專利名稱：模塊化多功能監(jiān)控主機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)監(jiān)控領域，尤其涉及一種應用于電力隧道環(huán)境多狀態(tài)實時監(jiān)
控的模塊化多功能監(jiān)控主機。
背景技術：
隨著城市的加速發(fā)展，電力隧道的迅速增長，電力負荷的急劇增加，電網電力隧道 和工作井的運行維護工作面臨著巨大壓力如何保證隧道內電纜不因過載、過熱等情況突 發(fā)大的運行安全事故；隧道內積水、有毒氣體等不影響到供電系統(tǒng)的安全等新的要求，僅靠 大量增加運行人員數(shù)量來應對已經不現(xiàn)實，采用現(xiàn)代化的技術手段來提高電力隧道、管井、 開閉站運行維護水平是當務之急。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種具有結構簡單，使用方便，有效保 障供電安全，全面了解電力隧道標準段內主干電纜的運行狀態(tài)等優(yōu)點的模塊化多功能監(jiān)控 主機。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案 —種模塊化多功能監(jiān)控主機，它包括BOARD底板，BOARD底板與MSB數(shù)據采集及通 信模塊、PWUB電源轉換及鈴流產生模塊和COMB串口通信模塊雙向通信；其中，PWUB電源 轉換及鈴流產生模塊完成電源的轉換和鈴流信號的產生；MSB數(shù)據采集及通信模塊完成下 行數(shù)據的發(fā)送，上行數(shù)據的檢測接收以及和COMB串口通信模塊的通信；C0MB串口通信模塊 完成MSB數(shù)據采集及通信模塊與上層Realtime實時監(jiān)控平臺之間的通信，通過COMB串口 通信模塊轉化成網口與監(jiān)控平臺連接；B0ARD底板完成與PWUB電源轉換及鈴流產生模塊、 COMB串口通信模塊以及MSB數(shù)據采集及通信模塊之間的數(shù)據交互和電源供電。本發(fā)明模塊 化多功能監(jiān)控主機主要由4個模塊化功能塊組成，分別是PWUB電源轉換及鈴流產生模塊， COMB串口通信模塊，MSB數(shù)據采集及通信模塊和BOARD底板。 一臺完整的監(jiān)控主機最大容 量是8個MSB數(shù)據采集及通信模塊，2個COMB串口通信模塊，2個PWUB電源轉換及鈴流產 生模塊，l個BOARD底板。 PWUB電源轉換及鈴流產生模塊，主要完成電源的轉換和鈴流信號的產生。PWUB 的電源輸入為+48V，為了避免輸入電源極性的正負區(qū)分，在入口處加入了整流電路，然后 分開2路各加保險給各自電路供電；一路加2A保險，經過濾波，然后經過電源轉換模塊 LDC20-48S5轉換出+5V，通過DIN64端子將5V電壓提供給MSB數(shù)據采集及通信模塊；另一 部加5A保險，經過濾波分別提供給MSB數(shù)據采集及通信模塊和COMB串口通信模塊以及鈴 流功放電路。鈴流產生電路由PIC單片機通過串行口控制鈴流發(fā)生器產生需要頻率的鈴流 信號，經過放大預處理，然后經過功放放大，提供給MSB數(shù)據采集及通信模塊。此電路板增 加了撥碼開關，可以通過開關的選擇來選擇不同的頻率，同時通過電位器的調節(jié)可以調節(jié) 輸出鈴流信號的幅度大小。
MSB數(shù)據采集及通信模塊，主要完成下行數(shù)據的發(fā)送，上行數(shù)據的檢測接收，以及 和串口板的通信。MSB模塊能夠根據插槽的位置自動識別自己的地址，同時根據撥碼開關的 位置識別自己為主工作模式還是備用工作模式，模塊化監(jiān)控主機共提供8個MSB插槽，工作 在主模式，8塊MSB板子同時工作，每塊MSB提供8路接口 ，這樣一 臺主機共64個接口 ；工作 在備用工作方式，相鄰的主板互為備份，這樣一臺主機同時只有4塊MSB板工作，共提供32 個接口。MSB模塊主控芯片為51單片機，發(fā)送和接收電路都是通過8位數(shù)據線接口配合片選 來實現(xiàn)，發(fā)送部分通過數(shù)據線來選擇選通哪一個通道，將鈴流信號通過可控硅發(fā)送到端口 ； 8路通道的接收口都有自己獨立的比較器電路和濾波電路，經過模擬開關來選擇輸入那一 路，同時該路發(fā)送或者接收的時候點亮面板上該路的指示燈，用以直觀識別工作通道；輸出 接口端子有2個，其中一個端子為電源端子，另一個端子為通信端子，通信端子又分開為主
工作方式輸出端口和備用模式輸出端口。 COMB串口通信模塊，主要完成各MSB數(shù)據采集及通信模塊與上層realtime實時 監(jiān)控平臺之間的通信，MSB模塊與COMB模塊之間為串口通信，通過COMB串口通信模塊轉化 成網口與平臺計算機連接。COMB串口通信模塊使用標準的多串口服務器，將串口轉換成網 口 ，與Realtime實時監(jiān)控平臺連接。 BOARD互通底板及接口輸出模塊，主要完成PWUB電源轉換及鈴流產生模塊，COMB 串口通信模塊，MSB數(shù)據采集及通信模塊三個模塊之間的數(shù)據交互和電源供電。
本發(fā)明的有益效果是設計模塊化，方便更換和維護；主機由備份工作模式可選， 增加了主機工作的可靠性和穩(wěn)定性。PWUB電源轉換及鈴流產生模塊，COMB串口通信模塊， MSB數(shù)據采集及通信模塊三個模塊與底板接口采用統(tǒng)一的接插件，但是又采用不同的定位， 所以無論什么情況都能保證三個模塊不會插錯位置。主機能最大容納8塊數(shù)據采集及通信 模塊，接口數(shù)量多，方便擴展和多終端使用。


圖1 :主機組成框圖； 圖2 :PWUB電源轉換及鈴流產生模塊； 圖3 :MSB數(shù)據采集及通信模塊； 圖4 :MSB數(shù)據采集及通信模塊單片機主控電路； 圖5 :MSB數(shù)據采集及通信模塊信號發(fā)送控制電路； 圖6 :MSB數(shù)據采集及通信模塊信號接收控制電路； 圖7 :MSB數(shù)據采集及通信模塊串口電平轉轉電路； 圖8 :MSB數(shù)據采集及通信模塊主備切換及其出接口電路； 圖9 :MSB數(shù)據采集及通信模塊接口端子電路； 圖10 :PWUB電源轉換及鈴流產生模塊單片機主控電路； 圖11 :PWUB電源轉換及鈴流產生模塊鈴流發(fā)生器及其功放電路； 圖12 :PWUB電源轉換及鈴流產生模塊鈴流檢測電路； 圖13 :PWUB電源轉換及鈴流產生模塊電源轉換電路； 圖14 :PWUB電源轉換及鈴流產生模塊接口端子； 圖15 :底板上MSB數(shù)據采集及通信板接口端子及背面輸出端子；
圖16 :MSB模塊主備切換轉換檢測電路和指示燈控制電路 圖17 :模塊化多功能監(jiān)控主機主程序流程圖； 圖18 :模塊化多功能監(jiān)控主機系統(tǒng)定時時間處理流程圖。 其中，1. PWUB電源轉換及鈴流產生模塊，2. MSB數(shù)據采集及通信模塊，3. COMB串口通信模塊，4.B0ARD底板，5.鈴流主控電路，6.鈴流發(fā)生器，7.鈴流功放電路，8. 5V電源轉換電路，9. 12V電源轉換電路，10.串口電平轉換電路，ll.主控單片機電路，12.信號發(fā)送及其處理單元電路，13.信號接收及其處理單元電路，14.主備工作切換電路，15.MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U1，16.低8位地址鎖存芯片U2，17.內存擴展芯片U3，18. IIC及復位芯片U5，19.片選譯碼芯片U4，20.數(shù)據鎖存電路U6，21.控制信號驅動電路Ull， 22.模擬開關U8，23.數(shù)據鎖存芯片U7，24.帶遲滯的反相器UIO， 25.串口電平轉換芯片U9， 26.主備通路切換繼電器，27.通信接口保護TVS管，28.電源電壓濾波電路，29.接口端子，30.PWUB模塊單片機MPU，31. PWUB模塊硬件看門狗電路2IC1，32. PWUB模塊三態(tài)撥碼開關芯片1SW1，33.可編程波形發(fā)生器2IC1，34.鈴流放大功放芯片20P2及其外圍電路，35.鈴流信號檢測光耦芯片20P3，36.鈴流信號頻率指示燈控制三極管2Q1，37. 48V電源輸入整流電路，38.濾波電路I ， 39.濾波電路11 ， 40. PWUB電源轉換及鈴流產生模塊接口端子，41. MSB板I插槽上端子，42. MSB板I插槽下端子，43. MSB板II插槽上端子，44. MSB板II插槽下端子，45. MSB板主工作模式輸出DB37端子，46.MSB板備用工作模式輸出DB37端子，47.主備切換檢測電路，48.指示燈控制電路，49.鈴流信號檢測電路。
具體實施例方式
下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的詳細闡明。 圖1中本發(fā)明包括PWUB電源轉換及鈴流產生模塊l，MSB數(shù)據采集及通信模塊2，COMB串口通信模塊3， BOARD底板4四部分組成， 一臺主機滿配時要有八塊MSB數(shù)據采集及通信模塊2，兩塊PWUB電源轉換及鈴流產生模塊l，兩塊COMB串口通信模塊3和一塊B0ARD底板4。 MSB數(shù)據采集及通信模塊2， PWUB電源轉換及鈴流產生模塊1， COMB串口通信模塊3之間數(shù)據的交互以及電源的供給都是通過BOARD底板4來實現(xiàn)，主機模塊化的結構設計方便了主機容量可以根據需要來配置。 圖2中PWUB電源轉換及鈴流產生模塊1的48V電源輸入整流電路37主要完成48V電源的接入，然后分兩路輸出，一路通過濾波電路I 38送入5V電源轉換電路8轉換出MSB數(shù)據采集及通信模塊2所需要的工作電壓，另 一路濾波電路11 39對輸入的48V供電電源進行濾波后輸出電壓到12V電源轉換電路9，12V電源轉換電路9為一片開關電源芯片，輸入為48V，輸出12V到鈴流功放電路7，同時濾波電路I1 39輸出電源信號通過PWUB接口端子JPD的17、18和19排端子輸出到底板，通過底板提供給MSB數(shù)據采集及通信模塊2和COMB串口通信模塊3?？删幊痰拟徚靼l(fā)生器6產生工作所需要的鈴流信號頻率，此信號的幅度為5V，遠遠不能滿足長距離工作傳輸?shù)男枰?，通過鈴流功放電路7進行放大輸出，可編程的鈴流發(fā)生器6與PWUB模塊單片機MPU 30接口為串行接口 ，分別是串行的時鐘線SCLK和串行數(shù)據信號線SDATA，還有同步信號線FSYNC。 圖3是MSB數(shù)據采集及通信模塊2，此模塊的核心控制器件是主控單片機電路11及其外圍擴展電路，它的組成見圖4。信號發(fā)送及其處理單元電路12和主控單片機電路11及其外圍擴展電路的連接為數(shù)據線和片選線，通過數(shù)據線將所需要的控制信號寫入來控制信號的發(fā)送；信號接收及其處理單元電路13和主控單片機電路11及其外圍擴展電路的連接也是數(shù)據線和片選線，雖然和發(fā)送共用數(shù)據線，但是使用不同的片選線就可以將發(fā)送或者接收到數(shù)據分時讀入MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U115或者從MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U115輸出。主備工作切換電路14是完成MSB數(shù)據采集及通信模塊2工作在主工作模式還是備用工作模式時端口的切換，經過切換輸出到不同的接口端子位，同時
MSB數(shù)據采集及通信模塊2的端子轉接到BOARD底板4，在BOARD底板4背面引出的端子區(qū)分為主工作模式引出端子(上面DB37端子)和備用工作模式引出端子(下面DB37端子)。串口電平轉換電路10用來完成將單片機端的串口 TTL信號轉換成RS-232電平的信號，串口電平轉換芯片10為5V單電源供電，可以完成兩路TTL/RS-232的轉換。此外主控單片機電路11還與主備切換檢測49及指示燈控制電路50連接，主備工作切換電路14和串口電平轉換電路10均與MSB模塊的接口端子29連接。 圖4中MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U115為51單片機，具有標準的8位數(shù)據線接口 ， 16位地址線接口 ，串行通信接口 ；低8位地址鎖存芯片U216用來實現(xiàn)地位地址線的鎖存，它和MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U1 15接口為P0 口，還有一顆ALE鎖存信號線；內存擴展芯片U3 17用來實現(xiàn)MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機Ul 15內存空間的擴展，這樣保證程序運行有足夠的空間，它與MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U1 15的連接為8位數(shù)據線和16位地址線，還有讀寫信號線；IIC及復位芯片U518具有EEPR0M，電壓跌落檢測，用SPI總線方式和MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U1 15接口，實現(xiàn)上電時給MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U1 15復位，保存一些地址設置信息；片選譯碼芯片U4 19用來實現(xiàn)地址的分配，它與MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U1 15接口信號為地址線A0， Al， A2， A15，經過它分配出來的片選信號分別提供給其他電路使用。
圖5是信號發(fā)送及其處理單元電路12，用來完成信號發(fā)送通道的控制和驅動。數(shù)據鎖存電路U6 20，其片選信號來自片選譯碼芯片U4 19，與MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U1 15通過8位數(shù)據線接口，來控制發(fā)送數(shù)據的8個通道；控制信號驅動電路U11 21用來將數(shù)據鎖存電路U6 20生的8路控制信號電流放大，控制發(fā)送可控硅電路，來實現(xiàn)鈴流信號的發(fā)送和關斷。 圖6是信號接收及其處理單元電路13，用來完成線路信號的接收處理。模擬開關U8 22用來實現(xiàn)8個通道的選擇，也就是說用來選擇允許哪一個通道數(shù)據輸入，數(shù)據輸入信號CMIl CMI8來自8路獨立的接收比較器電路，4個控制信號X11， X12， X13， X14來自數(shù)據鎖存芯片U723，數(shù)據鎖存芯片U7 23的輸入信號來自數(shù)據線，片選信號來自片選譯碼芯片U4 19，數(shù)據鎖存芯片U7 23輸出Xll， X12， X13， X14，通過組合來實現(xiàn)對模擬開關U8 22的控制，帶遲滯的反相器UIO 24用來實現(xiàn)對模擬開關輸出的信號的整形處理，成為標準的TTL信號，與MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機Ul 15接口 。 圖7為串口電平轉換電路10，主要包括RS232串口電平轉換芯片U9 25，單片機的串口信號腳10腳RXD與RS232串口電平轉換芯片U9 25的Rlout連接，MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機Ul 15的串口信號腳11腳TXD與RS232串口電平轉換芯片U9 25的Tlin連接，對于串口電平轉換芯片U9 25，Rlout與Rlin為對應關系，Rlout為TTL電平，Rlin為RS232電平，Tlin和Tlout為對應轉換關系，Tlin為TTL電平，Tlout為RS232電平，Tlout和Rlin與MSB數(shù)據采集及通信模塊2的輸出端子JPD連接，通過JPD端子轉接到BOARD底 板4，然后通過BOARD底板4連接到COMB串口通信模塊3的串口端口 ，進行通信。
圖8為主備工作切換電路14，通信接口保護TVS管27為端口供電和信號輸出就口 電路，48V電源通過限流電阻RG1單向二極管Dl輸出，串有電阻RY2和電阻RY3，當線路發(fā) 生短路時起保護作用，接口上使用TVS1管，TVS2管，TVS3管，用來吸收瞬態(tài)出現(xiàn)的高壓信 號，起到保護電路的作用，TVS管是一種二極管形式的高效能保護器件，當TVS 二極管的兩 極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10-12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈?阻抗，吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護電子線 路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞，它具有響應時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、 擊穿電壓偏差小、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點，TVS選擇的時候最大箝位 電壓要小于電路器件被損壞的電壓。主備通路切換繼電器26，用來控制將發(fā)送的信號發(fā)送 到主工作模式通道接口或者備用工作模式通道接口 ，兩種工作模式的選擇是由撥碼開關來
實現(xiàn)的，此繼電器的控制信號來自MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U115。主備通路切換 繼電器26的線包兩端反向并接一個二極管D2，此二極管D2的作用是當繼電器斷開時，線圈 會產生峰值很高的反向電壓，但是能量小，會擊穿電路中靜電敏感的器件，為了避免這種現(xiàn) 象，所以反向并接一個二極管。 圖9是接口端子29 ，接口端子29由JPD和JPU兩個64位(32排)端子組成，JPU 的前16排端子為MSB數(shù)據采集及通信模塊2主用工作模式的輸出接口 ，后16排端子為MSB 數(shù)據采集及通信模塊2備用工作模式的輸出接口 ；JPD的前2排端子為COMB串口通信模塊 3的接口端子，接下來的3到4排位該插槽的地址輸入端子，11 12排為電源VCC的輸入， 15 17排為48V電源地的輸入，21 23為48V電源的輸入，27 28為鈴流信號的輸入端 子，31 32排為機殼地的鏈接端子。電源電壓濾波電路28為MSB數(shù)據采集及通信模塊2 對由PWUB電源轉換及鈴流產生模塊1提供過來的48V，5V電源進行濾波，然后供給MSB數(shù) 據采集及通信模塊2中的工作電路使用。 圖10為鈴流主控電路5， PWUB模塊單片機MPU 30為核心控制器件，采用PIC單片 機，工作頻率為2K晶振，5V供電電壓，PWUB模塊單片機MPU 30芯片為低功耗芯片，采用精 簡指令，執(zhí)行效率高。PWUB模塊硬件看門狗電路2IC1 31用SPI總線方式和單片機接口，實 現(xiàn)上電時給單片機復位，保存一些配置信息，與PWUB模塊單片機MPU 30的接口有4顆信號 線，分別為WDI，SO，SI，RST，此復位信號為低有效。PWUB模塊三態(tài)撥碼開關芯片1SW1 32與 PWUB模塊單片機MPU 30接口為ADD1到ADD4，這樣可以產生16種狀態(tài)，代表16種含義，此 PWUB模塊三態(tài)撥碼開關芯片1SW1 32的撥碼可以處于三種位置，分別為0，1和高阻態(tài)。
圖11為PWUB電源轉換及鈴流產生模塊鈴流發(fā)生器及其功放電路，可編程波形發(fā) 生器2IC133，與PWUB模塊單片機MPU 30接口為串行接口 ，分別是串行的時鐘線SCLK和串 行數(shù)據信號線SDATA，還有同步信號線FSYNC，可編程波形發(fā)生器2IC1 33外接4M晶振。在 串口時鐘SCLK的作用下，數(shù)據是以16位的方式加載到設備上，F(xiàn)SYNC引腳是使能引腳，電 平觸發(fā)方式，低電平有效。進行串行數(shù)據傳輸時，F(xiàn)SYNC引腳必須置低，要注意FSYNC有效 到SCLK下降沿的建立時間的最小值。FSYNC置低后，在16個SCLK的下降沿數(shù)據被送到可 編程波形發(fā)生器2IC133的輸入移位寄存器，在第16個SCLK的下降沿FSYNC可以被置高， 但要注意在SCLK下降沿到FSYNC上升沿的數(shù)據保持時間的最小和最大值。當然，也可以在FSYNC為低電平的時候，連續(xù)加載多個16位數(shù)據，僅在最后一個數(shù)據的第16個SCLK的下降沿的時將FSYNC置高，最后要注意的是，寫數(shù)據時SCLK時鐘為高低電平脈沖，但是，在FSYNC剛開始變?yōu)榈蜁r，(即將開始寫數(shù)據時)，SCLK必須為高電平。鈴流放大功放芯片20P2及其外圍電路34，用來將可編程波形發(fā)生器2IC1 33發(fā)出的5V的正弦信號放大到指定的電壓值，信號放大的大小首先決定于鈴流放大功放芯片20P2及其外圍電路34外接的電源，信號放大的最大值就是電源電壓值，可以通過外接的電位器2VR1來調節(jié)輸出信號的大小。鈴流放大功放芯片20P2及其外圍電路34具有較寬范圍的工作電壓；較高的輸出功率(高達60W輸出功率)，并且具有靜音待機功能，很小的雜訊和失真以及過熱、短路保護功能，芯片內部結構分為三級差分輸入級由雙極型晶體管組成，推動級和功率輸出級采用場效應管，這種結構可以綜合雙極型晶體管低噪音和功率場效應管在線性、溫度系數(shù)、音色上的優(yōu)勢。音色優(yōu)美，兼顧了雙極信號處理電路和MOS功率管的優(yōu)點，具有低失真、低噪音、高耐壓以及開關機靜音、過熱保護、短路保護等優(yōu)點。 圖12為PWUB電源轉換及鈴流產生模塊鈴流信號頻率和幅度檢測電路，鈴流信號檢測光耦芯片20P3 35和其外圍電容電阻二極管共同組成鈴流信號過零檢測電路，用于檢測經過鈴流放大功放芯片20P2及其外圍電路34放大的鈴流信號是否到0位，如果不到0，可以通過調節(jié)電位器來將其調節(jié)到0位，過零檢測輸出信號ZDS直接和PWUB模塊單片機MPU 30接口 ，可以測量其鈴流信號頻率，如果頻率異常，鈴流信號頻率指示燈控制三極管2Q136就會控制指示燈常亮，來指示鈴流異常，否則正常時指示燈不亮，控制型號RD-LIGHT來自PWUB模塊單片機MPU 30接口 。 圖13中，48V電源輸入整流電路37主要是為了避免介入電源的極性區(qū)分問題，整流是電路用4個二極管來實現(xiàn)的。濾波電路I 38對輸入的48V供電電源進行濾波后送入5V電源轉換電路8，5V電源轉換電路8通過直流電源模塊LDC20-48S5將輸入的48v電源電壓轉換成5V，送入到PWUB電源轉換及鈴流產生模塊接口端子40JPD的27， 28排，然后通過BOARD底板4將5V電壓提供MSB數(shù)據采集及通信模塊2 ;濾波電路II 39對輸入的48V供電電源進行濾波后輸出電壓到12V電源轉換電路9，12V電源轉換電路9為一片開關電源芯片，輸入為48V，輸出12V到鈴流功放電路7，同時濾波電路I1 39輸出電源信號通過PWUB接口端子JPD的17、18和19排端子輸出到底板，通過底板提供給MSB數(shù)據采集及通信模塊2和COMB串口通信模塊3 ; 圖14中PWUB電源轉換及鈴流產生模塊接口端子40由JPD和JPU兩個64位(32排)端子組成，JPU的前5排端子為48V電源的一端輸入，8 12排端子為48V電源的另一個端子輸入，其他端口無連接；JPD的前4排端子無連接，5 IO排端子為電源地的輸出端子，17 19排為48V電源輸出端子，23 24排為鈴流信號輸出端子，27 28排為5V電源輸出端子，31 32排為4接地信號。 圖15為BOARD底板4上設有MSB數(shù)據采集及通信模塊2的接口端子及背面輸出端子，MSB板I插槽上端子41和MSB板I插槽下端子42都是一塊MSB數(shù)據采集及通信模塊2的插槽，見圖9MSB數(shù)據采集及通信模塊2的接口端子電路的描述，同理MSB板I插槽上端子43和MSB板I插槽下端子44都是一塊MSB數(shù)據采集及通信模塊2的插槽，MSB板I和MSB板II工作在主工作模式時，兩塊電路板的輸出接口都通過MSB板主工作模式輸出DB37端子45輸出；MSB板I和MSB板II工作在備份工作模式時，MSB板I和MSB板II互
10為備份，輸出接口通過MSB板備用工作模式輸出DB37端子46輸出，當MSB板I輸出時，MSB板11將切換到MSB板主工作模式輸出DB37端子45，這樣保證在備份工作方式只有一塊MSB板輸出。 圖16中，主備切換檢測電路47由RP2電阻排和芯片U18驅動器，U17 二或門組成，U18檢測撥碼開關KEY1的撥碼位置，通過2A1到2A4接入，然后將檢測的撥碼開關狀態(tài)通過數(shù)據線AD0 AD7上報給單片機，單片機解析以后給出判斷來確定是主工作方式還是備用工作方式。指示燈控制電路48由U15數(shù)據鎖存芯片和U16驅動電路，以及8路指示燈組成，U15和單片機的數(shù)據線ADO AD7接口，將從數(shù)據線來的信號進行鎖存，經過驅動來控制指示燈的亮和滅。 圖17為模塊化多功能監(jiān)控主機主程序流程圖，系統(tǒng)主循環(huán)主要包括系統(tǒng)非精確定時任務處理，系統(tǒng)通信協(xié)議接收及分析，系統(tǒng)事件處理，系統(tǒng)通信協(xié)議發(fā)送，系統(tǒng)端口巡檢處理，系統(tǒng)鏈路層數(shù)據處理。1)系統(tǒng)軟硬件初始化，進行系統(tǒng)時間處理(如50毫秒級程序，100毫秒級程序，1秒級程序)；系統(tǒng)通信協(xié)議接收及分析，接收上層平臺系統(tǒng)的協(xié)議，同時進行通信的容錯處理，根據協(xié)議內容產生不同的事件，填入事件隊列中。2)系統(tǒng)事件處理程序從事件隊列中獲取事件進行處理。系統(tǒng)事件處理過程設計為有限狀態(tài)機模式，系統(tǒng)本身處于不同的有限狀態(tài)，狀態(tài)只根據事件而改變，狀態(tài)有空閑態(tài)，登錄態(tài)，通信態(tài)。系統(tǒng)在每個狀態(tài)只處理與本狀態(tài)有關的幾個事件。事件來源為時限事件，通信協(xié)議分析產生的事件，系統(tǒng)端口巡檢產生的事件，系統(tǒng)鏈路層數(shù)據處理產生的事件。3)系統(tǒng)通信協(xié)議發(fā)送控制，從系統(tǒng)發(fā)送隊列中獲取發(fā)送信息，按照與上層平臺通信的協(xié)議格式組合成相應的通信數(shù)據，發(fā)送給上層平臺，同時包括通信協(xié)議發(fā)送的時間控制等等。4)系統(tǒng)端口巡檢處理統(tǒng)一安排協(xié)調系統(tǒng)端口巡檢，端口巡檢及操作的時間控制，同時進行端口線路上的負載平衡計算和操作，啟動鏈路層信息發(fā)送接收的精確定時任務處理。5)系統(tǒng)鏈路層數(shù)據處理，精確定時任務的鏈路層信息發(fā)送及接收完成后，接收到的數(shù)據在主循環(huán)中處理，根據鏈路層發(fā)送的信息命令字，處理分析接收到的脈沖時分復用信息，根據分析結果確定本次巡檢獲得的井蓋通信狀態(tài)，井蓋開關狀態(tài)，模擬量采集數(shù)值等等設備信息。 圖18為系統(tǒng)定時時間處理流程圖，系統(tǒng)定時任務分為兩種1.精確定時任務，2.非精確定時任務。精確定時任務鏈路層信息發(fā)送及接收，監(jiān)控主機與端口下掛的終端之間的通信采用脈沖時分復用方式，因此對鏈路層脈沖信息的發(fā)送接收要求的時間和時序非常嚴格，精確定時任務的基準為2ms定時，系統(tǒng)精確定時任務由定時器2中斷程序完成，定時器中斷周期為2ms，鏈路層信息發(fā)送及接收程序安排在定時器2的中斷程序中，保證該任務不會因為中斷嵌套等事件影響時間精度和實現(xiàn)。非精確定時任務主要包括運行燈閃爍，系統(tǒng)時限任務檢查，系統(tǒng)實時時間刷新等，這些定時任務不需要完全精確定時，非精確定時基準為10MS，非精確定時任務的處理安排在主循環(huán)程序中，定時器2中斷程序設置時間標志，主循環(huán)檢查時間標志，定時處理非精確定時任務；非精確定時任務處理時，可以被中斷程序中斷，在主循環(huán)其他程序處理占用時間過長時，非精確定時任務在主循環(huán)中允許相應的延時處理。 其過程為50毫秒級程序運行，運行燈快閃；100毫秒級程序運行，進行空端口操作時間檢查；1秒級程序運行；然后運行燈慢閃爍；串口發(fā)送容錯檢查；系統(tǒng)實時調整時間；通信端口發(fā)送允許時間檢查；握手信號時間，握手信號等待時間檢查；系統(tǒng)時限檢查；系統(tǒng)登錄時間檢查，結束。
整機工作流程 模塊化多功能監(jiān)控主機包括PWUB電源轉換及鈴流產生模塊1、 MSB數(shù)據采集及通 信模塊2、 COMB串口通信模塊3和BOARD底板4。 PWUB電源轉換及鈴流產生模塊1、MSB數(shù)據采集及通信模塊2、C0MB串口通信模塊
3依賴于BOARD底板4進行信號交互。BOARD底板4提供信號和電源的轉接。 PWUB電源轉換及鈴流產生模塊1完成輸入電源的濾波和轉換，產生MSB模塊所需
要的鈴流信號，通過端子將COMB和MSB所需要的48V電源，5V電源，以及鈴流信號輸出到底板。 MSB數(shù)據采集及通信模塊2通過底板將電源信號和鈴流信號引入主板。MSB模塊 從底板將48V和5V電源通過端子引入，供給所需要的各部分電路使用，同時引入鈴流信號， 作為對終端控制的下行信號。MSB模塊與COMB模塊之間是串口通信，COMB模塊接收監(jiān)控 平臺的命令，通過串口將命令發(fā)送給MSB模塊，MSB模塊通過命令解析，完成監(jiān)控信號的發(fā) 送和終端信號的接收以及對終端的各種操作，同時將從終端接收到的信息通過串口發(fā)送給 COMB模塊，COMB模塊將信息在發(fā)送到監(jiān)控平臺，監(jiān)控平臺分析顯示。
權利要求
一種模塊化多功能監(jiān)控主機，其特征是，它包括BOARD底板(4)，BOARD底板(4)與MSB數(shù)據采集及通信模塊(2)、PWUB電源轉換及鈴流產生模塊(1)和COMB串口通信模塊(3)雙向通信；其中，PWUB電源轉換及鈴流產生模塊(1)完成電源的轉換和鈴流信號的產生；MSB數(shù)據采集及通信模塊(2)完成下行數(shù)據的發(fā)送，上行數(shù)據的檢測接收以及和COMB串口通信模塊(3)的通信；COMB串口通信模塊(3)完成MSB數(shù)據采集及通信模塊(2)與上層Realtime實時監(jiān)控平臺之間的通信，通過COMB串口通信模塊(3)轉化成網口與監(jiān)控平臺連接；BOARD底板(4)完成與PWUB電源轉換及鈴流產生模塊(1)、COMB串口通信模塊(3)以及MSB數(shù)據采集及通信模塊(2)之間的數(shù)據交互和電源供電。
2. 如權利要求1所述的模塊化多功能監(jiān)控主機，其特征是，所述PWUB電源轉換及鈴流 產生模塊(1)包括48V電源輸入整流電路(37) ，48V電源輸入整流電路(37)輸出分為兩路， 第一路經濾波電路I(38)后送入5V電源轉換電路(8)，第二路經相應的濾波電路I1(39)后 送入12V電源轉換電路(9) ;12V電源轉換電路(9)與鈴流功放電路(7)連接，同時鈴流功 放電路(7)還與鈴流發(fā)生器(6)和鈴流信號檢測電路(49)連接，鈴流發(fā)生器(6)與鈴流主 控電路(5)連接；鈴流主控電路(5)通過串行口控制鈴流發(fā)生器(6)產生需要頻率的鈴流 信號，經過鈴流功放電路(7)放大，通過PWUB電源轉換及鈴流產生模塊接口端子(40)提供 給MSB數(shù)據采集及通信模塊(2)。
3. 如權利要求1所述的模塊化多功能監(jiān)控主機，其特征是，所述MSB數(shù)據采集及通信 模塊(2)包括主控單片機電路(ll)，主控單片機電路(11)與串口電平轉換電路(10)雙向 通信，同時主控單片機電路(11)還與主備切換檢測(47)及指示燈控制電路(48)連接；主 控單片機電路(11)輸出與信號發(fā)送及其處理單元電路(12)連接，輸入則與信號接收及其 處理單元電路(13)連接，信號發(fā)送及其處理單元電路(12)和信號接收及其處理單元電路 (13)與主備工作切換電路(14)連接；主備工作切換電路(14)與接口端子(29)連接，接口 端子(29)與串口電平轉換電路(10)連接，接口端子(29)的輸入電源經電源電壓濾波電路 (28)提供給MSB模塊的電路使用。
4. 如權利要求1所述的模塊化多功能監(jiān)控主機，其特征是，所述COMB串口通信模塊 (3)為標準的多串口服務器，將串口轉換成網口 ，與Realtime實時監(jiān)控平臺連接。
5. 如權利要求l所述的模塊化多功能監(jiān)控主機，其特征是，所述BOARD底板(4)上設 有MSB板I插槽上端子(41) 、MSB板I插槽下端子(42) 、MSB板II插槽上端子(43) 、MSB板 II插槽下端子(44) 、MSB板主工作模式輸出DB37端子(45)以及MSB板備用工作模式輸出 DB37端子(46)。
6. 如權利要求2所述的模塊化多功能監(jiān)控主機，其特征是，所述鈴流主控電路(5)包 括PWUB模塊單片機MPU(30) 、 PWUB模塊硬件看門狗電路2IC1 (31)和PWUB模塊三態(tài)撥碼 開關芯片1SW1 (32) ;PWUB模塊硬件看門狗電路2IC1 (31)用SPI總線方式和PWUB模塊單 片機MPU(30)連接，實現(xiàn)上電時給單片機復位，保存配置信息；PWUB模塊三態(tài)撥碼開關芯片 1SW1(32)與PWUB模塊單片機MPU(30)連接，此三態(tài)撥碼開關的撥碼可以處于三種位置，分 別為0，1和高阻態(tài)；所述鈴流發(fā)生器(6)產生工作所需要的鈴流信號頻率，此信號的幅度為5V ;鈴流發(fā)生 器(6)主要由可編程波形發(fā)生器2IC1(33)及其外圍的電阻，電容，晶體振蕩器組成；所述鈴流功放電路(7)為鈴流放大功放芯片20P2及其外圍電路(34);可編程波形發(fā)生器2IC1(33)與PWUB模塊單片機MPU(30)接口為串行接口 ，可編程波形發(fā)生器2IC1 (33) 還外接4M晶振；鈴流放大功放芯片20P2及外圍電路(34)用來將可編程波形發(fā)生器 2IC1(33)發(fā)出的正弦信號放大到指定的電壓值，送入到PWUB電源轉換及鈴流產生模塊接 口端子(40)JPD的23，24排；所述48V電源輸入整流電路(37)用四個二極管來實現(xiàn)的；所述濾波電路I(38)對輸入 的48V供電電源進行濾波后送入5V電源轉換電路(8) ，5V電源轉換電路(8)通過直流電源 模塊LDC20-48S5將輸入的48V電源電壓轉換成5V，送入到PWUB電源轉換及鈴流產生模塊 接口端子(40) JPD的27， 28排，然后通過BOARD底板(4)將5V電壓提供MSB數(shù)據采集及通 信模塊(2);所述濾波電路II (39)對輸入的48V供電電源進行濾波后輸出電壓到12V電源轉換電 路(9)，12V電源轉換電路(9)為一片開關電源芯片，輸入為48V，輸出12V到鈴流功放電 路(7)，12V電源轉換電路(9)為一片開關電源芯片，輸入為48V，輸出12V到鈴流功放電路 (7);同時濾波電路11(39)輸出電源信號通過PWUB接口端子JPD的17、18和19排端子輸 出到底板，通過底板提供給MSB數(shù)據采集及通信模塊(2)和C0MB串口通信模塊(3);所述鈴流信號檢測模塊(49)包括鈴流信號檢測光耦芯片20P3(35)和鈴流信號頻率指 示燈控制三極管2Q1 (36);鈴流信號檢測光耦芯片20P3(35)和其外圍電容、電阻、二極管共 同組成鈴流信號過零檢測電路，用于檢測經過鈴流放大功放芯片20P2及外圍電路(34)放 大的鈴流信號是否到0位，如果不到0，通過調節(jié)電位器來將其調節(jié)到0位，過零檢測輸出信 號ZDS直接和PWUB模塊單片機MPU (30)接口 ，測量其鈴流信號頻率，如果頻率異常，鈴流信 號頻率指示燈控制三極管2Q1(36)控制指示燈常亮，指示鈴流異常，否則正常時指示燈不 殼；所述PWUB電源轉換及鈴流產生模塊接口端子(40)由JPD和JPU兩個64位端子組成， JPU的前5排端子為48V電源的一端輸入，8 12排端子為48V電源的另一個端子輸入，其 他端口無連接；JPD的前4排端子無連接，5 10排端子為電源地的輸出端子，17 19排為 48V電源輸出端子，23 24排為鈴流信號輸出端子，27 28排為5V電源輸出端子，31 32排為4接地信號。
7.如權利要求3所述的模塊化多功能監(jiān)控主機，其特征是，所述串口電平轉換電路 (10)為串口電平轉換芯片U9(25)，它與MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U1(15)的串 口信號腳連接，其輸出端通過MSB模塊的接口端子(29)轉接到BOARD底板(4)，然后通過 BOARD底板(4)連接到COMB串口通信模塊(3)串口端口，進行通信；所述主控單片機電路(11)包括MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U1(15)，它與低8 位地址鎖存芯片U2(16)、內存擴展芯片U3(17)、 1IC及復位芯片U5(18)和片選譯碼芯片 U4 (19)連接；低8位地址鎖存芯片U2 (16)與MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機Ul (15)間 還設有ALE鎖存信號線；內存擴展芯片U3(17)與MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U1(15) 間還有讀寫信號線；IIC及復位芯片U5(18)用SPI總線方式和單片機接口，實現(xiàn)上電時給 單片機復位，保存地址設置信息；片選譯碼芯片U4(19)實現(xiàn)地址的分配，經過它分配出來 的片選信號分別提供給其他電路使用；所述信號發(fā)送及其處理單元電路(12)包括與MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機 Ul(15)連接的數(shù)據鎖存電路U6(20)和控制信號驅動電路U11(21)，用來完成信號發(fā)送通道的控制和驅動；所述信號接收及其處理單元電路(13)包括與MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機 Ul(15)連接的模擬開關U8(22)、數(shù)據鎖存芯片U7(23)和帶遲滯的反相器U10 (24)，用來完 成線路信號的接收處理；所述主備工作切換電路(14)包括主備通路切換繼電器(26)以及通信接口保護TVS管 (27);通信接口保護TVS管(27)為端口供電和信號輸出就口電路，電源通過限流電阻RGl 單向二極管D1輸出，串有電阻RY2和電阻RY3，當線路發(fā)生短路時起保護作用；接口上使用 TVS1管、TVS2管和TVS3管，用來吸收瞬態(tài)出現(xiàn)的高壓信號，起到保護電路的作用；主備通路 切換繼電器(26)用來控制將發(fā)送的信號發(fā)送到主工作模式通道接口或者備用工作模式通 道接口，兩種工作模式的選擇是由撥碼開關來實現(xiàn)，此主備通路切換繼電器(26)的控制信 號來自MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機U1(15)，主備通路切換繼電器(26)的線包兩端反 向并接一個二極管D2;所述電源電壓濾波電路(28)為輸入工作電源電壓48V和5V的濾波電路，此濾波電路 對PWUB電源轉換及鈴流產生模塊(1)提供過來的48V和5V電源進行濾波，然后供給MSB 數(shù)據采集及通信模塊(2)中的工作電路使用；所述接口端子(29)由JPD和JPU兩個64位端子組成，JPU的前5排端子為48V電源 的一端輸入，8 12排端子為48V電源的另一個端子輸入，其他端口無連接；JPD的前4排 端子無連接，5 10排端子為電源地的輸出端子，17 19排為48V電源輸出端子，23 24 排為鈴流信號輸出端子，27 28排為5V電源輸出端子，31 32排為4接地信號；所述主備切換檢測(47)由RP2電阻排和芯片U18驅動器，U17 二或門組成，U18檢測 撥碼開關KEY1的撥碼位置，通過2A1到2A4接入，然后將檢測的撥碼開關狀態(tài)通過數(shù)據線 AD0 AD7上報給MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機Ul (15) ， MSB數(shù)據采集及通信模塊的 單片機U1(15)解析以后給出判斷來確定是主工作方式還是備用工作方式；所述指示燈控制電路(48)由數(shù)據鎖存芯片U15和U16驅動電路，以及8路指示燈組成， U15和MSB數(shù)據采集及通信模塊的單片機Ul (15)的數(shù)據線ADO AD7接口 ，將從數(shù)據線來 的信號進行鎖存，經過驅動來控制指示燈的亮和滅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模塊化多功能監(jiān)控主機。它在提高電網供電可靠性，減少電纜停電時間，降低電纜運行檢修費用，提高電纜網運營能力等方面有巨大的經濟和社會效益。其結構為PWUB電源轉換及鈴流產生模塊完成電源轉換和鈴流信號產生；MSB數(shù)據采集及通信模塊完成數(shù)據傳輸和COMB串口通信模塊的通信；COMB串口通信模塊完成MSB數(shù)據采集及通信模塊與實時監(jiān)控平臺間的通信，MSB數(shù)據采集及通信模塊與COMB串口通信模塊間為串口通信，通過COMB串口通信模塊轉化成網口與監(jiān)控平臺連接；COMB串口通信模塊為標準的多串口服務器，并將串口轉換成網口，與實時監(jiān)控平臺連接；BOARD底板完成與PWUB電源轉換及鈴流產生模塊、COMB串口通信模塊和MSB數(shù)據采集及通信模塊間的數(shù)據交互和電源供電。
文檔編號H02J13/00GK101752907SQ20101000443
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權日2010年1月11日
發(fā)明者付懷珍, 張曉軍, 慕瑞嘉, 楊震威, 王亞盛 申請人:山東康威通信技術有限公司