PIC單片機的遠程定時斷電復位系統設計

傅靖毅，伍群英

（北京化工大學 信息科學與技術學院，北京100029）

引 言

目前國家對煤炭、礦產、石化等能源行業的生產安全要求越來越高，在這些行業中存在大量在野外、高危地區的電子監測設備，這些設備的長期穩定工作對保障生產安全起著至關重要的作用［1］，一旦發生長時間系統死機現象，而維修人員又無法第一時間趕到，將帶來不可估量的損失［2］。目前電子設備的復位方式一般采用看門狗芯片或555定時器復位?？撮T狗復位的前提是微控制器的RESET引腳的內部電路必須正常工作，而555定時器復位時間由RC常數決定，無法做到設置任意復位周期［3］。所以有必要設計一種遠程復位周期可任意設置的定時斷電復位系統，對MCU進行徹底的定時斷電復位，以達到保障無人值守的電子檢測設備長期正常運行的效果，從而提高重點行業的安全生產能力，帶來社會效益［4］。

1 系統硬件設計

該系統采用3層設計思路，服務器端上位機軟件發送復位周期參數設置命令，通過交換機將命令轉發往目標設備IP，設備收到命令后對其進行解析，提取命令報文中的復位周期參數，寫入DS1337芯片的相應字節中。本文設計的可程控定時斷電復位系統主要由以太網轉串口、MCU、電源、參數存儲和斷電復位5部分電路組成，整體硬件結構圖如圖1所示。

圖1 系統硬件結構圖

以太網轉串口單元采用宇泰科技的UT450＿M芯片，該芯片集成TCP／IP協議棧，可同時支持RS232和RS485雙工模式，極大提高電路設計靈活性［5］。10M以太網的兩對差分輸入TX＋、TX－、RX＋、RX－經過透明傳輸后轉換成RS232串口信號，再經過MAX3232芯片轉換成PIC24系列單片機能接收的TTL 3.3V電平。圖中MAX3232的9和10引腳連單片機的16和15引腳。通信部分需要注意的是，由于上位機軟件是運行在Windows操作系統下，而 Windows的多任務處理機制有時會導致客戶端長時間等待，所以有必要采用串口通信的握手機制，因此 UT450＿M的RTS、CTS、DTR、DSR引腳需要和單片機的I／O口連接，用來傳遞握手信號，從而保證長時間的穩定通信。通信模塊電路如圖2所示。

圖2 通信模塊電路圖

圖3 MCU部分電路圖

該系統選用了Microchip公司的16位單片機PIC24FJ128GA108［6］，本設計中 MCU部分的電路如圖3所示。

定時斷電復位電路主要由DS1337S芯片和74HC193芯片構成。電路中DS1337S芯片的引腳SCL、SDL連接系統I2C總線，引腳SQW連接74HC193的UP引腳，74HC193芯片的QC引腳連MAX1626芯片的SHDN引腳，DS1337S可在設定時間觸發計數器工作，控制電源關閉并在4s后重新開啟，從而完成CPU斷電復位。自動斷電復位模塊的電路圖如圖4所示。

2 系統軟件設計

嵌入式系統的軟件采用MPLAB8.8IDE環境下C語言編程實現，主要實現的功能是串口通信數據接收、指令報文解析和DS1337S讀寫。串口通信程序設計了相應的錯誤檢測機制，能檢測出以下6種錯誤：超時錯誤、溢出錯誤、幀錯誤、奇偶校驗錯誤、接收字節數超范圍錯誤、LPC校驗錯誤，當發現錯誤后會執行錯誤應答程序，向上位機返回相應的錯誤碼。下面以讀DS1337S為例介紹PIC24系列的I2C總線操作。

圖4 自動斷電復位模塊

串口接收終端的流程圖如圖5所示。

圖5 串口中斷函數流程圖

3 上位機軟件設計

上位機軟件部分采用VC＋＋6.0編寫，實現的功能是建立與目標設備的以太網連接，發送復位周期設計命令。軟件的以太網通信程序使用的是流式套接字（SOCK＿STREAM），利用 SOCKET API一些常用的API函數，實現了C／S通信模式。由于網絡延時等問題，可能會出現字節錯誤或者丟失，影響對數據的正常解析［7］。為了解決這種問題，在程序中加強容錯機制。通過對返回命令的命令碼、長度位、校驗位及結束位的驗證，判斷接收數據格式是否錯誤，若錯誤則重發命令，若重發三次命令之后返回數據格式仍然錯誤，則返回錯誤信息。若超過一定時間接收不到數據，返回相應的錯誤信息，避免程序陷入死循環。上位機軟件流程圖如圖6所示。

圖6 上位機軟件流程圖

此外，還按不同功能設計了6種上位機與定時斷電復位系統之間的通信報文格式，包括設置復位周期、讀取復位周期、設置系統時間、讀取系統時間、設置ID號和讀取ID號，其中設置復位周期的命令報文格式如表1和表2所列。

表2中命令碼表示終端對參數調節命令的應答命令。RTAT值為0表示正常接收，0x01表示超時錯誤，0x02表示溢出錯誤，0x04表示幀錯誤，0x08表示奇偶校驗錯誤，0x10表示接收字節數超出最大范圍錯誤，0x20表示LPC校驗錯誤。

表1 設置定時斷電復位周期命令報文

表2 設置定時斷電復位周期的應答命令報文

結 語

本文針對用傳統的看門狗芯片和555定時器來實現電子設備復位功能存在較大的局限性這一問題，設計了一種基于PIC24FJ128GA108單片機的定時斷電復位系統，實現了通過上位機軟件遠程發送復位周期指令來控制設備定時斷電復位的功能。經過燕山石化項目實際現場測試，設備運行穩定，能有效保障重點行業的關鍵電子設備長時間正常運行，將帶來巨大社會和經濟效益。

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