CN109326092B - 一种简易信号报警电路 - Google Patents

一种简易信号报警电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种简易信号报警电路，包括：用于复位并解除报警信号锁存状态的报警信号复位单元，用于检测并锁存系统故障信号的报警信号检测与锁存单元，用于指示系统报警状态的报警状态显示单元。

Description

一种简易信号报警电路
技术领域
本发明涉及一种电路，特别是一种简易信号报警电路。
背景技术
报警电路可被用于对重要系统、电路单元工作状态的实时监测，当系统或电路单元出现工作故障时，报警电路可通过声、光、电等形式及时地发出报警信号，提示需要对系统进行故障分析和排查，从而降低或防止了对系统或电路单元的进一步损坏，因此是一种应用非常广泛的电路结构。
目前，报警电路的设计方式比较多，概括起来它们主要可以分为以下两类：
第一大类是利用MCU芯片等为检测与控制核心的设计方式，这类设计充分利用了MCU芯片的可编程控制特点，可以灵活的进行故障信号的检测与报警处理。这种电路因为引入了MCU芯片等可编程控制器件，在外界复杂电磁环境下容易“跑飞”或“死机”等，可靠性相对较低，因此应用场合收到一定限制。另外，相对成本也比较高。
第二大类是利用各种无源器件(如电阻、电容)及有源器件(如三极管、运放)等设计报警电路，这类设计比较灵活，形式也比较多变，具有相对较低的成本及更高的可靠性等特点。但这些设计一般只在系统故障持续状态下发出报警信号，在系统撤掉故障信号后自动同步解除报警信号。
然而，在实际应用中，一些工作于复杂电磁环境下的电路系统在工作过程中可能会发出无规律的、暂态或不可持续的报警信号，之后系统会快速“自动恢复”并继续运行。如果这类情况多次出现并且未及时查找原因，积少成多就可能会造成严重的安全隐患并引发重大的故障，从而造成严重的损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简易信号报警电路，包括：用于复位并解除报警信号锁存状态的报警信号复位单元，用于检测并锁存系统故障信号的报警信号检测与锁存单元，用于指示系统报警状态的报警状态显示单元。
采用上述电路，还包括使能控制电路，该使能控制电路在发生系统故障时输出高电平信号，可用于阻断带有使能控制且低电平有效的电路单元或系统。
报警信号复位单元包括电源、复位按钮、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第一施密特反相器U1、第三电阻R3、第一晶体管Q1、第五电阻R5、第一二极管D1、第二电容C2、第四电阻R4；复位按钮的一端连接电源，复位按钮的另一端分别接第一电阻R1一端和第二电阻R2一端，第二电阻R2另一端分别接第一施密特反相器U1输入端和第一电容C1一端，第一施密特反相器U1输出端分别第一晶体管Q1基极和第三电阻R3一端，第一晶体管Q1集电极分别接电源和第五电阻R5一端，第一晶体管Q1发射极分别接第四电阻R4一端、第一二极管D1阴极和第二电容C2一端，第五电阻R5另一端接第一二极管D1另一端，第一电阻R1另一端、第一电容C1另一端、第三电阻R3另一端、第四电阻R4另一端、第二电容C2另一端接地。
采用上述电路，报警信号检测与锁存单元包括第二施密特与非门U2、第八电阻R8、第三施密特反相器U3、第二二极管D2、第六电阻R6、第五二极管D5；第二施密特与非门U2第一输入端接第五电阻R5另一端，第二施密特与非门U2第二输入端分别接第五二极管D5阴极、第六电阻R6另一端、第二二极管D2阴极，第二施密特与非门U2输出端分别接第八电阻R8另一端、第三施密特反相器U3输入端，第五二极管D5阳极接Error Signal，第八电阻R8一端接地，第六电阻R6一端接地，第二二极管D2阳极接第三施密特反相器U3输出端。
采用上述电路，报警状态显示单元包括第三二极管D3、第七电阻R7、第四施密特反相器U4、第五施密特反相器U5、第四发光二极管D4、第九电阻R9；第三二极管D3阳极接第二二极管D2阳极，第三二极管D3阴极分别接第七电阻R7另一端、第四施密特反相器U4输入端，第七电阻R7一端接地。第四施密特反相器U4输出端接第五施密特反相器U5输入端，第五施密特反相器U5输出端接第四发光二极管D4阳极，第四发光二极管D4阴极接使能控制电路。
采用上述电路，使能控制电路包括第五二极管R5、第九电阻R9；第九电阻R9一端接地，第九电阻R9另一端分别接第五二极管D5阳极和第四发光二极管D4阴极，第五二极管D5阴极接使能控制信号Enable。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明设计的简易信号报警电路可在重要系统或电路单元发生故障时立即检测到故障信号并进行锁存，并通过报警状态显示单元指示被监测系统或电路单元正处于故障状态或曾经出现过故障，克服了传统报警电路对某些不可持续的、无规律或暂态故障的漏报的问题。另外，使能控制电路可在检测到报警信号后阻断带有使能控制且低电平有效的电路单元或系统的相关输出控制功能，减小进一步的损坏。本发明通过分立式器件实现，具有抗干扰能力强、成本较低、易于应用等特点。
下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明的主要电路原理图。
图2为具有使能保护的电路系统。
具体实施方式
一种简易信号报警电路，包括报警信号复位单元、报警信号检测与锁存单元、报警状态显示单元、使能控制电路。报警信号复位单元用于复位并解除报警信号锁存状态，报警信号检测与锁存单元用于检测并锁存系统故障信号，报警状态显示单元用于指示系统报警状态，使能控制电路在发生系统故障时输出高电平信号，可用于阻断带有使能控制且低电平有效的电路单元或系统。
本发明适用的系统故障发生方式及故障信号Error Signal类型具有如下特征：
(1)系统发生故障后可以一直持续故障状态，可以在短暂故障之后自动恢复并撤掉故障信号，也适用于其它无规律的系统故障类型。
(2)系统故障信号Error Signal可以在发生系统故障时由低电平信号跳变为高电平信号，并在系统故障持续期间一直保持高电平状态直到故障状态消失，再重新跳变为低电平信号；也可以在发生故障的时Error Signal仅输出一个瞬时高电平脉冲信号，或者其它出现上升沿的信号。
(3)报警信号检测与锁存单元一旦检测到系统故障信号Error Signal，即可立即锁存系统故障信号Error Signal并通过报警状态显示单元指示系统报警状态直到系统故障信号Error Signal恢复低电平状态并进行报警状态复位。
如图1所示，本发明中设定电源Vcc的电压为15V，R5/R4＝17.5，即R4的阻值远小于R5。
用于复位并解除报警信号锁存状态的报警信号复位单元包括电源Vcc、复位按钮Reset、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第一施密特反相器U1、第三电阻R3、第一晶体管Q1、第五电阻R5、第一二极管D1、第二电容C2、第四电阻R4。
其中，复位按钮Reset的一端连接电源Vcc，另一端分别通过第一电阻R1接至Gnd和第二电阻R2接至第一施密特反相器U1的输入端，第一施密特反相器U1的输出端接至第一晶体管Q1的基极。第一电容C1的一端连接第一施密特反相器U1的输入端，另一端接至Gnd。第三电阻R3的一端连接第一晶体管Q1的基极，另一端接至Gnd。第一晶体管Q1的集电极连接电源Vcc，发射极通过第一电阻R4接至Gnd。第一二极管D1的阳极通过第五电阻R5连接电源Vcc，阴极连接第一晶体管Q1的发射极，同时阴极通过第二电容C2接至Gnd。
在正常状态下，复位按钮Reset不会被按下，此时A点的电位被下拉到Gnd，稳态下的U1输入端的电位同样被下拉到Gnd，因此U1输出为高电平，Q1导通。B点的电位在C2被充电后稳定至近似电源Vcc的值。D1阳极的电位具有关系如下
B点的电位<D1阳极的电位<电源Vcc的电位
因此，在正常状态下，D1阳极的电位可近似为高电平。
在发生系统故障后，需要对报警信号检测与锁存单元进行复位时，按下复位按钮Reset。A点的电位迅速被上拉至电源Vcc，U1的输入端的电位因电容C1的存在不会发生跳变。C1的作用是防止因复位按钮Reset的动作造成的A点电位高速断续现象使U1的输入端电位也出现高速断续情况，即具有按钮消抖的作用。
U1输入端的电位稳定后约为电源Vcc的值，因此U1输出低电平，Q1截止。Q1截止的时刻，B点的电位仍近似为Vcc的值，此后C2开始通过R4放电。根据之前确定的R5/R4＝17.5的数量关系可知，B点的电位稳定至：
D1阳极的电位略高于B点的电位，但仍近似为低电平。
C2的放电时间除了与B点的稳定电位有关，还与C2自身的容值及R4的阻值有关，在本发明中假定放电时间为Δt。
因此，在进行复位时，按下复位按钮Reset的时间至少要大于时间Δt才能保证D1阳极的电位从高电平转变为低电平，从而复位报警信号检测与锁存单元。
用于检测并锁存系统故障信号的报警信号检测与锁存单元包括第二施密特与非门U2、第八电阻R8、第三施密特反相器U3、第二二极管D2、第六电阻R6、第五二极管D5。
其中，U2的引脚1连接D1的阳极，引脚2连接D2的阴极，输出端通过电阻R8接至Gnd。U3的输入端与U2的输出端连接，输出端连接D2的阳极。D2的阴极通过R6接至Gnd。ErrorSignal连接D5的阳极，D5的阴极连接U2的引脚2。
根据上面的分析可知，在正常状态下，Error Signal为低电平，U2引脚1的电位是高电平，引脚2被R6下拉至Gnd，因此U2输出高电平。经过U3反相后输出为低电平，D2正向截止。
在发生系统故障后，Error Signal发生跳变出现一个高电平的上升沿，D5瞬间正向导通，并在R6上出现高电平。U2的引脚1与引脚2上出现同时为高点平的状态，则U2输出低电平，U3输出高电平，D2正向导通并在R6上形成高电平。此后，U2的引脚1与引脚2继续保持同时为高电平的状态，即使Error Signal撤掉高电平状态，该过程也会一直持续下去，实现了对系统故障的报警信号锁存。
根据分析可知，只要Error Signal出现高电平的上升沿就会触发上述报警信号锁存机制，因此特别适用于实时检测无规律或暂态的、Error Signal不可持续系统故障。
在经过故障分析和排查后，按下复位按钮Reset并至少持续时间Δt，由之前的分析可知，U2引脚1的电位被下拉至低电平，U2输出高电平，U3输出为低电平，D2正向截止，U2引脚2被R6下拉至低电平。松开复位按钮Reset后，U2的引脚1重新变为高电平，引脚1为低电平，解除对原报警信号的锁存，并重新开始对Error Signal进行监测。
用于指示系统报警状态的报警状态显示单元包括第三二极管D3、第七电阻R7、第四施密特反相器U4、第五施密特反相器U5、第四发光二极管D4及第九电阻R9。
根据上面的分析可知，在正常状态下，U3输出低电平，因此D3正向截止，U4的输入端电位被R7下拉至低电平，U4输出高电平，U5输出低电平，D4正向截止，不发光，表示没有检测到系统故障。在发生系统故障时，U3输出高电平，因此D3正向导通，U4的输入端电位被上拉至高电平，U4输出低电平，U5输出高电平，D4正向导通，发光，表示检测到系统故障。D4发光一直持续到系统撤掉Error Signal并Reset复位Δt后结束。
使能控制电路第五二极管D5及使能控制信号Enable，其中D5的阳极连接D4的阴极。由上述分析可知，在正常状态下，D5的阳极被R9下拉至低电平，D5正向截止；检测系统故障后，D5的阳极为高电平，正向导通。
如图2所示，可将D5的阴极连接被保护的电路系统，该电路系统具有使能控制端且低电平有效。在检测到系统故障后，D5的阴极电平为高电平，因此电路系统被撤掉使能信号，其相应的输出均被阻断而起到保护作用。
系统故障信号Error Signal接入报警信号监测与锁存单元，正常状态下，ErrorSignal为低电平信号；当发生系统故障时，Error Signal出现高电平上升沿跳变，从而触发报警信号检测机制并被锁存。此时，报警状态显示单元指示灯D4亮起，表示发生系统故障。在进行故障分析和排查后，按下报警状态复位单元中的复位按钮Reset并持续Δt时间之后松开，如果指示灯D4熄灭，则表示系统故障已解除，撤销对原报警信号的锁存，并重新开始对Error Signal进行监测；反之，如果指示灯D4仍亮起，则表示系统仍有故障。

Claims (2)

1.一种简易信号报警电路，其特征在于，包括：
用于复位并解除报警信号锁存状态的报警信号复位单元，
用于检测并锁存系统故障信号的报警信号检测与锁存单元，
用于指示系统报警状态的报警状态显示单元；
还包括使能控制电路，该使能控制电路在发生系统故障时输出高电平信号，用于阻断带有使能控制且低电平有效的电路单元或系统；
报警信号复位单元包括电源、复位按钮、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)、第一施密特反相器(U1)、第三电阻(R3)、第一晶体管(Q1)、第五电阻(R5)、第一二极管(D1)、第二电容(C2)、第四电阻(R4)；其中
复位按钮的一端连接电源，
复位按钮的另一端分别接第一电阻(R1)一端和第二电阻(R2)一端，
第二电阻(R2)另一端分别接第一施密特反相器(U1)输入端和第一电容(C1)一端，
第一施密特反相器(U1)输出端分别第一晶体管(Q1)基极和第三电阻(R3)一端，
第一晶体管(Q1)集电极分别接电源和第五电阻(R5)一端，
第一晶体管(Q1)发射极分别接第四电阻(R4)一端、第一二极管(D1)阴极和第二电容(C2)一端，
第五电阻(R5)另一端接第一二极管(D1)另一端，
第一电阻(R1)另一端、第一电容(C1)另一端、第三电阻(R3)另一端、第四电阻(R4)另一端、第二电容(C2)另一端接地；
报警信号检测与锁存单元包括第二施密特与非门(U2)、第八电阻(R8)、第三施密特反相器(U3)、第二二极管(D2)、第六电阻(R6)、第五二极管(D5)；其中
第二施密特与非门(U2)第一输入端接第五电阻(R5)另一端，
第二施密特与非门(U2)第二输入端分别接第五二极管(D5)阴极、第六电阻(R6)另一端、第二二极管(D2)阴极，
第二施密特与非门(U2)输出端分别接第八电阻(R8)另一端、第三施密特反相器(U3)输入端，
第五二极管(D5)阳极接Error Signal，
第八电阻(R8)一端接地，
第六电阻(R6)一端接地，
第二二极管(D2)阳极接第三施密特反相器(U3)输出端；
报警状态显示单元包括第三二极管(D3)、第七电阻(R7)、第四施密特反相器(U4)、第五施密特反相器(U5)、第四发光二极管(D4)、第九电阻(R9)；其中
第三二极管(D3)阳极接第二二极管(D2)阳极，
第三二极管(D3)阴极分别接第七电阻(R7)另一端、第四施密特反相器(U4)输入端，
第七电阻(R7)一端接地；
第四施密特反相器(U4)输出端接第五施密特反相器(U5)输入端，
第五施密特反相器(U5)输出端接第四发光二极管(D4)阳极，
第四发光二极管(D4)阴极接使能控制电路。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，使能控制电路包括第五二极管(D5)、第九电阻(R9)；其中
第九电阻(R9)一端接地，
第九电阻(R9)另一端分别接第五二极管(D5)阳极和第四发光二极管(D4)阴极，
第五二极管(D5)阴极接使能控制信号Enable。
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