號引腳：TXD、 RXD以及邏輯公共地。這些引腳電平為TTL兼容電平。
[0087] 紅色LED連接到MCU的一個10口，在裝置工作過程中以500毫秒的頻率閃爍，指 示監(jiān)控裝置的運行狀況。
[0088] 繼電器驅(qū)動電路由雙極性三極管9014D及限流電阻組成，連接到2端繼電器接線 端子，這個接線端子用來連接繼電器的線圈。繼電器驅(qū)動電路連接到電源穩(wěn)壓電路，獲得驅(qū) 動電源。
[0089] 電源連接器為3針，間距為2. 54mm的普通連接器，用于連接電源管理板。它的2 供電引腳在監(jiān)控板上連接到電源穩(wěn)壓電路，后者對來自電源連接器的電源進行去耦、濾波、 穩(wěn)壓分路后分別提供給MCU電路和繼電器驅(qū)動電路。
[0090] 電源連接器中的另外一個引腳連接提供電平信號，指示裝置是否由備用電池供 電，該引腳直接連接到MCU電路中MCU芯片的一個10 口。
[0091] MCU電路由MCU及復(fù)位電路、振蕩器電路組成，其中運行一個嵌入式軟件，控制整 個裝置的工作。MCU可選用帶有3個或以上UART接口、看門狗電路、不少于32KFLASH及2K RAM的MCU。優(yōu)選NXP生產(chǎn)的LPC2365芯片，該芯片的CPU為ARM7TDMI-S32位處理器，具 有256KBFLSH以及32KBSRAM，有DMA、VIC、4個UART、看門狗定時器、RTC及電池備份RAM、 10/100M以太網(wǎng)MAC、多個定時器、PWM模塊、SPI、I2S、IIC、SSP、10 位ADC、10 位DAC、高速 GPI0等豐富的外設(shè)，有充足資源實現(xiàn)本發(fā)明需要的功能，且可以根據(jù)需要升級。
[0092]MCU內(nèi)部FLASH中加密存儲有控制此裝置的嵌入式軟件，加密嵌入式軟件可以通 過FLASH編程工具實現(xiàn)，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所周知。
[0093]MCU內(nèi)部FLASH存儲有預(yù)置管理員手機或監(jiān)控中心短信模塊手機號、預(yù)置管理員 口令、唯一的ID(標(biāo)示編碼）。這些信息采用通用的FLASH編程工具加密寫入MCU內(nèi)部FLASH 的固定地址。
[0094] GSM模塊用來收發(fā)短信，為一個支持三線RS232接口訪問的工業(yè)級移動通信模塊。
[0095] 單相功率測量模塊測量工控機的功耗參數(shù)：電壓、電流、功率因子。優(yōu)選電子式單 相功率測量模塊，且需帶有3線UART接口用于輸出測量結(jié)果。
[0096] 繼電器電路優(yōu)選為常閉繼電器。繼電器的線圈端子鏈接到控制板的2個繼電器驅(qū) 動輸出端子，因此受控制而導(dǎo)通或斷開。
[0097] 輸入插座根據(jù)具體情況，可以為通用直流BNC插座或交流插座；它通過電源電纜 連接到外部直流或交流電力網(wǎng)絡(luò)。輸出插座根據(jù)工控機電源電纜插頭對應(yīng)的插座配備，因 此可以使得工控機的供電電纜直接插入。
[0098] 輸入插座和輸出插座的電源正極或者交流火線端子分別連接到繼電器的兩個觸 點，其他兩根線，即電源負極或者交流中線以及保護地線端子直接通過"飛線"互連。
[0099] 當(dāng)繼電器斷開時，電源正極或交流火線同電源斷開，因此工控機失去電源；繼電器 閉合時，電源正極或交流火線同電源接通，工控機得到電源。通過先關(guān)掉電源，延時1分鐘 再接通電源，就可以完成復(fù)位工控機的動作。這樣設(shè)計的好處是：1，方便使用和集成，因為 工控機可以不做任何變動（不用打開工控機并引出其復(fù)位引腳）；2,先掉電再重新上電的 冷啟動方式會更徹底的復(fù)位工控機，比熱啟動的效果更好。3,即使監(jiān)控裝置損壞，也非常容 易維護：維護人員可以簡單地直接把工控機插到電源插座繼續(xù)工作，然后再修理或更換監(jiān) 控裝置。
[0100] 因為采用的是常閉繼電器，所以監(jiān)控裝置和工控機共用的電源掉電恢復(fù)后，工控 機能夠自動繼續(xù)工作，而不需用戶干預(yù)；更重要的是，即使因為長時間停電導(dǎo)致監(jiān)控裝置電 池耗盡電量，也不會出現(xiàn)電源正常后工控機不能自動啟動的問題。
[0101] 電池選用容量為1700mAH、4. 2V輸出或類似規(guī)格的鋰電池。電池為此裝置提供備 用電源，防止突然掉電失去同遠程管理者的聯(lián)絡(luò)并因而不能發(fā)送報警信息；由于電池可以 支持監(jiān)控裝置在電源失去后繼續(xù)工作一段時間，所以在工控機掉電后一段時間內(nèi)可以繼續(xù) 監(jiān)視工控機的電源情況以及響應(yīng)短信查詢。電池通過導(dǎo)線連接到電源管理板的電池連接 器。
[0102] 電源管理板包括外電源輸入插座、監(jiān)控板電源連接器、短信模塊電源連接器、電源 適配模塊、電池充電電路、電池連接器、自動切換電路、穩(wěn)壓分路電路以及安裝這些部件的 PCB，如圖5所示。
[0103] 外電源輸入插座用于連接到電源適配模塊，后者把外電源變換為直流5V;電源適 配模塊連接到電池充電電路以及自動切換電路；電池充電電路用于對電池充電，連接到電 池連接器；電池連接器用于連接鋰離子電池，同時連接到自動切換電路；自動切換電路把 輸入的兩路電壓更大的一個自動切換到穩(wěn)壓分路電路；穩(wěn)壓分路電路對切換進來的電壓進 行穩(wěn)壓后分為2路，分別送到監(jiān)控電源連接器和短信模塊電源連接器；自動切換電路輸出 一個狀態(tài)信號，指示是否電源適配模塊的輸出電壓大于電池電壓，這個信號一方面連接到 電池充電電路，控制是否對電池充電：若電源適配模塊的輸出電壓大于電池電壓則對電池 充電，否則禁止電池充電電路對電池充電；另一方面，這個信號送到監(jiān)控電源連接器，并進 而送到監(jiān)控板，指示是否外電路電壓存在：若電源適配模塊的輸出電壓大于電池電壓，則外 電源存在，否則不存在。
[0104] 短信模塊電源連接器為2針2. 54mm引腳間距的普通連接器，用來連接短信模塊的 電源輸入端子，為短信模塊提供電源。
[0105] 監(jiān)控電源連接器為為3針2. 54mm引腳間距的普通連接器，其中2個為電壓輸出 針，另一個為電平信號，指示是否外電源存在；此連接器用于監(jiān)控板，為其提供工作電源及 外電源是否存在的信息。
[0106] 電源適配模塊優(yōu)選輸出5V直流電壓的工業(yè)級AC-DC或DC-DC模塊。若工控機由 直流電壓供電，則采用DC-DC模塊；如果工控機直接使用市電網(wǎng)絡(luò)供電，則采用AC-DC模塊。
[0107] 充電電路1C優(yōu)選以LTC4059A芯片及外圍元件組成的充電器電路，而自動切換電 路優(yōu)選LTC4413芯片及外圍元件組成的切換電路。
[0108] 繼電器電路由常閉繼電器、驅(qū)動電路組成。驅(qū)動電路驅(qū)動繼電器線圈，使得繼電器 的2個觸點導(dǎo)通或斷開。MCU的一個10 口，連接到繼電器驅(qū)動電路，因此能夠控制繼電器的 2個觸點導(dǎo)通或斷開?？紤]到復(fù)位后MCU10 口默認為高電平，所以設(shè)計繼電器驅(qū)動電路為 低電平動作，即：若10 口為高電平，常閉繼電器繼續(xù)閉合，同沒上電時同樣狀態(tài)；若10 口為 低電平，則繼電器觸點斷開。這樣即使監(jiān)控裝置意外復(fù)位也不會導(dǎo)致繼電器動作，影響工控 機。
[0109] 圖6為監(jiān)控裝置嵌入式軟件邏輯功能的數(shù)據(jù)流圖。該軟件通過MCU的一個UART 接口每隔一分鐘發(fā)送命令（這些命令如前監(jiān)控軟件部分所述）給工控機上的監(jiān)控軟件來查 詢被監(jiān)控的工控應(yīng)用軟件的工作狀態(tài)，如果有異常就通過短信發(fā)送相關(guān)的信息給監(jiān)控者預(yù) 置的手機號碼；如果連續(xù)3次發(fā)送給工控機上監(jiān)控軟件的命令沒有收到響應(yīng)，則判斷工控 機死機，于是發(fā)送報警信息給監(jiān)控者預(yù)置的手機號碼。該軟件同時監(jiān)聽連接在MCU另外一 個UART接口上的GSM模塊，并根據(jù)接收到到短信命令執(zhí)行對應(yīng)動作。此外，該軟件設(shè)置MCU 內(nèi)部的看門狗定時器超時時間為2分鐘，然后在適當(dāng)?shù)牡胤角辶憧撮T狗保證正常運行。因 為此嵌入式軟件代碼量小，邏輯簡單，看門狗的定時復(fù)位指令的加入不會影響軟件的開發(fā) 難度。最后，該軟件通過每隔1分鐘讀取來自電源管理板的外部電源狀態(tài)引腳電平，在檢測 到外部電源掉電后自動發(fā)送報警信息給管理員或監(jiān)控服務(wù)器。
[0110] 監(jiān)控軟件安裝在工控機上，作為工控機的一個進程運行。有二個功能：1，用于獲得 工控應(yīng)用軟件的工作狀況并且反饋給監(jiān)控裝置；2,啟動或停止工控機應(yīng)用軟件。每個被監(jiān) 控的工控機都需要安裝一套監(jiān)控軟件，并且提供同被監(jiān)控的軟件相對應(yīng)的配置文件。配置 文件規(guī)定了工控軟件集合的每一個軟件的CPU占用率及內(nèi)存占用量的正常范圍以及串口 通訊參數(shù)配置。監(jiān)控軟件運行在工控機操作系統(tǒng)的最高運行優(yōu)先級，在工控機啟動后自動 運行，并且持續(xù)監(jiān)聽一個連接著監(jiān)控裝置的串口，當(dāng)收到串口來的命令時就執(zhí)行并通過串 口反饋結(jié)果給監(jiān)控裝置。
[0111] 圖7為監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)流圖，它通過調(diào)用OS進程相關(guān)的API獲得被監(jiān)控軟件所耗費 的CPU占用率、內(nèi)存占用量，并同軟件正常運行時的CPU占用率和內(nèi)存占用量范圍相對照， 因此能夠判斷應(yīng)用軟件是否發(fā)生異常；它也可通過調(diào)用OS進程相關(guān)API控制軟件的啟、停、 或重啟。
[0112] 監(jiān)控軟件按照其配置文件規(guī)定的波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位、及端口號等串口設(shè)置配 置好該串口，這個串口連接有監(jiān)控裝置。監(jiān)控軟件然后監(jiān)聽該串口，從而可以及時接收到監(jiān) 控裝置發(fā)給它的命令，并對其進行解析執(zhí)行
[0113] 監(jiān)控軟件必須工作在最高運行優(yōu)先級，這保證它可以立即響應(yīng)來自監(jiān)控裝置的命 令。
[0114] 監(jiān)控軟件的配置文件是一個ASCII碼文本文件，規(guī)定了如下項目