CN201654562U - 模块化多功能监控主机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模块化多功能监控主机。它在提高电网供电可靠性，减少电缆停电时间，降低电缆运行检修费用，提高电缆网运营能力等方面有巨大的经济和社会效益。其结构为：PWUB电源转换及铃流产生模块完成电源转换和铃流信号产生；MSB数据采集及通信模块完成数据传输和COMB串口通信模块的通信；COMB串口通信模块完成MSB数据采集及通信模块与实时监控平台间的通信，MSB数据采集及通信模块与COMB串口通信模块间为串口通信，通过COMB串口通信模块转化成网口与监控平台连接；COMB串口通信模块为标准的多串口服务器，并将串口转换成网口，与实时监控平台连接；BOARD底板完成与PWUB电源转换及铃流产生模块、COMB串口通信模块和MSB数据采集及通信模块间的数据交互和电源供电。

Description

模块化多功能监控主机

技术领域

本实用新型涉及电力系统监控领域，尤其涉及一种应用于电力隧道环境多状态实时监控的模块化多功能监控主机。

背景技术

随着城市的加速发展，电力隧道的迅速增长，电力负荷的急剧增加，电网电力隧道和工作井的运行维护工作面临着巨大压力：如何保证隧道内电缆不因过载、过热等情况突发大的运行安全事故；隧道内积水、有毒气体等不影响到供电系统的安全等新的要求，仅靠大量增加运行人员数量来应对已经不现实，采用现代化的技术手段来提高电力隧道、管井、开闭站运行维护水平是当务之急。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种具有结构简单，使用方便，有效保障供电安全，全面了解电力隧道标准段内主干电缆的运行状态等优点的模块化多功能监控主机。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种模块化多功能监控主机，它包括BOARD底板，BOARD底板与MSB数据采集及通信模块、PWUB电源转换及铃流产生模块和COMB串口通信模块双向通信；其中，PWUB电源转换及铃流产生模块完成电源的转换和铃流信号的产生；MSB数据采集及通信模块完成下行数据的发送，上行数据的检测接收以及和COMB串口通信模块的通信；COMB串口通信模块完成MSB数据采集及通信模块与上层Realtime实时监控平台之间的通信，通过COMB串口通信模块转化成网口与监控平台连接；BOARD底板完成与PWUB电源转换及铃流产生模块、COMB串口通信模块以及MSB数据采集及通信模块之间的数据交互和电源供电。本发明模块化多功能监控主机主要由4个模块化功能块组成，分别是PWUB电源转换及铃流产生模块，COMB串口通信模块，MSB数据采集及通信模块和BOARD底板。一台完整的监控主机最大容量是8个MSB数据采集及通信模块，2个COMB串口通信模块，2个PWUB电源转换及铃流产生模块，1个BOARD底板。

本实用新型模块化多功能监控主机主要由4个模块化功能块组成，分别是PWUB电源转换及铃流产生模块，COMB串口通信模块，MSB数据采集及通信模块和BOARD底板。一台完整的监控主机最大容量是8个MSB数据采集及通信模块，2个COMB串口通信模块，2个PWUB电源转换及铃流产生模块，1个BOARD底板。

PWUB电源转换及铃流产生模块，主要完成电源的转换和铃流信号的产生。PWUB的电源输入为+48V，为了避免输入电源极性的正负区分，在入口处加入了整流电路，然后分开2路各加保险给各自电路供电；一路加2A保险，经过滤波，然后经过电源转换模块LDC20-48S5转换出+5V，通过DIN64端子将5V电压提供给MSB数据采集及通信模块；另一部加5A保险，经过滤波分别提供给MSB数据采集及通信模块和COMB串口通信模块以及铃流功放电路。铃流产生电路由PIC单片机通过串行口控制铃流发生器产生需要频率的铃流信号，经过放大预处理，然后经过功放放大，提供给MSB数据采集及通信模块。此电路板增加了拨码开关，可以通过开关的选择来选择不同的频率，同时通过电位器的调节可以调节输出铃流信号的幅度大小。

MSB数据采集及通信模块，主要完成下行数据的发送，上行数据的检测接收，以及和串口板的通信。MSB模块能够根据插槽的位置自动识别自己的地址，同时根据拨码开关的位置识别自己为主工作模式还是备用工作模式，模块化监控主机共提供8个MSB插槽，工作在主模式，8块MSB板子同时工作，每块MSB提供8路接口，这样一台主机共64个接口；工作在备用工作方式，相邻的主板互为备份，这样一台主机同时只有4块MSB板工作，共提供32个接口。MSB模块主控芯片为51单片机，发送和接收电路都是通过8位数据线接口配合片选来实现，发送部分通过数据线来选择选通哪一个通道，将铃流信号通过可控硅发送到端口；8路通道的接收口都有自己独立的比较器电路和滤波电路，经过模拟开关来选择输入那一路，同时该路发送或者接收的时候点亮面板上该路的指示灯，用以直观识别工作通道；输出接口端子有2个，其中一个端子为电源端子，另一个端子为通信端子，通信端子又分开为主工作方式输出端口和备用模式输出端口。

COMB串口通信模块，主要完成各MSB数据采集及通信模块与上层realtime实时监控平台之间的通信，MSB模块与COMB模块之间为串口通信，通过COMB串口通信模块转化成网口与平台计算机连接。COMB串口通信模块使用标准的多串口服务器，将串口转换成网口，与Realtime实时监控平台连接。

BOARD互通底板及接口输出模块，主要完成PWUB电源转换及铃流产生模块，COMB串口通信模块，MSB数据采集及通信模块三个模块之间的数据交互和电源供电。

本实用新型的有益效果是：设计模块化，方便更换和维护；主机由备份工作模式可选，增加了主机工作的可靠性和稳定性。PWUB电源转换及铃流产生模块，COMB串口通信模块，MSB数据采集及通信模块三个模块与底板接口采用统一的接插件，但是又采用不同的定位，所以无论什么情况都能保证三个模块不会插错位置。主机能最大容纳8块数据采集及通信模块，接口数量多，方便扩展和多终端使用。

附图说明

图1：主机组成框图；

图2：PWUB电源转换及铃流产生模块；

图3：MSB数据采集及通信模块；

图4：MSB数据采集及通信模块单片机主控电路；

图5：MSB数据采集及通信模块信号发送控制电路；

图6：MSB数据采集及通信模块信号接收控制电路；

图7：MSB数据采集及通信模块串口电平转转电路；

图8：MSB数据采集及通信模块主备切换及其出接口电路；

图9：MSB数据采集及通信模块接口端子电路；

图10：PWUB电源转换及铃流产生模块单片机主控电路；

图11：PWUB电源转换及铃流产生模块铃流发生器及其功放电路；

图12：PWUB电源转换及铃流产生模块铃流检测电路；

图13：PWUB电源转换及铃流产生模块电源转换电路；

图14：PWUB电源转换及铃流产生模块接口端子；

图15：底板上MSB数据采集及通信板接口端子及背面输出端子；

图16：MSB模块主备切换转换检测电路和指示灯控制电路

图17：模块化多功能监控主机主程序流程图；

图18：模块化多功能监控主机系统定时时间处理流程图。

其中，1.PWUB电源转换及铃流产生模块，2.MSB数据采集及通信模块，3.COMB串口通信模块，4.BOARD底板，5.铃流主控电路，6.铃流发生器，7.铃流功放电路，8.5V电源转换电路，9.12V电源转换电路，10.串口电平转换电路，11.主控单片机电路，12.信号发送及其处理单元电路，13.信号接收及其处理单元电路，14.主备工作切换电路，15.MSB数据采集及通信模块的单片机U1，16.低8位地址锁存芯片U2，17.内存扩展芯片U3，18.IIC及复位芯片U5，19.片选译码芯片U4，20.数据锁存电路U6，21.控制信号驱动电路U11，22.模拟开关U8，23.数据锁存芯片U7，24.带迟滞的反相器U10，25.串口电平转换芯片U9，26.主备通路切换继电器，27.通信接口保护TVS管，28.电源电压滤波电路，29.接口端子，30.PWUB模块单片机MPU，31.PWUB模块硬件看门狗电路2IC1，32.PWUB模块三态拨码开关芯片1SW1，33.可编程波形发生器2IC1，34.铃流放大功放芯片20P2及其外围电路，35.铃流信号检测光耦芯片20P3，36.铃流信号频率指示灯控制三极管2Q1，37.48V电源输入整流电路，38.滤波电路I，39.滤波电路II，40.PWUB电源转换及铃流产生模块接口端子，41.MSB板I插槽上端子，42.MSB板I插槽下端子，43.MSB板II插槽上端子，44.MSB板II插槽下端子，45.MSB板主工作模式输出DB37端子，46.MSB板备用工作模式输出DB37端子，47.主备切换检测电路，48.指示灯控制电路，49.铃流信号检测电路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的详细阐明。

图1中本实用新型包括PWUB电源转换及铃流产生模块1，MSB数据采集及通信模块2，COMB串口通信模块3，BOARD底板4四部分组成，一台主机满配时要有八块MSB数据采集及通信模块2，两块PWUB电源转换及铃流产生模块1，两块COMB串口通信模块3和一块BOARD底板4。MSB数据采集及通信模块2，PWUB电源转换及铃流产生模块1，COMB串口通信模块3之间数据的交互以及电源的供给都是通过BOARD底板4来实现，主机模块化的结构设计方便了主机容量可以根据需要来配置。

图2中PWUB电源转换及铃流产生模块1的48V电源输入整流电路37主要完成48V电源的接入，然后分两路输出，一路通过滤波电路I 38送入5V电源转换电路8转换出MSB数据采集及通信模块2所需要的工作电压，另一路滤波电路II 39对输入的48V供电电源进行滤波后输出电压到12V电源转换电路9，12V电源转换电路9为一片开关电源芯片，输入为48V，输出12V到铃流功放电路7，同时滤波电路II 39输出电源信号通过PWUB接口端子JPD的17、18和19排端子输出到底板，通过底板提供给MSB数据采集及通信模块2和COMB串口通信模块3。可编程的铃流发生器6产生工作所需要的铃流信号频率，此信号的幅度为5V，远远不能满足长距离工作传输的需要，通过铃流功放电路7进行放大输出，可编程的铃流发生器6与PWUB模块单片机MPU 30接口为串行接口，分别是串行的时钟线SCLK和串行数据信号线SDATA，还有同步信号线FSYNC。

图3是MSB数据采集及通信模块2，此模块的核心控制器件是主控单片机电路11及其外围扩展电路，它的组成见图4。信号发送及其处理单元电路12和主控单片机电路11及其外围扩展电路的连接为数据线和片选线，通过数据线将所需要的控制信号写入来控制信号的发送；信号接收及其处理单元电路13和主控单片机电路11及其外围扩展电路的连接也是数据线和片选线，虽然和发送共用数据线，但是使用不同的片选线就可以将发送或者接收到数据分时读入MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15或者从MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15输出。主备工作切换电路14是完成MSB数据采集及通信模块2工作在主工作模式还是备用工作模式时端口的切换，经过切换输出到不同的接口端子位，同时MSB数据采集及通信模块2的端子转接到BOARD底板4，在BOARD底板4背面引出的端子区分为主工作模式引出端子(上面DB37端子)和备用工作模式引出端子(下面DB37端子)。串口电平转换电路10用来完成将单片机端的串口TTL信号转换成RS-232电平的信号，串口电平转换芯片10为5V单电源供电，可以完成两路TTL/RS-232的转换。此外主控单片机电路11还与主备切换检测49及指示灯控制电路50连接，主备工作切换电路14和串口电平转换电路10均与MSB模块的接口端子29连接。

图4中MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15为51单片机，具有标准的8位数据线接口，16位地址线接口，串行通信接口；低8位地址锁存芯片U2 16用来实现地位地址线的锁存，它和MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15接口为P0口，还有一颗ALE锁存信号线；内存扩展芯片U3 17用来实现MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15内存空间的扩展，这样保证程序运行有足够的空间，它与MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15的连接为8位数据线和16位地址线，还有读写信号线；IIC及复位芯片U518具有EEPROM，电压跌落检测，用SPI总线方式和MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15接口，实现上电时给MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15复位，保存一些地址设置信息；片选译码芯片U4 19用来实现地址的分配，它与MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15接口信号为地址线A0，A1，A2，A15，经过它分配出来的片选信号分别提供给其他电路使用。

图5是信号发送及其处理单元电路12，用来完成信号发送通道的控制和驱动。数据锁存电路U6 20，其片选信号来自片选译码芯片U4 19，与MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15通过8位数据线接口，来控制发送数据的8个通道；控制信号驱动电路U11 21用来将数据锁存电路U6 20生的8路控制信号电流放大，控制发送可控硅电路，来实现铃流信号的发送和关断。

图6是信号接收及其处理单元电路13，用来完成线路信号的接收处理。模拟开关U8 22用来实现8个通道的选择，也就是说用来选择允许哪一个通道数据输入，数据输入信号CMI1～CMI8来自8路独立的接收比较器电路，4个控制信号X11，X12，X13，X14来自数据锁存芯片U723，数据锁存芯片U7 23的输入信号来自数据线，片选信号来自片选译码芯片U4 19，数据锁存芯片U7 23输出X11，X12，Xl3，X14，通过组合来实现对模拟开关U822的控制，带迟滞的反相器U10 24用来实现对模拟开关输出的信号的整形处理，成为标准的TTL信号，与MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15接口。

图7为串口电平转换电路10，主要包括RS232串口电平转换芯片U925，单片机的串口信号脚10脚RXD与RS232串口电平转换芯片U925的Rlout连接，MSB数据采集及通信模块的单片机U115的串口信号脚11脚TXD与RS232串口电平转换芯片U925的Tlin连接，对于串口电平转换芯片U925，Rlout与Rlin为对应关系，Rlout为TTL电平，Rlin为RS232电平，Tlin和Tlout为对应转换关系，Tlin为TTL电平，Tlout为RS232电平，Tlout和Rlin与MSB数据采集及通信模块2的输出端子JPD连接，通过JPD端子转接到BOARD底板4，然后通过BOARD底板4连接到COMB串口通信模块3的串口端口，进行通信。

图8为主备工作切换电路14，通信接口保护TVS管27为端口供电和信号输出就口电路，48V电源通过限流电阻RG1单向二极管D1输出，串有电阻RY2和电阻RY3，当线路发生短路时起保护作用，接口上使用TVS1管，TVS2管，TVS3管，用来吸收瞬态出现的高压信号，起到保护电路的作用，TVS管是一种二极管形式的高效能保护器件，当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏，它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点，TVS选择的时候最大箝位电压要小于电路器件被损坏的电压。主备通路切换继电器26，用来控制将发送的信号发送到主工作模式通道接口或者备用工作模式通道接口，两种工作模式的选择是由拨码开关来实现的，此继电器的控制信号来自MSB数据采集及通信模块的单片机U1 15。主备通路切换继电器26的线包两端反向并接一个二极管D2，此二极管D2的作用是当继电器断开时，线圈会产生峰值很高的反向电压，但是能量小，会击穿电路中静电敏感的器件，为了避免这种现象，所以反向并接一个二极管。

图9是接口端子29，接口端子29由JPD和JPU两个64位(32排)端子组成，JPU的前16排端子为MSB数据采集及通信模块2主用工作模式的输出接口，后16排端子为MSB数据采集及通信模块2备用工作模式的输出接口；JPD的前2排端子为COMB串口通信模块3的接口端子，接下来的3到4排位该插槽的地址输入端子，11～12排为电源VCC的输入，15～17排为48V电源地的输入，21～23为48V电源的输入，27～28为铃流信号的输入端子，31～32排为机壳地的链接端子。电源电压滤波电路28为MSB数据采集及通信模块2对由PWUB电源转换及铃流产生模块1提供过来的48V，5V电源进行滤波，然后供给MSB数据采集及通信模块2中的工作电路使用。

图10为铃流主控电路5，PWUB模块单片机MPU 30为核心控制器件，采用PIC单片机，工作频率为2K晶振，5V供电电压，PWUB模块单片机MPU 30芯片为低功耗芯片，采用精简指令，执行效率高。PWUB模块硬件看门狗电路2IC1 31用SPI总线方式和单片机接口，实现上电时给单片机复位，保存一些配置信息，与PWUB模块单片机MPU 30的接口有4颗信号线，分别为WDI，SO，SI，RST，此复位信号为低有效。PWUB模块三态拨码开关芯片1SW1 32与PWUB模块单片机MPU 30接口为ADD1到ADD4，这样可以产生16种状态，代表16种含义，此PWUB模块三态拨码开关芯片1SW1 32的拨码可以处于三种位置，分别为0，1和高阻态。

图11为PWUB电源转换及铃流产生模块铃流发生器及其功放电路，可编程波形发生器2IC133，与PWUB模块单片机MPU 30接口为串行接口，分别是串行的时钟线SCLK和串行数据信号线SDATA，还有同步信号线FSYNC，可编程波形发生器2IC 133外接4M晶振。在串口时钟SCLK的作用下，数据是以16位的方式加载到设备上，FSYNC引脚是使能引脚，电平触发方式，低电平有效。进行串行数据传输时，FSYNC引脚必须置低，要注意FSYNC有效到SCLK下降沿的建立时间的最小值。FSYNC置低后，在16个SCLK的下降沿数据被送到可编程波形发生器2IC133的输入移位寄存器，在第16个SCLK的下降沿FSYNC可以被置高，但要注意在SCLK下降沿到FSYNC上升沿的数据保持时间的最小和最大值。当然，也可以在FSYNC为低电平的时候，连续加载多个16位数据，仅在最后一个数据的第16个SCLK的下降沿的时将FSYNC置高，最后要注意的是，写数据时SCLK时钟为高低电平脉冲，但是，在FSYNC刚开始变为低时，(即将开始写数据时)，SCLK必须为高电平。铃流放大功放芯片20P2及其外围电路34，用来将可编程波形发生器2IC1 33发出的5V的正弦信号放大到指定的电压值，信号放大的大小首先决定于铃流放大功放芯片20P2及其外围电路34外接的电源，信号放大的最大值就是电源电压值，可以通过外接的电位器2VR1来调节输出信号的大小。铃流放大功放芯片20P2及其外围电路34具有较宽范围的工作电压；较高的输出功率(高达60W输出功率)，并且具有静音待机功能，很小的杂讯和失真以及过热、短路保护功能，芯片内部结构分为三级：差分输入级由双极型晶体管组成，推动级和功率输出级采用场效应管，这种结构可以综合双极型晶体管低噪音和功率场效应管在线性、温度系数、音色上的优势。音色优美，兼顾了双极信号处理电路和MOS功率管的优点，具有低失真、低噪音、高耐压以及开关机静音、过热保护、短路保护等优点。

图12为PWUB电源转换及铃流产生模块铃流信号频率和幅度检测电路，铃流信号检测光耦芯片20P3 35和其外围电容电阻二极管共同组成铃流信号过零检测电路，用于检测经过铃流放大功放芯片20P2及其外围电路34放大的铃流信号是否到0位，如果不到0，可以通过调节电位器来将其调节到0位，过零检测输出信号ZDS直接和PWUB模块单片机MPU 30接口，可以测量其铃流信号频率，如果频率异常，铃流信号频率指示灯控制三极管2Q136就会控制指示灯常亮，来指示铃流异常，否则正常时指示灯不亮，控制型号RD-LIGHT来自PWUB模块单片机MPU 30接口。

图13中，48V电源输入整流电路37主要是为了避免介入电源的极性区分问题，整流是电路用4个二极管来实现的。滤波电路I38对输入的48V供电电源进行滤波后送入5V电源转换电路8，5V电源转换电路8通过直流电源模块LDC20-48S5将输入的48v电源电压转换成5V，送入到PWUB电源转换及铃流产生模块接口端子40JPD的27，28排，然后通过BOARD底板4将5V电压提供MSB数据采集及通信模块2；滤波电路II 39对输入的48V供电电源进行滤波后输出电压到12V电源转换电路9，12V电源转换电路9为一片开关电源芯片，输入为48V，输出12V到铃流功放电路7，同时滤波电路II 39输出电源信号通过PWUB接口端子JPD的17、18和19排端子输出到底板，通过底板提供给MSB数据采集及通信模块2和COMB串口通信模块3；

图14中PWUB电源转换及铃流产生模块接口端子40由JPD和JPU两个64位(32排)端子组成，JPU的前5排端子为48V电源的一端输入，8～12排端子为48V电源的另一个端子输入，其他端口无连接；JPD的前4排端子无连接，5～10排端子为电源地的输出端子，17～19排为48V电源输出端子，23～24排为铃流信号输出端子，27～28排为5V电源输出端子，31～32排为4接地信号。

图15为BOARD底板4上设有MSB数据采集及通信模块2的接口端子及背面输出端子，MSB板I插槽上端子41和MSB板I插槽下端子42都是一块MSB数据采集及通信模块2的插槽，见图9MSB数据采集及通信模块2的接口端子电路的描述，同理MSB板I插槽上端子43和MSB板I插槽下端子44都是一块MSB数据采集及通信模块2的插槽，MSB板I和MSB板II工作在主工作模式时，两块电路板的输出接口都通过MSB板主工作模式输出DB37端子45输出；MSB板I和MSB板II工作在备份工作模式时，MSB板I和MSB板II互为备份，输出接口通过MSB板备用工作模式输出DB37端子46输出，当MSB板I输出时，MSB板II将切换到MSB板主工作模式输出DB37端子45，这样保证在备份工作方式只有一块MSB板输出。

图16中，主备切换检测电路47由RP2电阻排和芯片U18驱动器，U17二或门组成，U18检测拨码开关KEY1的拨码位置，通过2A1到2A4接入，然后将检测的拨码开关状态通过数据线AD0～AD7上报给单片机，单片机解析以后给出判断来确定是主工作方式还是备用工作方式。指示灯控制电路48由U15数据锁存芯片和U16驱动电路，以及8路指示灯组成，U15和单片机的数据线AD0～AD7接口，将从数据线来的信号进行锁存，经过驱动来控制指示灯的亮和灭。

图17为模块化多功能监控主机主程序流程图，系统主循环：主要包括系统非精确定时任务处理，系统通信协议接收及分析，系统事件处理，系统通信协议发送，系统端口巡检处理，系统链路层数据处理。1)系统软硬件初始化，进行系统时间处理(如50毫秒级程序，100毫秒级程序，1秒级程序)；系统通信协议接收及分析，接收上层平台系统的协议，同时进行通信的容错处理，根据协议内容产生不同的事件，填入事件队列中。2)系统事件处理程序：从事件队列中获取事件进行处理。系统事件处理过程设计为有限状态机模式，系统本身处于不同的有限状态，状态只根据事件而改变，状态有空闲态，登录态，通信态。系统在每个状态只处理与本状态有关的几个事件。事件来源为：时限事件，通信协议分析产生的事件，系统端口巡检产生的事件，系统链路层数据处理产生的事件。3)系统通信协议发送控制，从系统发送队列中获取发送信息，按照与上层平台通信的协议格式组合成相应的通信数据，发送给上层平台，同时包括通信协议发送的时间控制等等。4)系统端口巡检处理：统一安排协调系统端口巡检，端口巡检及操作的时间控制，同时进行端口线路上的负载平衡计算和操作，启动链路层信息发送接收的精确定时任务处理。5)系统链路层数据处理，精确定时任务的链路层信息发送及接收完成后，接收到的数据在主循环中处理，根据链路层发送的信息命令字，处理分析接收到的脉冲时分复用信息，根据分析结果确定本次巡检获得的井盖通信状态，井盖开关状态，模拟量采集数值等等设备信息。

图18为系统定时时间处理流程图，系统定时任务分为两种：1.精确定时任务，2.非精确定时任务。精确定时任务：链路层信息发送及接收，监控主机与端口下挂的终端之间的通信采用脉冲时分复用方式，因此对链路层脉冲信息的发送接收要求的时间和时序非常严格，精确定时任务的基准为2ms定时，系统精确定时任务由定时器2中断程序完成，定时器中断周期为2ms，链路层信息发送及接收程序安排在定时器2的中断程序中，保证该任务不会因为中断嵌套等事件影响时间精度和实现。非精确定时任务：主要包括运行灯闪烁，系统时限任务检查，系统实时时间刷新等，这些定时任务不需要完全精确定时，非精确定时基准为10MS，非精确定时任务的处理安排在主循环程序中，定时器2中断程序设置时间标志，主循环检查时间标志，定时处理非精确定时任务；非精确定时任务处理时，可以被中断程序中断，在主循环其他程序处理占用时间过长时，非精确定时任务在主循环中允许相应的延时处理。

其过程为：50毫秒级程序运行，运行灯快闪；100毫秒级程序运行，进行空端口操作时间检查；1秒级程序运行；然后运行灯慢闪烁；串口发送容错检查；系统实时调整时间；通信端口发送允许时间检查；握手信号时间，握手信号等待时间检查；系统时限检查；系统登录时间检查，结束。

整机工作流程：

模块化多功能监控主机包括PWUB电源转换及铃流产生模块1、MSB数据采集及通信模块2、COMB串口通信模块3和BOARD底板4。

PWUB电源转换及铃流产生模块1、MSB数据采集及通信模块2、COMB串口通信模块3依赖于BOARD底板4进行信号交互。BOARD底板4提供信号和电源的转接。

PWUB电源转换及铃流产生模块1完成输入电源的滤波和转换，产生MSB模块所需要的铃流信号，通过端子将COMB和MSB所需要的48V电源，5V电源，以及铃流信号输出到底板。

MSB数据采集及通信模块2通过底板将电源信号和铃流信号引入主板。MSB模块从底板将48V和5V电源通过端子引入，供给所需要的各部分电路使用，同时引入铃流信号，作为对终端控制的下行信号。MSB模块与COMB模块之间是串口通信，COMB模块接收监控平台的命令，通过串口将命令发送给MSB模块，MSB模块通过命令解析，完成监控信号的发送和终端信号的接收以及对终端的各种操作，同时将从终端接收到的信息通过串口发送给COMB模块，COMB模块将信息在发送到监控平台，监控平台分析显示。

Claims (7)

1.一种模块化多功能监控主机，其特征是，它包括BOARD底板(4)，BOARD底板(4)与MSB数据采集及通信模块(2)、PWUB电源转换及铃流产生模块(1)和COMB串口通信模块(3)双向通信；其中，PWUB电源转换及铃流产生模块(1)完成电源的转换和铃流信号的产生；MSB数据采集及通信模块(2)完成下行数据的发送，上行数据的检测接收以及和COMB串口通信模块(3)的通信；COMB串口通信模块(3)完成MSB数据采集及通信模块(2)与上层Realtime实时监控平台之间的通信，通过COMB串口通信模块(3)转化成网口与监控平台连接；BOARD底板(4)完成与PWUB电源转换及铃流产生模块(1)、COMB串口通信模块(3)以及MSB数据采集及通信模块(2)之间的数据交互和电源供电。

2.如权利要求1所述的模块化多功能监控主机，其特征是，所述PWUB电源转换及铃流产生模块(1)包括48V电源输入整流电路(37)，48V电源输入整流电路(37)输出分为两路，第一路经滤波电路I(38)后送入5V电源转换电路(8)，第二路经相应的滤波电路II(39)后送入12V电源转换电路(9)；12V电源转换电路(9)与铃流功放电路(7)连接，同时铃流功放电路(7)还与铃流发生器(6)和铃流信号检测电路(49)连接，铃流发生器(6)与铃流主控电路(5)连接；铃流主控电路(5)通过串行口控制铃流发生器(6)产生需要频率的铃流信号，经过铃流功放电路(7)放大，通过PWUB电源转换及铃流产生模块接口端子(40)提供给MSB数据采集及通信模块(2)。

3.如权利要求1所述的模块化多功能监控主机，其特征是，所述MSB数据采集及通信模块(2)包括主控单片机电路(11)，主控单片机电路(11)与串口电平转换电路(10)双向通信，同时主控单片机电路(11)还与主备切换检测(47)及指示灯控制电路(48)连接；主控单片机电路(11)输出与信号发送及其处理单元电路(12)连接，输入则与信号接收及其处理单元电路(13)连接，信号发送及其处理单元电路(12)和信号接收及其处理单元电路(13)与主备工作切换电路(14)连接；主备工作切换电路(14)与接口端子(29)连接，接口端子(29)与串口电平转换电路(10)连接，接口端子(29)的输入电源经电源电压滤波电路(28)提供给MSB模块的电路使用。

4.如权利要求1所述的模块化多功能监控主机，其特征是，所述COMB串口通信模块(3)为标准的多串口服务器，将串口转换成网口，与Realtime实时监控平台连接。

5.如权利要求1所述的模块化多功能监控主机，其特征是，所述BOARD底板(4)上设有MSB板I插槽上端子(41)、MSB板I插槽下端子(42)、MSB板II插槽上端子(43)、MSB板II插槽下端子(44)、MSB板主工作模式输出DB37端子(45)以及MSB板备用工作模式输出DB37 端子(46)。

6.如权利要求2所述的模块化多功能监控主机，其特征是，所述铃流主控电路(5)包括PWUB模块单片机MPU(30)、PWUB模块硬件看门狗电路2IC1(31)和PWUB模块三态拨码开关芯片1SW1(32)；PWUB模块硬件看门狗电路2IC1(31)用SPI总线方式和PWUB模块单片机MPU(30)连接，PWUB模块三态拨码开关芯片1SW1(32)与PWUB模块单片机MPU(30)连接，此三态拨码开关的拨码可以处于三种位置，分别为0，1和高阻态；

所述铃流发生器(6)产生工作所需要的铃流信号频率，此信号的幅度为5V；铃流发生器(6)主要由可编程波形发生器2IC1(33)及其外围的电阻，电容，晶体振荡器组成；

所述铃流功放电路(7)为铃流放大功放芯片2OP2及其外围电路(34)；可编程波形发生器2IC1(33)与PWUB模块单片机MPU(30)接口为串行接口，可编程波形发生器2IC1(33)还外接4M晶振；铃流放大功放芯片2OP2及外围电路(34)用来将可编程波形发生器2IC1(33)发出的正弦信号放大到指定的电压值，送入到PWUB电源转换及铃流产生模块接口端子(40)JPD的23，24排；

所述48V电源输入整流电路(37)用四个二极管来实现的；所述滤波电路I(38)对输入的48V供电电源进行滤波后送入5V电源转换电路(8)，5V电源转换电路(8)通过直流电源模块LDC20-48S5将输入的48V电源电压转换成5V，送入到PWUB电源转换及铃流产生模块接口端子(40)JPD的27，28排，然后通过BOARD底板(4)将5V电压提供MSB数据采集及通信模块(2)；

所述滤波电路II(39)对输入的48V供电电源进行滤波后输出电压到12V电源转换电路(9)，12V电源转换电路(9)为一片开关电源芯片，输入为48V，输出12V到铃流功放电路(7)；同时滤波电路II(39)输出电源信号通过PWUB接口端子JPD的17、18和19排端子输出到底板，通过底板提供给MSB数据采集及通信模块(2)和COMB串口通信模块(3)；

所述铃流信号检测模块(49)包括铃流信号检测光耦芯片2OP3(35)和铃流信号频率指示灯控制三极管2Q1(36)；铃流信号检测光耦芯片2OP3(35)和其外围电容、电阻、二极管共同组成铃流信号过零检测电路，过零检测输出信号ZDS直接和PWUB模块单片机MPU(30)接口；

所述PWUB电源转换及铃流产生模块接口端子(40)由JPD和JPU两个64位端子组成，JPU的前5排端子为48V电源的一端输入，8～12排端子为48V电源的另一个端子输入，其他端口无连接；JPD的前4排端子无连接，5～10排端子为电源地的输出端子，17～19排为48V 电源输出端子，23～24排为铃流信号输出端子，27～28排为5V电源输出端子，31～32排为4接地信号。

7.如权利要求3所述的模块化多功能监控主机，其特征是，所述串口电平转换电路(10)为串口电平转换芯片U9(25)，它与MSB数据采集及通信模块的单片机U1(15)的串口信号脚连接，其输出端通过MSB模块的接口端子(29)转接到BOARD底板(4)，然后通过BOARD底板(4)连接到COMB串口通信模块(3)串口端口，进行通信；

所述主控单片机电路(11)包括MSB数据采集及通信模块的单片机U1(15)，它与低8位地址锁存芯片U2(16)、内存扩展芯片U3(17)、IIC及复位芯片U5(18)和片选译码芯片U4(19)连接；低8位地址锁存芯片U2(16)与MSB数据采集及通信模块的单片机U1(15)间还设有ALE锁存信号线；内存扩展芯片U3(17)与MSB数据采集及通信模块的单片机U1(15)间还有读写信号线；IIC及复位芯片U5(18)用SPI总线方式和单片机接口；片选译码芯片U4(19)实现地址的分配，经过它分配出来的片选信号分别提供给其他电路使用；

所述信号发送及其处理单元电路(12)包括与MSB数据采集及通信模块的单片机U1(15)连接的数据锁存电路U6(20)和控制信号驱动电路U11(21)，用来完成信号发送通道的控制和驱动；

所述信号接收及其处理单元电路(13)包括与MSB数据采集及通信模块的单片机U1(15)连接的模拟开关U8(22)、数据锁存芯片U7(23)和带迟滞的反相器U10(24)，用来完成线路信号的接收处理；

所述主备工作切换电路(14)包括主备通路切换继电器(26)以及通信接口保护TVS管(27)；通信接口保护TVS管(27)为端口供电和信号输出就口电路，电源通过限流电阻RG1、单向二极管D1输出，串有电阻RY2和电阻RY3；接口上使用TVS1管、TVS2管和TVS3管；主备通路切换继电器(26)用来控制将发送的信号发送到主工作模式通道接口或者备用工作模式通道接口，两种工作模式的选择是由拨码开关来实现，此主备通路切换继电器(26)的控制信号来自MSB数据采集及通信模块的单片机U1(15)，主备通路切换继电器(26)的线包两端反向并接一个二极管D2；

所述电源电压滤波电路(28)为输入工作电源电压48V和5V的滤波电路，此滤波电路对PWUB电源转换及铃流产生模块(1)提供过来的48V和5V电源进行滤波，然后供给MSB数据采集及通信模块(2)中的工作电路使用；

所述接口端子(29)由JPD和JPU两个64位端子组成，JPU的前5排端子为48V电源的 一端输入，8～12排端子为48V电源的另一个端子输入，其他端口无连接；JPD的前4排端子无连接，5～10排端子为电源地的输出端子，17～19排为48V电源输出端子，23～24排为铃流信号输出端子，27～28排为5V电源输出端子，31～32排为4接地信号；

所述主备切换检测(47)由RP2电阻排和芯片U18驱动器，U17二或门组成，U18检测拨码开关KEY1的拨码位置，通过端口2A1到端口2A4接入，然后将检测的拨码开关状态通过数据线AD0～AD7上报给MSB数据采集及通信模块的单片机U1(15)；

所述指示灯控制电路(48)由数据锁存芯片U15和U16驱动电路，以及8路指示灯组成，U15和MSB数据采集及通信模块的单片机U1(15)的数据线AD0～AD7接口，将从数据线来的信号进行锁存，经过驱动来控制指示灯的亮和灭。 

Images