基于嵌入式WEB服务器的远程电源开关设计探讨

基于嵌入式WEB服务器的远程电源开关设计探讨

陈杰

苏州全道通检测技术有限公司 江苏省苏州市 215000

摘要：伴随社会经济的持续、快速化，社会工业、生活用电量逐渐增大，这给电力系统运行安全带来了严峻挑战。在整个电力系统当中，电源开关为其不可分割的重要构成，其运行的好坏、优劣直接影响着电力系统的安全。本文将TCP/IP协议嵌入到微控制器当中，且借助HTTP协议来进行嵌入式WEB服务器的设计；另外，通过计算机联合WEB服务器，达到远程控制电源开关的目的，望能为此方面设计研究提供一些参考。

关键词：嵌入式WEB服务器；远程电源开关；设计

在诸如生活用电、工业用电等方面，无论是电源的接通还是断开，均需要以人工操作的方式来完成，这不仅会给工人的日常工作带来许多不便，而且优势在无人管理的状况下，还容易造成电能的浪费，甚至造成人身伤害与财产损失。故需找寻一种能够有效解决远程电源开关问题的方法。本文结合当前实况，围绕传统开关电源的设计思路，探讨了一种以嵌入式WEB服务器为基础的远程电源开关设计方案，现就具体的设计思路剖析如下。

1.开关电源的工作原理

针对开关电源来讲，其在具体的设计原理上，即为以电子技术为基础，借助各种元器件（比如半导体等），对开关的打开与关闭进行实时控制，以此为电压的稳定、顺畅输出提供切实保障；另外，还需要指出的是，以开关电源为基础，可以对内部晶体管的开关进行有效控制。如果晶体管处于导通状态，此时，电流较大，且电压较低；如果晶体管处于闭合状态，此时，电流较小且电压较高。于各种半导体元件的辅助下，能够为开关电源的正常运作提供便利，使其在较低损耗的前提下，能够高质量的为机电设备等的高效运转提供各种规格的稳定电源。需要强调的是，于整流、滤波作用下，交流电压能够向直流电压进行转换，此时，在所获得的直流电压当中，囊括有一定的脉冲成分。如果围绕含一定脉冲成分的电压，采用高频交换器对其进行再次整流、滤波等操作，那么能够得到可提供给机电设备的稳定直流电压。

2.传统开关电源的设计思路

（1）硬件设计。①输入电路。对于输入电路而言，实际就是交流电压向系统输入的具体路径。通过分析开关电源的工作原理得知，在输入电路当中，需要根据实际情况及需要，十二指整流滤波电路、滤波器。其中，针对滤波器来讲，其主要起到将所输入的交流、电压中的电磁干扰消除掉的作用。②功率变换电路。参照功率变换电路的基本要求，需要为此电路配规格相符的控制芯片、变压器、功率管等。③功率管选型。需要指出的是，在整个半桥式逆变电路当中，功率管为其关键元器件。为了提高运行的安全性，通常情况下，开关管所能够承受的最高电压就是输入电压。将开关管的最高电压设定成350V，此时，通过换算可得到与之相对应的电流值，即14A。④芯片选型。在整个功率变换电路当中，控制芯片乃是其核心处理器，通过控制芯片的应用，能够有效调节半桥变换电路当中功率开关管的占空比，而且于功率管驱动电路下，能够保证开关电源所输出的直流电压是稳定电压。⑤设计保护电路。在向机电设备进行供电时，为了能够提高开关电源的稳定性，最大程度降低其对机电设备所造成的冲击，需要围绕开关电源，设置各种保护电路，比如过压保护电路、过温保护电路、欠压保护电路等。（2）软件设计。需要指出的是，开关电源相对应的程序软件是实现其各种功能的根基，比如过温保护、输出电压监测、控制开关电源输出电压值及过压、欠压等。依据可靠性分析及生产需求，可进行以网络中断程序为基础的流程图设计，其能够围绕开关电源，对其实施过温、欠压、过压保护，为开关电源在供电时的可靠性、安全性提供切实保障。

3.以嵌入式WEB服务器为基础的远程电源开关设计

3.1硬件设计

图1即为远程电源开关的总体结构框架。其主要由三部分构成：其一为控制模块，其二是以太网接口模块，其三是微控制器。其中，为了能够让电源控制开关更好的介入到以太网当中，通常需要经以太网接口模块，把它连入到以太网中。为了能够对整个电路设计进行简化，可选用微控制器（内部集成以太网控制器）；而在具体的控制模块上，可以选择可控硅或者继电器等，达到单片机弱电控制用电器强电的目的。

3.2软件设计

3.2.1嵌入式TCP/IP协议构架

在设计系统软件时，嵌入式TCP/IP协议设计为其核心。在此协议当中，主要由4层构成，分别是应用层、传输层、网络层与数据链路层。在应用层当中，需要对2个应用程序进行设计：（1）围绕HTTP协议，进行嵌入式WEB服务器的设计，用作控制远程通信（电源开关与计算机之间）。（2）对Ping命令进行调用，就远程电源开关与计算机之间的连通性进行测试。在传输层上，多采用的是TCP协议。应用层相对应的HTTP协议被封装为TCP协议的模式。在网络层上，主要采用的是ICMP、IP协议；其中，无论是传输层的UDP、TCP协议，还是本层的ICMP协议，均需要进行封装，使之成为IP协议格式，然后实施传输。需要指出的是，网络层及以上成，所用IP地址为32位，而对于数据链路层而言，其所使用的是MAC地址（48位），所以采用的是ARP协议。

要想将远程开关更好的接入到以太网中，需要借助以太网控制器相对应的驱动程序来进行设计，多用于实现以太网控制器的读写程序设计及初始化设计。

3.2.2设计嵌入式WEB服务器

WEB服务器又被称作HTTP服务器，其能够经HTTP协议实现与客户端之间的实时通信。此客户端所指的实际就是WEB浏览器。针对HTTP来分析，其实为一种能够经Internet实现客户端（浏览器）与WEB服务器之间数据收发的协议，即客户端将一个请求发出，而服务器对此请求予以响应。基于功能层面来分析，WEB服务器能够对用户端的服务请求进行监听，且依据用户请求类型的不同，提供与之相匹配的服务；而对于用户端来分析，主要借助WEB服务器、WEB浏览器来实现通信。需要指出的是，当WEB服务器对用户端请求完成接收后，会对其进行处理，且将所需数据返回。在整个HTTP架构当中，客户端始终通过构建1个连接，并完成1个HTTP请求的发送，达到发起1个事务的目的。需要强调的是，服务器不能主动连接客户端，也不能将回叫连接发送给客户端。

图1  系统硬件的基本架构

4.结语

综上，本文围绕开关电源的工作原理及传统开关电源的设计思路，以嵌入式WEB服务器为基础，分别从硬件、软件两方面来设计远程电源开关，此设计方案始终秉持这节约能源及降低自身造价的基本原则，因而未来市场潜力大且前景广阔，能够在诸如智能小区、工厂、学校等场合应用，应用价值突出。

参考文献：

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[2]殷华英.一款基于WiFi无线的电源开关指令系统设计[J].承德石油高等专科学校学报，2021，23（1）：37-40.

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