CN101546174B - 一种野外测量仪器控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种野外测量仪器控制系统，包括设有第一看门狗计数器的计算机、多路分电源开关模块、定时器总开关模块、外部电源和外部设备；所述定时器总开关模块为定时控制系统电源端是否接入外部电源的总开关，其包括具有第二看门狗计数器的单片机，定时器总开关模块的控制端与计算机连接；多路分电源开关模块为控制多个外部设备是否接入系统电源端的开关，其控制端与计算机连接。本发明还设计到该控制系统的控制方法，其单片机启动第二看门狗计数器，当程序跑飞或者陷入“死循环”引起超时，直接设置下一次开机时间，主动切断总电源开关。本发明具有定时开关机、故障死机自动复位、独立供应外围设备电源等功能，是一种适用于野外，无需人为干预的控制系统。

Description

一种野外测量仪器控制系统及其控制方法 

技术领域

本发明涉及测量仪器控制领域，特别涉及一种能实现长时间定点无人值守的野外测量仪器控制系统，本发明还涉及该控制系统的控制方法。 

背景技术

随着低功耗电子器件和集成电路发展，自动控制系统广泛应用和普及，无需干预的控制和管理电路系统越来越多在野外被应用。 

控制系统是依据控制的对象和过程来实现设备自动运行。不同控制功能和应用环境需要不同控制系统。野外或海上长期无人值守观测设备，其运行环境条件与实验室不同。其特点有：电源能量有限；工作环境恶劣；需要长期稳定定时工作保障；具备自动处理故障能力。在实验室里计算机死机或程序跑飞的问题是常见故障。这种问题一旦出现在野外或海上系统中，就会导致整套系统工作失败，在野外或海上的现场维护、修改是非常困难，成本很高，甚至是不可能。因此海上观测的管理和控制电路系统需要实现在无人、长期、定时、实时全天候工作，控制系统的可靠稳定性是最为重要。 

现有的测量控制系统中，系统的可靠性问题并没有得到充分的重视和解决，在防范系统死机，数据备份，数据通讯，以及多个外部设备同时工作状态下如何避免设备电源间相互干扰等技术问题，尚没有能同时解决。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一种可靠稳定，能实现无人、长期、定时、实时全天候工作的野外测量仪器控制系统，本发明还设计到该控制系统的控制方法。 

为了实现上述技术目的，本发明包括如下技术特征：一种野外测量仪器控制系统，包括设有第一看门狗计数器的计算机、多路分电源开关模块、定时器总开关模块、外部电源和外部设备；

所述定时器总开关模块为定时控制系统电源端是否接入外部电源的总开关，定时器总开关模块的控制端与计算机连接； 

所述多路分电源开关模块为控制多个外部设备是否接入系统电源端的开关，其控制端与计算机连接。 

更进一步的，所述计算机为嵌入式工控计算机，其设有打印机并行口、电源口、串口和第一看门狗计数器，电源口连接系统电源端； 

所述定时器总开关模块包括电压变换器、设有第二看门狗计数器的单片机、电池、日历定时器和总电源开关；电池与日历定时器的电源端连接；串口通过电压变换器与单片机连接，单片机与日历定时器连接；日历定时器的定时中断口与总电源开关的控制端连接，总电源开关的开关端分别与外部电源和系统电源端连接，实现系统电源端是否接入外部电源的控制； 

所述多路分电源开关模块包括多路电子开关和锁存器，锁存器的信号输入端与打印机并行口连接，锁存器的信号输出端与多路电子开关的控制端连接，多路电子开关的开关端分别与外部设备和系统电源端连接，实现外部设备是否接入系统电源端的控制。 

更进一步的，所述嵌入式工控计算机为PC104主板；所述锁存器为sn741s373锁存器；所述电子开关为AQV25X光藕电子开关； 

sn741s373锁存器的输入端分别与PC104主板的打印机并行口连接；sn741s373的输出端分别连接各个AQV25X光藕电子开关的控制端，各个AQV25X光藕电子开关的开关端分别连接外部设备和系统电源端，实现外部设备是否接入系统电源端的控制； 

更进一步的，所述电压变换器为MAX232电压变换器、单片机为89C2051单片机、日历定时器为PCF8563日历定时器、总电源开关为AQV251电子开关； 

串口通过MAX232电压变换器与89C2051单片机连接，89C2051单片机与PCF8563日历定时器的SCL、SDA脚相接，PCF8563日历定时器的中断脚INT与AQV251电子开关控制端连接，AQV251电子开关的开关端分别连接系统电源端和外部电源。 

本发明还包括一种野外测量仪器控制系统的控制方法，其包括如下步骤： 

a、日历定时器计得的定时时间到，日历定时器启动总电源开关使得系统电源端接入外部电源，整个系统上电； 

b、计算机启动第一看门狗计数器计时，单片机启动第二看门狗计数器计时； 

c、计算机初始化计算机参数，初始化串口，初始化多路电子开关关闭所有外部设备的电源； 

d、计算机进入外部设备检查程序； 

e、计算机进入同步采数程序，同步采集外部设备的数据；单片机与计算机的串口进行通讯，接收计算机命令； 

f、当计算机的第一看门狗计数器计数到时，计算机关闭所有外部设备的电源；并发送关机信号给单片机； 

g、单片机接收到计算机发送的关机信号，或者单片机的第二看门狗计数器计数到时，单片机对日历定时器写入下次的开机时间，并关断总电源开关，使系统电源端与外部电源断开，程序结束。 

更进一步的，所述外部设备检查程序包括如下步骤：计算机通过打印机并行口控制多路电子开关对外部设备上电，如果外部设备正常，结束该程序；如果外部设备未正常工作，则计算机控制多路电子开关关闭外部设备供电后再次 上电，如果上电外部设备连续3次上电不能正常工作时，计算机登记该外部设备，关闭对该外部设备供电。 

更进一步的，所述同步采数程序包括如下步骤：计算机先创建工作日志文件，然后计算机同步采集外部设备的数据，接着对采集到的数据进行初步处理、运算、保存，并通过计算机发送该数据，在第一看门狗计数器计时未到时之前，持续循环同步采数程序。 

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：首先，控制系统包括两个开关模块：定时器总开关模块和多路分电源开关模块。定时器总开关模块是外部电源与系统电源接入端的总开关，其同时具有定时开关启动的功能，适合野外测量中系统实现自身定时启动和定时关闭，保证了对野外有用数据的集中测量，避免了无用的测量数据；多路分电源开关模块独立控制外部设备的工作状态，避免了各设备之间电源相互干扰；同时也起到节省电源和节约存储器存储空间的作用。其次，计算机内设有第一看门狗计数器，单片机内设有第二看门狗计数器，两个计数器的设计，有效的防范了计算机死机，而第一看门狗计数器失效的情况下的系统瘫痪的情形，当程序跑飞或者陷入“死循环”引起超时，单片机通过第二看门狗直接设置下一次开机时间，主动切断总电源开关，起到二级看门狗作用。 

附图说明

图1为本发明野外测量仪器控制系统功能方框图； 

图2为多路分电源开关模块图； 

图3为定时器总开关模块图。 

图4为本发明野外测量仪器控制系统的程序流程图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行说明。 

图1为本发明野外测量仪器控制系统功能方框图；包括设有第一看门狗计数器的计算机1、多路分电源开关模块21、定时器总开关模块22、外部电源3和外部设备4；所述定时器总开关模块22为定时控制系统电源端A是否接入外部电源3的总开关，定时器总开关模块22的控制端与计算机1连接；所述多路分电源开关模块21为控制多个外部设备4是否接入系统电源端A的开关，其控制端与计算机1连接。所述计算机1为嵌入式工控计算机，其设有打印机并行口11、电源口12、串口13和第一看门狗计数器，电源口12连接系统电源端A； 

所述定时器开关模块22包括电压变换器220、设有第二看门狗计数器的单片机221、电池222、日历定时器223和总电源开关224；电池222与日历定时器223的电源端连接；串口13通过电压变换器220与单片机221连接，电压变换器220起到通讯线电压匹配作用，单片机221与日历定时器223连接；日历定时器223的定时中断口与总电源开关224的控制端连接，总电源开关224的开关端分别与外部电源3和系统电源端A连接，实现系统电源端A是否接入外部电源3的控制。其工作原理为：串口13把要设置时间、定时时间等参数输出到单片机221，再由单片机221中转给日历定时器223，日历定时器223的定时中断口与总电源开关224连接，起到控制总电源作用。由于单片机221内设有第二看门狗计数器，可以单独控制日历定时器223的定时中断，在计算机运行“死机”时起到重新冷启动作用，即“二级看门狗”作用。 

本发明中的第一看门狗定时器和第二看门狗定时器既可以是硬件看门狗，也可以是软件看门狗，本实施例中采用软件看门狗定时器，其工作原理是用软件实现定时器功能，并且在系统启动时自动计数，如果到了一定的时间还不去清零，那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位。 

所述多路分电源开关模块21包括多路电子开关210和锁存器211，锁存器211的信号输入端与打印机并行口11连接，锁存器211的信号输出端与多路电子开关210的控制端连接，多路电子开关210的开关端分别与外部设备4和系统电源端A连接，实现外部设备4是否接入系统电源端A的控制。 

图2为多路分电源开关模块图；所述嵌入式工控计算机1为PC104主板；所述锁存器211为sn74ls373锁存器；所述电子开关210为AQV25X光藕电子开关；sn74ls373锁存器的输入端分别与PC104主板的打印机并行口11连接；sn74ls373的输出端分别连接各个AQV25X光藕电子开关的控制端，各个AQV25X光藕电子开关的开关端分别连接外部设备4和系统电源端A，实现外部设备4是否接入系统电源端的控制。 

如图所示：sn74ls373锁存器的输入端OC、1D、2D、3D、4D、5D、6D、7D、8D分别接嵌入式PC104主板打印机并行口11的STB、D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7输出口。sn74ls373锁存器的c口接正电源。sn74ls373锁存器1的八个输出端与八个AQV25X光藕电子开关的控制端k口相连。八个AQV25X其D口都接电池222正电源，AQV25X的4、5口分别外部设备4和系统电源端A。 

图3为定时器总开关模块图。所述电压变换器220为MAX232电压变换器、单片机221为89C2051单片机、日历定时器223为PCF8563日历定时器、总电源开关224为AQV251电子开关；串口13通过MAX232电压变换器与89C2051单片机连接，89C2051单片机与PCF8563日历定时器的SCL、SDA脚相接，PCF8563日历定时器的中断脚INT与AQV251电子开关控制端连接，AQV251电子开关的开关端分别连接系统电源端A和外部电源3。 

由于PC104主板串口13与89C2051单片机221串口电平不匹配，中间通过电平转换。PC104主板串口1的TX和RX分别接到电压变换器220的R2IN和T2OUT 端；电压变换器220的T2IN和R20UT端接到89C2051单片机221的TXD和RXD端。建立起PC104主板与单片机RS232通讯。而日历定时器223由单片机221来实现控制：单片机221的P15、P16脚与PCF8563日历定时器223的SCL、SDA脚相接。时间、定时时间由PC104主板的串口RS232发命令给单片机221，再由单片机221通过I2C总线送数给日历定时器223。 

日历定时器223的中断脚INT与AQV251光藕电子开关224的1脚相连。AQV251的2脚接电池222正极。电池222正极同时接到日历定时器223的VDD，给日历定时器223提供长期工作电源。不工作时日历定时器223的中断脚INT为高电平，当时钟到了定时时间时，日历定时器223内部设置标志，中断脚INT变为低电平，使得光藕电子开关1、2两极加上电压，点亮内部发光二极管，接通光藕电子开关3、4脚。接外部电源的4脚通过3脚提供外部总电源给PC104主板电源插座。当工作完成由单片机对日历定时器223的中断脚发命令清除内部设置标志中断脚INT又变为高电平。光藕电子开关3、4脚断开，从而切断总电源，停止对PC104主板的供电。 

图4为本发明野外测量仪器控制系统的程序流程图，事先在软件设置好一天工作时间表，程序包括如下步骤：a、日历定时器223计得事先设好的定时时间到，日历定时器223启动总电源开关224使得系统电源端A接入外部电源3，整个系统上电；b、计算机1启动第一看门狗计数器计时，单片机221启动第二看门狗计数器计时；c、计算机1初始化计算机参数，初始化串口13，初始化多路电子开关210关闭所有外部设备4的电源；d、计算机1进入外部设备检查程序；e、计算机1进入同步采数程序，同步采集外部设备4的数据；单片机221与计算机1的串口13进行通讯，接收计算机1命令；f、当计算机1的第一看门狗计数器计数到时，计算机1关闭所有外部设备4的电源；并发送关机信号 给单片机221；g、单片机221接收到计算机1发送的关机信号，或者单片机221的第二看门狗计数器计数到时，单片机221对日历定时器223写入下次的开机时间，并关断总电源开关224，使系统电源端与外部电源3断开，程序结束。 

当系统初始化后要进行外部设备的检查程序，计算机1通过打印机并行口11控制多路电子开关210对外部设备4上电，如果外部设备4正常，结束该程序；如果外部设备4未正常工作，则计算机1控制多路电子开关210关闭外部设备4供电后再次上电，如果上电外部设备4连续3次上电不能正常工作时，计算机1登记该外部设备4，关闭对该外部设备4供电。 

当系统进行同步采集数据时，其包括如下步骤：计算机1先创建工作日志文件，然后计算机1同步采集外部设备4的数据，接着对采集到的数据进行初步处理、运算、保存，并通过计算机1发送该数据，在第一看门狗计数器计时未到时之前，持续循环同步采数程序。 

Claims (4)

1.一种野外测量仪器控制系统，其特征在于：包括设有第一看门狗计数器的计算机(1)、多路分电源开关模块(21)、定时器总开关模块(22)、外部电源(3)和外部设备(4)；

所述定时器总开关模块(22)为定时控制系统电源端是否接入外部电源(3)的总开关，定时器总开关模块(22)的控制端与计算机(1)连接；

所述多路分电源开关模块(21)为控制多个外部设备(4)是否接入系统电源端的开关，其控制端与计算机(1)连接；

所述计算机(1)为嵌入式工控计算机，其设有打印机并行口(11)、电源口(12)、串口(13)和第一看门狗计数器，电源口(12)连接系统电源端；

所述定时器总开关模块(22)包括电压变换器(220)、设有第二看门狗计数器的单片机(221)、电池(222)、日历定时器(223)和总电源开关(224)；电池(222)与日历定时器(223)的电源端连接；串口(13)通过电压变换器(220)与单片机(221)连接，单片机(221)与日历定时器(223)连接；日历定时器(223)的定时中断口与总电源开关(224)的控制端连接，总电源开关(224)的开关端分别与外部电源(3)和系统电源端连接，实现系统电源端是否接入外部电源(3)的控制；

所述多路分电源开关模块(21)包括多路电子开关(210)和锁存器(211)，锁存器(211)的信号输入端与打印机并行口(11)连接，锁存器(211)的信号输出端与多路电子开关(210)的控制端连接，多路电子开关(210)的开关端分别与外部设备(4)和系统电源端连接，实现外部设备(4)是否接入系统电源端的控制。 

2.根据权利要求1所述的野外测量仪器控制系统，其特征在于：所述嵌入式工控计算机(1)为PC104主板；所述锁存器(211)为sn74ls373锁存器；所述电子开关(210)为AQV25X光藕电子开关；

sn74ls373锁存器的输入端分别与PC104主板的打印机并行口(11)连接；sn74ls373的输出端分别连接各个AQV25X光藕电子开关的控制端，各个AQV25X光藕电子开关的开关端分别连接外部设备(4)和系统电源端，实现外部设备(4)是否接入系统电源端的控制。

3.根据权利要求2所述的野外测量仪器控制系统，其特征在于：所述电压变换器(220)为MAX232电压变换器、单片机(221)为89C2051单片机、日历定时器(223)为PCF8563日历定时器、总电源开关(224)为AQV251电子开关；

串口(13)通过MAX232电压变换器与89C2051单片机连接，89C2051单片机与PCF8563日历定时器的SCL、SDA脚相接，PCF8563日历定时器的中断脚INT与AQV251电子开关控制端连接，AQV251电子开关的开关端分别连接系统电源端和外部电源(3)。

4.根据权利要求1所述的野外测量仪器控制系统的控制方法，包括如下步骤：

a、日历定时器(223)计得的定时时间到，日历定时器(223)启动总电源开关(224)使得系统电源端接入外部电源(3)，整个系统上电；

b、计算机(1)启动第一看门狗计数器计时，单片机(221)启动第二看门狗计数器计时；

c、计算机(1)初始化计算机参数，初始化串口(13)，初始化多路电子开关(210)关闭所有外部设备(4)的电源；

d、计算机(1)进入外部设备检查程序； 

e、计算机(1)进入同步采数程序，同步采集外部设备(4)的数据；单片机(221)与计算机(1)的串口(13)进行通讯，接收计算机(1)命令；

f、当计算机(1)的第一看门狗计数器计数到时，计算机(1)关闭所有外部设备(4)的电源；并发送关机信号给单片机(221)；

g、单片机(221)接收到计算机(1)发送的关机信号，或者单片机(221)的第二看门狗计数器计数到时，单片机(221)对日历定时器(223)写入下次的开机时间，并关断总电源开关(224)，使系统电源端与外部电源(3)断开，程序结束；

所述外部设备检查程序包括如下步骤：计算机(1)通过打印机并行口(11)控制多路电子开关(210)对外部设备(4)上电，如果外部设备(4)正常，结束该程序；如果外部设备(4)未正常工作，则计算机(1)控制多路电子开关(210)关闭外部设备(4)供电后再次上电，如果上电外部设备(4)连续3次上电不能正常工作时，计算机(1)登记该外部设备(4)，关闭对该外部设备(4)供电；

所述同步采数程序包括如下步骤：计算机(1)先创建工作日志文件，然后计算机(1)同步采集外部设备(4)的数据，接着对采集到的数据进行初步处理、运算、保存，并通过计算机(1)发送该数据，在第一看门狗计数器计时未到时之前，持续循环同步采数程序。 

Images