柴油發電機組主操作界面是發電機組的控制裝置，可實現對發電機組物理量的檢測并顯示，發電機的起動、運轉、（正常、緊急）停機等控制性操作，供電及負荷測定與切換，發電機組保護，損壞診測，遠程通信遙測、遙控等。主控制面板增強了發電機組運行的可靠性以及人機交流的方便性。本文以眾智HGM6320主監控系統為例，詳細敘談該型控制柜模塊的工作原理、功用、參數設置以及使用說明。

眾智HGM6320主操作系統的詳細功用是用于發電機組自動化及監控裝置，實現發電機組的自動開機/停機、參數測定、報警保護及“三遙用途”?？刂葡到y采用大屏幕液晶（LCD）顯示，中/英文可選定界面操作，使用簡單，運行可靠，其性能和特點如下所述。

④ 數據設置用途：允許用戶對其數據進行更改設定，同時記憶在內部FLASH存儲器內，在機構掉電時也不會丟失。

⑧ 模塊化構造設計，可插拔式接線端子，嵌入式裝配方式，構造緊湊，裝配方便。眾智HGM6320 主監控系統的主要技術要求見表1。

主控制屏采用32位單片機作為核心控制器件，并進行適當外圍擴展，顯示單元采用具有低溫作業特征的熒光點陣顯示器，顯示各種參量的實時數字值，實現了參數論說、消除及控制自動化，并具備遙測、遙信、遙控功能。其硬件框圖如圖1所示，由CPU、A/D切換電路、DC/DC切換電路、工況購買測定電路、電壓測定電路、轉速測量電路、輸出控制電路、按鍵接收電路、顯示電路和串行接口等部分結構。

① 可靠性高。芯片是按照工業測控環境要求布置的，其抗工業噪聲干擾能力優于一般通用的CPU；方式指令、常數、表格固化在芯片內ROM中不易被破壞；許多信號通道均在一個芯片內，故可靠性高。

片內具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多擴展用的總線及并行、串行輸入/輸出引腳，可方便地構造各種規模的單片機應用裝置。

為了滿足工業控制的要求，一般單片機的指令機構有極其豐富的條件分支轉移指令、I/O口的邏輯使用及位清除指令。一般說來，單片機的邏輯控制作用及運行轉速均高于同一檔次的微排除器。

眾智HGM6320監控系統的核心消除器類型為ATmega128A（其引腳定義如圖2和表2所示），該單片機是基于電壓調節器（Automatic Voltage Regu-lation，電壓自動調整）、RISC（Re-duced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機）結構的8位低功CMOS微排除器。穩壓板內核具有豐富的指令集和32個通用作業寄存器。所有寄存器都直接與算術邏輯單元ALU(Arithmetic and Logic Unit) 相連接，使得一條指令可在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立寄存器。這種構造大大提升了代碼效率，且具有比普通的復雜指令集微解決器高10倍的參數吞吐率。

PEN是SPI（串行外設接口，Serial Peripheral Interface的縮寫）串行下載的使能引腳。在上電復位時保持PEN為低電平將使器件進入SPI串行下載模式。在正常工作過程中PEN引腳沒有其他作用

端口E為8位雙向I/O口，并具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特征，可以輸出和吸收電網流。作為輸入操作時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。復位發生時端口E為三態。端口E也可以用作其他不同的特殊功能，詳見相關專業書籍

端口B為8位雙向1/O口，并具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收電網流。作為輸入操作時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。復位發生時端口B為三態。端口B也可以用作其他不一樣的特殊功用，詳見相關專業書籍

端口G為5位雙向1/O口，并具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入操作時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。復位發生時端口G為三態。端口G也可以用作其他不同的特殊功能，詳見相關專業書籍在ATmega103兼容模式下，端口G只能作為外部存儲器的鎖存信號以及32kHz振蕩器的輸入，并且在復位時這些引腳初始化為PGO＝1、PG1＝1以及PG2＝0。PG3和PG4是振蕩器引腳

端口D為8位雙向1/O口，并具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特點，可以輸出和吸收電網流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。復位發生時端口D為三態。端口D也可以用作其他不同的特殊用途，詳見相關專業書籍

端口C為8位雙向I/O口，并具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特征，可以輸出和吸收市電流。作為輸入操作時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出

電流。復位發生時端口C為三態。端口C也可以用作其他不同的特殊用途，詳見相關專業書籍。在ATmega103兼容模式下，端口C只能作為輸出，而且在復位產生時不是三態

端口A為8位雙向1/O口，并具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收電網流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。復位產生時端口A為三態。端口A也可以用作其他不一樣的特殊用途，詳見相關專業書籍

如果不作為ADC的模擬輸入，端口F可以作為8位雙向I/O口，并具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特征，可以輸出和吸收電網流。作為輸入操作時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。復位產生時端口F為三態。如果使能了JTAG（Joint Test Action Group，聯合測試行動小組，是一種國際標準測試協議，IEEE1149.1兼容）接口，則復位產生時引腳PF7（TDI）、PF5（TMS）和PF4（TCK）的上拉電阻使能。端口F也可以作為JTAG接口。在ATmega103兼容模式下，端口F只能作為輸入引腳

AVCC為端口F以及ADC轉換器的電源，需要與VCC相連接，即使沒有使用ADC也該當如此。使用ADC時應該通過一個低通濾波器與VCC連接

ATmega 128A單片機總共有6個8位并行I/O端口，分別記作PA0～PA7、PB0～PB7、PCO～PC7、PD0～PD7、PEO～PE7、PF0～PF7和1個5位并行I/O端口PG0～PG4。每個端口為準雙向口，都具有讀-修改-寫的功用，每一條I/O線都能夠獨立地用作輸入或輸出。單片機I/O端口的電路規劃非常巧妙，知曉I/O端口邏輯電路，不但有利于準確合理地使用端口，而且會對布置單片機外圍邏輯電路有所啟發。

單片機每個端口除了一般的數字I/O用途之外，大多數端口引腳都具有第二作用。如端口PORTA的第二用途為擴展三總線位；端口PORTB的第二用途主要有SPI串行監控系統接口、定時/計數器的比較輸出和PWM輸出接口；端口PC的第366二功用為地址總線位；端口PORTD的第二功用為串行通信接口、外中斷申請信號輸入接口和定期/計數器時鐘輸入接口等。

眾智HGM6320控制模塊應用單片機輸入輸出端口的場合有：開關量輸入測量，如緊急停機、油壓低停機報警信號、水溫高停機報警信號；開關量輸出控制，如8個繼電器的控制。

模數轉換器ADC是模擬信號源和計算機之間聯系的橋梁，其任務是將連續變化的模擬信號切換為離散的數字信號，以便計算機進行運算、存儲、控制和顯示等。因為運用場合和要求不同，因而需要采用不同工作機理的A/D轉換器，主要有逐次逼近式、雙斜積分式、電壓-頻率式、并行式等幾種。ATmega128A有一個10位的逐次逼近型模數切換器ADC。ADC與一個8通道的模擬多路開關連接，能對來自PORTF的8路單端輸入電壓進行采樣。

逐次逼近式A/D切換器也稱為持續比較式A/D轉換器。這是一種采用對分搜索機理來實現A/D切換的器件，邏輯框圖如圖3所示。它具體由比較器、N位寄存器、D/A轉換器、時序與控制邏輯電路以及輸出緩沖器（鎖存器）等五部分組成。

其作業機理為：起動信號用途后，時鐘信號在時序與控制邏輯電路功能下，首先使寄存器的較高位輸出D

＝1，其余位為“0”，N位寄存器的數字量一方面作為輸出用，另一方面經D/A切換器轉換成模擬量VH后送到比較器輸入端，在比較器中與被轉換的模擬量Vx進行比較，時序與控制邏輯電路根據比較器的輸出進行判定。若V

N-2進行比較，使DN-2＝1，與上一位DN-1位一起送入D/A轉換器，切換后再進入比較器，與VX比較，······，如此一位一位地繼續下去，直到最后一位D0比較完畢為止。此時，DONE發出信號表示轉換結束。這樣經過N次比較后，N位寄存器的數字量即為VX所對應的數字量。眾智HGM6320控制器運用單片機的模數切換器，將電網/發電電壓/電流、水溫感應器和油壓傳感器等電壓信號轉換成數字量。③ 定時/計數器ATmega128A單片機的內部有2個具有獨立的預分頻器和比較器功用的8位定期/計數器和2個具有預分頻器、比較功能和捕捉用途的16位定時/計數器，它們都有定時和事件計數功能，可用于定時控制、延時、對外部事件計數和測量、PWM信號發生等場合。眾智HGM6320控制系統運用單片機的定時/計數器測量速度探頭的脈沖頻率，計算出發電機的轉速。④ 串行通信接口

串行通信接口，其全稱為通用同步或異步串行接收/發送器（US-ART，Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter），是一個全雙工串行通信接口，即能同時進行串行發送和接收。它可作通用異步接收和發送器用，也可作同步移位寄存器用。應用串行接口可實現單片機機構之間點對點的單機通信、多機通信和單片機與系統機（如PC機等）的單機或多機通信。在串行通信規劃中，要保證通信雙方的通信波特率和工作方法要一致。一般通信波特率可選為300bps、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps和57600bps，而作業步驟的選擇需要確定參數位數發電機組廠家、停止位數和奇偶校驗位等。

人-機界面是使用人員與控制模塊進行信息交互的渠道，詳細由信息輸出顯示和指令輸入兩部分。人-機接口電路主要由液晶顯示器、發光二極管和按鍵輸入電路組成。

發電機組主控制系統實時測量發電機組的許多模擬量，包括水溫、油壓、直流電壓、交流電流和交流電壓等，下面分別推薦各種模擬量的檢測接口電路和機理。

水溫感應器和壓力傳感器均可采用電阻型傳感器，即探頭內置一個隨著溫度和壓力變化而阻值變化的電阻，其測定接口電路和檢測機理是相同的。接口電路的作用是將變化的電阻轉換成0～3.3V的直流電壓，如圖4所示。 

1OPS經RC濾波后送入單片機內部的模數轉換器的輸入接口OPL1，經過AD轉換后，得到對應的數字量。下式是上拉電阻和溫變電阻分壓后的電壓計算公式： .......................................(公式1) 

②直流電壓整形電路 直流電壓整形電路是將電池電壓或充電機電壓進行降壓和濾波后，轉換成0～3.3V的直流電壓，送入單片機的模擬輸入端口進行模數轉換。電路機理圖如圖5所示，R1

2進行濾波，穩壓二極管VD1可吸收高于5V的電壓尖峰，對單片機的模擬輸入端口進行防過壓保護發電機型號規格及功率。單片機測定的直流電壓公式如下所示：

發電機組主監控系統需要實時測量電網電壓、發電機輸出電壓、負載電流，并計算出負荷的有功功率、無功容量、視在功率、容量因數和累計電能等。對負荷電流的切換是通過兩組互感器實現的，通過電流互感器將發電機組輸出電流轉換成0～5A的交流電信號，該電流送入發電機組主監控系統的三個精密電流互感器，三相電流分別從IA、IB、IC流入三個精密電流互感器，進入公共端ICOM（如圖6所示）。在每個精密電流互感器的輸出端，感應出0～5mA電流，分別通過電阻R

開關量輸入接口電路可以將發電機組中傳感器的開關狀態和電平變化狀態整理為0或5V的規則電壓，送入單片機的輸入端口。圖6-17是開關量輸入接口電路機理圖，當開關K斷開時，二極管VD1截止，SW1的信號由R1和R2連接到VCC，電壓為5V；當開關K閉合時，二極管VD1導通，SW1的信號由R

、VD1和K連接到GND，電壓為0V左右。在電路中增加二極管VD1，是為了保護輸入單片機端口的電壓不能偏高，當開關K斷開時，引腳1OPL可能會引入高電壓，如靜電或意外接入高電平，若沒有二極管，高電壓會通過R

引入單片機端口，燒毀單片機；加入二極管后，當1OPL電壓高于VCC時，二極管VD1反向截止，高電壓就不可能通過VD1竄入單片機端口。

圖8是測定電平信號變化的接口電路，當外部電壓STOP低于4.2V時，經R1和R2串聯分壓后，三極管Q1基極電壓低于0.7V，Q1截止，STOPIN經R3

1和R2分壓后，Q1基極電壓高于0.7V，Q1導通，STOPIN經Q1連接到GND，輸出為OV。當STOP輸入反向電壓時，電流經二極管VD1和R1形成回路，保護Q1基極和發射極不被反向擊穿。

主控制屏對執行器的控制，主要是通過繼電器實現的，圖9是繼電器輸出電路機理圖。繼電器由線圈和觸點構造，線圈的工作電源由VREL提供（9V）；觸點由公共觸點COM、常開觸點NO和常閉觸點NC構成，在繼電器不動作時，公共觸點COM與常閉觸點NC連通，繼電器動作時，公共觸點COM與常開觸點NO連通。當單片機輸出端口RELO輸出高電平常，三極管Q1導通，繼電器線圈發生較強磁場，吸合觸點動作，COM與NO連通；當單片機端口RELO輸出低電日常，三極管Q1截止，繼電器線圈失電，觸點在彈簧功能下恢復，COM與常閉觸點NC連通。