CN101934803A - 智能容错故障安全采集板卡 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能容错故障安全采集板卡，包括微机控制器和采集电路，微机控制器包括两个并联的CPU，采集电路包括异或逻辑电路；异或逻辑电路的输出端分别与两个CPU连接，两个输入端分别为脉冲波输入端和采集的直流量输入端。一方面脉冲波与采集的直流量进行异或运算，这样采集到的数据就是与输出脉冲有一定相位关系的交流量，达到故障导向安全的设计目的；另一方面，微机控制器包括两个并联的CPU，进一步保证了采集信号的可靠性。

Description

智能容错故障安全采集板卡

技术领域

本发明涉及一种信号采集装置，尤其涉及一种智能容错故障安全采集板卡。

背景技术

近几年来，随着轨道交通的快速发展，对其控制设备的安全要求越来越高。而且随着列车速度的大幅提高，“故障导向安全”即当设备出现故障时，设备能及时发现故障，并且导向安全的一侧，避免危险情况的发生，这样的一种“故障导向安全”的概念也发生了很大的变化。现有技术中的故障导向安全的概念是控制设备一旦发生故障可以全场切断电源，目前车速很快，在很快的车速这种情况下，全场切断电源势必造成高速列车紧急停车，这样也会导致严重的事故。

现有技术中，控制设备故障时均用继电器切断I/O电源，这样存在切断不可靠的隐患，其次以前的控制设备I/O存在混线输出隐患，即线路混联造成错误输出的防护功能非常薄弱，线路一旦混线，输出既有危险，混线就会带动不应吸起的继电器吸起，造成错误的控制和启动，这样的情况如果发生在道岔，就会造成道岔转动，后果非常严重；如果发生在铁路区间信号的电路里，误动的继电器会给连锁设备传输错误的信息，同样会造成非常严重的后果。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全、可靠的智能容错故障安全采集板卡。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的智能容错故障安全采集板卡，包括微机控制器和采集电路，所述微机控制器包括两个并联的CPU，所述采集电路包括异或逻辑电路；

所述异或逻辑电路的输出端分别与两个CPU连接，两个输入端分别为脉冲波输入端和采集的直流量输入端。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的智能容错故障安全采集板卡，由于微机控制器包括两个并联的CPU，采集电路包括异或逻辑电路；异或逻辑电路的输出端分别与两个CPU连接，两个输入端分别为脉冲波输入端和采集的直流量输入端。一方面脉冲波与采集的直流量进行异或运算，这样采集到的数据就是与输出脉冲有一定相位关系的交流量，达到故障导向安全的设计目的；另一方面，微机控制器包括两个并联的CPU，进一步保证了采集信号的可靠性。

附图说明

图1为本发明智能容错故障安全采集板卡的电路总体结构示意图；

图2为本发明中采集电路的具体实施例的结构示意图；

图3为本发明中DA悬空时，DAT与PB的波形对比示意图；

图4为本发明中DA接-24V时，DAT与PB的波形对比图。

具体实施方式

本发明的智能容错故障安全采集板卡，其较佳的具体实施方式如图1所示，包括微机控制器和采集电路，所述微机控制器包括两个并联的CPU，所述采集电路包括异或逻辑电路；

所述异或逻辑电路的输出端分别与两个CPU连接，两个输入端分别为脉冲波输入端和采集的直流量输入端。异或逻辑电路的输出端可以与所述CPU的缓冲器连接。

所述采集电路有相互独立的多路，比如有相互独立的32路采集电路。

两个CPU之间可以通信连接。该智能容错故障安全采集板卡还包括安全电源。

异或逻辑电路可以采用现有技术中的任何一种异或逻辑电路。也可以采用如图2所示的异或逻辑电路。

如图2所示，异或逻辑电路的脉冲波输入端依次通过第一开关管(Q1)、第一光耦合器(PCT1)、第二光电耦合器(PCT2)、第二开关管(Q2)、第三光耦合器PCT3与所述异或逻辑电路的输出端连接；

第二光耦合器(PCT2)的射极与第二开关管(Q2)的集极之间连接有二级管(D1)，所述异或逻辑电路的采集的直流量输入端连接在第二光耦合器(PCT2)与二级管(D1)之间，并通过稳压二极管(TVS1)与24V电源连接。

再参见图1、图2，本发明中，微机控制器由CPUA和CPUB双CPU构成，两个CPU共同控制多路采集信号，每一路采集信号的采集电路采用异或逻辑采集，单片机输出一个脉冲波，该脉冲波与采集的直流量进行异或运算，这样采集到的数据就是与输出脉冲有一定相位关系的交流量，可见就达到了故障导向安全的设计目的，32路采集原理是一样的。

采集电路包括3个端口：PB0、DA1和DAT1。其中，PB0与单片机的脉冲输出口连接，DA1与采集端连接，DAT1与CPU的缓冲器连接。

采集电路包括光耦合器PCT1、PCT2、PCT3，开关管Q1、Q2，电阻R1～R10，二级管D1和稳压二极管TVS1等。

PB0端依次通过开关管Q1、光耦合器PCT1和PCT2、开关管Q2、光耦合器PCT3与DAT1端连接；光耦合器PCT2的射极与开关管Q2的集极之间连接有二级管D1；DA1端连接在光耦合器PCT2与二级管D1之间，并通过稳压二极管TVS1与24V电源连接。

异或采集电路逻辑分析：

(1)DA1悬空：

PB0输出高：

三级管Q1(PNP型三级管)截止，光耦PCT1不导通，PCT2不导通，Q2(PNP型三级管)截止，PCT3不导通，输入DAT为低。

PB0输出低：

三级管Q1基射极反偏，Q1导通，PCT1导通，PCT2导通，PCT3导通，DAT输入高。

(2)DA1接到-24V：

PB0输出高：

三级管Q1截止，PCT1，PCT2都不导通，Q2截止，PCT3导通，DAT输入为高。

PB0输出低：

三极管Q1导通，PCT1导通，PCT2导通，PCT3有一个很短的瞬间导通，Q2导通，Q2的射极电位为24VGND-(0.2V～0.5V)，这时夹在PCT3发光二级管两端的电压只有0.2V～0.5V，发光二级管的导通电压1.15V，所以发光二级管不能导通发光，PCT3截止，DAT输入为低。

总结分析结果得出异或逻辑如下表所示：

上述的异或逻辑电路具有结构完善，控制严谨，运行稳定可靠，故障能及时发现并导向安全的优点。其中PCT1、PCT2、PCT3选用光耦合器件TP521-1GB，R1为2.2K欧姆贴片电阻，R2、R3为510欧姆贴片电阻，R4为5.1K欧姆贴片电阻，R5、R6、R7为62欧姆贴片电阻，R8为10K欧姆表贴电阻，R9、R10为3.3K欧姆贴片电阻，Q1、Q2为MMBT5401低速NPN开关管，D1为表贴二级管M7，稳压二极管TVS1为1.5KE43A。

如图3、图4所示，本发明中，两个CPU共同控制一路或多路采集信号，采集电路采用异或逻辑采集，单片机输出一个脉冲波，该脉冲波与采集的直流量进行异或运算，这样采集到的数据就是与输出脉冲有一定相位关系的交流量，可见就达到了故障导向安全的设计目的；另一方面，微机控制器包括两个并联的CPU，进一步保证了采集信号的可靠性。经过测试和试用，效果非常好，极大的提高了设备的安全性，很好的满足故障导向安全的要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能容错故障安全采集板卡，其特征在于，包括微机控制器和采集电路，所述微机控制器包括两个并联的CPU，所述采集电路包括异或逻辑电路；

所述异或逻辑电路的输出端分别与两个CPU连接，两个输入端分别为脉冲波输入端和采集的直流量输入端。

2.根据权利要求1所述的智能容错故障安全采集板卡，其特征在于，所述异或逻辑电路的输出端与所述CPU的缓冲器连接。

3.根据权利要求2所述的智能容错故障安全采集板卡，其特征在于，所述采集电路有相互独立的32路。

4.根据权利要求3所述的智能容错故障安全采集板卡，其特征在于，所述两个CPU之间通信连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的智能容错故障安全采集板卡，其特征在于，所述异或逻辑电路的脉冲波输入端依次通过第一开关管(Q1)、第一光耦合器(PCT1)、第二光电耦合器(PCT2)、第二开关管(Q2)、第三光耦合器PCT3与所述异或逻辑电路的输出端连接；

第二光耦合器(PCT2)的射极与第二开关管(Q2)的集极之间连接有二级管(D1)，所述异或逻辑电路的采集的直流量输入端连接在第二光耦合器(PCT2)与二级管(D1)之间，并通过稳压二极管(TVS1)与24V电源连接。

6.根据权利要求1至4任一项所述的智能容错故障安全采集板卡，其特征在于，该智能容错故障安全采集板卡还包括安全电源。

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