电法勘探发电机双控制器远程实时监控电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于一种远程监控电路，特别涉及一种电法勘探发电机双控制器远程实时监控电路。本实用新型包括给整个监控电路提供电源电压的电源模块，它还包括主控制器模块、从控制器模块、无线通信模块、信号测量模块、人机交互触控模块、继电器控制模块；所述主控制器模块分别与从控制器模块、信号测量模块、人机交互触控模块、继电器控制模块连接，所述从控制器模块与无线通信模块连接；所述继电器控制模块与电法勘探发电机和电法勘探信号发送机外置电源电路连接。本实用新型能显著提高实时性并分散系统瘫痪风险，无需专人值守在发电机旁，在遭遇安全事故时可以快速切断电源，并能降低功耗并提高系统的可靠性和抗干扰能力。
【专利说明】电法勘探发电机双控制器远程实时监控电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于一种远程监控电路，特别涉及一种电法勘探发电机双控制器远程实时监控电路。
【背景技术】
[0002]电法勘探发电机是在电法勘探时，给信号发送机提供电源的设备，发电机输出的交流电源经整流滤波后，得到发送机逆变器所需的外置高压直流电源。再经发送机内部逆变电路逆变，获得电法勘探所需的特殊人工场源，以用于大功率电法勘探。
[0003]由于电法勘探发电机不具备远程监控能力，通常的做法是指派专业人员在发电机附近值守，长时间的野外勘探使得值守人员工作枯燥乏味，对发电机的控制也不及时，发电机工作效率低下。此外，发电机附近的强电磁场和噪声环境也不利于工作人员长时间滞留。若无人值守，发电机只能一直处于发电状态，造成能源浪费。
[0004]现有的远程监控系统大多采用单控制器系统，而电法勘探发电机不仅需要监测的参数多，还要与智能触控屏、无线模块进行数据交换，任务重，单控制器系统处理速度慢，实时性、可靠性会受到影响。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种用于电法勘探发电机的双控制器远程实时监控电路。
[0006]本实用新型的目的是通过如下的技术方案来实现的:该电法勘探发电机双控制器远程实时监控电路，包括给整个监控电路提供电源电压的电源模块，它还包括主控制器模块、从控制器模块、无线通信模块、信号测量模块、人机交互触控模块、继电器控制模块；所述主控制器模块分别与从控制器模块、信号测量模块、人机交互触控模块、继电器控制模块连接，所述从控制器模块与无线通信模块连接；所述继电器控制模块与电法勘探发电机和电法勘探信号发送机外置电源电路连接。
[0007]具体地说，所述信号测量模块包括电压频率及发动机转速测量电路、气体泄漏检测电路、温度测量电路。
[0008]具体地说，所述人机交互触控模块为智能触控屏，所述主控制器模块通过串口与智能触控屏连接。
[0009]具体地说，所述主控制器模块与从控制器模块均为STM32系列嵌入式微处理器STM32F103RBT6，主控制器模块与从控制器模块之间通过IIC总线通信，并且双控制器同时工作。
[0010]具体地说，所述无线通信模块为GPRS/GSM无线模块GTM900-C，使用GPRS与GSM两种远程无线通信手段。
[0011]本实用新型使用两片先进的32位高性能超低功耗ARM微处理器组建双控制器远程实时监控系统，主控制器负责信号测量与设备控制并管理整个监控系统，从控制器专门用于远程通信，双控制器的使用以避免通信等待并分散系统瘫痪的风险。使用GPRS与GSM两种远程无线通信手段，使得电法勘探时工作人员可以随时随地对发电机进行监控，并将监测到的发电机参数以及人工场源的情况自动保存到PC机上。继电器控制模块既可以控制发电机的启停，也可以控制电法勘探信号发送机人工场源的通断。
[0012]本实用新型的有益效果是:采用两片ARM微处理器组建双控制器远程实时监控系统，主控制器负责现场测量与控制并管理整个系统，从控制器专门用于远程通信，显著提高实时性并分散系统瘫痪风险。通过GPRS与GSM两种远程通信手段，使得大功率电法勘探时，工作人员可以快速方便地经手机或者PC机对发电机以及电法勘探人工场源进行监控，无需专人值守在发电机旁，系统优越的实时性能使得在遭遇安全事故时可以快速切断电源。本电路将12位A/D转换器、多路选择器等大量外设集成在处理器内部，传感器信号只需稍加处理甚至可以直接送入控制器检测，替代传统监控系统复杂的外围电路，从而降低功耗并提高系统的可靠性和抗干扰能力。设计中采用滤波、光耦隔离等措施，进一步提高系统的抗干扰能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型实施例的总体系统结构框图。
[0014]图2为图1的功能模块细化框图。
[0015]图3为图2的电压频率及发动机转速检测电路原理图。
[0016]图4为图1的主控制器模块电路原理图。
[0017]图5a为图1的主控制器的主程序流程框图。
[0018]图5b为图1的主控制器的中断程序流程框图。
[0019]图6为图1的从控制器模块电路原理图。
[0020]图7a为图1的从控制器的主程序流程框图。
[0021]图7b为图1的从控制器的中断程序流程框图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。
[0023]参见图1，本实施例包括给整个监控电路提供电源电压的电源模块(框图中未画出)，它还包括主控制器模块2、从控制器模块3、无线通信模块4、信号测量模块1、人机交互触控模块5、继电器控制模块6;从图1中可见，主控制器模块2分别与从控制器模块3、信号测量模块1、人机交互触控模块5、继电器控制模块6连接，从控制器模块3与无线通信模块4连接；继电器控制模块6与电法勘探发电机和电法勘探信号发送机外置电源电路连接。
[0024]参见图2，为本实施例的功能模块进一步细化。信号测量模块包括电压频率及发电机转速测量电路、气体泄漏检测电路、温度测量电路。人机交互触控模块为智能触控屏。主控制器模块与从控制器模块均为STM32系列嵌入式微处理器STM32F103RBT6。无线通信模块为GPRS/GSM无线模块GTM900-C。信号实时监测与继电器控制由主控制器负责，主控制器还通过串口与智能触控屏交换信息，从控制器控制无线通信模块通过GSM短信息与手机用户通信，通过GPRS网络与PC机通信，从控制器与主控器之间通过IIC总线通信。本实施例使用一个性能与主控制器完全一致的从控制器专门负责远程通信，避免了通信等待，分担了主控制器的任务，提高了系统实时性和可靠性。
[0025]本实用新型的工作过程是:野外勘探需要启动发电机时，工作人员通过手机或者PC机给指定号码发送预设代码，发电机便开始启动，此时主控制器利用信号测量模块对发电机输出电压幅值、电压频率、气体泄漏浓度、发电机机箱环境温度等参数进行实时监测，同时将参数通过GPRS网络传输到指定的PC机或手机，当输出电压在正常范围内时，控制信号发送机的开关闭合，开始给电法勘探提供人工源信号。当需要断开人工源时，工作人员可以通过手机或者PC机发送信号使发电机停机。工作人员也可以在现场通过人机交互触控屏直接对发电机和发送机进行控制。工作过程中出现气体泄漏明显、温度过高或者其他故障时，主控制器立即将发电机停机并向手机和PC机通报故障情况。
[0026]参见图3，为本实施例的电压频率及发动机转速检测电路原理图(相同的网络标号表示连接到一起，下同)，用于检测发电机输出电压频率以及发电机内发动机的转速。其中U14为内含两个电压比较器的集成电路，发电机输出的交流正弦电压经变压器降压后(频率不变)，变压器次级线圈与图3中PL1、PL2处连接，通过电桥BI将正弦信号的幅值绝对值化，然后送入比较器U14与基准电压比较，当正弦信号大于基准电压时，比较器输出高电平，反之输出低电平，每一个正弦周期都会使比较器输出两个脉冲信号，该脉冲信号经过光耦隔离后送入主控制器第29引脚测量，主控制器计算出该脉冲信号的频率再除以2，便得到发电机输出电压的频率。转速传感器本身输出的就是脉冲信号，因此不需要经过电桥整流，直接与比较器基准电压比较，图中网络标号ZS处为转速传感器信号输入端。
[0027]参见图4，为主控制器模块电路图，主控制器(编号Ull)的第42和43引脚用于与智能触控屏串行通信；U11第58、59引脚用于与从控制器IIC通信；U11片内集成了多个12位A/D转换器以及多路选择器，能够直接测量16路外部模拟信号，其中Ull第9、10、11引脚用于测量三个气体泄漏传感器输出的电压信号(经电阻1/2衰减)，Ul I第24、25以及37引脚用于测量电压变送器输出的电流信号；发电机箱体环境温度检测使用四个直接输出数字信号的单总线数字温度传感器DS18B20(U15、U16、U17、U18)，输出的数字信号依次连接Ull第40、51、52、53引脚；U11第29,30引脚用于测量电压频率以及发动机转速；U11第34和35引脚通过光电器件U14对继电器进行控制，间接控制现场发电机和发送机外置电源的开关。
[0028]参见图5，为主控制器程序流程图，其中图5中a为主程序流程图，主控制器上电后即开始对片内外设以及触控屏等进行初始化设置，接着开放中断，随时接受控制命令，然后对输出电压幅值、电压频率以及气体泄漏等参数进行监测，然后将测得的参数上传至触控屏和从控制器，紧接着对参数进行判断，如果出现气体泄漏等危险情况则立即停止发电、断开发送机并将故障上报至监控终端(PC机或手机)，之后返回参数监测；如果监测到的参数在正常范围内，则直接返回继续监测。图5中b为中断程序流程图，当出现中断时，主控制器先保存中断前状态，即保护现场，然后读取触控屏或者从控制器从串口传递过来的命令，执行命令完毕，然后中断返回。
[0029]参见图6，为从控制器模块电路图，从控制器(编号U8)通过片内自带的串口 1(第42和43引脚)与无线模块通信，U7为电平转换芯片，J2为无线模块串行接口 ；U8第58和第59引脚用于与主控制器实现片间通信，其中U9为存储信息的EEPROM存储器，主控制器将监测到的信息通过Iic总线传送给U8，U8将接收到的信息通过无线模块同时发送到PC机或手机，相应的，工作人员可以通过随身携带的手机或者PC机对发电机及发送机外置电源进行控制;U8的第46、49、50、55以及56引脚为ARM处理器下载程序时使用的引脚。
[0030]参见图7，为从控制器程序流程图。其中图7中a为主程序流程图，从控制器上电后即开始对片内外设进行初始化设置，接着开放中断，随时接受监控终端的控制命令，然后每隔一段时间就读取主控制器传送过来的监测数据，每读取一次便通过无线模块上传到PC机，之后返回继续读取数据，如此循环往复。图7中b为中断服务程序流程图，当出现中断时，从控制器先保存中断前状态，即保护现场，然后读取监控终端的命令，再将命令传递给主控制器，最后退出中断返回。
[0031]本实用新型采用两片ARM嵌入式微处理器STM32F103RBT6作为控制核心器件共同承担任务，通过GPRS与GSM两种远程无线通信手段，设计一种电法勘探发电机双控制器远程实时监控电路，具有很好的实时性、可靠性以及抗干扰能力，功耗低，可以远程监控电法勘探发电机的工作状态，及时启停发电机，提高发电机工作效率，并且该电路还可以适用于许多需要远程实时监控的场合。
【权利要求】
1.一种电法勘探发电机双控制器远程实时监控电路，包括给整个监控电路提供电源电压的电源模块，其特征在于:它还包括主控制器模块、从控制器模块、无线通信模块、信号测量模块、人机交互触控模块、继电器控制模块；所述主控制器模块分别与从控制器模块、信号测量模块、人机交互触控模块、继电器控制模块连接，所述从控制器模块与无线通信模块连接；所述继电器控制模块与电法勘探发电机和电法勘探信号发送机外置电源电路连接。
2.根据权利要求1所述的电法勘探发电机双控制器远程实时监控电路，其特征在于:所述信号测量模块包括电压频率及发电机转速测量电路、气体泄漏检测电路、温度测量电路。
3.根据权利要求1所述的电法勘探发电机双控制器远程实时监控电路，其特征在于:所述人机交互触控模块为智能触控屏，所述主控制器模块通过串口与智能触控屏连接。
4.根据权利要求1所述的电法勘探发电机双控制器远程实时监控电路，其特征在于:所述主控制器模块与从控制器模块均为STM32系列嵌入式微处理器STM32F103RBT6，主控制器模块与从控制器模块之间通过IIC总线通信。
5.根据权利要求1所述的电法勘探发电机双控制器远程实时监控电路，其特征在于:所述无线通信模块为GPRS/GSM无线模块GTM900-C。
【文档编号】G05B9/03GK203658745SQ201320884101
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】付国红, 李广, 黄良沛, 金勇 , 程辉, 潘志 申请人:湖南科技大学