[发明专利]一种基于单片机的状态监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单片机的状态监测系统，具体涉及一种适用于多单板协同运行的状态监测系统。 

背景技术

状态监测的任务是在设备运行中或在基本不拆卸的情况下了解和掌握设备的运行状态，采用各种检测、监视、分析和判别方法，对设备当前的运行状态做出评估，判断其处于正常状态、异常状态还是故障状态，为后续的故障定位和故障诊断奠定基础。 

而对于系统中存在多个单板协同工作的情况，需要对每个单板的状态进行监测，并将监测结果集中管理，这就需要采用分布式监控技术。对监测系统电压、电流、温度等状态的相关文献查阅发现，这些监控系统主要存在以下几种问题： 

(1)专利智能型电功能监测仪和黑龙江省电力科学研究院研究的电力系统动态过程在线监测装置及方法主要是针对各种电器或电力系统的有功功率、无功功率、输出电压、电流、频率等进行监测，并不涉及系统内部状态的监测，且没有用到分布式监控技术； 

(2)浙江大学研制的多功能环境参数精密监测系统，其监测电路独立于设备或系统之外，主要监测仪器外部的工作环境，如温度、湿度，而不是仪器本身的状态参数； 

(3)西安工业大学设计的机载电源检测系统和复旦大学设计的基于串行通信的分布式监控系统都使用了分布式监控技术，但其采用的是一个PC机与多个单片机进行通信的方法，该方法适用于监控多个系统状态而不是监控一个系统中多个单板的状态。 

综上，这些设计研究都没有提出一种在多单板上实现分布式监控，完成整机 系统各单板状态实时监测的方法。 

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于单片机的状态监测系统，可对整机中各单板关键电源电压、电流、核心处理芯片的管芯温度以及外部芯片的工作时钟进行实时监测，各单板之间采用分布式监控技术，由接口板收集各业务板状态，并与上位机和外部主控单元进行通信，具有对外接口简单、配置项统一、通用性强、实时性好等特点，解决了整机在联调和环境试验阶段在不拆卸的情况下了解和掌握单板内部运行状态，方便调测人员在整机运行异常时进行故障诊断和解决问题。 

本发明的技术解决方案是：基于单片机的状态监测系统，包括：一个接口板单板和多个业务板单板，每个单板包括单片机处理器、电流采集电路、电压和温度采集电路、I²C接口，GPIO接口，模拟I²C接口，接口板单板还包括RS485接口，其中： 

单片机处理器：处于接口板单板时，单片机处理器ID号设置为0x01，单片机处理器作为主机，运行于接口板工作模式，采集自身工作状态，查询并收集各业务板工作状态信息，接收上位机发送的单板状态查询指令，根据查询指令中的ID号反馈相应单板状态，并将整机系统状态信息定时上报至外部主控单元；处于业务板单板时，不同的业务板单板设置不同的ID号：业务板1的ID号设置为0x02，业务板2的ID号设置为0x03，业务板3的ID号设置为0x04，单片机处理器作为从机，运行于业务板工作模式，响应接口板单片机处理器的状态查询指令，采集自身状态信息并反馈至接口板单片机处理器； 

电流采集电路：对5V和28V电源电流进行放大，并转换为相应的模拟电压信号； 

电压和温度采集电路：采集并转换单板关键电源电压、外部芯片管芯温度、电压和温度监测芯片的管芯温度，采集的状态可根据各单板具体配置不同而不同； 

I²C接口：完成接口板单片机处理器向业务板单片机处理器发送状态查询指令，并从业务板单片机处理器接收状态信息；完成接口板单片机处理器向外部主控单元发送整机状态信息；接口板单片机处理器、业务板单片机处理器与外部主控单元接在同一I²C接口上，通过合理设计避免总线资源抢占； 

GPIO接口：完成将电流采集电路转换后的模拟电压信号发送至单片机处理器；完成外部芯片向单片机处理器发送工作时钟，由单片机处理器的可编程计数阵列PCA捕获时钟，计算出时钟频率值。 

模拟I²C接口：完成将电压和温度采集电路转换后的电压、温度值发送至单片机处理器； 

RS485接口：完成上位机向接口板单片机处理器发送单板状态查询指令，并从接口板单片机处理器接收单板状态信息。 

所述的接口板工作模式下单片机处理器的具体工作过程为：