无人值守机房远程监控系统设计与实现硕士论文

1、 工程硕士学位论文 无人值守机房远程监控系统设计与实现 刘 杨 哈尔滨工业大学 2008年3月 国内图书分类号：TN876.3+4 国际图书分类号：621.38 工程硕士学位论文 无人值守机房远程监控系统设计与实现 硕士研究生：刘 杨 导师：吴芝路教授 申请学位：工程硕士 学科、专业：电子与通信工程 所在单位：中国铁通哈尔滨通信段 答辩日期：2008年3月 授予学位单位：哈尔滨工业大学 Classified Index: TN876.3+4 U.D.C.: 621.38 Dissertation for the Master Degree in Engineering DESIGN AND I

2、MPLEMENTATION OF A REMOTE SURVEILLANCE SYSTEM FOR UNWATCHED WORKSHOPS Candidate: Liu Yang Supervisor: Prof. Wu Zhilu Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Electronic and Communication Engineering Affiliation: China TIETONG Corporation (Harbin Section) Date of Defense: March,

3、2008 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - I - 摘 要 近些年来随着铁路通讯系统的发展，计算机系统及通信设备数量迅猛增加，已经成为铁路信息管理的核心平台；配置了网络设备、计算机服务器及其它通讯设备的机房成为数据交换与存储的重要场所，需要特别的措施加以防护。为保证计算机系统和通讯设备的安全、稳定、可靠运行，就必须有一套切实可行的机房监控系统，使得机房管理人员能够实时了解到机房全面的情况，进行有效控制和管理，必要时可以实施无人值守的远程管理。无人通信机房的环境监控系统主

4、要利用现有的通信资源和冗余设备，降低维护成本。随着铁路各种新业务不断出现,对机房动力、设备及环境的要求越来越高。为了保证机房内贵重而精密的设备及仪器仪表的全天候正常运行，保证网络的数据安全，防止因燃烧、水浸、失盗、非法入侵等情况而造成各种通讯中断的事故，提高网络服务质量，降低维护运营成本，实现无人机房的维护管理方式已成为本文设计的目标，这样对分散的电信机房集中监控管理已成为必然趋势。 本文主要设计了铁通哈尔滨通信段管内无人通信机房的环境监控系统。哈尔滨通信段主要负责哈局铁路运输的通信保障，确保运输安全，要求通信机房全天候运行。主要业务有：行车数字调度、TDCS、红外线、客货票、会议等，主要特点

5、：专网专用、保密性强、全天候，所以这就对通信设备的正常运行提出了更高的要求。 无人通信机房的环境监控系统要求能够采集通讯机房中各种设备和环境参数-包括门禁、配电、温湿度、UPS，并通过PTSN网络把各设备的数据上传到上位机。确保机房状态数据能够上传，监控设备应该具有一定的数据缓存，在特殊情况下(上下位机通讯完全中断)可以保存一定的历史数据，而且下位机也可以根据上位机的需要上传历史数据。 关键词 远程监控系统；PSTN；调制解调器；数据采集；单片机 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - II - Abstract The computer systems and communication equ

6、ipments are increasing quickly to be the core platform of the railway management as the developing of the railway communication system. The rooms with network equipments and computer servers have became the important place of exchange and storage of data which should be protected under special measu

7、re. So it is very necessary to design surveillance and control system to guarantee the reliable operation of communication equipments. And the managers of rooms can understand the real time situation to realize the remote supervise if necessary. The existing communications equipment and redundant re

8、sources of control system in unmanned room are used to lower maintenance costs. With the new business emerging, the demands of power, equipment and the environment are increasing. So the target of this article is to realize unmanned room to guarantee the normal operation of valuables equipment and a

9、pparatus and network data security, to avoid the communication accidents because of fire, water, brigandage and so on, to improve the service quality and lower the management cost. This dissertation has discussed the composition and also principle of the surveillance and control system of China Rail

10、com in Harbin which takes charge of communication of railway transportation. The major businesses include scheduling traffic figures, TDCS, infrared, unloading votes, conference and so on. And the main features include the network dedicated, strong confidentiality, all-weather and so on. So higher r

11、equirements for normal operation of communication are put forward. Its necessary for the surveillance and control system of unmanned room to collect different parameter of access, distribution, temperature, humidity and UPS. The data of those parameters are transmitted to PC through PTSN. There shou

12、ld be date cache in the system for the data transmitted. At the same time the cache can also preserve the historical data in exceptional circumstances and MCU can transfer data to the computer。 Keywords Remote surveillance; PSTN; Modems; Data Acquisition; MCU哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - III - 目 录 摘 要.I Abstrac

13、t.II 第1章 绪 论.1 1.1 课题背景及研究的目的和意义.1 1.2 国内外研究现状及发展.2 1.2.1 远程监控的发展现状.2 1.2.2 监控系统的分类.4 1.2.3 无人机房监控.6 1.3 本文的主要研究内容.6 第2章 远程监控系统硬件设计.8 2.1 远程监控系统的总体结构.8 2.2 监控单元硬件总体设计.9 2.3 系统各部分设计.10 2.3.1 主控制芯片.10 2.3.2 单片机复位电路.10 2.3.3 模数转换器(A/D).11 2.3.4 信号调整电路.12 2.3.5 调制解调器.14 2.3.6 传感器.15 2.4 基于PSTN的组网设计.19 2

14、.4.1 PSTN组网方式.19 2.4.2 系统组网方式.20 2.5 本章小结.20 第3章 系统软件程序设计.22 3.1 数据库的设计.22 3.2 VB与Access数据库的链接.23 3.3 通信程序的设计.25 3.3.1 通信协议设计.26 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - IV - 3.3.2 通信过程的设计.28 3.4 本章小结.33 第4章 监控系统测试实验及分析.34 4.1 用户数据库界面.34 4.2 系统可靠性设计.36 4.3 测量误差及分析参数.37 4.4 本章小结.38 结 论.39 参考文献.40 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明.43 哈尔滨工

15、业大学硕士学位论文使用授权书.43 致 谢.44 个人简历.45哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 1 - 第1章 绪 论 1.1 课题背景及研究的目的和意义 随着社会数字信息化进程的加快,通信中心机房的设备和规模也日趋扩大,一旦机房环境和设备出现故障，就会影响通信系统的安全运行，造成数据传输或存储故障，严重时会造成机房内通信设备损坏，甚至使网络系统瘫痪，后果不堪设想。因此，为了保证计算机系统安全可靠工作，对机房内环境和设备应用自动监控的现代化管理方式尤显得十分重要1-3。 由于机房设备是数据存放和网络安全运行的重要环节，机房的管理和维护工作中存在以下几个问题4-5： （1）缺乏对机房设备的集

16、中监视与控制功能，由于设备数量过多，对设备运行情况难以实时把握，没有数据分析，对可能发生的设备故障不能做到提前处理。 （2）设备发生故障时，故障很难定位，特别是当多处同时发生故障时更无从下手。机房的安全不能保证，没有防火、防水、防盗等监控，不能有效保证设备运行安全。 （3）没有监控系统平台使故障管理工作无法实行闭环化、自动化管理，更无法形成一套行之有效的监控和维护管理体系，无法对运行工作进行考核。 （4）缺乏有效的维护支撑手段，维护人员无法全面科学地了解机房内设备的实际运行状态，不能及时发现设备的运行故障，对故障的处理和分析缺乏定量的数据使设备维护无法进行。 （5）维护工作效率低，没有故障定量

17、的数据分析、经验式维护，不能适应计算机网络发展的要求，耗费了大量的人力物力。 为克服机房管理和维护中可能出现的以上问题，设计一个无人值守机房的远程监控系统，对各种设备及环境参数进行监控具有重要意义。 本文针对铁通无人机房的传输设备的重要性及远程分散的特点，利用现有的PSTN网络实现对无人机房的温度、湿度、门禁、水浸、电源、防盗及设备运行状态等进行实时监控，以便于有人值守机房对无人机房的管理，加强了设备的安全性。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 2 - 1.2 国内外研究现状及发展 1.2.1 远程监控的发展现状 早期的监控系统，采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监视，并通过操作盘来进

18、行集中式操作。而计算机监控系统是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象共同构成的整体。在该系统中，计算机实现了生产过程的检测、监督和控制功能。 当前远程监控与管理技术的发展有如下特点6-8： （1）硬件、软件采用模块式、分布式结构，适应性强、可靠性高。性能良好的操作系统、数据库管理系统以及成套的软件开发包为用户的开发和使用带来了极大的便利，并逐渐走向开放化、标准化。 （2）通信网络化。通信网络技术的应用，使得设备之间及设备与监控计算机之间的信息交换更方便。 （3）对通信质量要求趋高。远程监控系统的通道对通信的质量有重大影响，目前许多单位多在对如何提高通信质量问题进行研

19、究。 （4）工作站采用高性能的微机。高性能微机处理能力强、速度快、容量大而且有支持多网络特点等，为提高系统运行和联网性能奠定了基础。 （5）丰富的信息管理功能。与应用企业管理信息化相配合，尤其是与互联网技术发展相配合，形成超远距离监控与信息管理。 （6）面向信息流技术的多媒体监控。借助各类新型传输协议和互联网通信技术，实现多媒体数据的传输和实时播放。 （7）网络化与超远程。借助于Internet，理论上的监控在距离上可以达到任意远。 远程监控系统主要完成以下工作： （1）采集与处理功能：主要是对生产过程的各种模拟或数字量进行检测、采样和必要的预处理，并且以一定的形式输出，如打印报表、显示屏和电

20、视等，为生产人员提供详实的数据，帮助他们进行分析，以便了解生产情况； （2）监督功能：将检测到的实时数据，还有生产人员在生产过程中发出的指令和输入的数据进行分析、归纳、整理、计算等二次加工，并分别作为实时数据和历史数据加以存储； 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 3 - （3）管理功能：利用已有的有效数据、图像、报表等对工况进行分析、故障诊断、险情预测，并以声光电的形式对故障和突发事件报警； （4）控制功能：在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控制输出，直接作用于生产过程。 尽管监控的对象多种多样，监控系统的设计方案也各不相同，但是，计算机监控系统的设计和开发一般还是要遵循

21、以下原则9-13： （1）可靠性原则：包括前端采集设备和执行设备的可靠性，中间通信环节的可靠性和上位机监控软件的可靠性； （2）使用方便原则：监控系统应具有人机界面好，方便操作、运行，易于维护等特点。 （3）开放型原则：系统应具有良好的可扩展性，以满足不断变化的现实需求； （4）经济型原则：在满足计算机监控系统的性能指标的前提下，尽可能的降低成本，保证良好的性价比，以给用户带来最大的经济效益； （5）开发周期短原则：如果计算机监控系统的开发时间太长，会使用户无法尽快的收回投资，影响了经济效益的提高；而且由于计算机技术发展非常快，只要几年的时间原有的技术就会变得过时，设计与开发时间过长等于缩短了

22、系统的使用寿命。因此，在设计时，应当尽量选用成熟的技术和模块。 （6）支持网络化和超远程操作：通过Internet，使得用户可以在任意位置对现场进行监控和管理操作14-17。 目前国内己经有多个厂家有类似的产品，如金捷“网视通”系统，北京的郎信通IP-VIDEO网络监控系统，利用 ADSL 或宽带上网，可以通过互联网实现机房远程管理监控。但是上述厂家设备不太适合我国无人机房的现状需求，非模块化设计，功能冗余。一个监控点就要投入6000元左右，局端投入更高，价格过高。另外机房环境集中监控系统还存在一个明显的问题就是，一个系统只能监控一种设备，要想监控多种设备，就得上多个系统，这显然是不合适的。为

23、此，要把所有设备的监控功能加以融合，才能做到比较全面的系统监控。而且各个地方的接入网点的物理环境各不相同，具体情况千差万别，必须从机房环境的实际出发，设计适合机房的环境集中监控系统。与国际上在这一领域的研究开发相比，国内在机房设备及环境集中监控系统的开发和应用方面尚处于起步阶段，而由于这一领域的多学科性质，使得由单一专业的机构进行的系统设计方案和实施往往存在各种不合理因素，如有些产品只有设备监控而无环境监控，有些产品的系统传输方式单一、组网不灵活等18-20。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 4 - 目前远程监控技术的主流是应用Internet技术，在TCP/IP协议和WWW规范的支持下，

24、合理组织软件结构，使工作人员通过访问网络服务器来迅速获取自己权限下的所有信息并及时做出响应。将来，嵌入式系统的发展会越来越迅速，越来越成熟，这项新技术迟早必将用于远程监控系统上，是监控系统未来发展方向之一。嵌入式监控系统可以使信息实现本地化处理，改善服务器性能，可以使每一个设备具备上网与服务功能，即每一个设备都可以独立进行服务，从而大大提高监控的质量和范围。随着网络技术的不断发展，远程监控将更多地应用在企业生产过程的管理中，专业技术人员可以通过互联网来管理和维护生产过程，优化生产工艺，提高设备的可用率，最终降低生产成本，提高效益21-23。 1.2.2 监控系统的分类 监控系统已经被广泛地应用

25、到人们的生产和生活当中了，监控系统的种类很多，若按照硬件构成进行分类，可分为两大类24-27： （1）闭路电视监控系统 闭路电视监控系统是一种传统的监控系统，它主要由专用控制器、监视器、摄像机、普通录像机，射频调制器、传感器、报普器和同轴电缆等构成。这种系统是以专用控制器为核心，多路监控画面通过摄象机传送给专用控制器，专用控制器将多路监控画面分配给多个监视器进行显示，以此方式实现多画面同时监视5。本地监控画面可以经过射频器和由同轴电缆构成的专用闭路电视系统，传至远程监控系统，以此方式实现远地监视。各种传感器和报普器信号由专用控制器统一控制。 （2）计算机监控系统 计算机监控系统是一种新兴的功能

26、强大的监控系统，它主要由多媒体计算机、摄像机、视频卡、输入输出控制器、传感器、报警器、计算机网络或公用电话网PSTN和计算机监控软件等构成。这种监控系统是以多媒体计算机为核心，多路监控画面通过摄象机传送给计算机，经过计算机处理后，显示在计算机显示器上。本地监控画面由计算机处理后可以通过计算机网络或PSTN传送至计算机远程监控系统。各种传感器和报警器信号由计算机统一控制。 （3）两种监控系统的比较 对闭路电视监控系统及计算机监控系统的比较具体请见表1-1。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 5 - 表1-1 两种监控系统的比较 项 目 计算机监控系统 闭路电视监控系统 监控核心设备 多媒体计算

27、机 组合逻辑电路或单片机构成的专用控制器。 多画面监控 可采用软件多窗口循环显示或画面分割器合成方式在同一台显示器上显示多画面。发生报普时可自动进行画面切换。 只能采用画面分割器合成方式在同一台监示器上显示多画面。只能手工进行画面切换。 传 感 器 红外微波超声波、烟雾、震动、开关等多种传感器。 红外微波超声波烟雾、震动、开关等多种传感器。 报 警 器 屏幕显示报警、BP机报警、声光报警等多种报警方式。 一般声光报警 压 缩 MPEG1、MPEG2、H.263等多种压缩格式，便于存储。 无压缩 视频存储 以大容量硬盘和光盘作为主要的存储设备，便于随机检索，存储的信息量大，不易损坏和失真。可在出

28、现报警时才存储视频，大幅减少了存储量。 以录象带为主要的存储设设备，只能顺序检索，极不方便，存储信息量小，易损坏必须连续录制需要的的存储量大。 视频传输 可采用计算机网络和PSTN等多种传输媒介，多用户可在同一信道上分时使用，造价低，连接方便，传输距离很远，可在异地或异国传输。 只能采用闭路电视专用同轴电缆，多用户必须建立多个信道，造价高，连接不方便，传输距离有限，进行异地或异国传输很困难。 交 互 性 用户界面系统设置灵活，使用方便。 交互性差 可扩展性 以计算机软件作为控制核心的系统升级方便，容易进行修改和功能扩充。 专用控制器修改和功能扩充困难。 优 点 控制丰富，设置灵活，报替处理形式

29、多样，人机界面友好，交互性强，传输距离远，扩展性强。基于宽带网络的视频图象连续，分辨率高，传输速度快。可进行远程监控。 视频图像连续，分辨率高。 缺 点 基于窄带网络（如：PSTN）的计算机监控系统视频图像的分辨率和连续性受到一定的影响。 专用控制器实现较复杂、功能简单、灵活性差。需要大量录像带不间断录制，视频图象检索困难。控制简单，报警响应单一，交互性和展性差。传输距离有限，很难进行远程监控。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 6 - 1.2.3 无人机房监控 随着社会数字信息化进程的加快，通信中心机房的设备和规模也日趋扩大,一旦机房环境和设备出现故障，就会影响通信系统的安全运行，造成数据

30、传输或存储故障，严重时会造成机房内通信设备损坏，甚至使网络系统瘫痪，后果不堪设想。因此，为了保证计算机系统安全可靠工作，对机房里面环境和设备进行自动监控是非常必要的 28-29 。 机房环境及动力设备监控系统主要是对机房设备（如供配电系统、UPS电源、空调系统、排风系统等）的运行状态、温度、湿度、空气质量、供电的电压、电流、频率、配电系统的开关状态、测漏系统等进行实时监控并记录历史数据及记录发送故障报警信息，为机房高效的管理和安全运营提供有力的保证30。 目前监控系统的技术的发展已经比较成熟，国内市场上有许多自主品牌的机房专用监控系统，很多成功案例广泛应用于电力机房、电信机房、公安机房、银行机

31、房、广电机房、证券机房、移动基站等领域31-32。 无人机房监控系统所采取的方式主要有：专线方式、Internet网络、PSTN交换网络、无线网络等。常用监控系统网络拓扑图见图1-1。 图1-1 无人机房监控系统 1.3 本文的主要研究内容 本文以铁通哈尔滨铁路局无人通信机房监控系统为例主要讨论机房监控系哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 7 - 统的网络组成及硬件实现，在现有的PSTN交换网络和其他设备电路的基础上完成系统设计，达到投资少、设备稳定、方便快捷、操作简单的目的。 设计过程中主要依据2003年信息产业部在原电信总局于1999年颁布了通信局(站)电源、空调及环境集中监控管理系统前端

32、智能设备通讯协议基础上制定的监控系统智能设备通信协议的行业标准。 系统要求可靠性高，系统的硬件和软件均采用技术成熟的产品；系统运行管理方便，软件系统中文化，操作方便技术支持能力强；系统可扩展性能强，模块化结构有利于扩容与扩展；投资少，系统选型具有高性能价格比。 论文将在以下几方面进行设计研究： （1）论文首先对远程监控系统进行了总体硬件设计，给出了各分系统设计的详细分析。 （2）进行了监控系统的软件设计与实现，设计了数据库程序，以及远程通信的软件设计，实现了数据的存储与管理。 （3）最后给出了监控系统的测试结果及分析。哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 8 - 第2章 远程监控系统硬件设计 本

33、章主要针对哈尔滨铁路通信无人机房的监控系统进行硬件设计与实现。 2.1 远程监控系统的总体结构 远程监控系统一般由以下几个部分构成：前端信息采集模块，通信网络和监控中心。其总体结构图如图 2-1 所示。 监控对象的状态、参数通过信息采集模块来获得。随着通信和计算机技术的发展，前端采集的信息从早期的简单模拟量数字量到现在的复杂多媒体信息。系统的通信网络也从传统的有线短距离发展到远距离无线高速传输15-18。 对于本文所研究的内容而言，无人机房的设备监控需要测量多路电压及电流信号，以及机房状态。包括：温湿度、门禁、水浸及备用蓄电池自动管理与保护，所以在设计整套监护系统时，就涉及到多路信号采集、信号

34、调理、A/D转换数据采集、传输及网管终端及声光报警等。具体功能要求如下： （1）供配电：电压、电流及开关状态量； （2）机房设备：UPS输入、输出电压、电池组电流等各项参数； （3）机房环境：机房温湿度、漏水监控；与门禁系统的互连，集中监控； 对以上内容通过计算机进行集中监控。这里仅介绍一个监测站和主控制中心计算机间的点到点的连接通信问题，通过这个最简单的监控系统，来说明远程监控系统的工作情况。 前端数据采集 前端数据采集 监控中心 通信网络 图2-1 远程监控系统网络拓扑结构图 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 9 - 如何将两个相距较远的计算机连接起来是实现远程通信的核心。通过借助一定的

35、通信网络可以实现其连接，比如：PSTN网络，它可以实现远距离的通信，其实现简单成本低19-25。我们使用VB软件和数据库编程技术来设计远程监控的通信软件。 2.2 监控单元硬件总体设计 监控单元主要任务是对通信机房电源及设备的远程状态进行定期自动监测，获取系统中的各种信号的采集，并根据测量数据及均等状态实时进行处理、控制，实现电源系统的全自动精确管理，从而提高电源系统的可靠性，保证其工作的连续性、安全性和可靠性，另外，监控模块具有“遥测、遥控”功能，可实现电源系统无人值守。监控系统总体硬件结构框图如图2-2所示。 系统监测电网一路、二路交流电压，使用状态。电网电压过高、过低或掉电时，故障指示灯

36、亮并上报网管报警。 系统监测直流输出电压、负载电流、输出熔断器、电池接触器，当发生异常情况时通知局端计算机。 系统监测直流蓄电池(备用电源)电压及充放电电流，当市电中断由电池维持向负载供电时，如果电池电压降至低压告警，监控模块向后台局端网管发出报警。 数字显示 RAMROM看门狗MCU AT89C52 A/D信号调理通道选择隔 离 变 换 一路 二路 电压 电流 充电 信 号 处 理 温度 湿度 烟雾 门禁 水浸 按键 控制执行 MODEM 图2-2 监控系统硬件结构框图 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 10 - 系统监测机房温、湿度、门禁、水浸及防盗等机房设施状态，如有异常发出报警。 监

37、测通信状态，如通信异常发出报警。 2.3 系统各部分设计 该系统由主控制芯片、单片机复位电路、模数转换器（A/D）、信号调理电路、调制解调器、传感器等部分组成。下面将对各个部分进行详细的介绍与分析。 2.3.1 主控制芯片 系统主控制芯片采用的是Atmel公司的AT89C52，它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，并且使用了Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入

38、式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路33-35。 另外，AT89C52 可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 2.3.2 单片机复位电路 系统中单片机的复位电路采用的看门狗电路，该电路可以使单片机在

39、无人状态下实现连续工作，其工作原理是：看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连，该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平)，这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的30-31，一旦单哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 11 - 片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段不进入死循环状态时，写看门狗引脚的程序便不能被执行，这个时候，看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号，便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号，使单片机发生复位，即程序从程序存储器的起始位置开始执行，这样便实现了单片机的自动复位。 由MAX705组成的看门狗复位电路可以保证单片机

40、系统在程序“跑飞”时能够可靠复位，MAX705的复位脉冲输出有正脉冲和负脉冲两种方式，当复位脉冲为负脉冲时，需要外接反相器后再连接到单片机的复位端，具体连接如图2-3所示。 图2-3 单片机复位电路具体连接图 在正常情况下，图2-2中的P1.x引脚不超过1.6s就向WDI端发出“喂狗”信号，程序陷入死循环后，“喂狗”信号无法发出，当死循环运行时间超过1.6s时，MAX705的看门狗输出将变低并触发32。 2.3.3 模数转换器(A/D) 系统中的A/D转换芯片采用的是TI公司的ADS8364，它是一种高速、低能耗、6通道同步采样转换，单+5V供电的16位高速并行接口的高性能模数转换芯片。其中，

41、片上带2.5V基准电压源，可用作ADS8364的参考电压。每片ADS8364实际由3个转换速率为250ksps(当外部时钟为5MHz)的ADC构成，每个ADC有2个模拟输入通道，每个通道都有采样保持器，3个ADC组成3对模拟输入端，可同时对其中的12对输入信号同时采样保持，然后逐个转换。由于6个通道可以同时采样，很适合用于需同时采集多种信号的场合。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 12 - 2.3.4 信号调整电路 ADS8364模拟输入通道+IN和-IN的电压输入范围为-0.3V+6V (ADS8364用+5V供电)，为了使系统输入信号的电压范围在满足芯片的要求，需要对输入信号进行电压调

42、整。图2-4给出了A/D输入信号的调整电路图。 图2-4 AD输入信号调整电路 在图2-4的电路中使用了2个运放，A2用作跟随器，用来缓冲ADS8364输出的2.5V基准电压；A1和四个电阻构成了信号调理网络，适当配置R1R4电阻可以实现对输入信号Vi的缩放和平移，以适合ADS8364模拟通道的输入要求。由于R5=R6则+IN端的输入电压为： +INREF1()()()()RRRRRRVVVRRRRRR+=+ (2-1) 其中VREF=2.5V。取(R1+R3)R4/(R2+R4)R3=1，则式(2-1)变为： 2+INREF14RVVVR=+ (2-2) ADS8364转换器初始化操作AD转

43、换前，首先要进行控制字的写入，信号ADD、A0、A1、A2的设置，配合TYPE确定了数据的输入和输出方式，/RESET、/HOLDA、/HOLDB和/HOLDC的设置可对AD转换的数据输出寄存器进行清除操作和其他复位操作。信号对应控制字的各位如表2-1所示。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 13 - 表2-1 信号对应的控制字 COMMAND D7 D6 D5D4 D3 D2 D1 D0 CONVERT 0 HOLDCHOLDAHOLDB HOLDCCONFIOURATION1 BIN2eADD A2 A1 A0 写入控制字时，在软件命令控制下根据ADS8364的口地址，在/CS有效时将表中数据通过低8位数据线写入ADS8364内部寄存器 。 系统的最终目标是要获取数据，然后进行处理。根据TYPE、ADD、A0、A1和A2，CPU需三次读完一路转换的数据，CPU控制ADS8364转换和读取转换结果的C51程序图2-5所示。 读取6路数据 结束 Y开始 初始 延时等待开中断 写入ADS8364控制字启动6路A/D转换采集转换结束否？N 图2-5