CN114646893A - 泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路,该电路集成在泥石流地声监测模块中,包括:多路数字电源、多路模拟电源、多路光耦、负载开关和微处理器;多路数字电源和多路模拟电源分别与多路光耦连接,多路光耦串联后与负载开关的使能脚、微处理器的PowerGoodEN脚连接,负载开关与微处理器连接;多路数字电源和多路模拟电源输出多路电源信号;基于多路电源信号使得多路光耦的开关导通或关闭,输出被测信号;基于被测信号的电平控制负载开关打开或关闭,使得微处理器上电工作或停止工作;微处理器监控PowerGoodEN脚的被测信号电平,判断电源是否正常。本发明可以快速完成多路电源自检。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域,尤其涉及泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
泥石流地声监测模块中的模拟电路和数字电路需要多种不同的电源进行供电。泥石流地声监测模块中的多级数字电源采用正电源供电的方式,主要用于微控制器、无线通信模块、接口转换模块、AD模块(数字部分)等的供电。泥石流地声监测模块中的多级模拟电源因需要给地声传感器、信号调理电路、AD模块供电,故需要将输入的电池电压进行多级转换。地声传感器输出的信号为差分信号,故多级信号调理电路的电源需采用正负双电源供电的方式,并需要根据信号的范围进行合适模拟电源的转换,也就是说多级模拟电源采用正负双电源供电的方式。
在对泥石流地声监测模块进行板级全功能测试时,首先需检测地声监测模块上的多路电源是否正常,避免由于电源异常造成其它功能模块的损坏。传统的测试方法有两种:一种是依靠人工的方式,通过万用表测试各个电源模块的输出电压是否正常,该方法不仅效率低,而且在测试电压的过程中容易引起电路板其它功能异常;另一种是将这些电源通过连接器引出来,再通过测试板上的AD采集这些电源电压的值,该方法虽然更智能一些,但是设计和开发测试板需要耗费较高的人力和物力成本。因此亟需一种快速、低成本且自动的多电源故障自检测方法,能够快速对电路板上的多路电源进行检测,若有一路电源工作不正常,则自动切断电路板上的负载电路,以便对负载电路进行保护。
发明内容
本发明实施例提供一种泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路,可有效解决以下问题:1)泥石流地声监测模块上电后快速完成多路电源自检。2)当地声监测模块有任何一路电源有故障时,则自动切断负载电源,对负载进行保护。该方法成本低、效率高,且不易对泥石流地声监测模块造成损坏。
该泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路集成在泥石流地声监测模块中,包括:泥石流地声监测模块上的多路数字电源、泥石流地声监测模块上的多路模拟电源、多路光耦、负载开关和微处理器;其中,多路数字电源和多路模拟电源分别与多路光耦连接,多路光耦串联后与负载开关的使能脚、微处理器的PowerGoodEN脚连接,负载开关与微处理器连接;
多路数字电源和多路模拟电源用于:输出多路电源信号;
多路光耦用于:基于多路电源信号使得多路光耦的开关导通或关闭,从而输出一路被测电源信号,多路光耦将被测电源信号和微处理器在电气上实现隔离;
负载开关用于:基于被测电源信号的电平控制打开或关闭,使得微处理器上电工作或停止工作;
微处理器用于:监控PowerGoodEN脚的被测电源信号的电平,根据所述被测电源信号的电平判断多路数字电源和多路模拟电源的电源是否正常。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
图1为本发明实施例中的一种泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例中提出一种泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路,该电路集成在泥石流地声监测模块中,其中包括:泥石流地声监测模块上的多路数字电源、泥石流地声监测模块上的多路模拟电源、多路光耦、负载开关和微处理器;其中,多路数字电源和多路模拟电源分别与多路光耦连接,多路光耦串联后与负载开关的使能脚、微处理器的PowerGoodEN脚连接,负载开关与微处理器连接;
多路数字电源和多路模拟电源用于:输出多路电源信号;
多路光耦用于:基于多路电源信号使得多路光耦的开关导通或关闭,从而输出一路被测电源信号,多路光耦将被测电源信号和微处理器在电气上实现隔离;
负载开关用于:基于被测电源信号的电平控制打开或关闭,使得微处理器上电工作或停止工作;
微处理器用于:监控PowerGoodEN脚的被测电源信号的电平,根据所述被测电源信号的电平判断多路数字电源和多路模拟电源的电源是否正常。
具体的,多路数字电源主要是地声监测模块上的多级数字电源,采用正电源供电的方式,主要用于微控制器、无线通信模块、接口转换模块、AD模块(数字部分)等的供电;因现场采用电池供电的方式,电池的有效输入电压范围在11~15V,为满足数字电路的供电需要,需要将输入电压转换到适合的数字电源1、数字电源2、数字电源3,……数字电源n。如只需要转换1路数据电源,则此处的数字电源只保留1路就行。
多路模拟电源主要是地声监测模块上的多级模拟电源,采用正负双电源供电的方式,主要用于地声传感器、信号调理及AD模块(模拟部分)等的供电。因需要给地声传感器、信号调理电路、AD模块供电,故需要将输入的电池电压进行多级转换。地声传感器输出的信号为差分信号,故多级信号调理电路的电源需采用正负双电源供电的方式,并需要根据信号的范围进行合适模拟电源的转换,如模拟电源1、模拟电源2,……模拟电源n。如只需要保留1路模拟电源,在自检测电路中保留一路就行。
多路光耦起开关和信号隔离的作用;光耦是以光为媒介来传输电信号的器件,主要由高性能的发光二极管和光电二极管组成,当发光二级管导通时,其发出的光会在光电二级管中感应出电流,此时开关打开。即当接入的电压正常时,开关导通,而接入点无电压时,光耦的开关关闭。同时,该光耦既可以接数字电源,还可以接模拟电源,将被测信号和测量控制电路在电气上实现隔离,抗干扰能力强。
在本发明实施例中,多路光耦具体用于:当多路数字电源和多路模拟电源电压正常时,相应连接的多路光耦的开关导通,输出被测电源信号为高电平;当多路数字电源和多路模拟电源中任一路存在无电压时,相应连接的多路光耦的开关关闭,输出被测电源信号为低电平;
负载开关具体用于:当被测电源信号的电平为高电平时,打开,使得微处理器上电工作;当被测电源信号的电平为低电平时,关闭使得微处理器停止工作;
微处理器具体用于:当被测电源信号的电平为高电平时,表示多路数字电源和多路模拟电源均正常,当被测电源信号的电平为低电平时,表示多路数字电源和多路模拟电源中存在一路或多路电源不正常。
在本发明实施例中,多路光耦包括多路数字光耦和多路模拟光耦,每一路数字电源连接一路数字光耦,每一路模拟电源连接两路模拟光耦;
多路数字电源中的第一路数字电源作为光耦回路的电源,与多路数字光耦中的第一路数字光耦的光电二级管的阳极相连;
多路数字电源中其他路数字电源各自与多路数字光耦中相应其他路数字光耦的发光二极管的阳极相连,发光二级管的阴极与数字电源地相连;
第一路数字光耦的光电二级管的阴极与第二路数字光耦的光电二级管的阳极相连,第二路数字光耦的光电二级管的阴极与第三路数字光耦的光电二级管的阳极相连,如此连接,直至多路数字光耦中的最后一路数字光耦的光电二级管的阴极与第一模拟光耦的光电二级管的阳极相连;
每一路模拟电源的负极与两路模拟光耦中的一路模拟光耦的发光二极管的阴极相连,发光二级管的阳极与模拟电源地相连;一路模拟光耦的光电二级管的阳极与最后一路数字光耦的光电二级管的阴极相连,一路模拟光耦的光电二级管的阴极与两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的光电二级管的阳极相连;
每一路模拟电源的正极与另一路模拟光耦的发光二极管的阳极相连,另一路模拟光耦的发光二级管的阴极与模拟电源地相连;
每一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的阴极与另一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的一路模拟光耦的光电二级管的阳极相连,如此连接,直到最后一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的光电二级管的阴极与负载开关连接。
在本发明实施例中,多路数字电源中的第一路数字电源还与第一电容的正极连接,第一电容的负极接信号地,第一电容起到稳压和滤波的作用。
在本发明实施例中,多路数字电源中其他路数字电源各自通过限流电阻与多路数字光耦中相应其他路数字光耦的发光二极管的阳极相连;
每一路模拟电源的负极通过限流电阻与两路模拟光耦中的一路模拟光耦的发光二极管的阴极相连;
每一路模拟电源的正极通过限流电阻与另一路模拟光耦的发光二极管的阳极相连;
最后一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的光电二级管的阴极还通过限流电阻与负载开关的使能脚、微处理器的PowerGoodEN脚连接。
在本发明实施例中,最后一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的光电二级管的阴极还与第一发光二级管的阳极相连,第一发光二级管的阴极与限流电阻相连后接地;所述第一发光二级管用于:当点亮时,表示多路数字电源和多路模拟电源均正常,当熄灭时,表示多路数字电源和多路模拟电源中存在一路或多路电源不正常。
在本发明实施例中,最后一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的光电二级管的阴极还与瞬变电压抑制二极管的阴极相连后接地,瞬变电压抑制二极管对负载开关的使能脚以及微处理器的PowerGoodEN脚进行电压浪涌保护。
下面以图1所示的泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路原理图来说明该电路中的关键器件。
假定数字电源有3路,模拟电源有2路:
数字电源1~数字电源3为地声监测模块的数字电源信号;数字电源4为经过负载输出的电源信号,它们均为正电源信号,标识分别为数字电源V1+~数字电源V4+;其地为数字电源地,标识为DGND。
模拟电源1~模拟电源2为地声监测模块的模拟电源信号,它们均为正负双电源,标识为模拟电源V1+、模拟电源V1-、模拟电源V2+、模拟电源V2-;其地为模拟电源地,标识为AGND。
光耦D1~光耦D6为非线性光耦,在电路中相当于开关的功能。当与正电源相连时,封装在其内部的发光二级管的阳极接正电源,发光二极管的阴极接负电源;当与负电源相连时,封装在其内部的发光二级管的阳极接模拟电源地,发光二极管的阴极接负电源;而光耦内部的光电二极管的阳极和阴极则按照电流正方向进行连接设计。
D7为TVS管,可对负载开关的EN以及微处理器的GPIO口进行电压浪涌保护;TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR)或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品,其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以极高的速度(最高达1×10-12秒)使其阻抗骤然降低,同时吸收一个大电流,将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上,从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。TVS的反应速度比RC回路快10E-12s,可不用考虑TVS的击穿电压VBR,反向临界电压VWM,最大峰值脉冲电流IPP和最大箝位电压VC及峰值脉冲功率PP。选择VWM等于或大于电路工作电压,VC为小于保护器件的耐压值,能测量最好(IPP),或估计出脉冲的功率,选功率较大的TVS。
GPIO(General-purpose input/output),通用型之输入输出的简称,其接脚可以供使用者由程控自由使用,PIN脚依现实考量可作为通用输入(GPI)或通用输出(GPO)或通用输入与输出(GPIO),如当clk generator,chip select等。既然一个引脚可以用于输入、输出或其他特殊功能,那么一定有寄存器用来选择这些功能。对于输入,一定可以通过读取某个寄存器来确定引脚电位的高低;对于输出,一定可以通过写入某个寄存器来让这个引脚输出高电位或者低电位;对于其他特殊功能,则有另外的寄存器来控制它们。
电阻R1~电阻R8主要起限流作用;
H1为发光二级管,当点亮时,表示电源正常,当熄灭时,表示某级电源有故障;
电容C1为稳压和滤波电容;
负载开关为高电平打开,低电平关断的方式;
微控制器的GPIO的输入脚(PowerGoodEN脚),默认为低电平,当检测到输入的GPIO的信号为高电平时,表示各级电源正常。
图1所示的泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路的连接关系说明如下:
数字电路V1+作为光耦回路的电源,其与光耦D1的光电二级管的阳极相连,同时与C1的正极相连,C1的负极接信号地,电容C1起到稳压和滤波的作用;
数字电路V2+与限流电阻R1相连后,再与光耦D1的发光二极管的阳极相连,发光二级管的阴极与数字电源地相连;光耦D1的光电二级管的阳极与数字电路V1+相连,光耦D1的光电二级管的阴极与光耦D2的光电二级管的阳极相连;
数字电路V3+与限流电阻R2相连后,再与光耦D2的发光二极管的阳极相连,发光二级管的阴极与数字电源地相连;光耦D2的光电二级管的阳极与光耦D1的光电二级管的阴极相连,光耦D2的光电二级管的阴极与光耦D3的光电二级管的阳极相连;
模拟电源V1-与限流电阻R3相连后,再与光耦D3的发光二极管的阴极相连,发光二级管的阳极与模拟电源地相连;光耦D3的光电二级管的阳极与光耦D2的光电二级管的阴极相连,光耦D3的光电二级管的阴极与光耦D4的光电二级管的阳极相连;
模拟电源V1+与限流电阻R4相连后,再与光耦D4的发光二极管的阴极相连,发光二级管的阳极与模拟电源地相连;光耦D4的光电二级管的阳极与光耦D3的光电二级管的阴极相连,光耦D4的光电二级管的阴极与光耦D5的光电二级管的阳极相连;
模拟电源V2-与限流电阻R5相连后,再与光耦D5的发光二极管的阴极相连,发光二级管的阳极与模拟电源地相连;光耦D5的光电二级管的阳极与光耦D4的光电二级管的阴极相连,光耦D5的光电二级管的阴极与光耦D6的光电二级管的阳极相连;
模拟电源V2+与限流电阻R6相连后,再与光耦D6的发光二极管的阴极相连,发光二级管的阳极与模拟电源地相连;光耦D6的光电二级管的阳极与光耦D5的光电二级管的阴极相连,光耦D6的光电二级管的阴极与发光二级管H1的阳极相连,发光二级管H1的阴极与限流电阻R7相连后接地;
同时光耦D6的光电二级管的阴极还与TVS管D7的阴极相连后接地;
同时光耦D6的光电二级管的阴极还与限流电阻R8相连后再与负载开关的EN脚相连;
同时光耦D6的光电二级管的阴极还与限流电阻R8相连后再与微控制器的PowerGoodEN脚相连。
使用图1所示的泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路进行自检测的方法如下:将泥石流地声监测模块的多级模拟电源和多级数字电源与光耦的输入连接,将其中的一路数据电源作为光耦输出回路中的电源,将最后一级链路中的光耦输出接指示灯到地,并同时将该信号与负载开关的使能信号和微处理器的GPIO口相连。当所有的数字电源和模拟电源都正常时,所有的光耦导通,则数字电源V1+、发光二级管H1、电阻R7形成通路,H1发光二级管点亮,同时负载开关的使能脚为高电平,负载开关进入工作状态,当负载开关开启后,微控制器开始工作,它上电后会自动检测PowerGoodEN脚,若为高电平,表示电源回路正常,会通过自检发送电源回路正常的信息。否则,当有任何一级电源无输出时,则该级电源对应的光耦的开关关闭,整个光耦链路断开,导致数字电源V1+和H1的通路断开,H1指示灯不亮,负载开关的使能脚为低电平,负载开关无电源输出,此时微处理器不工作。在该自检测电路中,若上电后,H1指示灯不亮,则表示有一级电源工作不正常,需要尽快查找问题。
本发明实施例中,提出的泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路可有效解决以下问题:1)泥石流地声监测模块上电后快速完成多路电源自检。2)当地声监测模块有任何一路电源有故障时,则自动切断负载电源,对负载进行保护。该方法成本低、效率高,且不易对泥石流地声监测模块造成损坏。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路,其特征在于,集成在泥石流地声监测模块中,包括:泥石流地声监测模块上的多路数字电源、泥石流地声监测模块上的多路模拟电源、多路光耦、负载开关和微处理器;其中,多路数字电源和多路模拟电源分别与多路光耦连接,多路光耦串联后与负载开关的使能脚、微处理器的PowerGoodEN脚连接,负载开关与微处理器连接;
多路数字电源和多路模拟电源用于:输出多路电源信号;
多路光耦用于:基于多路电源信号使得多路光耦的开关导通或关闭,从而输出一路被测电源信号,多路光耦将被测电源信号和微处理器在电气上实现隔离;
负载开关用于:基于被测电源信号的电平控制打开或关闭,使得微处理器上电工作或停止工作;
微处理器用于:监控PowerGoodEN脚的被测电源信号的电平,根据所述被测电源信号的电平判断多路数字电源和多路模拟电源的电源是否正常。
2.如权利要求1所述的泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路,其特征在于,多路光耦具体用于:当多路数字电源和多路模拟电源电压正常时,相应连接的多路光耦的开关导通,输出被测电源信号为高电平;当多路数字电源和多路模拟电源中任一路存在无电压时,相应连接的多路光耦的开关关闭,输出被测电源信号为低电平;
负载开关具体用于:当被测电源信号的电平为高电平时,打开,使得微处理器上电工作;当被测电源信号的电平为低电平时,关闭使得微处理器停止工作;
微处理器具体用于:当被测电源信号的电平为高电平时,表示多路数字电源和多路模拟电源均正常,当被测电源信号的电平为低电平时,表示多路数字电源和多路模拟电源中存在一路或多路电源不正常。
3.如权利要求1所述的泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路,其特征在于,多路光耦包括多路数字光耦和多路模拟光耦,每一路数字电源连接一路数字光耦,每一路模拟电源连接两路模拟光耦;
多路数字电源中的第一路数字电源作为光耦回路的电源,与多路数字光耦中的第一路数字光耦的光电二级管的阳极相连;
多路数字电源中其他路数字电源各自与多路数字光耦中相应其他路数字光耦的发光二极管的阳极相连,发光二级管的阴极与数字电源地相连;
第一路数字光耦的光电二级管的阴极与第二路数字光耦的光电二级管的阳极相连,第二路数字光耦的光电二级管的阴极与第三路数字光耦的光电二级管的阳极相连,如此连接,直至多路数字光耦中的最后一路数字光耦的光电二级管的阴极与第一模拟光耦的光电二级管的阳极相连;
每一路模拟电源的负极与两路模拟光耦中的一路模拟光耦的发光二极管的阴极相连,发光二级管的阳极与模拟电源地相连;一路模拟光耦的光电二级管的阳极与最后一路数字光耦的光电二级管的阴极相连,一路模拟光耦的光电二级管的阴极与两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的光电二级管的阳极相连;
每一路模拟电源的正极与另一路模拟光耦的发光二极管的阳极相连,另一路模拟光耦的发光二级管的阴极与模拟电源地相连;
每一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的阴极与另一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的一路模拟光耦的光电二级管的阳极相连,如此连接,直到最后一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的光电二级管的阴极与负载开关连接。
4.如权利要求3所述的泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路,其特征在于,多路数字电源中的第一路数字电源还与第一电容的正极连接,第一电容的负极接信号地,第一电容起到稳压和滤波的作用。
5.如权利要求3所述的泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路,其特征在于,多路数字电源中其他路数字电源各自通过限流电阻与多路数字光耦中相应其他路数字光耦的发光二极管的阳极相连;
每一路模拟电源的负极通过限流电阻与两路模拟光耦中的一路模拟光耦的发光二极管的阴极相连;
每一路模拟电源的正极通过限流电阻与另一路模拟光耦的发光二极管的阳极相连;
最后一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的光电二级管的阴极还通过限流电阻与负载开关的使能脚、微处理器的PowerGoodEN脚连接。
6.如权利要求3所述的泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路,其特征在于,最后一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的光电二级管的阴极还与第一发光二级管的阳极相连,第一发光二级管的阴极与限流电阻相连后接地;所述第一发光二级管用于:当点亮时,表示多路数字电源和多路模拟电源均正常,当熄灭时,表示多路数字电源和多路模拟电源中存在一路或多路电源不正常。
7.如权利要求3所述的泥石流地声监测模块的多电源故障快速自检测电路,其特征在于,最后一路模拟电源连接的两路模拟光耦中的另一路模拟光耦的光电二级管的阴极还与瞬变电压抑制二极管的阴极相连后接地,瞬变电压抑制二极管对负载开关的使能脚以及微处理器的PowerGoodEN脚进行电压浪涌保护。
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PB01 | Publication | ||
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