嵌入式电路系统监控设备的制作方法

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种嵌入式电路系统监控设备。

背景技术：

随着电子技术的快速发展，电路系统的复杂程度也在不断增加。不管是在日常生活用电还是在工业生产用电，为了保证用电的安全，对电路系统的运行状况进行监控越来越受到人们的重视，而嵌入式技术以其灵活、功能可裁剪等特点，被应用在电路系统的监控中。

目前，嵌入式电路系统监控设备基于微控制单元(MCU，Microcontroller Unit)和通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)接口实现，嵌入式电路监控设备通过USB接口与后台管理设备(例如计算机)连接，以便将监测到的数据传输给后台管理设备。

由于USB接口允许通信的距离较短，因此，基于传统的嵌入式电路监控设备难以实现对电路系统的远距离监控。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种嵌入式电路系统监控设备，可实现对电路系统的远距离监控。

本申请实施例第一方面提供一种嵌入式电路系统监控设备，包括：用以接入电路系统的监控接口；

以及，与所述监控接口连接的微控制模块；

以及，与所述微控制模块连接的网络传输模块；

其中，所述微控制模块基于微控制器构建，所述网络传输模块包含硬件 TCP/IP协议栈芯片，且所述网络传输模块设置有用以与外部设备连接的网络接口。

基于本申请第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述嵌入式电路系统监控设备还包括：分别与所述微控制模块连接的第一电源模块和第二电源模块；

所述第一电源模块在所述嵌入式电路系统监控设备外接电源适配器时，为所述嵌入式电路系统监控设备供电。

基于本申请第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述第二电源模块基于TPS2379芯片和降压型稳压器构建。

基于本申请第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述降压型稳压器的型号为TPS57060-Q1。

基于本申请第一方面的第一种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第二种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述第一电源模块和/或所述第二电源模块设置有过流过压保护电路。

基于本申请第一方面，或者本申请第一方面的第一种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第二种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述微控制模块还包括：与所述微控制器连接的电流检测电路。

基于本申请第一方面，或者本申请第一方面的第一种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第二种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第三种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述微控制模块还包括：与所述微控制器连接的电压检测电路。

基于本申请第一方面，或者本申请第一方面的第一种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第二种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第三种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述微控制模块还包括：与所述微控制器连接的集成式数字温度传感器。

基于本申请第一方面，或者本申请第一方面的第一种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第二种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第三种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述网络传输模块基于型号为W5500的以太网芯片构建。

基于本申请第一方面，或者本申请第一方面的第一种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第二种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第三种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，所述微控制器配置有两个以上电源控制管脚，且每个电源控制管脚存在关联的计时值，且各个电源控制管脚在所述微控制器的内部计时器的计时达到相应的计时值时输出使能信号；其中，不同电源控制管脚关联的计时值不同。

由上可见，本申请提供的嵌入式电路系统监控设备以微控制模块和网络传输模块为核心，一方面，由于嵌入式电路系统监控设备集成了网络传输模块，因此，嵌入式电路系统能够通过以太网与外部设备进行远距离的数据传输，使得用户可通过外部设备远程查看到嵌入式电路系统监控到的数据，进而实现对电路系统的远距离监控；另一方面，由于嵌入式电路系统监控设备集成的网络传输模块包含硬件TCP/IP协议栈芯片，这使得网络传输模块可协助微控制模块中的微处理器处理几乎所有的TCP/IP协议工作，即减少了微处理器的中断次数，也可让微处理器腾出更多的空间去处理其它任务。

附图说明

图1为本申请提供的嵌入式电路系统监控设备一个实施例流程示意图；

图2为本申请实施例提供的硬件TCP/IP协议栈芯片的内核示意图；

图3为本申请实施例提供的一种应用场景下基于W5500芯片与计算机进行数据交互的交互示意图；

图4为本申请实施例提供的第二电源模块一种电路结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种过流过压保护电路的电路结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种包含电流检测电路和电压检测电路的电路结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种应用场景下的温度检测流向示意图；

图8为本申请实施例提供的一种实现多路电源控制的程序结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种应用场景下嵌入式电路系统监控设备的电路结构示意图。

具体实施方式

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种嵌入式电路系统监控设备。请参阅图1，该嵌入式电路系统监控设备包括：

用以接入电路系统的监控接口11；

以及，与监控接口11连接的微控制模块12；

以及，与微控制模块12连接的网络传输模块13；

其中，监控接口11可以为连接器，微控制模块12基于微控制器121(例如可以为型号为stm32F103的微控制单元(MCU，Microcontroller Unit))构建，网络传输模块13包含硬件传输控制协议(TCP，Transmission Control Protocol) /互联网协议(IP，Internet Protocol)协议栈，且网络传输模块13设置有用以与外部设备连接的网络接口。

本申请实施例中，硬件TCP/IP协议栈芯片是将传统的软件TCP/IP协议栈用硬件化的逻辑门电路来实现的芯片。图2为硬件TCP/IP协议栈芯片的内核示意图，如图2所示，硬件TCP/IP协议栈芯片的内核由传输层的TCP、用户数据报协议(UDP，User Datagram Protocol)、以太网控制报文协议(ICMP，Internet Control Message Protocol)、以太网组管理协议(IGMP，Internet Group Management Protocol)等协议、以及网络层的IP、地址解析协议(ARP，Address Resolution Protocol)、基于以太网的点对点通讯协议(PPPoE，Point to Point Protocol over Ethernet)等协议、以及链路层的媒体介入控制层(MAC，Media Access Control)构成。通过硬件TCP/IP协议栈再加上物理层(PHY，Physical Layer)和外围的寄存器，内存、串行外设接口(SPI，Serial Peripheral Interface)，即可组成一套硬件化的以太网解决方案。而微控制器可只处理面向用户的应用层数据。

本申请实施例中，可以通过网络传输模块13的网络接口与外部设备连接，通过网络传输模块13向该外部设备(例如PC端)传输微控制模块12所监控到的数据(例如电路系统的工作状态、任务数据、被监控电路的电流大小、电压大小、温度大小等)，以便工作人员通过上述外部设备对接收到的数据进行查看、处理，进一步，工作人员可以通过上述外部设备向上述嵌入式电路系统监控设备发送控制命令。

可选的,如图1所示，上述微控制模块12还可以包括如下功能模块：模数转换模块122、温度检测模块123、电流检测模块124、电压检测模块125、电源管理模块126中的至少一种。微控制模块12用于接收监控接口11输入的原始信号，通过微控制器121结合相关功能模块对原始信号进行处理形成目标信号，并将目标信号通过网络传输模块13输出。

可选的，本申请实施例中的网络传输模块可基于型号为W5500的以太网芯片(后续简称为W5500芯片)构建。如图3所示为一种应用场景中，基于W5500 芯片与计算机进行数据交互的交互示意图。如图3所示，W5500芯片通过网络接口与计算机连接，W5500通过SPI连接MCU，MCU中的以太网配置与处理程序用以配置与以太网相关的寄存器，数据管理程序用以对基于以太网传输的数据进行管理。

可选的，本申请的嵌入式电路系统监控设备提供双电源模块，则上述电流管理模块126可包括：分别与微控制模块连接的第一电源模块和第二电源模块。其中，上述第一电源模块在嵌入式电路系统监控设备外接电源适配器时，为嵌入式电路系统监控设备供电，而上述第二电源模块在嵌入式电路系统监控设备外接支持以太网供电的交换机(即有源以太网(POE，Power Over Ethernet)交换机)时，为上述嵌入式电路系统监控设备供电。在实际应用中，POE供电电源可以作为备用电源，当布线繁琐或电源插座距离受限时可通过上述第二电源模块实现POE供电。上述第二电源模块也即POE供电系统中的PD模块。

可选的，上述第二电源模块可以基于TPS2379芯片和降压型稳压器构建。具体的，上述第二电源模块的电路结构可以参照图4所示，在图4中，降压型稳压器选用型号为TPS57060-Q1的降压型稳压器，RJ45为用以与POE交换机连接的网络接口，T1和T2表示变压器，TX表示信号发送端，RX表示信号接收端，ZD1和ZD2表示桥式整流二极管，C1～C5表示无极性电容，CBULK、C6和C7表示有极性电容，D1和D2表示稳压二极管，RDEN、RCLS、RBLST、RUVLO1、 RUVLO2、R1～R4均表示电阻，Q1表示N-MOS管。需要说明的是，图4所示电路结构仅仅是一种实现方式，在实际应用中，上述第二电源模块只需能够实现上述第二电源模块的功能即可，其各个元器件的组合和连接关系可以不限于图 3所示的电路结构。

可选的，上述电流管理模块126还包括过流过压保护电路。具体的，上述过流过压保护电路可以由上述微处理器配合电流检测放大电路和两个开关电路(后续描述为第一开关电路和第二开关电路)实现，第一开关电路的输入端与上述第一电源模块的输出端连接，第二开关电路的输入端与上述第二电源模块的输出端连接，上述电流检测放大电路用以检测上述第一电源模块和上述第二电源模块的输出电流并传输给MCU内部ADC(即模数转换器)进行处理(例如采样和量化)，以根据处理后得到的电流值输出控制信号。例如，当通过 MCU内部ADC处理后得到的电流值大于预设阈值时，MCU输出相应的控制信号控制Q2或Q4断开，以以便在过压或过流时可切断电源。如图5所示为一种过流过压保护电路的电路结构示意图，在图5中，MCU即上述微处理器，第一开关电路由Q2、Q3、R5～R7构建，第二开关电路由Q4、Q5、R9～R11构建其中，Q2为带稳压二极管的N-MOS管，Q3为带稳压二极管的P-MOS管，R5～R11为电阻，输出的电源U1和U2可以分别为上述嵌入式电路系统监控设备和其它外部电路供电。

上述电流检测模块124可以包括：与上述微控制器连接的电流检测电路。上述嵌入式电路系统监控设备通过上述电流检测电路可以对上述监控接口接入的电路系统进行电流检测。需要说明的是，上述电流检测电路也可以为两个以上，以便通过多个电流检测电路对上述监控接口接入的电路系统中的多个位置进行电流检测。当然，上述电流检测电路也可以为一个，此处不做限定。

上述电压检测模块125可以包括：与上述微控制器连接的电压检测电路。上述嵌入式电路系统监控设备通过上述电压检测电路可以对上述监控接口接入的电路系统进行电压检测。需要说明的是，上述电压检测电路也可以为两个以上，以便通过多个电压检测电路对上述监控接口接入的电路系统中的多个位置进行电压检测。当然，上述电压检测电路也可以为一个，此处不做限定。

如图6所示为一种包含电流检测电路和电压检测电路的电路结构示意图，在图6中，电压检测电路由电阻R12和R13构建，电流检测电路由电流检测放大器和电阻R14构建。被测电压和被测电流被传送给MCU的内部ADC(即模数转换器)进行处理(例如采样和量化)后，可通过图1所示的网络传输模块13 传输给外部设备(例如PC端)，供工作人员查看并处理。

上述温度检测模块123可以包括：与上述微控制器连接的集成式数字温度传感器，以便上述嵌入式电路系统监控设备通过上述集成式数字温度传感器对上述监控接口接入的电路系统进行温度检测。需要说明的是，上述集成式数字温度传感器也可以为两个以上，以便通过多个集成式数字温度传感器对上述监控接口接入的电路系统中的多个位置(例如电路系统的各个模块、机箱等)进行温度检测。当然，上述集成式数字温度传感器也可以为一个，此处不做限定。图7给出了一种应用场景下的温度检测流向示意图。通过集成数字温度传感器获取被监控的电路系统的温度，之后集成数字温度传感器将采集到的温度发送给MCU中的温度检测程序进行处理，例如上传给嵌入式电路系统监控设备连接的计算机，以检测被测温度是否超过所设的阈值。

可选的，上述微控制器配置有两个以上电源控制管脚，且每个电源控制管脚存在关联的计时值，且各个电源控制管脚在上述微控制器的内部计时器的计时达到相应的计时值时输出使能信号，以实现多路电源控制。其中，不同电源控制管脚关联的计时值不同。在此应用场景下，可以将上述两个以上电源控制管脚分别与被监控的电路系统中需要进行上电控制的模块的使能端连接，在上述微控制器启动后，上述微控制器内部计时器开始进行计时，当计时达到某个电源控制管脚对应的计时值时，上述微控制器控制该电源控制管脚输出使能信号(低电平或高电平)，以使能该电源控制管脚所连接的电路系统中的模块。由于不同电源控制管脚关联的计时值不同，因此，通过该方案，可以实现对电路系统中各模块上电顺序的控制，避免电路系统中多个模块同时上电而产生的尖峰现象。具体的，可以通过图8所示的程序结构实现上述多路电源控制。如图8所示，可以为MCU配置计时程序、电源控制程序以及极性控制程序，计时程序用以在MCU启动时进行计时，电源控制程序用以检测计时程序的计时是否达到某个电源控制管脚对应的计时值，当计时程序的计时达到某个电源控制管脚对应的计时值时，结合极性控制程序控制相应的电源控制管脚输出高电平的使能信号或者低电平的使能信号。其中，极性控制程序用以确定与当前计时所到达的计时值对应电源控制管脚应该输出的使能信号的极性，即确定该电源控制管脚输出高电平还是低电平。

可选的，本申请实施例中的嵌入式电路系统监控设备还可以包括：与所述微控制器连接的指示灯模块和/或蜂鸣器模块，微控制器可以根据所监控的电路系统的工作状况触发上述指示灯模块的指示灯点亮或闪烁，或者，微控制器也可以根据所监控的电路系统的工作状况触发上述蜂鸣器模块的蜂鸣器发出报警声音。

下面以一具体应用场景，对一种嵌入式电路系统监控设备进行说明，请参照图9，图9中，第一连接器也即图1所示的监控接口，被测电流和/或被测电压可由前述的电流检测电路和/或电压检测电路采集实现。温度传感器信号可由前述的数字温度传感器采集得到。MCU配置有两个以上电源控制管脚，且每个电源控制管脚存在关联的计时值，且各个电源控制管脚在上述微控制器的内部计时器的计时达到相应的计时值时输出使能信号。图9所示的嵌入式电路系统监控设备还包括：与MCU连接的LED灯模块和/或蜂鸣器模块(图中未示出)， MCU可以根据所监控的电路系统的工作状况触发上述LED灯模块的LED灯点亮或闪烁，和/或，MCU也可以根据所监控的电路系统的工作状况触发上述蜂鸣器模块的蜂鸣器发出报警声音。图9所示的第一电源模块、第二电源模块、过流过压保护电路、网络传输模块可以参照前述实施例中的描述，此处不做赘述。在图9中，设置第二连接器用以与电源适配器、外部电源接口以及其它电路模块连接，当第二连接器与外部电源接口连接时，嵌入式电路系统监控设备可为所连接的器件提供电源。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

以上为对本申请所提供的嵌入式电路系统监控设备的描述，对于本领域的技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。