CN104834369A

CN104834369A - 实时控制系统的掉电数据保护装置

Info

Publication number: CN104834369A
Application number: CN201510237531.7A
Authority: CN
Inventors: 何军; 陆信如; 陈耀忠; 杨欢; 王�琦; 吴日任
Original assignee: North Information Control Group Co Ltd
Current assignee: North Information Control Group Co Ltd
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2015-08-12

Abstract

本发明提供一种实时控制系统的掉电数据保护装置，包括：电源模块、掉电检测模块、主控制器以及存储器。电源模块采用220V的交流电输入，经变压器、整流器和稳压器处理后，为主控制器、存储器供应工作电压，该电源模块上还配置有并联的多个储能元件，这些储能元件在非断电时进行充能并且在断电时为主控制器和存储器提供电源供应，用于保存断电时的实时运行数据；主控制器用于接收来自所述掉电检测模块输出的检测结果信号，并且基于220V交流电输入的掉电状态而执行中断程序，控制进行现场数据的保护，向所述存储器写入标示字节再将需要保存的数据写入到存储器内。利用本发明的掉电数据保护装置可实现控制系统突然断电或掉电时对现场数据的可靠保存。

Description

实时控制系统的掉电数据保护装置

技术领域

本发明涉及嵌入式系统数据保护领域，尤其是实时控制系统的掉电数据保护装置。

背景技术

实时控制系统一般都是嵌入式系统，在工作过程中(如零件加工)若遇到突然断电(掉电)，经常需要实时保存断电时的运行数据，在电力恢复正常时系统可以在原来的基础上继续运行，以保证控制系统的精确度。

市场上的实时控制系统中的数据保护方法，简单的一般采用内部带电池的RAM芯片保存数据或在电路中增加一块锂电池(或充电电池)，当系统断电时由电池给数据存储器(RAM)单独供电，使数据存储器中的数据不丢失，以达到数据保护的目的，这两种本质是一样的，都是由电池供电。数据保护的另外一种方法是采用电压监控芯片，当电源电压低于设定的门限值时，监控芯片产生中断信号给CPU，CPU执行中断程序来保存现场数据。

该技术领域存在的问题和缺陷：

电池供电的缺点是，在系统的上电或掉电过程中电源上会产生脉冲或浪涌干扰，在供电电源切换过程中容易使电池保存RAM中的数据受到冲击，造成数据丢失或错误。同样，采用电压监控的方式，在掉电过程中电源上会产生脉冲或浪涌干扰，而此时主控制器的运行容易失控，也会发生数据错误或丢失的情况。

发明内容

本发明目的在于提供一种实时控制系统的掉电数据保护装置，可实现实时控制系统突然断电或掉电时对现场运行数据的可靠保存。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种实时控制系统的掉电数据保护装置，包括：电源模块、掉电检测模块、主控制器以及存储器，其中：

所述电源模块采用220V的交流电输入，经变压器、整流器和稳压器处理后，为主控制器、存储器供应工作电压，该电源模块上还配置有并联的多个储能元件，这些储能元件在非断电时进行充能并且在断电时为主控制器和存储器提供电源供应，用于保存断电时的实时运行数据；

所述掉电检测模块采用交流电周期采集电路，包括两个晶体管，其中第一晶体管的基极连接至电源模块中的变压器的副边，其集电极处输出信号经由一二极管输入第二晶体管的基极，该第二晶体管的集电极处输出检测结果信号，前述的二极管反向连接在所述第一晶体管的集电极和第二晶体管的基极之间；

所述主控制器用于接收来自所述掉电检测模块输出的检测结果信号，并且基于220V交流电输入的掉电状态而执行中断程序，控制进行现场数据的保护，向所述存储器写入标示字节再将需要保存的数据写入到前述存储器内。

进一步的实施例中，所述主控制器基于交流电输入的掉电状态而执行中断程序时，控制使中断程序进入无限循环状态，直到所述储能元件上的电能耗尽。

进一步的实施例中，所述储能元件为储能电容。

进一步的实施例中，所述第一晶体管与第二晶体管之间还连接有两个可重触发单稳态触发器，该两个可重触发单稳态触发器的输出脉冲相互重合：当220V交流电输入正常时，所述第一晶体管的集电极输出100Hz的脉冲信号，经过该两个可重触发单稳态触发器后，第二晶体管的基极输入电压为低电平，第二晶体管的集电极关闭；当220V交流电输入掉电时，第一晶体管的集电极处输出的脉冲波形消失，所述两个可重触发单稳态触发器不再触发，从而使第二晶体管的基极的输入电压变为高电平，第二晶体管导通并且其集电极打开，在所述主控制器上产生中断信号。

进一步的实施例中，所述主控制器采用嵌入式单板机模块或者单片机来实现。

进一步的实施例中，所述主控制器包括采用了嵌入式Linux操作系统的三星S32440(ARM920T)处理器。

进一步的实施例中，所述存储器包括具有I²C总线的24C01芯片。

进一步的实施例中，所述存储器采用FLASH存储芯片。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是说明本发明某些实施例的实时控制系统的掉电数据保护装置的框图。

图2是说明本发明某些实施例的电源模块与掉电检测模块的示意图。

图3是说明本发明另一些实施例的电源模块与掉电检测模块的示意图。

图4是说明本发明某些实施例的主控制器中执行的初始化过程流程示意图。

图5是说明本发明某些实施例的主控制器中执行的中断程序流程图。

图6是说明本发明另一些实施例的主控制器中执行的中断程序流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是应为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

图1是说明本发明某些实施例的实时控制系统的掉电数据保护装置的框图，一种实时控制系统的掉电数据保护装置，包括：电源模块、掉电检测模块、主控制器以及存储器。

图2是说明本发明某些实施例的电源模块与掉电检测模块的示意图，该电源模块采用220V的交流电输入，经变压器T1、整流器B1(后输出12V直流电源)和稳压器V1(进行稳压)处理后，变为5V直流电源，为主控制器、存储器供应工作电压。

电源模块上还配置有并联的多个储能元件(C1、C2)，这些储能元件在非断电时进行充能并且在断电时为主控制器和存储器提供电源供应，用于保存断电时的实时运行数据。

优选地，储能元件为储能电容。

如图2、图3，掉电检测模块采用交流电周期采集电路，包括两个晶体管，其中第一晶体管Q1的基极连接至电源模块中的变压器T1的副边，其集电极处输出信号经由一二极管D4输入第二晶体管Q2的基极，该第二晶体管Q2的集电极处输出检测结果信号，前述的二极管D4反向连接在所述第一晶体管Q1的集电极和第二晶体管Q2的基极之间；

优选地，为了防止程序意外操作导致破坏数据，所述主控制器基于交流电输入的掉电状态而执行中断程序时，控制使中断程序进入无限循环状态，直到所述储能元件C1、C2上的电能耗尽。

如图2所示的电源模块与掉电检测模块的示意图，在该例子中，所述第一晶体管与第二晶体管之间还连接有两个可重触发单稳态触发器(U1A、U1B)，该两个可重触发单稳态触发器的输出脉冲相互重合：当220V交流电输入正常时，所述第一晶体管Q1的集电极输出100Hz的脉冲信号，经过该两个可重触发单稳态触发器后，第二晶体管Q2的基极输入电压为低电平，第二晶体管Q2的集电极关闭；当220V交流电输入掉电时，第一晶体管Q1的集电极处输出的脉冲波形消失，所述两个可重触发单稳态触发器不再触发，从而使第二晶体管Q2的基极的输入电压变为高电平，第二晶体管Q2导通并且其集电极打开，在所述主控制器上产生中断信号。

如图3所示的电源模块与掉电检测模块的示意图，在该例子中，第二晶体管Q2为集电极开路输出，当220V交流电正常时，在第一晶体管Q1的集电极处输出100Hz的脉冲波形，主控制器可以采集判断100Hz的脉冲信号，当有信号丢失时即表明电源模块发生了异常。从而在所述主控制器上产生中断信号。

作为可选的例子，前述主控制器采用嵌入式单板机模块，该模块具有三星S32440(ARM920T)处理器，运算处理功能较强，并且具有总线扩展功能。该模块采用了嵌入式Linux操作系统。

在另外的例子中，前述主控制器采用单片机来实现。

作为可选的例子，前述存储器包括具有I²C总线的24C01芯片。该I²C总线只需两根线与由主控制器相连，节省了硬件资源，主控制器按照总线协议完成对芯片的数据写入与读出。当然，在另外的例子中，存储器也可以采用Flash等其它芯片。

如图4所示的主控制器中执行的初始化过程流程示意图。实时控制系统的掉电数据保护装置在上电运行时，主控制器控制首先执行初始化过程，判断保存在存储芯片中的标识字节，若已置标识字节，说明已保存过数据，则读取存储器中上次保存的数据，恢复到上次断电时的状态运行，否则初始化为默认初始状态运行。

如图5所示的在主控制器中执行的中断程序流程图说明了实时数据保存在中断服务程序中实现。该图示对应于前述图2所示的电源模块与掉电检测模块。主控制器接收到中断信号，说明电源发生了断电(或掉电)，此时需要立即保护现场数据，为了在断电后节约电能，在进入中断服务程序时首先关闭所有的外部控制电路(或置为高阻状态)，然后写入标识字节，再写入需要保存的数据。为了防止程序意外操作导致破坏数据，中断程序进入无限循环状态，等待储能电容上的电能耗尽。

如图6所示的在主控制器中执行的中断程序流程图说明了实时数据保存在中断服务程序中实现。该图示对应于前述图3所示的电源模块与掉电检测模块。主控制器判断100Hz信号是否正常，当有周期丢失时即电源发生了异常，此时并不立即进入数据保护程序，而是判断连续丢失几个周期(可根据实际情况调整)时才认为真正发生了断电(掉电)，再进行数据保护的操作，最后程序进入无限循环状态，等待储能电容上的电能耗尽。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种实时控制系统的掉电数据保护装置，其特征在于，该掉电数据保护装置包括：电源模块、掉电检测模块、主控制器以及存储器，其中：

2.根据权利要求1所述的实时控制系统的掉电数据保护装置，其特征在于，所述主控制器基于交流电输入的掉电状态而执行中断程序时，控制使中断程序进入无限循环状态，直到所述储能元件上的电能耗尽。

3.根据权利要求1或2所述的实时控制系统的掉电数据保护装置，其特征在于，所述储能元件为储能电容。

4.根据权利要求1或2所述的实时控制系统的掉电数据保护装置，其特征在于，所述第一晶体管与第二晶体管之间还连接有两个可重触发单稳态触发器，该两个可重触发单稳态触发器的输出脉冲相互重合：当220V交流电输入正常时，所述第一晶体管的集电极输出100Hz的脉冲信号，经过该两个可重触发单稳态触发器后，第二晶体管的基极输入电压为低电平，第二晶体管的集电极关闭；当220V交流电输入掉电时，第一晶体管的集电极处输出的脉冲波形消失，所述两个可重触发单稳态触发器不再触发，从而使第二晶体管的基极的输入电压变为高电平，第二晶体管导通并且其集电极打开，在所述主控制器上产生中断信号。

5.根据权利要求1所述的实时控制系统的掉电数据保护装置，其特征在于，所述主控制器采用嵌入式单板机模块或者单片机来实现。

6.根据权利要求1所述的实时控制系统的掉电数据保护装置，其特征在于，所述主控制器包括采用了嵌入式Linux操作系统的三星S32440处理器。

7.根据权利要求1所述的实时控制系统的掉电数据保护装置，其特征在于，所述存储器包括具有I²C总线的24C01芯片。

8.根据权利要求1所述的实时控制系统的掉电数据保护装置，其特征在于，所述存储器采用FLASH存储芯片。