CN101162249B - 具有多状态检验功能的数字量输入模块 - Google Patents

具有多状态检验功能的数字量输入模块 Download PDF

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Abstract

本发明所述的具有多状态检验功能的数字量输入模块是一种电子产品，具体的说是一种对外部电器开关状态采集的数字输入信号进行检测的装置。是由16路数字量输入模块、PPS控制电路、NPS控制电路、CPU以及CAN驱动电路构成。16路被测输入信号经过转换隔离后，连接到CPU的IO引脚和PPS控制电路以及NPS控制电路。CPU输出两个控制信号PULS1和PULS0，去控制PPS控制电路和NPS控制电路。CPU采样后的数字量数据通过CAN总线转送到其他智能设备中。CPU采用MC68K系列单片机。本发明具有结构新颖、简单实用、检测准确、功能齐全等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型具有多状态检验功能的数字量输入模块。

Description

具有多状态检验功能的数字量输入模块
技术领域
本发明所述的具有多状态检验功能的数字量输入模块是一种电子产品。具体的说是一种对外部电器开关状态采集的数字输入信号进行检测的装置。
背景技术
目前，数字量输入模块只能够检查数字量信号是高(+24V)还是低(0V)，而不能够检查输入是否悬空。列车上机械震动比较剧烈，如果DI模块的输入信号线在运行中松动，则输入信号线处于悬空状态，传统的数字量输入模块不能判断出此故障，将会输入错误数据，可能会造成误操作。另外，传统的数字量输入模块的输入信号始终导通，会造成一定的能耗，并且增加电路板的热量，造成电路运行不稳定，严重的影响了控制准确性。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的具有多状态检验功能的数字量输入模块，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的具有多状态检验功能的数字量输入模块，能够检验数字量输入信号的高、低以及悬空状态，并且能够对电路进行自检。从而解决被采集的输入信号线松动、悬空所引起的误检测问题。本发明所述的具有多状态检验功能的数字量输入模块是由16路数字量输入模块、PPS控制电路、NPS控制电路、CPU以及CAN驱动电路构成。16路被测输入信号经过转换隔离后，连接到CPU的IO引脚和PPS控制电路以及NPS控制电路。CPU输出控制信号PULS1去控制PPS控制电路、CPU输出控制信号PULS0去控制NPS控制电路；。CPU采样后的数字量数据通过CAN总线转送到其他智能设备中。本发明所述的CPU采用MC68K系列单片机。
本发明所述的具有多状态检验功能的数字量输入模块正常工作时，CPU软件计算出采样窗口，每1秒钟分配一个18毫秒的采样窗口，在每个采样窗口中，CPU控制PULS1、PULS0的波形如附图5所示，同时在采样窗口中对每一个输入I1…I16采样3次，得到3个采样值。参考图4，如果输入信号IN15为高电平，在第一个采样点时，PULS0有效，NPS与地端导通，电流流经D7，R11，H3，R13，D9，使光耦导通，I15的采样值为0(低电平)；在第二个采样点，PULS1有效，PULS0无效，光耦不导通，I15的采样值为1(高电平)；在第三个采样点，PULS1和PULS0都有效，电流流经D6，R11，H3，R13，D9，光耦导通，I15的采样值为0，三次采样值为010，证明输入信号确实是高电位。如果输入信号IN15为低电平，在第一个采样点时，PULS0有效，电路不导通，I15的采样值为1；在第二个采样点，PULS1有效，PULS0无效，电流流经D6，R11，H3，R13，D8，使光耦导通，I15的采样值为0；在第三个采样点，PULS1和PULS0都有效，电流流经D6，R11，H3，R13，D9，光耦导通，I15的采样值为0，三次采样值为100。证明输入信号确实是低电位。同样可以推导出输入悬空状态时的采样值为110，以及其它几种工作状态。表1是各种采样值与输入端电平数据或电路故障的对应表。
本发明所述的具有多状态检验功能的数字量输入模块，能够检验数字量输入信号的“高”，“低”或“悬空”状态，并且能够对电路中易损坏的光耦器件以及前端进行自检。
本发明所述的具有多状态检验功能的数字量输入模块的分时采样方法，对数字量输入信号进行间隔采样，在CPU输入信号时才开启输入信号与电源或地端的通路。
本发明所述的具有多状态检验功能的数字量输入模块，能够检验数字量输入信号的高，低以及悬空状态，并且能够对电路进行自检。另外对数字量输入信号进行间隔采样，能够有效降低电路板热量。本发明具有结构新颖、简单实用、检测准确、功能齐全等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
附图说明
本发明共有五张附图，其中：
附图：1、数字量输入模块结构图
附图：2、PPS控制电路原理图
附图：3、NPS控制电路原理图
附图：4、一个通道的数字量输入电路原理图
附图：5、采样窗口，PULS1，PULS0波形
具体实施方式
本发明所述的具有多状态检验功能的数字量输入模块总体结构如图1所示，是由16路数字量输入模块、PPS(正极性信号)控制电路、NPS(负极性信号)控制电路、CPU以及CAN驱动电路构成。16路被测输入信号经过转换隔离后，连接到CPU的IO引脚和PPS控制电路以及NPS控制电路。CPU输出两个控制信号PULS1和PULS0，PULS1控制PPS控制电路的接通和关断，PULS0控制NPS控制电路的接通和关断。
本发明所述的PPS控制电路如图2所示，此电路用于控制16路数字量输入电路与电源端(+24V)的导通于关断，导通与关断控制波形如图5所示，此电路通过光耦H1及附属电路将信号PULS1和PPS进行电气隔离。
本发明所述的NPS控制电路如图3所示，此电路用于控制16路数字量输入电路与地端(0V)的导通于关断，导通与关断控制波形如图5所示，此电路通过光耦H2及附属电路将信号PULS0和NPS进行电气隔离。
每一个数字量输入通道电路相同，第15路输入电路如图4所示，通过控制PPS和NPS的波形对外部输入信号分时采样，得到输入信号波形I15，在CPU内对I15进行分析，即可判断出输入端IN15的状态是“高”，“低”或“悬空”。
附表1：采样值和对应结论
  采样值   输入数据以及自身电路状态
  000   光耦前端电路故障
  001   光耦损坏
  采样值   输入数据以及自身电路状态
  010   局
  011   光耦损坏
  100   低
  101   光耦损坏
  110   悬空
  111   光耦损坏

Claims (1)

1.一种具有多状态检验功能的数字量输入模块，其特征在于是由16路数字量输入模块、PPS控制电路、NPS控制电路、CPU以及CAN驱动电路构成；16路被测输入信号经过转换隔离后，连接到CPU的IO引脚和PPS控制电路以及NPS控制电路；CPU输出控制信号PULS1去控制PPS控制电路，CPU输出控制信号PULS0去控制NPS控制电路；CPU采样后的数字量数据通过CAN总线转送到其他智能设备中。
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