一种基于硬件冗余的高可靠Ａ／Ｄ采集系统及故障检测方法，属Ａ／Ｄ采集系统。它包括输入信号选择电路、Ａ／Ｄ采集模块及ＣＰＵ和译码器。通过对精密参考电压信号的采样来判断当前Ａ／Ｄ采集模块是否出现故障；当出现故障后，通过用备用模块的片选信号和转换完成信号替换故障主模块中相应的控制信号，完成故障模块与备用模块间的替换。采用该系统，可以实现对Ａ／Ｄ采集系统的实时监控，有效提高了Ａ／Ｄ采集系统的稳定性和可靠性，降低了现场事故发生的风险。
Highly reliable A/D acquisition system and fault detection method based on hardware redundancy
A highly reliable A / D acquisition system and fault detection method based on hardware redundancy, belonging to the A / D acquisition system. It includes input signal selection circuit, A / D acquisition module, CPU and decoder. By sampling the precise reference voltage signal to determine whether the current A / D acquisition module failure; when the failure, by using standby module and signal conversion chip select signal to replace the fault control signals corresponding to the main module, complete replacement of fault module and the standby module between. The system can realize real-time monitoring of A / D acquisition system, effectively improve the stability and reliability of A / D acquisition system, and reduce the risk of on-site accidents.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种能够进行硬件电路故障诊断及完成故障模块替换的高可靠 A/D采集系统。技术背景在数字控制系统实际使用中，会因为电源异常、电磁干扰以及调试过程中短 路等原因造成A/D采集系统硬件出现故障，无法实现对输入信号的采样。目前使 用的数字控制系统中，都没有能实现信号输入系统硬件故障检测的软硬件模块， 当硬件出现故障时无法及时地发现及完成故障的相应处理。此种情况一旦出现在 实时性要求很高的数字控制系统，特别是当出现在高速旋转机械的控制系统中 时，将造成严重的后果。
技术实现思路
为了解决A/D采集系统的硬件故障问题，本专利技术提供了一种基于硬件冗余的 高可靠A/D采集系统。该系统不仅能实现硬件故障的诊断，还能完成故障采集模 块与备用采集模块间的切换。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括第一输入信号选择电路、第 二输入信号选择电路、A/D采集主模块、A/D采集备用模块、CPU及译码器，其 中第一输入信号选择电路的输入端分别连于外部输入信号和精密参考电压基准 信号，第二输入信号选择电路的输入端同样分别连于外部输入信号和精密参考电 压基准信号，第一输入信号选择电路的输出端连于A/D采集主模块的输入，第二 输入信号选择电路的输出端连于A/D采集备用模块的输入，A/D采集主模块的输 出端与A/D采集备用模块的输出端通过接口电路连于CPU及译码器。所述输入信号选择电路，采用二选一多路选通芯片，外部输入信号和基准电 压信号分别与多路选通芯片输入端相连，多路选通芯片输出端接入A/D采集系 统。通过CPU控制该二选一多路选通芯片的切换，当外部输入信号接入A/D采集 系统时可以实现对该信号的正常采样;当基准电压信号接入A/D采集系统时，通 过对基准电压信号的采样，可实现对当前A/D采集模块的故障检测。所述A/D采集模块，分为主模块和备用模块两部分，当主模块出现故障时及 时启用备用模块。主模块和备用模块硬件结构相同，都由限幅电路、抗混叠滤波 器及A/D转换芯片构成。所述接口电路，将A/D芯片的数据线、读和写信号线与备用采集模块中A/D芯片对应的数据线、读和写信号线分别相连，然后连于CPU及译码器；而两片A/D芯片的片选信号和转换完成信号直接连于CPU及译码器，分别单独控制。当 检测到当前A/D采集模块出现故障时，只需在程序内部将备用模块中A/D芯片的 片选和转换完成信号代替故障主模块中相应的控制信号即可完成故障处理。所述技术方案中采用的故障检测方法，其特征在于，将外部输入信号和精密 基准电压信号分别输入由二选一多路选通芯片组成的输入信号选择电路的输入 端。通过改变二选一多路选通芯片的控制信号，分别将精密基准电压信号和外部 输入信号输入A/D采集模块，当接入精密基准电压信号时，通过对该电压的采样 来判断当前A/D采集模块是否出现故障；当接入外部输入信号时，实现对该信号 的正常釆样。所述技术方案中采用的故障处理方法，其特征在于，应用A/D芯片片选信号 和A/D转换完成信号识别主采集模块与备用采集模块，当主模块出现故障后，在 程序中用备用采集模块的A/D芯片片选信号和转换完成信号替代故障采集模块 中相应的控制信号，从而完成备用模块替代故障模块。 本专利技术的积极效果是 -通过对基准电压信号的采样来判断当前A/D采集系统是否出现故障，可以准 确地发现故障；通过A/D芯片的片选信号和转换完成信号的替换，可以及时地从 故障采集模块切换到备用采集模块，降低了现场事故发生的风险。该方法有效地 提高了 A/D采样系统的稳定性和可靠性,且设计简单，控制灵活。 附图说明图1为本专利技术的总体硬件结构图。图2是本专利技术的输入信号选择电路图。图3是本专利技术的A/D采集模块及其与CPU间的接口电路。图4是本专利技术的故障检测程序流程图。具体实施方式硬件总体结构图如图1所示，包括输入信号选择电路、A/D采集系统及其CPU 间接口电路两部分。信号选择电路如图2所示，由多路选通芯片构成，其中ax、 bx和cx脚分别 接外部输入信号，ay、 by和cy脚分别接精密参考电压基准信号。当控制信号 inA_control或inB—control为低电平时ax、 bx和cx脚的外部输入信号接至输 出端；当控制信号inA—control或inB—control为高电平时，ay、 by和cy脚的精密参考电压基准信号接至输出端。通过改变inA_control或inB_control信号 的值，可以分别实现将外部输入信号或精密参考电压基准信号接入A/D采集系 统。A/D采集系统及其与CPU间接口电路如图3所示，其中A/D釆集系统分为主 模块和备用模块两部分，这两个部分完全相同，都由输入限幅电路、抗混叠滤波 器和A/D转换芯片组成。图中A/D采集系统与CPU间接口电路的连接如下主模 块的数据线data、写信号wr、读信号rd、转换启动信号convst分别和备用模 块对应的引脚相连，然后连于CPU及译码器电路；主模块和备用模块的片选信号 csl和cs2及转换完成信号eolcl和eolc2直接连于CPU及译码器电路。CPU检 测到A/D采集系统主模块出现故障后，只要在程序内部用备用模块的片选信号 cs2及转换完成信号eolc2替代主模块的片选信号csl及转换完成信号eolcl， 即实现了用备用模块替代出现故障的主模块。.CPU故障检测程序流程图如图4所示，程序启动后控制inA—control置高， 将精密参考电压基准信号接入主模块，然后启动一次A/D转换对该参考电压采 样，CPU通过读取的转换结果与预先设置的该电压对应的数字量做比较，如果其 差值在允许误差范围之内，则认为主模块没有出现故障，控制inA_contr0l置低 接入外部输入信号开始对该信号采样；如果超出了允许误差，则认为主模块出现 故障，通过片选信号与转换完成信号的替换启用备用模块，继续进行外部输入信 号的采样工作。程序中设置了故障标志位，通过对该位值的査询可以判断出备用 模块是否已启用，由于硬件电路只设置了一个备用采集模块，故一旦启用备用模 块故障检测程序不再运行。权利要求1、一种基于硬件冗余的高可靠A/D采集系统，其特征是包括第一输入信号选择电路、第二输入信号选择电路、A/D采集主模块、A/D采集备用模块、CPU及译码器，其中第一输入信号选择电路的输入端分别连于外部输入信号和精密参考电压基准信号，第二输入信号选择电路的输入端同样分别连于外部输入信号和精密参考电压基准信号，第一输入信号选择电路的输出端连于A/D采集主模块的输入，第二输入信号选择电路的输出端连于A/D采集备用模块的输入，A/D采集主模块的输出端与A/D采集备用模块的输出端通过接口电路连于CPU及译码器。2、 、 一种如权利要求1所述的基于硬件冗余的高可靠A/D采集系统的故障检测方 法，其特征在于，将外部输入信号和精密基准电压信号分别输入由二选一多路选 通芯片组成的输入信号选择电路的输入端，通过改变二选一多路选通芯片的控制 信号，分别将精密基准电压信号和外部输入信号输入A/D采集模块，当接入精密 基准电压信号时，通过对该电压的采样来判断当前A/D采集模块是否出现故障； 当接入外部输入信号时，实现对该信号的正常采样。3、 如权利要求2所述的基于硬件冗余的高本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于硬件冗余的高可靠Ａ／Ｄ采集系统，其特征是：包括第一输入信号选择电路、第二输入信号选择电路、Ａ／Ｄ采集主模块、Ａ／Ｄ采集备用模块、ＣＰＵ及译码器，其中第一输入信号选择电路的输入端分别连于外部输入信号和精密参考电压基准信号，第二输入信号选择电路的输入端同样分别连于外部输入信号和精密参考电压基准信号，第一输入信号选择电路的输出端连于Ａ／Ｄ采集主模块的输入，第二输入信号选择电路的输出端连于Ａ／Ｄ采集备用模块的输入，Ａ／Ｄ采集主模块的输出端与Ａ／Ｄ采集备用模块的输出端通过接口电路连于ＣＰＵ及译码器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐龙祥，唐文斌，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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