用電，輸出電壓和頻率值由上位機(7)通過CAN總線下達指令到單片機，單片機根據上位機(7)下達的指令來輸出控制信號，使逆變控制器(4)按預定值輸出的階梯波形的交流電壓，輸出電壓頻率可以在0.125Hz、0.25Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz五個檔之間切換變化，輸出電壓的單邊值可以在20V、45V、90V、135V、180V、225V、270V、315V、360V、400V十個檔之間切換調節(jié)；當蓄電池放電后電力不足時，單片機將自動關閉逆變控制器輸出交流電壓，同時太陽能電池組件(1)通過充放電控制器給蓄電池充電。2.根據權利要求1所述的一種鈾礦資源勘查智能供電控制裝置，其特征是逆變控制器(4)通過過流、過壓檢測保護和聲光報警電路，對蓄電池的電量進行檢測控制，并通過CAN總線接收上位機(7)的命令和數據，將這些數據進行P麗調制和PID算法控制，改變輸出電壓的幅值和頻率。3.根據權利要求1或2所述的一種鈾礦資源勘查智能供電控制裝置，其特征是充放電控制器(2)通過對蓄電池的過充電、過放電、深度充電、負載過流和反充電進行控制與限制，同時依照區(qū)域礦場供電需求來控制太陽能電池和蓄電池對電極負載的輸出。4.根據權利要求1或2所述的一種鈾礦資源勘查智能供電控制裝置，其特征是太陽能電池組件(1)的正負極分別連接在充放電控制器(2)的l-2端，蓄電池組(3)的正負極分別連接在充放電控制器(2)的3-4端，逆變控制器(4)的輸入端分別連接到充放電控制器(2)的5-6端，逆變控制器(4)的正、負極輸出端通過電纜線(10)與區(qū)域礦場測量電極(8)的正極、負極連接；逆變控制器中的CAN通信模塊以SJA1000為核心，采用CAN總線電纜(5)與上位機(7)服務器進行傳輸數據。5.根據權利要求4所述的一種鈾礦資源勘查智能供電控制裝置，其特征是充放電控制器(2)的5-6端與通用逆變器(6)的輸入端分別連接，通用逆變器(6)的交流220V的輸出端與供電輸出插座板(9)連接。6.根據權利要求4所述的一種鈾礦資源勘查智能供電控制裝置，其特征是太陽能電池組件(1)選用APM36P110W147x68型號，性能參數為110W/17.5V/6.3A，使用2塊或多塊單晶硅電池板并聯(lián)使用；蓄電池組(3)包括1個12V/60AH的蓄電池；通用逆變器(6)選用200W左右的；逆變控制器(4)具有CAN接口，通過2芯的CAN總線電纜(5)與上位機(7)連接起來進行遠程數據通信；逆變控制器(4)接受上位機(7)的遠程控制，上位機(7)可以下達指令，指示逆變控制器(4)關機、開機供電、輸出電壓的高低、輸出頻率的快慢，同時向上位機傳輸逆變控制器(4)當前實際工作的狀態(tài)數據，包括電壓值、頻率值、電流值。7.根據權利要求4所述的一種鈾礦資源勘查智能供電控制裝置，其特征是逆變控制器電路以STC12C5A08AD單片機(U3)為核心，該單片機一共有4個I/O端口P0、P1、P2、和P3，每個端口占8個腳位；其UART串口用于5位數的靜態(tài)串行顯示；單片機的PO端口通過數據總線與CAN通信電路(28)的核心芯片SJA1000(U4)連接，核心芯片SJA1000(U4)通過CAN通信總線接口與上位機(7)的CAN接口連接，通過中斷方式接收上位機(7)下發(fā)的命令和數據；或在CAN通信總線的兩端并聯(lián)一個120歐姆的電阻。單片機的Pl.O和Pl.l端口通過電壓電流采集電路(24)與輸出濾波電路(18)的分壓電阻連接；單片機的P1.5和P1.6端口通過驅動控制電路(22)與逆變控制推挽輸出電路(17)的MOS管連接，逆變控制推挽輸出電路(17)的輸出端通過串聯(lián)并聯(lián)功率電阻和HA17393比較器構成過流過壓檢測電路(23)，過流過壓檢測電路(23)與單片機的P3.3和P3.4端口連接；單片機的P1.4端口通過過流過壓控制電路(21)與P麗脈寬調制控制電路(19)的4腳連接，單片機的P2.0P2.7共8個端口通過電子開關(25)切換選擇電阻實現與P麗脈寬調制控制電路(19)的1腳連接，P麗脈寬調制電路的9腳、10腳與直流升壓電路(15)連接；單片機的P3.0和P3.l端口與數碼顯示電路(27)的數據線和時鐘線連接；單片機的Pl.3端口與溫度檢測電路(29)連接；單片機的P1.2端口通過電壓采樣電路(30)與蓄電池組(3)的正極連接；蓄電池組(3)與直流升壓電路(15)的輸入端連接，直流升壓電路(15)輸出的電壓經過整流濾波電路(16)后直接接入到逆變控制與推挽輸出電路(17)中，經過整流濾波(16)后的輸出電壓再經過電阻反饋電路(20)回饋到P麗脈寬調制控制電路(19)的l腳，該電路在單片機(U3)的控制下輸出交流電壓。8.根據權利要求7所述的一種鈾礦資源勘查智能供電控制裝置，其特征是電壓采樣電路(30)采集蓄電池組(3)輸出端的電壓值，如果蓄電池組(3)的電壓低于10.6V電壓時，單片機微處理器輸出控制信號，切斷直流輸入；P麗輸出采用TL494電壓型P麗脈寬調制電路，并在外部連接了一些電阻分壓網絡，通過電子開關(25)切換不同的分壓比，控制實現9個檔位電壓的輸出，即45V，90V，135V，180V，225V，270V，315V，360V，400V，同時通過檢測輸出電壓，顯示出當前的電壓輸出值；逆變控制電路經過整流濾波輸出穩(wěn)定的電壓，并通過控制橋式功率驅動MOS管的通斷時間，實現輸出電壓頻率分5個檔位改變，即0.125Hz，0.25Hz，0.5Hz，1Hz，2Hz，電壓頻率的改變通過按鍵控制，并實時采樣用數碼顯示出來，輸出保護電路用于檢測電路運行發(fā)生故障時及時對系統(tǒng)實施保護，如過電壓保護和過電流保護，當電流或電壓傳感器檢測到超過額定值時，電子保護電路給微處理器發(fā)出過流、過壓保護信號，此時微處理器封鎖驅動信號，關斷變換器中的開關器件，切斷過流、過壓故障，保證逆變控制器(4)的安全。全文摘要本發(fā)明屬于電力電子控制
技術領域：
，是應用于鈾礦資源與環(huán)境勘探領域中的直流電法勘探技術中的供電裝置。包括蓄電池、太陽能電池組件、逆變控制器等，所述逆變控制器采用STC單片機為核心，它將蓄電池的電能轉換為交流階梯波電壓輸出供給礦場高壓電極用電，輸出電壓頻率可以五個檔之間切換變化，輸出電壓的單邊值可以在十個檔之間切換調節(jié)；本發(fā)明利用了太陽能光伏發(fā)電技術提供電源，利用單片機與CAN通信模塊，實現供電控制裝置的智能化、網絡化；采用了逆變技術、變頻技術，采用了PID算法，通過上位計算機及CAN總線網絡進行遠程切換，具有多頻率、多電壓選擇輸出，具備安全快速高效穩(wěn)定可靠的特點，給野外鈾礦資源和其它礦產資源電法勘查工作者帶來很多方便。文檔編號H02N6/00GK101702526SQ20091018625公開日2010年5月5日申請日期2009年10月16日優(yōu)先權日2009年10月16日發(fā)明者劉慶成,朱兆優(yōu),談楊寧,黎正根申請人:東華理工大學