本實(shí)用新型屬于LED指示燈測(cè)控領(lǐng)域，特別涉及一種LED指示燈監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

LED指示燈體積小、使用壽命長、色彩鮮艷、響應(yīng)速度快，廣泛的用于儀器儀表的狀態(tài)顯示。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，LED指示燈可以安裝在遠(yuǎn)離主機(jī)一段距離的地方，典型的例子就是安裝在汽車儀表板上的指示器或工業(yè)控制面板上的各類指示器。在要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)合，除了控制LED指示燈的亮滅狀態(tài)，還可能需要監(jiān)控其故障狀態(tài)，以便于能及時(shí)的維護(hù)。

現(xiàn)有LED指示燈監(jiān)控的不足之處在于：大量LED指示燈沒有進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，也有部分LED指示燈的狀態(tài)進(jìn)行了監(jiān)控，但監(jiān)控的LED指示燈數(shù)量少；另外，監(jiān)控方法通常是使用AD采樣其工作電壓，這種方法的采樣時(shí)間長并且占用處理器IO口，非常消耗CPU資源監(jiān)控方法消耗CPU資源，不適用于大規(guī)模LED指示燈同時(shí)采樣。

例如，某校峨眉校區(qū)鐵路沙盤信號(hào)燈控制系統(tǒng)中，沙盤上有860個(gè)信號(hào)燈，采用人工方法對(duì)信號(hào)燈的故障診斷是一個(gè)繁雜的工作，所以迫切需要一種手段來快速的診斷LED信號(hào)燈的故障狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種LED指示燈監(jiān)控系統(tǒng)，能夠采集LED指示燈的工作狀態(tài)，得到LED指示燈的輸入和輸出信號(hào)；若是需要，當(dāng)增加后續(xù)處理和分析電路，即可批量、快速的控制和讀取LED指示燈的亮滅狀態(tài)，同時(shí)診斷LED指示燈的故障狀態(tài)，以便于及時(shí)維護(hù)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種LED指示燈監(jiān)控系統(tǒng)，包括型號(hào)為74HC595的串入并出移位寄存器、型號(hào)為74HC165的并入串出移位寄存器，串入并出移位寄存器與并入串出移位寄存器之間通過電平比較網(wǎng)絡(luò)相連接；所述電平比較網(wǎng)絡(luò)為：電阻R1一端為輸入信號(hào)Q_2x和輸出信號(hào)D_2x，另一端連接LED指示燈的一端，還連接電阻R2的一端；電阻R2的一端連接電阻R1，電阻R2的另一端為輸出信號(hào)D_2x+1，還連接電阻R3的一端；電阻R3的一端連接電阻R2，電阻R2的另一端為輸入信號(hào)Q_2x+1；74HC165上的接口D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7，74HC595上的接口Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，D_2x、D_2x+1、Q_2x、Q_2x+1之間連接電平比較網(wǎng)絡(luò)，相鄰的四個(gè)接口連接一個(gè)電平比較網(wǎng)絡(luò)，即D_2x、D_2X+1連接電平比較網(wǎng)絡(luò)的輸出，Q_2x、Q_2x+1連接電平比較網(wǎng)絡(luò)的輸入，其中，x＝0、1、2或3。

通過這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠得到LED的四種信號(hào)，分別是兩路輸入信號(hào)Q_2x、Q_2x+1，兩路輸出信號(hào)D_2x、D_2X+1，為后續(xù)檢測(cè)和判斷得到了信號(hào)基礎(chǔ)。

進(jìn)一步的，還包括型號(hào)為74HC245串行總線驅(qū)動(dòng)芯片，所述串行總線驅(qū)動(dòng)芯片與串入并出移位寄存器、并入串出移位寄存器分別連接，即串行總線驅(qū)動(dòng)芯片的接口A7、B4連接并入串出移位寄存器，串行總線驅(qū)動(dòng)芯片的接口B5、B8連接串入并出移位寄存器，串行總線驅(qū)動(dòng)芯片的接口B6與串入并出移位寄存器、并入串出移位寄存器都相連。

進(jìn)一步的，還包括型號(hào)為STM32F103VET6的微控制器，所述微控制器連接串行總線驅(qū)動(dòng)芯片，所述微控制器的接口MISO、PB11、SCLK、PB12、MOSI對(duì)應(yīng)連接串行總線驅(qū)動(dòng)芯片的接口B7、A4、A6、A5、A8。

在得到四種信號(hào)的基礎(chǔ)上，通過增設(shè)相應(yīng)的處理電路結(jié)構(gòu)，控制相應(yīng)LED指示燈或讀取LED指示燈狀態(tài)；監(jiān)視LED指示燈的故障狀態(tài)，當(dāng)故障產(chǎn)生時(shí)，立即報(bào)警。此外，可以通過增設(shè)喇叭、上位機(jī)等達(dá)到更好的效果。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型LED指示燈監(jiān)控系統(tǒng)功能示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中LED電平比較網(wǎng)絡(luò)采樣示意圖。

圖3是電平比較網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型中LED指示燈檢測(cè)表與燈位的關(guān)系圖。

圖5是本實(shí)用新型中設(shè)備故障表組成示意圖。

圖中：1-上位機(jī)；2-接口轉(zhuǎn)換芯片；3-喇叭；4-微控制器(MCU)；5-串行總線驅(qū)動(dòng)芯片；6-串入并出移位寄存器；7-并入串出移位寄存器；8-電平比較網(wǎng)絡(luò)簡圖；9-電平比較網(wǎng)絡(luò)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

本實(shí)用新型的一種較佳具體實(shí)施方式如下：

包括微控制器4，所述微控制器4連接串行總線驅(qū)動(dòng)芯片5，所述串行總線驅(qū)動(dòng)芯片5與串入并出移位寄存器6、并入串出移位寄存器7分別連接；所述串入并出移位寄存器6用于實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的輸出，所述并入串出移位寄存器7用于實(shí)現(xiàn)LED指示燈的采樣數(shù)據(jù)的輸入，且串入并出移位寄存器6與并入串出移位寄存器7之間通過電平比較網(wǎng)絡(luò)9相連接；所述電平比較網(wǎng)絡(luò)9為：電阻R1一端為輸入信號(hào)Q_2x和輸出信號(hào)D_2x，另一端連接LED指示燈的一端，還連接電阻R2的一端；電阻R2的一端連接電阻R1，電阻R2的另一端為輸出信號(hào)D_2x+1，還連接電阻R3的一端；電阻R3的一端連接電阻R2，電阻R2的另一端為輸入信號(hào)Q_2x+1。

所述微控制器4采用STM32F103VET6，串行總線驅(qū)動(dòng)芯片5采用74HC245，所述微控制器4的接口MISO、PB11、SCLK、PB12、MOSI對(duì)應(yīng)連接串行總線驅(qū)動(dòng)芯片5的接口B7、A4、A6、A5、A8。

所述串入并出移位寄存器6采用74HC595，并入串出移位寄存器7采用74HC165，串行總線驅(qū)動(dòng)芯片5的接口A7、B4連接并入串出移位寄存器7，串行總線驅(qū)動(dòng)芯片5的接口B5、B8連接串入并出移位寄存器6，串行總線驅(qū)動(dòng)芯片5的接口B6與串入并出移位寄存器6、并入串出移位寄存器7都相連；74HC165上的接口D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7，74HC595上的接口Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，D_2x、D_2x+1、Q_2x、Q_2x+1之間連接電平比較網(wǎng)絡(luò)9，相連的四個(gè)接口連接一個(gè)電平比較網(wǎng)絡(luò)9，即D_2x、D_2X+1連接電平比較網(wǎng)絡(luò)9的輸出，Q_2x、Q_2x+1連接電平比較網(wǎng)絡(luò)9的輸入，其中，x＝0、1、2或3。

所述微控制器4還通過RS485接口連接到上位機(jī)1。所述RS485接口采用MAX485。所述微控制器4的接口PB5連接喇叭3。

采用電平比較網(wǎng)絡(luò)9對(duì)LED進(jìn)行并行采樣，考慮到整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，LED指示燈的故障和狀態(tài)變化要求在10ms進(jìn)行響應(yīng)，所以采樣周期設(shè)置為10ms。在每個(gè)采樣周期內(nèi)，要完成采樣、傳輸、數(shù)據(jù)處理、輸出等幾個(gè)過程，通過測(cè)算，理論上該系統(tǒng)可以同時(shí)對(duì)10000個(gè)以內(nèi)的信號(hào)指示燈進(jìn)行監(jiān)控。與上位機(jī)1通信采用RS485，既可實(shí)現(xiàn)長距離通信，也可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)LED指示燈監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)通信。每塊采樣驅(qū)動(dòng)板可監(jiān)控32個(gè)LED指示燈，通過串行總線進(jìn)行級(jí)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大量LED進(jìn)行監(jiān)控。

控制LED指示燈：上位機(jī)1發(fā)出控制LED指示燈指令，主板上的MCU4接到指令后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，然后通過串行總線將數(shù)據(jù)傳給采集驅(qū)動(dòng)板控制LED指示燈。故障狀態(tài)監(jiān)視：主板上的MCU4以10ms為周期控制采集驅(qū)動(dòng)板采集數(shù)據(jù)，并將燈數(shù)據(jù)讀至MCU4的內(nèi)存中。對(duì)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，如果LED指示燈亮滅狀態(tài)發(fā)生改變，MCU4則將該燈的狀態(tài)信息傳給上位機(jī)1；如果LED指示燈發(fā)生故障，則發(fā)出報(bào)警，并將報(bào)警信息傳給上位機(jī)1。

基于LED的工作電壓和CMOS門電路輸入電壓閾值的特點(diǎn)，在LED指示燈工作電路配合監(jiān)測(cè)輔助電路的情況下，對(duì)每個(gè)LED指示燈構(gòu)建一個(gè)兩路輸入、兩路輸出的電平比較網(wǎng)絡(luò)。用電平網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)后，可以檢測(cè)出LED指示燈是處于正常、短路、斷路和接地四種狀態(tài)，其中短路、斷路和接地屬于故障狀態(tài)。

對(duì)多個(gè)LED指示燈控制的電平比較網(wǎng)絡(luò)如圖2所示?？偩€使用74HC245驅(qū)動(dòng)，LED指示燈的控制數(shù)據(jù)通過CMOS工藝制造的串入并出移位寄存器74HC595送出。檢測(cè)數(shù)據(jù)采用CMOS工藝制造的并串入出移位寄存器74HC165會(huì)送至MCU。每個(gè)LED指示燈需要使用74HC595和74HC165兩個(gè)點(diǎn)位。當(dāng)要控制序號(hào)為x燈位的LED指示燈時(shí)，控制數(shù)據(jù)需送至74HC595的Q_2x端，Q_2x端輸出高低電平使LED指示燈L_x熄滅或點(diǎn)亮。當(dāng)檢測(cè)序號(hào)為x燈位的LED指示燈時(shí)，在Q_2x端和Q_2x+1端輸出00B、01B、10B和11B四種狀態(tài)，然后讀回每種狀態(tài)的D_2x端和D_2x+1端的值，根據(jù)返回的邏輯值進(jìn)行分析就可以判斷出LED指示燈的狀態(tài)。

圖2中：

上位機(jī)1：用于顯示LED指示燈的亮滅狀態(tài)和故障狀態(tài)，并控制LED指示燈亮滅。

接口轉(zhuǎn)換芯片2：采用MAX485，將MCU串行口的TTL電平轉(zhuǎn)化為RS485接口，以便于和上位機(jī)建立遠(yuǎn)距離通信。

喇叭3：當(dāng)LED指示燈發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警。

MCU4：采用STM32F103VET6芯片，用于控制LED指示燈狀態(tài)和周期性檢測(cè)LED指示燈狀態(tài)。

串行總線驅(qū)動(dòng)芯片5：采用74HC245，驅(qū)動(dòng)SPI接口的串行總線。

串入并出移位寄存器6：采用74HC595，實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的輸出。

并入串出移位寄存器7：采用74HC165，實(shí)現(xiàn)LED指示燈的采樣數(shù)據(jù)的輸入。

電平比較網(wǎng)絡(luò)簡圖“8”：電平比較網(wǎng)絡(luò)圖的簡化示意圖。

電平比較網(wǎng)絡(luò)9：既能控制LED指示燈亮滅，也能通過控制LED指示燈的時(shí)序，采用特定算法識(shí)別出LED指示燈的故障狀態(tài)。

采集驅(qū)動(dòng)板10：為了使LED指示燈監(jiān)控系統(tǒng)適應(yīng)于不同大小的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)硬件可裁剪，每塊采集驅(qū)動(dòng)板可以驅(qū)動(dòng)32個(gè)LED指示燈，采集驅(qū)動(dòng)板之間可以通過SPI串行總線實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)。

當(dāng)檢測(cè)LED指示燈時(shí)，每個(gè)LED指示燈占用掉74HC595和74HC165的兩位端口，如圖4。輸入狀態(tài)值有四種，每種狀態(tài)輸出后，從74HC165返回?cái)?shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)表，分別記為檢測(cè)狀態(tài)表0，檢測(cè)狀態(tài)表1，檢測(cè)狀態(tài)表2和檢測(cè)狀態(tài)表3。

檢測(cè)表中的數(shù)據(jù)位和LED指示燈對(duì)應(yīng)，在圖5反映驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的檢測(cè)狀態(tài)表，當(dāng)74HC595的奇數(shù)位和偶數(shù)位送數(shù)據(jù)00B時(shí)，返回檢測(cè)狀態(tài)表0，送數(shù)據(jù)01B時(shí)，返回檢測(cè)狀態(tài)表1，送數(shù)據(jù)10B時(shí)，返回檢測(cè)狀態(tài)表2，送數(shù)據(jù)11B時(shí)，返回檢測(cè)狀態(tài)表3。每個(gè)狀態(tài)表中的兩位與LED指示燈對(duì)應(yīng)，將四個(gè)表中相應(yīng)的兩位組成一個(gè)字節(jié)就是設(shè)備故障表，檢測(cè)狀態(tài)表3對(duì)應(yīng)到故障表的最高2位，檢測(cè)狀態(tài)表1對(duì)應(yīng)到故障表的最低2位。構(gòu)成的設(shè)備故障表如圖5所示。

設(shè)備故障表里的每個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)LED指示燈的狀態(tài)值。編程時(shí)就可以通過選擇語句來判斷LED指示燈所處的狀態(tài)，LED_Fault_State[i]保存的是序號(hào)為i的LED指示燈的故障狀態(tài)。程序主干如下所示：

switch(LED_Fault_State[i])

{

case 0xf8:

...//設(shè)備狀態(tài)“正常”處理程序break；

case 0xf5:

...//設(shè)備狀態(tài)“短路”處理程序break；

case 0xf0:

...//設(shè)備狀態(tài)“斷路”處理程序break；

case 0x50:

...//設(shè)備狀態(tài)“接地”處理程序break；

}。