開關(guān)量輸出通道一般用于繼電器、電磁閥門等模塊的控制，在觀測網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)主要為了實(shí)現(xiàn)各種科學(xué)儀器的電能分配和電能的保護(hù)，采用繼電器輸出方式來實(shí)現(xiàn)電能的分配控制。繼電器輸出模塊工作原理是將單片機(jī)內(nèi)部的輸出數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成繼電器觸點(diǎn)的不同動(dòng)作。單片機(jī)輸出信號“1”對應(yīng)繼電器觸點(diǎn)閉合，單片機(jī)輸出信號“0”對應(yīng)繼電器觸點(diǎn)打開。圖3為某一路輸出模塊電路設(shè)計(jì)圖。開關(guān)量模塊采用光耦隔離，可以實(shí)現(xiàn)繼電器和單片機(jī)的隔離。大功率三極管用來驅(qū)動(dòng)繼電器工作，同時(shí)利用發(fā)光二極管來指示工作狀態(tài)。

3 遠(yuǎn)程電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

觀測網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要包括基站主程序和接駁盒主程序兩大部分。基站主程序通過基站前置機(jī)與接駁盒主程序通信，把從接駁盒監(jiān)控節(jié)點(diǎn)接收到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與換算、界面顯示及數(shù)據(jù)庫存儲等。接駁盒監(jiān)控節(jié)點(diǎn)主程序用于實(shí)現(xiàn)各觀測傳感器的A/D數(shù)據(jù)采集和機(jī)械繼電器開關(guān)控制。

3.1 接駁盒節(jié)點(diǎn)程序

接駁盒節(jié)點(diǎn)主控程序采用C語言開發(fā)設(shè)計(jì)，其程序流程如圖4所示。C805lF020控制程序主要分為初始化程序、主循環(huán)程序、采樣中斷子程序和通信中斷子程序四個(gè)模塊。初始化程序是對C8051F020單片機(jī)的一系列初值進(jìn)行設(shè)定。

主循環(huán)模塊主要包含指令執(zhí)行函數(shù)和數(shù)據(jù)打包上傳函數(shù)。指令執(zhí)行函數(shù)對接收到的上位機(jī)指令進(jìn)行解析，若不符合通信協(xié)議，則返回主循環(huán)；若符合通信協(xié)議，則執(zhí)行相應(yīng)的指令。數(shù)據(jù)打包上傳函數(shù)對要發(fā)送到上位機(jī)的各路采集信號進(jìn)行打包封裝，送到發(fā)送緩沖區(qū)由通信中斷子程序進(jìn)行處理。通信中斷子程序主要進(jìn)行上位機(jī)命令數(shù)據(jù)包的接收和下位機(jī)系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)包的上傳。采樣中斷子程序主要對循環(huán)采樣的各路數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷檢測和處理，并將采樣數(shù)據(jù)暫存。

3.2 岸基站控制臺程序

觀測網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)上位機(jī)軟件要實(shí)現(xiàn)對接駁盒內(nèi)電能參數(shù)進(jìn)行長期實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測，對超過閾值的情況報(bào)警，提供靈活的監(jiān)測方案。一般布置在岸基工作站。利用LabVIEW虛擬儀器可以開發(fā)出功能強(qiáng)大的上位機(jī)軟件，采用Modbus通信協(xié)議，通過RS-485串口實(shí)現(xiàn)與接駁盒下位機(jī)系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)對觀測網(wǎng)絡(luò)電能參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)中涉及到LabVIEW的多個(gè)功能和概念，主要包括枚舉型、事件結(jié)構(gòu)、通知器、狀態(tài)機(jī)、生產(chǎn)者/消費(fèi)者設(shè)計(jì)模式、While循環(huán)等。整個(gè)上位機(jī)軟件充分利用了LabVIEW的并行處理優(yōu)勢，在以隊(duì)列消息處理器為模板的基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，隊(duì)列消息處理器用于進(jìn)行多個(gè)任務(wù)并行執(zhí)行的設(shè)計(jì)，可以在進(jìn)行數(shù)據(jù)連續(xù)采集和存儲任務(wù)的同時(shí)監(jiān)控用戶界面事件。系統(tǒng)的程序框圖如圖5所示，可以看到系統(tǒng)由并行的5個(gè)循環(huán)組成，主要包括事件處理循環(huán)、UI消息循環(huán)、采集數(shù)據(jù)循環(huán)、存儲數(shù)據(jù)循環(huán)、顯示數(shù)據(jù)循環(huán)。事件處理循環(huán)（EHL）主要負(fù)責(zé)按用戶界面操作生成對應(yīng)的消息將事件生成消息傳送到UI消息循環(huán)。UI消息循環(huán)從事件處理循環(huán)接收消息同時(shí)將響應(yīng)消息送到其他消息處理循環(huán)（MHL）。采集數(shù)據(jù)循環(huán)主要進(jìn)行遠(yuǎn)程接駁盒內(nèi)部電能參數(shù)的采集。存儲數(shù)據(jù)循環(huán)主要進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的記錄。顯示數(shù)據(jù)循環(huán)主要進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的處理和波形圖表的更新。

4 系統(tǒng)測試與實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證觀測網(wǎng)電能管理系統(tǒng)能否有效地實(shí)現(xiàn)電能的管理控制，利用臺式機(jī)（其中帶有RS485接口）來進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的顯示，并在次級接駁盒接上各種傳感設(shè)備，如圖6所示。觀測網(wǎng)電能管理系統(tǒng)將采集的電能參數(shù)通過傳輸系統(tǒng)送到2M協(xié)轉(zhuǎn)口，并通過相應(yīng)的監(jiān)控軟件進(jìn)行顯示。