[發(fā)明專(zhuān)利]基于硬件冗余的高可靠A/D采集系統(tǒng)及故障檢測(cè)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810018849.6
• 申請(qǐng)日: 2008-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101236433A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐龍祥;唐文斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B23/02
• 分類(lèi)號(hào): G05B23/02;G05B19/048
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種能夠進(jìn)行硬件電路故障診斷及完成故障模塊替換的高可靠A/D采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)際使用中，會(huì)因?yàn)殡娫串惓！㈦姶鸥蓴_以及調(diào)試過(guò)程中短路等原因造成A/D采集系統(tǒng)硬件出現(xiàn)故障，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的采樣。目前使用的數(shù)字控制系統(tǒng)中，都沒(méi)有能實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸入系統(tǒng)硬件故障檢測(cè)的軟硬件模塊，當(dāng)硬件出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法及時(shí)地發(fā)現(xiàn)及完成故障的相應(yīng)處理。此種情況一旦出現(xiàn)在實(shí)時(shí)性要求很高的數(shù)字控制系統(tǒng)，特別是當(dāng)出現(xiàn)在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的控制系統(tǒng)中時(shí)，將造成嚴(yán)重的后果。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決A/D采集系統(tǒng)的硬件故障問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于硬件冗余的高可靠A/D采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)硬件故障的診斷，還能完成故障采集模塊與備用采集模塊間的切換。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案：包括第一輸入信號(hào)選擇電路、第二輸入信號(hào)選擇電路、A/D采集主模塊、A/D采集備用模塊、CPU及譯碼器，其中第一輸入信號(hào)選擇電路的輸入端分別連于外部輸入信號(hào)和精密參考電壓基準(zhǔn)信號(hào)，第二輸入信號(hào)選擇電路的輸入端同樣分別連于外部輸入信號(hào)和精密參考電壓基準(zhǔn)信號(hào)，第一輸入信號(hào)選擇電路的輸出端連于A/D采集主模塊的輸入，第二輸入信號(hào)選擇電路的輸出端連于A/D采集備用模塊的輸入，A/D采集主模塊的輸出端與A/D采集備用模塊的輸出端通過(guò)接口電路連于CPU及譯碼器。

所述輸入信號(hào)選擇電路，采用二選一多路選通芯片，外部輸入信號(hào)和基準(zhǔn)電壓信號(hào)分別與多路選通芯片輸入端相連，多路選通芯片輸出端接入A/D采集系統(tǒng)。通過(guò)CPU控制該二選一多路選通芯片的切換，當(dāng)外部輸入信號(hào)接入A/D采集系統(tǒng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該信號(hào)的正常采樣；當(dāng)基準(zhǔn)電壓信號(hào)接入A/D采集系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)電壓信號(hào)的采樣，可實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前A/D采集模塊的故障檢測(cè)。

所述A/D采集模塊，分為主模塊和備用模塊兩部分，當(dāng)主模塊出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)啟用備用模塊。主模塊和備用模塊硬件結(jié)構(gòu)相同，都由限幅電路、抗混疊濾波器及A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成。

所述接口電路，將A/D芯片的數(shù)據(jù)線(xiàn)、讀和寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)與備用采集模塊中A/D芯片對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線(xiàn)、讀和寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)分別相連，然后連于CPU及譯碼器；而兩片A/D芯片的片選信號(hào)和轉(zhuǎn)換完成信號(hào)直接連于CPU及譯碼器，分別單獨(dú)控制。當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前A/D采集模塊出現(xiàn)故障時(shí)，只需在程序內(nèi)部將備用模塊中A/D芯片的片選和轉(zhuǎn)換完成信號(hào)代替故障主模塊中相應(yīng)的控制信號(hào)即可完成故障處理。

所述技術(shù)方案中采用的故障檢測(cè)方法，其特征在于，將外部輸入信號(hào)和精密基準(zhǔn)電壓信號(hào)分別輸入由二選一多路選通芯片組成的輸入信號(hào)選擇電路的輸入端。通過(guò)改變二選一多路選通芯片的控制信號(hào)，分別將精密基準(zhǔn)電壓信號(hào)和外部輸入信號(hào)輸入A/D采集模塊，當(dāng)接入精密基準(zhǔn)電壓信號(hào)時(shí)，通過(guò)對(duì)該電壓的采樣來(lái)判斷當(dāng)前A/D采集模塊是否出現(xiàn)故障；當(dāng)接入外部輸入信號(hào)時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)該信號(hào)的正常采樣。

所述技術(shù)方案中采用的故障處理方法，其特征在于，應(yīng)用A/D芯片片選信號(hào)和A/D轉(zhuǎn)換完成信號(hào)識(shí)別主采集模塊與備用采集模塊，當(dāng)主模塊出現(xiàn)故障后，在程序中用備用采集模塊的A/D芯片片選信號(hào)和轉(zhuǎn)換完成信號(hào)替代故障采集模塊中相應(yīng)的控制信號(hào)，從而完成備用模塊替代故障模塊。

本發(fā)明的積極效果是：

通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)電壓信號(hào)的采樣來(lái)判斷當(dāng)前A/D采集系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障；通過(guò)A/D芯片的片選信號(hào)和轉(zhuǎn)換完成信號(hào)的替換，可以及時(shí)地從故障采集模塊切換到備用采集模塊，降低了現(xiàn)場(chǎng)事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。該方法有效地提高了A/D采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制靈活。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的總體硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的輸入信號(hào)選擇電路圖。

圖3是本發(fā)明的A/D采集模塊及其與CPU間的接口電路。

圖4是本發(fā)明的故障檢測(cè)程序流程圖。

具體實(shí)施方式

硬件總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，包括輸入信號(hào)選擇電路、A/D采集系統(tǒng)及其CPU間接口電路兩部分。