CN103488104B

CN103488104B - 一种监控复位***

Info

Publication number: CN103488104B
Application number: CN201310468455.1A
Authority: CN
Inventors: 康建军; 冯月永; 邬海强; 李林奇; 周达; 刘超然
Original assignee: National Ocean Technology Center
Current assignee: National Ocean Technology Center
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: CN103488104A

Abstract

本发明中公开一种监控复位***，包括：用于产生基准方波信号的振荡器单元；用于接收所述基准方波信号，对所述基准方波信号进行计数，并输出跃变信号的计数器单元；用于接收所述跃变信号、喂狗信号，并通过内部调节电路为被监控***提供多种类型复位信号的信号调节器单元。本发明实现的监控复位***可以同时提供多路可调溢出周期、脉宽、电平、驱动能力的复位信号。本发明实现的复位信号电平、脉宽、驱动能力等可由信号调节单元搭配给出。本发明实现的复位信号溢出周期可由振荡器单元和计数器单元调节给出，溢出周期调节范围从最小的几秒至最大的几天。

Description

一种监控复位***

技术领域

本发明涉及海洋监测设备，更具体的说，涉及一种海洋监测设备中的监控复位电路。

背景技术

随着蓝色海洋经济的兴起，海洋监测设备也得到了飞速的发展。海洋监测设备需要在海上长期运行，维护成本高，运行周期长，因此对其的稳定性要求较高，如海洋监测浮标、海洋潜标、海床基等维修周期在一年以上。海洋监测设备的稳定性很大程度上取决于设备电子***的稳定性。一台稳定的海洋监测设备不仅需要合理的电路和程序设计，还需要一些特殊技术进一步保证其稳定性。

电子设备稳定性的重要保障措施便是看门狗电路，在海洋监测设备中也是靠看门狗电路增加其稳定性的。看门狗电路基本原理是电子设备中的中央处理器（CPU，central processing unit）的复位信号和喂狗信号与看门狗电路连接，CPU程序死机后，CPU不会再对看门狗进行定时清零（喂狗），达到溢出时间后看门狗电路便会产生复位信号，控制被监控设备进行复位。看门狗电路分为两种，一种是CPU内部自带看门狗电路，在使用过程中只需要在程序中加入看门狗的设置和控制指令，即可以达到对CPU的监控；另一种是在CPU外部设计的具有一定复位功能的看门狗电路，喂狗信号由CPU提供。

看门狗电路是通过对设备程序逐步监控实现的，而对于海洋监测设备或其它的长期无人值守的自动化设备而言，稳定性要求较高，仅仅对程序进行逐步监控远远不够，需要溢出时间较长的整个运行周期的监控，这是看门狗电路所不能实现的。例如：海洋监测浮标一个运行周期近30分钟，仅仅对其数据采集处理器的逐步监控不能有效解决其稳定性问题，还需要整个运行周期30分钟的监控，否则会造成***从起始至故障环节的不断重复，而不能完成整个周期的运行。

一些集成型的设备中，***的死机原因不仅仅是CPU程序造成的，也可能是后端的集成设备导致***死机。此种故障只要对后端设备或整个***进行断电重启便可以得到有效解决，而这也是看门狗电路所不能实现的。生活中常见的电脑死机，断电重启就可以有效解决问题，同理海洋监测浮标中多数故障，也可以通过断电重启得到有效解决。

总之，看门狗电路的监控功能存在一定的缺陷，不适合海洋监测设备的使用，主要包括：提供的复位信号单一，仅仅是对CPU或芯片进行复位；驱动能力有限，不能对整个设备的电源进行监控复位；复位周期短，不能实现复杂***全周期的监控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种多路可灵活配置复位信号的监控复位***，即复位信号的数量、电平、脉宽、驱动能力、溢出周期可以灵活调节。

为解决上述技术问题，本发明的监控复位***，技术方案为：

一种监控复位***，包括：

用于产生基准方波信号的振荡器单元；

用于接收所述基准方波信号，对所述基准方波信号进行计数，并输出跃变信号的计数器单元；

用于接收所述跃变信号、喂狗信号，并通过内部调节电路为被监控***提供多种类型复位信号的信号调节器单元。

作为优选，本发明还采用了如下的技术方案：

所述振荡器单元包括可调电阻（R1）、额定电容（C1）、反相器（U1）、以及反相器（U2）；所述额定电容（C1）的负极与反相器（U1）的输入端子连接，所述反相器（U1）的输出端子与所述反相器（U2）的输入端子连接，所述额定电容（C1）的负极通过可调电阻（R1）与所述反相器（U2）的输入端子连接，所述反相器（U2）的输出端子与所述额定电容（C1）的正极短接组成基准方波信号的输出端子。

所述计数器单元包括至少两个计数器组、以及与所述计数器组数量相同的双排插座；其中：每个计数器组由至少两个计数器串联组成，所述基准方波信号的输出端子与所述计数器单元的输入端子连接；每个计数器组的输出端子与一个双排插座的输入针脚一对一连接，每个双排插座的输出针脚短接组成一个跃变信号输出端子。

所述信号调节器单元包括至少两个信号调节器组，每个信号调节器组由至少两个信号调节器并联组成；每个信号调节器组的信号输入端子与一个跃变信号输出端子连接。

所述信号调节器包括NPN晶体三极管（Q1）、555定时器（U6）、光电隔离器（U7、U8）、栅极管（Q2）、电阻（R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8）、以及电容（C2、C3、C4）；所述NPN晶体三极管（Q1）的发射极分别与555定时器（U6）的电源端（VCC）、清零端（RST）连接；所述NPN晶体三极管（Q1）的发射极通过电阻（R3）分别与555定时器（U6）的高触发端（THR）、放电端（DISC）连接；所述放电端（DISC）通过电容（C3）接地，所述555定时器（U6）接地端子（GND）通过电容（C2）与控制电压端（CVOLT）连接，所述NPN晶体三极管（Q1）的发射极通过电阻（R4）与555定时器（U6）的触发端（TRIG）连接，所述触发端（TRIG）依次通过电容（C4）、电阻（R7）与光电隔离器（U8）的输入侧发光二极管的阴极连接，所述光电隔离器（U8）的输出侧二极管的阳极为复位信号输出端，所述光电隔离器（U8）的输出侧二极管的阴极接地，所述触发端（TRIG）通过电容（C4）接地，所述555定时器（U6）的输出端（OUT）分别与光电隔离器（U7、U8）输入侧发光二极管的阳极连接，所述光电隔离器（U7）输入侧发光二极管的阴极通过电阻（R5）接地，所述光电隔离器（U7）输入侧发光二极管的阴极依次通过电阻（R5）、电阻（R6）与光电隔离器（U7）输出侧二极管的阴极连接，所述光电隔离器（U7）输出侧二极管的阴极与栅极管（Q2）的栅极连接，所述光电隔离器（U7）输出侧二极管的阳极与栅极管（Q2）的源极连接，所述栅极管（Q2）的漏极为复位信号输出端子；所述跃变信号输出端子通过电阻（R2）与NPN晶体三极管（Q1）的基极连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明一个振荡器单元可以连接多个计数器组，实现多个不同溢出周期、脉宽、电平、驱动能力的复位信号同时输出；一个计数器可以连接多个信号调节器组，实现多个不同脉宽、电平、驱动能力的复位信号同时输出；一个信号调节器中的555定时器连接两个光电耦合器，实现两个不同电平、驱动能力的复位信号同时输出；

本发明通过改变振荡器单元中电阻（R1）的阻值及计数器单元中双排插座短接的位置，可以调整整个***的溢出周期，溢出周期在几秒至几天范围内可调，可调周期范围远大于现有看门狗电路的溢出周期；

本发明通过调节信号调节器中555定时器的阈值输入脚两端电阻（R3）和电容（C3）的值，实现复位信号脉宽的调整；

本发明通过改变信号调节器中光电隔离器输出端阳极电平，实现复位信号电平的调整。

本发明通过选择信号调节器栅极管的有无、类型或型号，实现复位信号驱动能力的调整。

本发明产生的复位信号，可以通过被监控***的CPU复位脚实现对CPU的复位，通过被监控***子***的某个芯片的复位脚实现对芯片的复位，通过与被监控***总电源的串联实现对总***的断电重启，通过与被监控***子***电源串联实现对子***的断电重启。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明使用状态图；

图3为本发明局部电路图，主要用于显示振荡器单元的电路；

图4为本发明局部电路图，主要用于显示计数器单元的电路；

图5为本发明局部电路图，主要用于显示信号调节器的电路；

图6为本发明较佳具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，一种监控复位***，包括：振荡器单元、计数器单元、信号调节器单元；其中：振荡器单元用于产生基准方波信号；计数器单元用于接收所述基准方波信号，对所述基准方波信号进行计数，并输出跃变信号；信号调节器单元用于接收所述跃变信号、喂狗信号，并通过内部调节电路为被监控***提供多种类型复位信号。

请参阅图2，上述具体实施例的具体工作原理为：振荡器单元输出的方波信号为计数器单元提供基准时钟。计数器单元输出的跃变信号为信号调节器单元提供复位触发源。信号调节器单元输出的复位信号通过被监控***的CPU复位脚、子***芯片复位脚，实现对被监控***的软件复位；通过与被监控***子***电源、总电源的串联，实现被监控***的断电重启。被监控***CPU发出的喂狗信号，通过计数器单元复位脚（RESET）对整个监控复位***进行清零（喂狗）。

请参阅图3，图3是实现上述具体实施例中振荡器单元功能的一种优选电路，其中：振荡器单元包括可调电阻R1、额定电容C1、反相器U1、以及反相器U2；所述额定电容C1的负极与反相器U1的输入端子连接，所述反相器U1的输出端子与所述反相器U2的输入端子连接，所述额定电容C1的负极通过可调电阻R1与所述反相器U2的输入端子连接，所述反相器U2的输出端子与所述额定电容C1的正极短接组成基准方波信号的输出端子。反相器U1和反相器U2采用74HC04芯片，一个芯片上带6个反相器，剩余4个预留给复位信号、喂狗信号的电平调节使用。可调电阻R1和额定电容C1组成一个RC振荡电路，通过反向器U1和反相器U2将RC振荡电路生成的正弦信号转换为方波信号，为整个***提供一个基准方波信号。通过调节可调电阻R1的阻值，改变基准方波信号的周期T，为整个***溢出时间的调节提供可能。

请参阅图4，图4是实现上述具体实施例中计数器单元功能的一种优选电路，一个计数器单元由计数器芯片U3、计数器芯片U4、计数器芯片U5、以及双排插座P1组成。计数器采用MC74HC393芯片，一个芯片带两个4位计数器。一个或多个计数器芯片通过串联组成具有较长溢出时间的计数器，在本具体实施例中，计数器单元由3个4位计数器构成，计数器芯片的各级输出分别连接于双排插座P1输入侧的针脚，双排插座P1输出侧短接后作为计数器单元的输出，即跃变信号输出端子。实际使用中通过在双排插座P1不同位置的跳针短接，输出一个不同周期的方波信号。喂狗信号连接于每个计数器芯片的复位脚RESET3、复位脚RESET4、复位脚RESET5，用于对整个计数器单元的清零（喂狗）。计数器芯片U3的输出针脚QA3输出的信号周期是基准方波信号周期T的2倍，计数器芯片U3的输出针脚QB3输出的信号周期是基准方波信号周期T的4倍，计数器芯片U3的输出针脚QC3输出的信号周期是基准方波信号周期T的8倍，依次类推计数器芯片U5的输出针脚QD5输出的信号周期是基准方波信号周期T的4096倍。也就是说计数器每增加一级，信号周期放大一倍。计数器发出的信号由低电平跃变为高电平时，通过信号调节器的复位信号对被监控***复位，完成整个监控复位过程，所以计数器单元输出的跃变信号溢出周期是通过双排插座P1短接计数器信号周期的二分之一。

例如，假设双排插座P1短接的是计数器芯片U4的输出针脚QC4，输出针脚QC4上的方波信号周期为128T，而当时间经过64T后，仍然未收到喂狗信号，输出针脚QC4脚将会由低电平的半周期转为高电平半周期，一个由低电平向高电平的跃变信号便会由计数器单元输出。跃变信号通过触发信号调节器单元，发送的复位信号对被监控***复位，完成整个监控复位过程。海洋监测浮标一般使用的复位信号是3种溢出周期的，一种为10分钟为气象板提供监控复位的；一种是为5分钟为通讯板提供监控复位的；另一种为30分钟为主控板提供的监控复位的。

请参阅图5，图5是实现上述具体实施例中信号调节器功能的一种优选电路，其中：信号调节器包括NPN晶体三极管Q1、555定时器U6、光电隔离器U7、U8、栅极管Q2、电阻R2～R8、以及电容C2～C4；所述NPN晶体三极管Q1的发射极分别与555定时器U6的电源端VCC、清零端RST连接；所述NPN晶体三极管Q1的发射极通过电阻R3分别与555定时器U6的高触发端THR、放电端DISC连接；所述放电端DISC通过电容C3接地，所述555定时器U6接地端子GND通过电容C2与控制电压端CVOLT连接，所述NPN晶体三极管Q1的发射极通过电阻R4与555定时器U6的触发端TRIG连接，所述触发端TRIG依次通过电容C4、电阻R7与光电隔离器U8的输入侧发光二极管的阴极连接，所述光电隔离器U8的输出侧二极管的阳极为复位信号输出端，所述光电隔离器U8的输出侧二极管的阴极接地，所述触发端TRIG通过电容C4接地，所述555定时器U6的输出端OUT分别与光电隔离器U7～U8输入侧发光二极管的阳极连接，所述光电隔离器U7输入侧发光二极管的阴极通过电阻R5接地，所述光电隔离器U7输入侧发光二极管的阴极依次通过电阻R5、电阻R6与光电隔离器U7输出侧二极管的阴极连接，所述光电隔离器U7输出侧二极管的阴极与栅极管Q2的栅极连接，所述光电隔离器U7输出侧二极管的阳极与栅极管Q2的源极连接，所述栅极管Q2的漏极为复位信号输出端子；所述跃变信号输出端子通过电阻R2与NPN晶体三极管Q1的基极连接。跃变信号经过NPN晶体三极管Q1调整为驱动能力更强的0～VCC的跃变信号，为555定时器U6提供电源和触发信号源。

其中555定时器U6的工作原理为：当555定时器U6收到触发信号后，根据555定时器U6真值表输出端OUT输出高电平，同时通过电阻R3给电容C3充电，电路进入暂稳状态，定时开始，输出维持高电平不变。当电容C3两端电压超过555定时器U6内部阈值电压后，输出端OUT的输出由高电平变为低电平，定时结束。输出端OUT输出维持高电平时间长度由电阻R3和电容C3决定，约为1.1·R3·C3。

在图5中，栅极管Q2产生复位信号1的原理为：当555定时器U6断电或输出低电平时，栅极管Q2的栅极为低电平，源极和漏级导通，输出为输入电源电压，驱动电流由栅极管Q2的属性决定。当555定时器U6输出高电平时，栅极管Q2的栅极为高电平，源极和漏级非导通，输出为低电平，无负载能力。当高电平维持时间结束，Q2继续恢复输出。这样形成的复位信号可以实现对被监控***电源实现断电重新加电这一过程。使得被监控***完全断电重启，解决其死机问题。也可以用这一复位信号监控被监控***的某一子***，对子***进行加电重启。

在图5中，光电隔离器U8产生复位信号2的原理为：与复位信号1的产生原理基本相同，缺少了栅极管Q2的调节，输出驱动能力较低，适用于一般的CPU或芯片的复位功能。图5中示例的是一种低电平有效的复位信号，也可以通过调节光电隔离器U8的***电路实现高电平有效的复位信号，还可以调节电阻R8的输入电压调节复位信号的幅值，这里不做赘述。

上述复位信号1和复位信号2均可通过调节电阻R3、电容C3的值调节复位信号的脉宽。通过同一个555定时器连接不同的光电隔离器、栅极管及相应的***电路构成的相同脉宽的复位信号。也可以通过多个的555定时器连接同一个跃变信号，结合光电隔离器、栅极管及相应的***电路构成的不同脉宽的复位信号，方便不同***的需求。

请参阅图6，在上述具体实施例的基础上，为了实现监控复位***能够同时向多个被监控***提供复位信号的功能，在本具体实施例中，所述计数器单元包括至少两个计数器组、以及与所述计数器组数量相同的双排插座；其中：每个计数器组由至少两个计数器串联组成，所述基准方波信号的输出端子与所述计数器单元的输入端子连接；每个计数器组的输出端子与一个双排插座的输入针脚一对一连接，每个双排插座的输出针脚短接组成一个跃变信号输出端子。所述信号调节器单元包括至少两个信号调节器组，每个信号调节器组由至少两个信号调节器并联组成；每个信号调节器组的信号输入端子与一个跃变信号输出端子连接。这样在使用过程中，振荡器可以同时向计数器1、计数器2、…计数器n发送同步的基准方波信号，计数器1可以同时向信号调节器11、信号调节器12、…信号调节器1n发送相同的跃变信号，同理，计数器n可以同时向信号调节器n1、信号调节器n2、…信号调节器nn发送相同的跃变信号；信号调节器11可以同时产生多个复位信号，比如图示中的复位信号111、复位信号112、…复位信号11n。

因此，此具体实施例中的监控复位***能够提供多个复位信号，也能够连接多个不同的喂狗信号。一个振荡器单元同时连接多个计数器单元，也就是说监控复位***可以同时包含多个不同溢出周期的计数器单元。每个计数器单元连接一个喂狗信号，喂狗信号由被监控***的CPU发出。一个计数器单元也可以连接多个信号调节器单元，也就是说监控复位***可以同时包含多个不同脉宽的信号调节器。而一个信号调节器可以产生多个不同电平、不同驱动能力的复位信号。

海洋浮标是一个综合性的观测平台，由多个模块构成，如气象模块、水文模块、处理存储模块、通讯模块等。每个模块的工作周期不同，如气象模块10分钟为一个工作周期，而水文模块的波浪采集为30分钟一个工作周期。同一个模块也需要不同的脉宽、电平、驱动能力的复位信号，如断电重启功能，就需要两个复位信号，一个是电源的断电加电过程，一个是***强制启动过程。断电加电过程需要的复位信号，脉宽窄、驱动能力强、电平高，而强制启动过程需要的复位信号却恰恰相反。不同模块监控需要的不同溢出周期，可以在本发明中通过提供不同的计数器单元得以解决。同模块需要的不同脉宽，在本发明中可以通过提供不同的信号调节器得以解决。需要的不同的电平、驱动能力，在本发明中可以通过信号调节器的不同输出得以解决。

以上对本发明的较佳实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种监控复位***，其特征在于：包括：

用于产生基准方波信号的振荡器单元；

用于接收所述跃变信号、喂狗信号，并通过内部调节电路为被监控***提供多种类型复位信号的信号调节器单元；

所述振荡器单元包括可调电阻(R1)、额定电容(C1)、反相器(U1)、以及反相器(U2)；所述额定电容(C1)的负极与反相器(U1)的输入端子连接，所述反相器(U1)的输出端子与所述反相器(U2)的输入端子连接，所述额定电容(C1)的负极通过可调电阻(R1)与所述反相器(U2)的输入端子连接，所述反相器(U2)的输出端子与所述额定电容(C1)的正极短接组成基准方波信号的输出端子；

所述计数器单元包括至少两个计数器组、以及与所述计数器组数量相同的双排插座；其中：每个计数器组由至少两个计数器串联组成，所述基准方波信号的输出端子与所述计数器单元的输入端子连接；每个计数器组的输出端子与一个双排插座的输入针脚一对一连接，每个双排插座的输出针脚短接组成一个跃变信号输出端子；

所述信号调节器单元包括至少两个信号调节器组，每个信号调节器组由至少两个信号调节器并联组成；每个信号调节器组的信号输入端子与一个跃变信号输出端子连接；

所述信号调节器包括NPN晶体三极管(Q1)、555定时器(U6)、光电隔离器(U7、U8)、栅极管(Q2)、电阻(R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8)、以及电容(C2、C3、C4)；所述NPN晶体三极管(Q1)的发射极分别与555定时器(U6)的电源端(VCC)、清零端(RST)连接；所述NPN晶体三极管(Q1)的发射极通过电阻(R3)分别与555定时器(U6)的高触发端(THR)、放电端(DISC)连接；所述放电端(DISC)通过电容(C3)接地，所述555定时器(U6)接地端子(GND)通过电容(C2)与控制电压端(CVOLT)连接，所述NPN晶体三极管(Q1)的发射极通过电阻(R4)与555定时器(U6)的触发端(TRIG)连接，所述触发端(TRIG)依次通过电容(C4)、电阻(R7)与光电隔离器(U8)的输入侧发光二极管的阴极连接，所述光电隔离器(U8)的输出侧二极管的阳极为复位信号输出端，所述光电隔离器(U8)的输出侧二极管的阴极接地，所述触发端(TRIG)通过电容(C4)接地，所述555定时器(U6)的输出端(OUT)分别与光电隔离器(U7、U8)输入侧发光二极管的阳极连接，所述光电隔离器(U7)输入侧发光二极管的阴极通过电阻(R5)接地，所述光电隔离器(U7)输入侧发光二极管的阴极依次通过电阻(R5)、电阻(R6)与光电隔离器(U7)输出侧二极管的阴极连接，所述光电隔离器(U7)输出侧二极管的阴极与栅极管(Q2)的栅极连接，所述光电隔离器(U7)输出侧二极管的阳极与栅极管(Q2)的源极连接，所述栅极管(Q2)的漏极为复位信号输出端子；所述跃变信号输出端子通过电阻(R2)与NPN晶体三极管(Q1)的基极连接。