電法勘探發(fā)電機(jī)雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于一種遠(yuǎn)程監(jiān)控電路，特別涉及一種電法勘探發(fā)電機(jī)雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路。本實(shí)用新型包括給整個(gè)監(jiān)控電路提供電源電壓的電源模塊，它還包括主控制器模塊、從控制器模塊、無線通信模塊、信號(hào)測(cè)量模塊、人機(jī)交互觸控模塊、繼電器控制模塊；所述主控制器模塊分別與從控制器模塊、信號(hào)測(cè)量模塊、人機(jī)交互觸控模塊、繼電器控制模塊連接，所述從控制器模塊與無線通信模塊連接；所述繼電器控制模塊與電法勘探發(fā)電機(jī)和電法勘探信號(hào)發(fā)送機(jī)外置電源電路連接。本實(shí)用新型能顯著提高實(shí)時(shí)性并分散系統(tǒng)癱瘓風(fēng)險(xiǎn)，無需專人值守在發(fā)電機(jī)旁，在遭遇安全事故時(shí)可以快速切斷電源，并能降低功耗并提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。
【專利說明】電法勘探發(fā)電機(jī)雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于一種遠(yuǎn)程監(jiān)控電路，特別涉及一種電法勘探發(fā)電機(jī)雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電法勘探發(fā)電機(jī)是在電法勘探時(shí)，給信號(hào)發(fā)送機(jī)提供電源的設(shè)備，發(fā)電機(jī)輸出的交流電源經(jīng)整流濾波后，得到發(fā)送機(jī)逆變器所需的外置高壓直流電源。再經(jīng)發(fā)送機(jī)內(nèi)部逆變電路逆變，獲得電法勘探所需的特殊人工場(chǎng)源，以用于大功率電法勘探。
[0003]由于電法勘探發(fā)電機(jī)不具備遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，通常的做法是指派專業(yè)人員在發(fā)電機(jī)附近值守，長(zhǎng)時(shí)間的野外勘探使得值守人員工作枯燥乏味，對(duì)發(fā)電機(jī)的控制也不及時(shí)，發(fā)電機(jī)工作效率低下。此外，發(fā)電機(jī)附近的強(qiáng)電磁場(chǎng)和噪聲環(huán)境也不利于工作人員長(zhǎng)時(shí)間滯留。若無人值守，發(fā)電機(jī)只能一直處于發(fā)電狀態(tài)，造成能源浪費(fèi)。
[0004]現(xiàn)有的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)大多采用單控制器系統(tǒng)，而電法勘探發(fā)電機(jī)不僅需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)多，還要與智能觸控屏、無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，任務(wù)重，單控制器系統(tǒng)處理速度慢，實(shí)時(shí)性、可靠性會(huì)受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種用于電法勘探發(fā)電機(jī)的雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路。
[0006]本實(shí)用新型的目的是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:該電法勘探發(fā)電機(jī)雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，包括給整個(gè)監(jiān)控電路提供電源電壓的電源模塊，它還包括主控制器模塊、從控制器模塊、無線通信模塊、信號(hào)測(cè)量模塊、人機(jī)交互觸控模塊、繼電器控制模塊；所述主控制器模塊分別與從控制器模塊、信號(hào)測(cè)量模塊、人機(jī)交互觸控模塊、繼電器控制模塊連接，所述從控制器模塊與無線通信模塊連接；所述繼電器控制模塊與電法勘探發(fā)電機(jī)和電法勘探信號(hào)發(fā)送機(jī)外置電源電路連接。
[0007]具體地說，所述信號(hào)測(cè)量模塊包括電壓頻率及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量電路、氣體泄漏檢測(cè)電路、溫度測(cè)量電路。
[0008]具體地說，所述人機(jī)交互觸控模塊為智能觸控屏，所述主控制器模塊通過串口與智能觸控屏連接。
[0009]具體地說，所述主控制器模塊與從控制器模塊均為STM32系列嵌入式微處理器STM32F103RBT6，主控制器模塊與從控制器模塊之間通過IIC總線通信，并且雙控制器同時(shí)工作。
[0010]具體地說，所述無線通信模塊為GPRS/GSM無線模塊GTM900-C，使用GPRS與GSM兩種遠(yuǎn)程無線通信手段。
[0011]本實(shí)用新型使用兩片先進(jìn)的32位高性能超低功耗ARM微處理器組建雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，主控制器負(fù)責(zé)信號(hào)測(cè)量與設(shè)備控制并管理整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，從控制器專門用于遠(yuǎn)程通信，雙控制器的使用以避免通信等待并分散系統(tǒng)癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)。使用GPRS與GSM兩種遠(yuǎn)程無線通信手段，使得電法勘探時(shí)工作人員可以隨時(shí)隨地對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，并將監(jiān)測(cè)到的發(fā)電機(jī)參數(shù)以及人工場(chǎng)源的情況自動(dòng)保存到PC機(jī)上。繼電器控制模塊既可以控制發(fā)電機(jī)的啟停，也可以控制電法勘探信號(hào)發(fā)送機(jī)人工場(chǎng)源的通斷。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:采用兩片ARM微處理器組建雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，主控制器負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與控制并管理整個(gè)系統(tǒng)，從控制器專門用于遠(yuǎn)程通信，顯著提高實(shí)時(shí)性并分散系統(tǒng)癱瘓風(fēng)險(xiǎn)。通過GPRS與GSM兩種遠(yuǎn)程通信手段，使得大功率電法勘探時(shí)，工作人員可以快速方便地經(jīng)手機(jī)或者PC機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)以及電法勘探人工場(chǎng)源進(jìn)行監(jiān)控，無需專人值守在發(fā)電機(jī)旁，系統(tǒng)優(yōu)越的實(shí)時(shí)性能使得在遭遇安全事故時(shí)可以快速切斷電源。本電路將12位A/D轉(zhuǎn)換器、多路選擇器等大量外設(shè)集成在處理器內(nèi)部，傳感器信號(hào)只需稍加處理甚至可以直接送入控制器檢測(cè)，替代傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)復(fù)雜的外圍電路，從而降低功耗并提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。設(shè)計(jì)中采用濾波、光耦隔離等措施，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2為圖1的功能模塊細(xì)化框圖。
[0015]圖3為圖2的電壓頻率及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路原理圖。
[0016]圖4為圖1的主控制器模塊電路原理圖。
[0017]圖5a為圖1的主控制器的主程序流程框圖。
[0018]圖5b為圖1的主控制器的中斷程序流程框圖。
[0019]圖6為圖1的從控制器模塊電路原理圖。
[0020]圖7a為圖1的從控制器的主程序流程框圖。
[0021]圖7b為圖1的從控制器的中斷程序流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0023]參見圖1，本實(shí)施例包括給整個(gè)監(jiān)控電路提供電源電壓的電源模塊(框圖中未畫出)，它還包括主控制器模塊2、從控制器模塊3、無線通信模塊4、信號(hào)測(cè)量模塊1、人機(jī)交互觸控模塊5、繼電器控制模塊6;從圖1中可見，主控制器模塊2分別與從控制器模塊3、信號(hào)測(cè)量模塊1、人機(jī)交互觸控模塊5、繼電器控制模塊6連接，從控制器模塊3與無線通信模塊4連接；繼電器控制模塊6與電法勘探發(fā)電機(jī)和電法勘探信號(hào)發(fā)送機(jī)外置電源電路連接。
[0024]參見圖2，為本實(shí)施例的功能模塊進(jìn)一步細(xì)化。信號(hào)測(cè)量模塊包括電壓頻率及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量電路、氣體泄漏檢測(cè)電路、溫度測(cè)量電路。人機(jī)交互觸控模塊為智能觸控屏。主控制器模塊與從控制器模塊均為STM32系列嵌入式微處理器STM32F103RBT6。無線通信模塊為GPRS/GSM無線模塊GTM900-C。信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與繼電器控制由主控制器負(fù)責(zé)，主控制器還通過串口與智能觸控屏交換信息，從控制器控制無線通信模塊通過GSM短信息與手機(jī)用戶通信，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與PC機(jī)通信，從控制器與主控器之間通過IIC總線通信。本實(shí)施例使用一個(gè)性能與主控制器完全一致的從控制器專門負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程通信，避免了通信等待，分擔(dān)了主控制器的任務(wù)，提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性。
[0025]本實(shí)用新型的工作過程是:野外勘探需要啟動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)，工作人員通過手機(jī)或者PC機(jī)給指定號(hào)碼發(fā)送預(yù)設(shè)代碼，發(fā)電機(jī)便開始啟動(dòng)，此時(shí)主控制器利用信號(hào)測(cè)量模塊對(duì)發(fā)電機(jī)輸出電壓幅值、電壓頻率、氣體泄漏濃度、發(fā)電機(jī)機(jī)箱環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)將參數(shù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街付ǖ腜C機(jī)或手機(jī)，當(dāng)輸出電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，控制信號(hào)發(fā)送機(jī)的開關(guān)閉合，開始給電法勘探提供人工源信號(hào)。當(dāng)需要斷開人工源時(shí)，工作人員可以通過手機(jī)或者PC機(jī)發(fā)送信號(hào)使發(fā)電機(jī)停機(jī)。工作人員也可以在現(xiàn)場(chǎng)通過人機(jī)交互觸控屏直接對(duì)發(fā)電機(jī)和發(fā)送機(jī)進(jìn)行控制。工作過程中出現(xiàn)氣體泄漏明顯、溫度過高或者其他故障時(shí)，主控制器立即將發(fā)電機(jī)停機(jī)并向手機(jī)和PC機(jī)通報(bào)故障情況。
[0026]參見圖3，為本實(shí)施例的電壓頻率及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路原理圖(相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)表示連接到一起，下同)，用于檢測(cè)發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率以及發(fā)電機(jī)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。其中U14為內(nèi)含兩個(gè)電壓比較器的集成電路，發(fā)電機(jī)輸出的交流正弦電壓經(jīng)變壓器降壓后(頻率不變)，變壓器次級(jí)線圈與圖3中PL1、PL2處連接，通過電橋BI將正弦信號(hào)的幅值絕對(duì)值化，然后送入比較器U14與基準(zhǔn)電壓比較，當(dāng)正弦信號(hào)大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，比較器輸出高電平，反之輸出低電平，每一個(gè)正弦周期都會(huì)使比較器輸出兩個(gè)脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)經(jīng)過光耦隔離后送入主控制器第29引腳測(cè)量，主控制器計(jì)算出該脈沖信號(hào)的頻率再除以2，便得到發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率。轉(zhuǎn)速傳感器本身輸出的就是脈沖信號(hào)，因此不需要經(jīng)過電橋整流，直接與比較器基準(zhǔn)電壓比較，圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)ZS處為轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)輸入端。
[0027]參見圖4，為主控制器模塊電路圖，主控制器(編號(hào)Ull)的第42和43引腳用于與智能觸控屏串行通信；U11第58、59引腳用于與從控制器IIC通信；U11片內(nèi)集成了多個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換器以及多路選擇器，能夠直接測(cè)量16路外部模擬信號(hào)，其中Ull第9、10、11引腳用于測(cè)量三個(gè)氣體泄漏傳感器輸出的電壓信號(hào)(經(jīng)電阻1/2衰減)，Ul I第24、25以及37引腳用于測(cè)量電壓變送器輸出的電流信號(hào)；發(fā)電機(jī)箱體環(huán)境溫度檢測(cè)使用四個(gè)直接輸出數(shù)字信號(hào)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20(U15、U16、U17、U18)，輸出的數(shù)字信號(hào)依次連接Ull第40、51、52、53引腳；U11第29,30引腳用于測(cè)量電壓頻率以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；U11第34和35引腳通過光電器件U14對(duì)繼電器進(jìn)行控制，間接控制現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)和發(fā)送機(jī)外置電源的開關(guān)。
[0028]參見圖5，為主控制器程序流程圖，其中圖5中a為主程序流程圖，主控制器上電后即開始對(duì)片內(nèi)外設(shè)以及觸控屏等進(jìn)行初始化設(shè)置，接著開放中斷，隨時(shí)接受控制命令，然后對(duì)輸出電壓幅值、電壓頻率以及氣體泄漏等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后將測(cè)得的參數(shù)上傳至觸控屏和從控制器，緊接著對(duì)參數(shù)進(jìn)行判斷，如果出現(xiàn)氣體泄漏等危險(xiǎn)情況則立即停止發(fā)電、斷開發(fā)送機(jī)并將故障上報(bào)至監(jiān)控終端(PC機(jī)或手機(jī))，之后返回參數(shù)監(jiān)測(cè)；如果監(jiān)測(cè)到的參數(shù)在正常范圍內(nèi)，則直接返回繼續(xù)監(jiān)測(cè)。圖5中b為中斷程序流程圖，當(dāng)出現(xiàn)中斷時(shí)，主控制器先保存中斷前狀態(tài)，即保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，然后讀取觸控屏或者從控制器從串口傳遞過來的命令，執(zhí)行命令完畢，然后中斷返回。
[0029]參見圖6，為從控制器模塊電路圖，從控制器(編號(hào)U8)通過片內(nèi)自帶的串口 1(第42和43引腳)與無線模塊通信，U7為電平轉(zhuǎn)換芯片，J2為無線模塊串行接口 ；U8第58和第59引腳用于與主控制器實(shí)現(xiàn)片間通信，其中U9為存儲(chǔ)信息的EEPROM存儲(chǔ)器，主控制器將監(jiān)測(cè)到的信息通過Iic總線傳送給U8，U8將接收到的信息通過無線模塊同時(shí)發(fā)送到PC機(jī)或手機(jī)，相應(yīng)的，工作人員可以通過隨身攜帶的手機(jī)或者PC機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)及發(fā)送機(jī)外置電源進(jìn)行控制;U8的第46、49、50、55以及56引腳為ARM處理器下載程序時(shí)使用的引腳。
[0030]參見圖7，為從控制器程序流程圖。其中圖7中a為主程序流程圖，從控制器上電后即開始對(duì)片內(nèi)外設(shè)進(jìn)行初始化設(shè)置，接著開放中斷，隨時(shí)接受監(jiān)控終端的控制命令，然后每隔一段時(shí)間就讀取主控制器傳送過來的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每讀取一次便通過無線模塊上傳到PC機(jī)，之后返回繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)，如此循環(huán)往復(fù)。圖7中b為中斷服務(wù)程序流程圖，當(dāng)出現(xiàn)中斷時(shí)，從控制器先保存中斷前狀態(tài)，即保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，然后讀取監(jiān)控終端的命令，再將命令傳遞給主控制器，最后退出中斷返回。
[0031]本實(shí)用新型采用兩片ARM嵌入式微處理器STM32F103RBT6作為控制核心器件共同承擔(dān)任務(wù)，通過GPRS與GSM兩種遠(yuǎn)程無線通信手段，設(shè)計(jì)一種電法勘探發(fā)電機(jī)雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，具有很好的實(shí)時(shí)性、可靠性以及抗干擾能力，功耗低，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控電法勘探發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)，及時(shí)啟停發(fā)電機(jī)，提高發(fā)電機(jī)工作效率，并且該電路還可以適用于許多需要遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的場(chǎng)合。
【權(quán)利要求】
1.一種電法勘探發(fā)電機(jī)雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，包括給整個(gè)監(jiān)控電路提供電源電壓的電源模塊，其特征在于:它還包括主控制器模塊、從控制器模塊、無線通信模塊、信號(hào)測(cè)量模塊、人機(jī)交互觸控模塊、繼電器控制模塊；所述主控制器模塊分別與從控制器模塊、信號(hào)測(cè)量模塊、人機(jī)交互觸控模塊、繼電器控制模塊連接，所述從控制器模塊與無線通信模塊連接；所述繼電器控制模塊與電法勘探發(fā)電機(jī)和電法勘探信號(hào)發(fā)送機(jī)外置電源電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電法勘探發(fā)電機(jī)雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，其特征在于:所述信號(hào)測(cè)量模塊包括電壓頻率及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量電路、氣體泄漏檢測(cè)電路、溫度測(cè)量電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電法勘探發(fā)電機(jī)雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，其特征在于:所述人機(jī)交互觸控模塊為智能觸控屏，所述主控制器模塊通過串口與智能觸控屏連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電法勘探發(fā)電機(jī)雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，其特征在于:所述主控制器模塊與從控制器模塊均為STM32系列嵌入式微處理器STM32F103RBT6，主控制器模塊與從控制器模塊之間通過IIC總線通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電法勘探發(fā)電機(jī)雙控制器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，其特征在于:所述無線通信模塊為GPRS/GSM無線模塊GTM900-C。
【文檔編號(hào)】G05B9/03GK203658745SQ201320884101
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】付國(guó)紅, 李廣, 黃良沛, 金勇 , 程輝, 潘志 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)