CN110829578A - 具有掉电保护与报警功能的远程终端单元及其使用方法 - Google Patents

具有掉电保护与报警功能的远程终端单元及其使用方法 Download PDF

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    • G08B25/01—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium
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Abstract

本发明涉及传输控制规程领域，具体为一种具有掉电保护与报警功能的远程终端单元及其使用方法。一种具有掉电保护与报警功能的远程终端单元，包括微控制单元(1)和传感器(2)，其特征是：还包括外接直流电源(3)、直流‑直流开关电源(4)、电源管理芯片(5)和蓄电池(6)，外接直流电源(3)的通过直流‑直流开关电源(4)连接电源管理芯片(5)，电源管理芯片(5)分别连接微控制单元(1)和蓄电池(6)。一种具有掉电保护与报警功能的远程终端单元的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：① 供电；② 管理；③ 停电报警；④ 关机报警；⑤ 恢复。本发明系统鲁棒性高、可维护性好。

Description

具有掉电保护与报警功能的远程终端单元及其使用方法
技术领域
本发明涉及传输控制规程领域，具体为一种具有掉电保护与报警功能的远程终端单元及其使用方法。
背景技术
远程终端单元，即Remote Terminal Unit，简称RTU，是一种用于数据采集与监视控制系统（即Supervisory Control And Data Acquisition，简称SCADA）或其它自动化系统中在现场提供本地化的控制和数据访问的设备。随着应用复杂度的提升，许多RTU都采用基于Linux内核的操作系统，同时使用如Sqlite等嵌入式数据库用于存取数据。然而由于工业现场环境的特殊性，常会发生系统断电的情况，一方面可能导致RTU的文件系统或数据库系统的损坏（因为RTU在不停地写入传感器数据），另一方面RTU掉电后，远程服务器无法判断现场是因为远程通讯网络问题，还是现场电源问题导致数据传输中断，不利于系统故障的快速排查。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种系统鲁棒性高、可维护性好的数据处理设备，本发明公开了一种具有掉电保护与报警功能的远程终端单元及其使用方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种具有掉电保护与报警功能的远程终端单元，包括微控制单元和传感器，微控制单元通过信号线连接传感器，其特征是：还包括外接直流电源、直流-直流开关电源、电源管理芯片和蓄电池，微控制单元、直流-直流开关电源、电源管理芯片和蓄电池构成远程终端单元，外接直流电源的直流输出端通过导线连接直流-直流开关电源的直流输入端和传感器，直流-直流开关电源的直流输出端通过导线连接电源管理芯片的直流输入端，电源管理芯片的直流输出端通过信号线分别连接微控制单元和蓄电池；
外接直流电源包括外接交流电源和整流装置，外接交流电源选用电压220V、频率50hz的市电，外接交流电源的交流输出端连接整流装置的交流输入端，整流装置的直流输出端连接直流-直流开关电源的直流输入端。
所述的具有掉电保护与报警功能的远程终端单元，其特征是：蓄电池选用锂电池；电源管理芯片的直流输出端和微控制单元的连接端口选用I2C端口。
一种具有掉电保护与报警功能的远程终端单元，包括微控制单元和传感器，微控制单元通过信号线连接传感器，其特征是：还包括外接直流电源、直流-直流开关电源和通讯模块，微控制单元、直流-直流开关电源和通讯模块构成远程终端单元，外接直流电源的直流输出端通过导线连接直流-直流开关电源的直流输入端，直流-直流开关电源的直流输出端通过导线连接微控制单元，通讯模块通过信号线连接微控制单元；
外接直流电源包括太阳能板、太阳能控制器和太阳能电池，太阳能板的直流输出端通过导线连接太阳能控制器的直流输入端和传感器，太阳能控制器的直流输出端通过导线分别连接直流-直流开关电源的直流输入端和太阳能电池的直流输入端，太阳能控制器还通过信号线连接通讯模块。
所述的具有掉电保护与报警功能的远程终端单元，其特征是：通讯模块选用RS485芯片。
所述的具有掉电保护与报警功能的远程终端单元的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
① 供电：外接直流电源通过直流-直流开关电源和电源管理芯片向微控制单元供电，同时向各个传感器供电，并为蓄电池充电；
② 管理：微控制单元通过电源管理芯片对蓄电池实施充电和放电管理，获取外接直流电源的供电状态、蓄电池(6)的剩余容量、蓄电池(6)的剩余工作时间等信息（如通过基于SMBus协议的I2C接口读取电源管理芯片中各种状态寄存器状态，获得电源系统信息），并实时上报监测平台；
③ 停电报警：当外接直流电源因外接交流电源断开而停止供电时，此时微控制单元由蓄电池供电，传感器因供电中断而无法通讯或采集数据，此时微控制单元通过电源管理芯片获得电源断开的信号，微控制单元通过移动网络将外接直流电源断开的信息上报监控平台，或通过短信、邮件等方式通知管理人员；
④ 关机报警：当蓄电池容量小于5%或工作时间小于10分钟时，微控制单元发出最后报警，告知用户由于电量不足将进入关机状态，警示尽快恢复外接直流电源的供电；
⑤ 恢复：当外接直流电源恢复供电后，外接直流电源重新通过直流-直流开关电源和电源管理芯片向微控制单元供电，同时向各个传感器供电，并为蓄电池充电，微控制单元重新上电开机，重新监控传感器、外接直流电源和蓄电池的状态，并且上报实时参数，解除掉电报警，重新采集传感器的数据。
所述的具有掉电保护与报警功能的远程终端单元的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
① 供电：外接直流电源通过直流-直流开关电源向微控制单元供电，同时向各个传感器供电；
② 管理：微控制单元通过通讯模块和太阳能控制器的通讯获得太阳能电池的充电电压、剩余容量等信息，并实时上报监测平台
③ 低电量报警：当太阳能电池的容量小于30%、且充电电压低于阈值时（即太阳能光照不足），微控制单元根据用户预设策略降低传感器的采集频率以减小功耗；
④ 关机报警：当太阳能电池的容量小于5%时，微控制单元发出最后报警，告知用户由于电量不足将进入关机状态，警示尽快恢复外接直流电源的供电；
⑤ 恢复：当外接直流电源恢复供电后，微控制单元重新上电开机，重新监控传感器和外接直流电源的状态，并且上报实时参数，解除掉电报警，重新采集传感器的数据。
本发明具有如下有益效果：提出了一种具有掉电保护与报警功能的RTU，实现现场数据采集系统掉电报警，并通过软件算法与电池技术，保证RTU本身在电池耗尽前进行自主软关机，避免系统或数据库损坏。大幅增加了系统的可靠性与故障可排查性。
附图说明
图1是本发明采用外接直流电源供电时的结构示意图；
图2是本发明采用太阳能电池供电时的结构示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种具有掉电保护与报警功能的远程终端单元，包括微控制单元1和传感器2、外接直流电源3、直流-直流开关电源4、电源管理芯片5和蓄电池6，如图1所示，具体结构是：
微控制单元1、直流-直流开关电源4、电源管理芯片5和蓄电池6构成远程终端单元，微控制单元1通过信号线连接传感器2，外接直流电源3的直流输出端通过导线连接直流-直流开关电源4的直流输入端和传感器2，直流-直流开关电源4的直流输出端通过导线连接电源管理芯片5的直流输入端，电源管理芯片5的直流输出端通过信号线分别连接微控制单元1和蓄电池6；
外接直流电源3包括外接交流电源31和整流装置32，外接交流电源31选用电压220V、频率50hz的市电，外接交流电源31的交流输出端连接整流装置32的交流输入端，整流装置32的直流输出端连接直流-直流开关电源4的直流输入端。
本实施例中：蓄电池6选用锂电池；电源管理芯片5的直流输出端和微控制单元1的连接端口选用I2C端口。
本实施例使用时，按如下步骤依次实施：
① 供电：外接直流电源3通过直流-直流开关电源4和电源管理芯片5向微控制单元1供电，同时向各个传感器2供电，并为蓄电池6充电；
② 管理：微控制单元1通过电源管理芯片5对蓄电池6实施充电和放电管理，获取外接直流电源3的供电状态、蓄电池6的剩余容量、蓄电池6的剩余工作时间等信息（如通过基于SMBus协议的I2C接口读取电源管理芯片中各种状态寄存器状态，获得电源系统信息），并实时上报监测平台；
③ 停电报警：当外接直流电源3因外接交流电源31断开而停止供电时，此时微控制单元1由蓄电池6供电，传感器2因供电中断而无法通讯或采集数据，此时微控制单元1通过电源管理芯片5获得电源断开的信号，微控制单元1通过移动网络将外接直流电源3断开的信息上报监控平台，或通过短信、邮件等方式通知管理人员；
④ 关机报警：当蓄电池6容量小于5%或工作时间小于10分钟时，微控制单元1发出最后报警，告知用户由于电量不足将进入关机状态，警示尽快恢复外接直流电源3的供电；
⑤ 恢复：当外接直流电源3恢复供电后，外接直流电源3重新通过直流-直流开关电源4和电源管理芯片5向微控制单元1供电，同时向各个传感器2供电，并为蓄电池6充电，微控制单元1重新上电开机，重新监控传感器2、外接直流电源3和蓄电池6的状态，并且上报实时参数，解除掉电报警，重新采集传感器2的数据。
实施例2
一种具有掉电保护与报警功能的远程终端单元，包括微控制单元1、传感器2、外接直流电源3、直流-直流开关电源4和通讯模块7，如图2所示，具体结构是：
微控制单元1、直流-直流开关电源4和通讯模块7构成远程终端单元，微控制单元1通过信号线连接传感器2，外接直流电源3的直流输出端通过导线连接直流-直流开关电源4的直流输入端，直流-直流开关电源4的直流输出端通过导线连接微控制单元1，通讯模块7通过信号线连接微控制单元1；
外接直流电源3包括太阳能板33、太阳能控制器34和太阳能电池35，太阳能板33的直流输出端通过导线连接太阳能控制器34的直流输入端和传感器2，太阳能控制器34的直流输出端通过导线分别连接直流-直流开关电源4的直流输入端和太阳能电池35的直流输入端，太阳能控制器34还通过信号线连接通讯模块7。
本实施例中：通讯模块7选用RS485芯片。
本实施例使用时，按如下步骤依次实施：
① 供电：外接直流电源3通过直流-直流开关电源4向微控制单元1供电，同时向各个传感器2供电；
② 管理：微控制单元1通过通讯模块7和太阳能控制器34的通讯获得太阳能电池35的充电电压、剩余容量等信息，并实时上报监测平台
③ 低电量报警：当太阳能电池35的容量小于30%、且充电电压低于阈值时（即太阳能光照不足），微控制单元1根据用户预设策略降低传感器2的采集频率以减小功耗；
④ 关机报警：当太阳能电池35的容量小于5%时，微控制单元1发出最后报警，告知用户由于电量不足将进入关机状态，警示尽快恢复外接直流电源3的供电；
⑤ 恢复：当外接直流电源3恢复供电后，微控制单元1重新上电开机，重新监控传感器2和外接直流电源3的状态，并且上报实时参数，解除掉电报警，重新采集传感器2的数据。

Claims (6)

1.一种具有掉电保护与报警功能的远程终端单元，包括微控制单元(1)和传感器(2)，微控制单元(1)通过信号线连接传感器(2)，其特征是：还包括外接直流电源(3)、直流-直流开关电源(4)、电源管理芯片(5)和蓄电池(6)，微控制单元(1)、直流-直流开关电源(4)、电源管理芯片(5)和蓄电池(6)构成远程终端单元，外接直流电源(3)的直流输出端通过导线连接直流-直流开关电源(4)的直流输入端和传感器(2)，直流-直流开关电源(4)的直流输出端通过导线连接电源管理芯片(5)的直流输入端，电源管理芯片(5)的直流输出端通过信号线分别连接微控制单元(1)和蓄电池(6)；
外接直流电源(3)包括外接交流电源(31)和整流装置(32)，外接交流电源(31)选用电压220V、频率50hz的市电，外接交流电源(31)的交流输出端连接整流装置(32)的交流输入端，整流装置(32)的直流输出端连接直流-直流开关电源(4)的直流输入端。
2.如权利要求1所述的具有掉电保护与报警功能的远程终端单元，其特征是：蓄电池(6)选用锂电池；电源管理芯片(5)的直流输出端和微控制单元(1)的连接端口选用I2C端口。
3.一种具有掉电保护与报警功能的远程终端单元，包括微控制单元(1)和传感器(2)，微控制单元(1)通过信号线连接传感器(2)，其特征是：还包括外接直流电源(3)、直流-直流开关电源(4)和通讯模块(7)，微控制单元(1)、直流-直流开关电源(4)和通讯模块(7)构成远程终端单元，外接直流电源(3)的直流输出端通过导线连接直流-直流开关电源(4)的直流输入端，直流-直流开关电源(4)的直流输出端通过导线连接微控制单元(1)，通讯模块(7)通过信号线连接微控制单元(1)；
外接直流电源(3)包括太阳能板(33)、太阳能控制器(34)和太阳能电池(35)，太阳能板(33)的直流输出端通过导线连接太阳能控制器(34)的直流输入端和传感器(2)，太阳能控制器(34)的直流输出端通过导线分别连接直流-直流开关电源(4)的直流输入端和太阳能电池(35)的直流输入端，太阳能控制器(34)还通过信号线连接通讯模块(7)。
4.如权利要求3所述的具有掉电保护与报警功能的远程终端单元，其特征是：通讯模块(7)选用RS485芯片。
5.如权利要求1或2所述的具有掉电保护与报警功能的远程终端单元的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
①供电：外接直流电源(3)通过直流-直流开关电源(4)和电源管理芯片(5)向微控制单元(1)供电，同时向各个传感器(2)供电，并为蓄电池(6)充电；
②管理：微控制单元(1)通过电源管理芯片(5)对蓄电池(6)实施充电和放电管理，获取外接直流电源(3)的供电状态、蓄电池(6)的剩余容量、蓄电池(6)的剩余工作时间信息，并实时上报监测平台；
③停电报警：当外接直流电源(3)因外接交流电源(31)断开而停止供电时，此时微控制单元(1)由蓄电池(6)供电，传感器(2)因供电中断而无法通讯或采集数据，此时微控制单元(1)通过电源管理芯片(5)获得电源断开的信号，微控制单元(1)通过移动网络将外接直流电源(3)断开的信息上报监控平台，或通知管理人员；
④关机报警：当蓄电池(6)容量小于5%或工作时间小于10分钟时，微控制单元(1)发出最后报警，告知用户由于电量不足将进入关机状态，警示尽快恢复外接直流电源(3)的供电；
⑤恢复：当外接直流电源(3)恢复供电后，外接直流电源(3)重新通过直流-直流开关电源(4)和电源管理芯片(5)向微控制单元(1)供电，同时向各个传感器(2)供电，并为蓄电池(6)充电，微控制单元(1)重新上电开机，重新监控传感器(2)、外接直流电源(3)和蓄电池(6)的状态，并且上报实时参数，解除掉电报警，重新采集传感器(2)的数据。
6.如权利要求3或4所述的具有掉电保护与报警功能的远程终端单元的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
①供电：外接直流电源(3)通过直流-直流开关电源(4)向微控制单元(1)供电，同时向各个传感器(2)供电；
②管理：微控制单元(1)通过通讯模块(7)和太阳能控制器(34)的通讯获得太阳能电池(35)的充电电压、剩余容量信息，并实时上报监测平台
③低电量报警：当太阳能电池(35)的容量小于30%、且充电电压低于阈值时，微控制单元(1)降低传感器(2)的采集频率以减小功耗；
④关机报警：当太阳能电池(35)的容量小于5%时，微控制单元(1)发出最后报警，告知用户由于电量不足将进入关机状态，警示尽快恢复外接直流电源(3)的供电；
⑤恢复：当外接直流电源(3)恢复供电后，微控制单元(1)重新上电开机，重新监控传感器(2)和外接直流电源(3)的状态，并且上报实时参数，解除掉电报警，重新采集传感器(2)的数据。
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