[发明专利]基于硬件冗余的高可靠A/D采集系统及故障检测方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

为了解决A/D采集系统的硬件故障问题，本发明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。

本发明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采样。

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。

本发明的积极效果是：

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为本发明的总体硬件结构图。

图2是本发明的输入信号选择电路图。

图3是本发明的A/D采集模块及其与CPU间的接口电路。

图4是本发明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。