專利名稱：基于硬件冗余的高可靠a/d采集系統(tǒng)及故障檢測方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于一種能夠進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)。
技術(shù)背景在數(shù)字控制系統(tǒng)實際使用中，會因為電源異常、電磁干擾以及調(diào)試過程中短 路等原因造成A/D采集系統(tǒng)硬件出現(xiàn)故障，無法實現(xiàn)對輸入信號的采樣。目前使 用的數(shù)字控制系統(tǒng)中，都沒有能實現(xiàn)信號輸入系統(tǒng)硬件故障檢測的軟硬件模塊， 當硬件出現(xiàn)故障時無法及時地發(fā)現(xiàn)及完成故障的相應處理。此種情況一旦出現(xiàn)在 實時性要求很高的數(shù)字控制系統(tǒng)，特別是當出現(xiàn)在高速旋轉(zhuǎn)機械的控制系統(tǒng)中 時，將造成嚴重的后果。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)問題所采用的技術(shù)方案包括第一輸入信號選擇電路、第 二輸入信號選擇電路、A/D采集主模塊、A/D采集備用模塊、CPU及譯碼器，其 中第一輸入信號選擇電路的輸入端分別連于外部輸入信號和精密參考電壓基準 信號，第二輸入信號選擇電路的輸入端同樣分別連于外部輸入信號和精密參考電 壓基準信號，第一輸入信號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接口電路連于CPU及譯碼器。所述輸入信號選擇電路，采用二選一多路選通芯片，外部輸入信號和基準電 壓信號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CPU控制該二選一多路選通芯片的切換，當外部輸入信號接入A/D采集 系統(tǒng)時可以實現(xiàn)對該信號的正常采樣;當基準電壓信號接入A/D采集系統(tǒng)時，通 過對基準電壓信號的采樣，可實現(xiàn)對當前A/D采集模塊的故障檢測。所述A/D采集模塊，分為主模塊和備用模塊兩部分，當主模塊出現(xiàn)故障時及 時啟用備用模塊。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、讀和寫信號線與備用采集模塊中A/D芯片對應的數(shù)據(jù)線、讀和寫信號線分別相連，然后連于CPU及譯碼器；而兩片A/D芯片的片選信號和轉(zhuǎn)換完成信號直接連于CPU及譯碼器，分別單獨控制。當 檢測到當前A/D采集模塊出現(xiàn)故障時，只需在程序內(nèi)部將備用模塊中A/D芯片的 片選和轉(zhuǎn)換完成信號代替故障主模塊中相應的控制信號即可完成故障處理。所述技術(shù)方案中采用的故障檢測方法，其特征在于，將外部輸入信號和精密 基準電壓信號分別輸入由二選一多路選通芯片組成的輸入信號選擇電路的輸入 端。通過改變二選一多路選通芯片的控制信號，分別將精密基準電壓信號和外部 輸入信號輸入A/D采集模塊，當接入精密基準電壓信號時，通過對該電壓的采樣 來判斷當前A/D采集模塊是否出現(xiàn)故障；當接入外部輸入信號時，實現(xiàn)對該信號 的正常釆樣。所述技術(shù)方案中采用的故障處理方法，其特征在于，應用A/D芯片片選信號 和A/D轉(zhuǎn)換完成信號識別主采集模塊與備用采集模塊，當主模塊出現(xiàn)故障后，在 程序中用備用采集模塊的A/D芯片片選信號和轉(zhuǎn)換完成信號替代故障采集模塊 中相應的控制信號，從而完成備用模塊替代故障模塊。 本發(fā)明的積極效果是 -通過對基準電壓信號的采樣來判斷當前A/D采集系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，可以準 確地發(fā)現(xiàn)故障；通過A/D芯片的片選信號和轉(zhuǎn)換完成信號的替換，可以及時地從 故障采集模塊切換到備用采集模塊，降低了現(xiàn)場事故發(fā)生的風險。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,且設計簡單，控制靈活。


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)明的故障檢測程序流程圖。
具體實施方式
硬件總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，包括輸入信號選擇電路、A/D采集系統(tǒng)及其CPU 間接口電路兩部分。信號選擇電路如圖2所示，由多路選通芯片構(gòu)成，其中ax、 bx和cx腳分別 接外部輸入信號，ay、 by和cy腳分別接精密參考電壓基準信號。當控制信號 inA_control或inB—control為低電平時ax、 bx和cx腳的外部輸入信號接至輸 出端；當控制信號inA—control或inB—control為高電平時，ay、 by和cy腳的精密參考電壓基準信號接至輸出端。通過改變inA_control或inB_control信號 的值，可以分別實現(xiàn)將外部輸入信號或精密參考電壓基準信號接入A/D采集系 統(tǒng)。A/D采集系統(tǒng)及其與CPU間接口電路如圖3所示，其中A/D釆集系統(tǒng)分為主 模塊和備用模塊兩部分，這兩個部分完全相同，都由輸入限幅電路、抗混疊濾波 器和A/D轉(zhuǎn)換芯片組成。圖中A/D采集系統(tǒng)與CPU間接口電路的連接如下主模 塊的數(shù)據(jù)線data、寫信號wr、讀信號rd、轉(zhuǎn)換啟動信號convst分別和備用模 塊對應的引腳相連，然后連于CPU及譯碼器電路；主模塊和備用模塊的片選信號 csl和cs2及轉(zhuǎn)換完成信號eolcl和eolc2直接連于CPU及譯碼器電路。CPU檢 測到A/D采集系統(tǒng)主模塊出現(xiàn)故障后，只要在程序內(nèi)部用備用模塊的片選信號 cs2及轉(zhuǎn)換完成信號eolc2替代主模塊的片選信號csl及轉(zhuǎn)換完成信號eolcl， 即實現(xiàn)了用備用模塊替代出現(xiàn)故障的主模塊。.CPU故障檢測程序流程圖如圖4所示，程序啟動后控制inA—control置高， 將精密參考電壓基準信號接入主模塊，然后啟動一次A/D轉(zhuǎn)換對該參考電壓采 樣，CPU通過讀取的轉(zhuǎn)換結(jié)果與預先設置的該電壓對應的數(shù)字量做比較，如果其 差值在允許誤差范圍之內(nèi)，則認為主模塊沒有出現(xiàn)故障，控制inA_contr0l置低 接入外部輸入信號開始對該信號采樣；如果超出了允許誤差，則認為主模塊出現(xiàn) 故障，通過片選信號與轉(zhuǎn)換完成信號的替換啟用備用模塊，繼續(xù)進行外部輸入信 號的采樣工作。程序中設置了故障標志位，通過對該位值的査詢可以判斷出備用 模塊是否已啟用，由于硬件電路只設置了一個備用采集模塊，故一旦啟用備用模 塊故障檢測程序不再運行。
權(quán)利要求
1、一種基于硬件冗余的高可靠A/D采集系統(tǒng)，其特征是包括第一輸入信號選擇電路、第二輸入信號選擇電路、A/D采集主模塊、A/D采集備用模塊、CPU及譯碼器，其中第一輸入信號選擇電路的輸入端分別連于外部輸入信號和精密參考電壓基準信號，第二輸入信號選擇電路的輸入端同樣分別連于外部輸入信號和精密參考電壓基準信號，第一輸入信號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接口電路連于CPU及譯碼器。
2、 、 一種如權(quán)利要求1所述的基于硬件冗余的高可靠A/D采集系統(tǒng)的故障檢測方 法，其特征在于，將外部輸入信號和精密基準電壓信號分別輸入由二選一多路選 通芯片組成的輸入信號選擇電路的輸入端，通過改變二選一多路選通芯片的控制 信號，分別將精密基準電壓信號和外部輸入信號輸入A/D采集模塊，當接入精密 基準電壓信號時，通過對該電壓的采樣來判斷當前A/D采集模塊是否出現(xiàn)故障； 當接入外部輸入信號時，實現(xiàn)對該信號的正常采樣。
3、 如權(quán)利要求2所述的基于硬件冗余的高可靠A/D采集系統(tǒng)的故障處理方法， 其特征在于，應用A/D芯片片選信號和A/D轉(zhuǎn)換完成信號識別主采集模塊與備用 采集模塊，當主模塊出現(xiàn)故障后，在程序中用備用采集模塊的A/D芯片片選信號 和轉(zhuǎn)換完成信號替代故障采集模塊中相應的控制信號，從而完成備用模塊替代故 障模塊。
全文摘要
一種基于硬件冗余的高可靠A/D采集系統(tǒng)及故障檢測方法，屬A/D采集系統(tǒng)。它包括輸入信號選擇電路、A/D采集模塊及CPU和譯碼器。通過對精密參考電壓信號的采樣來判斷當前A/D采集模塊是否出現(xiàn)故障；當出現(xiàn)故障后，通過用備用模塊的片選信號和轉(zhuǎn)換完成信號替換故障主模塊中相應的控制信號，完成故障模塊與備用模塊間的替換。采用該系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對A/D采集系統(tǒng)的實時監(jiān)控，有效提高了A/D采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，降低了現(xiàn)場事故發(fā)生的風險。
文檔編號G05B23/02GK101236433SQ200810018849
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者唐文斌, 徐龍祥 申請人:南京航空航天大學