CN103645730B - 一种带有自检功能的运动控制卡及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有自检功能的运动控制卡及检测方法，包括检测电路和存储模块；所述检测电路包括输出口检测电路和输入口检测电路，输出口检测电路包括数据选择器，输入口检测电路包括MOS管；所述检测电路均连接到运动控制卡的控制芯片上，并同IO口相连，控制芯片还连接存储模块和人机接口。检测方法为运动控制卡的控制芯片收到检测指令后进行指令解析，然后控制输出口检测电路或输入口检测电路动作，并读取被测接口的信号，控制芯片将检测结果反馈给外部终端，同时将检测到的信息存储到存储模块。采用上述原理，利用该种控制卡及检测方法能够检测各接口是否正常，并将检测信息提供给用户，使其快速找到问题所在，进而快速找到处理故障的方法。

Description

一种带有自检功能的运动控制卡及检测方法

技术领域

本发明涉及工业控制卡领域，具体涉及一种带有自检功能的运动控制卡及检测方法。

背景技术

目前的运动控制卡产品都含有各种输入、输出口，且数量较多，如用于驱动电机驱动器的脉冲、方向输出口，用于接收开关信号的输入接口。但目前在工业控制卡领域，产品不具备对IO口（即输入、输入口，以下简称为IO口）进行自检测的能力，对于装机商而言，无法在装机调试时检测运动控制卡所有IO口是否正常，从而增加其设备出厂后出现故障的几率；对于终端用户而言，在其设备IO口出现故障时，无法快速找到并排除故障源，并通常认为是运动控制卡本身出现故障，进而优先考虑要求运动控制卡生产商更换或维修控制卡，造成不必要的返修；如果卡本身可以快速确定为IO故障，则用户可以及时采用备用方案（如使用卡上其他类似口来替代），可以避免终端用户因返修而造成的浪费时间，延误工期等问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种带有自检功能的运动控制卡及检测方法，利用该种控制卡及检测方法能够检测各接口是否正常，并将检测信息提供给用户，使其快速找到问题所在，进而快速找到处理故障的方法，提高设备的可维护性。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种带有自检功能的运动控制卡，

包括检测电路和存储模块；

所述检测电路包括输出口检测电路和输入口检测电路，输出口检测电路包括数据选择器，输入口检测电路包括MOS管；

所述检测电路均连接到运动控制卡的控制芯片上，并同IO口相连，控制芯片还连接存储模块和人机接口，其中的人机接口为PC机或HMI/PAD控制器，用于发出检测指令及检测结果显示，其中的控制芯片用于接收PC机或HMI/PAD的指令，并根据指令控制检测电路进行IO口的检测，将检测结果反馈给上位机，对各个检测电路进行管理。

控制芯片实现检测回路控制，接收检测指令，并将结果返回，并将结果反馈给PC机或发给HMI/PAD控制器进行显示，同时进行数据存储。控制芯片还将检测结果进行存储备份，便于问题追溯；控制芯片对各个检测电路模块进行管理，同时还完成控制卡上其他基本功能。

进一步的技术方案，所述数据选择器通过光耦隔离器同控制芯片相连接。

优选的，所述的输出口检测电路包括数据选择器U1、PS2801-4芯片U2、光耦合器U3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R10，所述的PS2801-4芯片U2上的输出端A、输出端B、输出端C和片选信号端CS依次连接数据选择器U1的输出端A、输出端B、输出端C和片选信号端CS；所述的PS2801-4芯片U2上的输入端1C、电阻R5和控制芯片的数据选择输入端A1依次串联连接，PS2801-4芯片U2上的输入端2C、电阻R6和控制芯片的数据选择输入端A2依次串联连接，PS2801-4芯片U2上的输入端3C、电阻R7和控制芯片的数据选择输入端A3依次串联连接，PS2801-4芯片U2上的输入端4C依次连接、电阻R8和控制芯片的片选信号端A4依次串联连接；所述的PS2801-4芯片U2的输出端A、B、C、CS信号端分别接上拉接电阻R1、R2、R3、R4到5V电源；5V电源口接旁路电容C2；所述的PS2801-4芯片U2的输出端EM1、输出端EM2、输出端EM3、输出端EM4、电容C2、电容C1、电容C3、电容C4和电容C5均接地；所述的PS2801-4芯片U2的输入端1A、输入端2A、输入端3A和输入端4A均连接到3.3V电源，电源接旁路电容C3；所述的数据选择器U1的信号端Y、电阻R10和光耦合器U3的引脚2依次串联连接；所述的数据选择器U1的D1-D7接被测的输出信号端口；所述的光耦合器U3的引脚3接上拉电阻R9到3.3V，电源并接旁路电容C4，光耦合器U3的引脚3与电阻R9的公共端连接控制芯片的输入口B，光耦合器U3的引脚1接5V电源及旁路电容C5，光耦合器U3的引脚4接地；所述的连接数据选择器U1的VCC口接5V电源及旁路电容C1。

其中与控制芯片的接口都采用了光耦隔离，目的是提高抗干扰能力。检测信号速度不高，故选取普通的光耦器件PS2801-4(四路)，也可选择光耦器件EL3H7-G（单路）。从简化硬件系统角度，可以去掉光耦隔离器件，而由控制芯片直接控制74HC151数据选择器U1。同时要注意的是74HC151数据选择器U1的输入信号可能高于5V电平，可以用电阻分压的方式将信号降低到5V有效范围内。当输入口多于8个时可再增加74HC151数据选择器U1，选择线A\B\C可共用，但每个芯片必须都有各自的CS控制线。

优选的，所述MOS管通过光耦隔离器同控制芯片相连接。

优选的，所述的输入口检测电路包括光耦合器U4、光耦合器U5、光耦合器U6、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、二极管D1、二极管D2和MOS管Q1，所述的光耦合器U4的引脚C接上拉电阻R12并连接控制芯片的输出端E11，光耦合器U5的引脚C接上拉电阻R14并连接控制芯片的输出端A13，光耦合器U6的引脚H、电阻R16和控制芯片的输出端E10依次串联连接；所述的光耦合器U4的引脚K、二极管D1和MOS管Q1的漏极3依次串联连接，光耦合器U5的引脚K、二极管D2和MOS管Q1的漏极3依次串联连接；所述的光耦合器U4的引脚A、光耦合器U5的引脚A、光耦合器U6的引脚A和光耦合器U6的引脚C均分别连接上拉电阻R11、R13、R15到5V电源，电源并接旁路电容C9；所述的光耦合器U4的引脚E、光耦合器U5的引脚E和MOS管Q1的源极2均接地；所述的光耦合器U4的C脚接上拉电阻R12到3.3V，电源接旁路电容C6；光耦合器U5的C脚接上拉电阻R14到3.3V，电源接旁路电容C7；光耦合器U6的C脚接上拉电阻R15到5V，电源接旁路电容C9；光耦合器U6的引脚A接3.3V电源，电源并接旁路电容C8；光耦合器U6的引脚E连接和MOS管Q1的栅极，电阻R17并接在栅极和地之间；所述的光耦合器U4的引脚K与二极管D1的公共端连接输入引脚IN1，光耦合器U5的引脚K与二极管D2的公共端连接输入引脚IN2。每一路输入都串接一个二极管到MOS管的漏极上，目的是防止相互影响，且也可扩展到多个输入同时接入，此电路可对多路输入同时进行检测。

优选的，运动控制卡的控制芯片收到检测指令后进行指令解析，然后控制输出口检测电路或输入口检测电路动作，并读取被测接口的信号，控制芯片将检测结果反馈给外部终端，同时将检测到的信息存储到存储模块。

优选的，控制芯片控制输出口状态，控制芯片通过数据选择器选通对应输出口，读出给输出口实际状态，如实际状态同控制芯片理论输出一致，即说明输出口电路正常。

优选的，控制芯片通过控制MOS管是否导通来改变输入口状态，当控制芯片识别到该状态改变时，即说明输入口电路正常。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该系统可以对各接口是否正常进行判断，并将检测信息提供给用户，使其快速找到问题所在，进而找到处理故障的方法，并将检测信息提供给用户，提高设备的可维护性，减少因返修带来的成本，提升运动控制卡的用户体验和满意度。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为本发明的输出口检测电路图；

图3为本发明的输入口检测电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述，本发明的实施例不限于此。

实施例1：

如1-3图所示，本发明包括检测电路和存储模块；

所述检测电路包括输出口检测电路和输入口检测电路，输出口检测电路包括数据选择器，输入口检测电路包括MOS管；

所述检测电路均连接到运动控制卡的控制芯片上，并同IO口相连，控制芯片还连接存储模块和人机接口，其中的人机接口为PC机或HMI/PAD控制器，用于发出检测指令及检测结果显示，其中的控制芯片用于接收PC机或HMI/PAD的指令，并根据指令控制检测电路进行IO口的检测，将检测结果反馈给上位机，对各个检测电路进行管理。

控制芯片还将检测结果进行存储备份，便于问题追溯；控制芯片对各个检测电路模块进行管理，同时还完成控制卡上其他基本功能；检测电路主要是依据输入\输出口的特性设计的检测回路。该系统可以对各接口是否正常进行判断，并将检测信息提供给用户，使其快速找到问题所在，进而找到处理故障的方法。若产品出口到其他国家，控制卡用户可只将检测结果发回，由本部技术人员来判断问题，这样不仅减少了运输时间和高额国际运费，控制卡用户本身的体验和满意程度也得到提高。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上优选具体电路如下：数据选择器通过光耦隔离器同控制芯片相连接，IO口通过光耦隔离器同控制芯片相连接。输出口检测电路包括数据选择器U1、PS2801-4芯片U2、光耦合器U3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R10，所述的PS2801-4芯片U2上的输出端A、输出端B、输出端C和片选信号端CS依次连接数据选择器U1的输出端A、输出端B、输出端C和片选信号端CS；所述的PS2801-4芯片U2上的输入端1C、电阻R5和控制芯片的数据选择输入端A1依次串联连接，PS2801-4芯片U2上的输入端2C、电阻R6和控制芯片的数据选择输入端A2依次串联连接，PS2801-4芯片U2上的输入端3C、电阻R7和控制芯片的数据选择输入端A3依次串联连接，PS2801-4芯片U2上的输入端4C依次连接、电阻R8和控制芯片的片选信号端A4依次串联连接；所述的PS2801-4芯片U2的输出端A、B、C、CS信号端分别接上拉接电阻R1、R2、R3、R4到5V电源；5V电源口接旁路电容C2；所述的PS2801-4芯片U2的输出端EM1、输出端EM2、输出端EM3、输出端EM4、电容C2、电容C1、电容C3、电容C4和电容C5均接地；所述的PS2801-4芯片U2的输入端1A、输入端2A、输入端3A和输入端4A均连接到3.3V电源，电源接旁路电容C3；所述的数据选择器U1的信号端Y、电阻R10和光耦合器U3的引脚2依次串联连接；所述的数据选择器U1的D1-D7接被测的输出信号端口；所述的光耦合器U3的引脚3接上拉电阻R9到3.3V，电源并接旁路电容C4，光耦合器U3的引脚3与电阻R9的公共端连接控制芯片的输入口B，光耦合器U3的引脚1接5V电源及旁路电容C5，光耦合器U3的引脚4接地；所述的连接数据选择器U1的VCC口接5V电源及旁路电容C1。

输出口检测电路主要是采用74系列的74HC151数据选择器U1，它是8选1数据选择器(在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路选出来的电路，叫做数据选择器，也称多路选择器或多路开关)。其中A,B,C脚是数据选择输入，当ABC状态是000时，表示选通D0，001时表示选通D1，以此类推，未用的数据输入引脚可悬空。CS是芯片的片选信号，当采用多个74HC151数据选择器U1时，此引脚用来选通其中某个芯片。数据选择器U1的Y脚是数据输出，即代表所选择的输入口的电平状态。

该电路是对5个输出口进行检测（OUT1-OUT5），五个输出口依次对应数据选择器U1上D0-D4五个端口。在检测模式下，控制芯片先改变输出口的状态，并控制A\B\C的状态来选通对应的输入引脚，之后读回Y脚的状态。与控制芯片的接口都采用了光耦隔离（A\B\C\CS），目的是提高抗干扰能力。检测信号速度不高，故选取普通的光耦器件PS2801-4(四路)，另外光耦器件也可选择EL3H7-G（单路）。从简化硬件系统角度，可以去掉光耦隔离器件，而由控制芯片直接控制74HC151数据选择器U1。同时要注意的是74HC151数据选择器U1的输入信号可能高于5V电平，可以用电阻分压的方式将信号降低到5V有效范围内。当输入口多于8个时可再增加74HC151数据选择器U1，选择线A\B\C可共用，但每个芯片必须都有各自的CS控制线。采用该输出口检测电路，装机商和终端客户能够快速精确的判断出输出口的好坏，减少寻找输出口问题的时间，进而快速找到处理故障，减少返修时间，若产品出口到其他国家，控制卡用户可只将检测结果发回，由本部技术人员来判断问题，这样不仅减少了运输时间和高额国际运费，控制卡用户本身的体验和满意程度也得到提高。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上优选具体输入口检测电路如下：输入口检测电路包括光耦合器U4、光耦合器U5、光耦合器U6、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、二极管D1、二极管D2和MOS管Q1，所述的光耦合器U4的引脚C接上拉电阻R12并连接控制芯片的输出端E11，光耦合器U5的引脚C接上拉电阻R14并连接控制芯片的输出端A13，光耦合器U6的引脚H、电阻R16和控制芯片的输出端E10依次串联连接；所述的光耦合器U4的引脚K、二极管D1和MOS管Q1的漏极3依次串联连接，光耦合器U5的引脚K、二极管D2和MOS管Q1的漏极3依次串联连接；所述的光耦合器U4的引脚A、光耦合器U5的引脚A、光耦合器U6的引脚A和光耦合器U6的引脚C均分别连接上拉电阻R11、R13、R15到5V电源，电源并接旁路电容C9；所述的光耦合器U4的引脚E、光耦合器U5的引脚E和MOS管Q1的源极2均接地；所述的光耦合器U4的C脚接上拉电阻R12到3.3V，电源接旁路电容C6；光耦合器U5的C脚接上拉电阻R14到3.3V，电源接旁路电容C7；光耦合器U6的C脚接上拉电阻R15到5V，电源接旁路电容C9；光耦合器U6的引脚A接3.3V电源，电源并接旁路电容C8；光耦合器U6的引脚E连接和MOS管Q1的栅极，电阻R17并接在栅极和地之间；所述的光耦合器U4的引脚K与二极管D1的公共端连接输入引脚IN1，光耦合器U5的引脚K与二极管D2的公共端连接输入引脚IN2。

输入信号串接二极管后接到MOS管漏极上，控制信号用来做驱动MOS管的开关，控制信号做光耦隔离。系统正常工作模式下，控制芯片接收外部的不同的输入信号，此时MOS管一直处于关闭状态，检测回路不工作；在检测模式下，控制芯片将控制信号拉低，导通光耦U6，从而打开MOS管Q1；Q1导通后将输入信号IN1、IN2拉低，此时导通光耦U4和U5，进而控制芯片的输出端E11和输出端A13由高电平变为低电平，控制芯片识别到该状态改变时，即说明输入口有效，电路正常。每一路输入都串接一个二极管到MOS管的漏极上，目的是防止相互影响，且也可扩展到多个输入同时接入，此电路可对多路输入同时进行检测。采用该输入口检测电路，装机商和终端客户能够快速精确的判断出输入口的好坏，减少寻找输入口问题的时间，进而快速找到处理故障，减少返修时间，若产品出口到其他国家，控制卡用户可只将检测结果发回，由本部技术人员来判断问题，这样不仅减少了运输时间和高额国际运费，控制卡用户本身的体验和满意程度也得到提高。

实施例4：

本实施例在上述任意一个实施例的基础上增加如下检测方法：控制芯片控制输出口状态，控制芯片通过数据选择器选通对应输出口，读出给输出口实际状态，如实际状态同控制芯片理论输出一致，即说明输出口电路正常。运动控制卡的控制芯片收到检测指令后进行指令解析，然后控制输出口检测电路或输入口检测电路动作，并读取被测接口的信号，控制芯片将检测结果反馈给外部终端，同时将检测到的信息存储到存储模块。控制芯片通过控制MOS管是否导通来改变输入口状态，当控制芯片识别到该状态改变时，即说明输入口电路正常。

输入口检测电路通过人机接口输入测试指令，传递给控制芯片，控制芯片再控制MOS管，最后控制芯片读取输入口状态。控制芯片通过控制MOS管是否导通，将输入信号拉低，从而改变输入口状态，当控制芯片识别到该状态改变时，即说明输入口有效，电路正常。装机商可以在装机调试时就可用此功能来检测控制卡的IO口好坏，从而减少其设备出厂后出问题的几率；终端用户也可在设备出现故障时，用此功能排除控制卡是否存在问题，若存在问题，也可判断是否采用备用方案，如使用卡上其他类似口来替代，从而减少因返修带来的浪费时间及工期问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带有自检功能的运动控制卡，其特征在于：

包括检测电路和存储模块；

所述检测电路包括输出口检测电路和输入口检测电路，输出口检测电路包括数据选择器，输入口检测电路包括MOS管；

所述检测电路均连接到运动控制卡的控制芯片上，并同IO口相连，控制芯片还连接存储模块和人机接口，其中的人机接口为PC机或HMI/PAD控制器，用于发出检测指令及检测结果显示，其中的控制芯片用于接收PC机或HMI/PAD的指令，并根据指令控制检测电路进行IO口的检测，将检测结果反馈给上位机，对各个检测电路进行管理；

上述输出口检测电路包括数据选择器U1、PS2801-4芯片U2、光耦合器U3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R10，所述的PS2801-4芯片U2上的输出端A、输出端B、输出端C和片选信号端CS依次连接数据选择器U1的输出端A、输出端B、输出端C和片选信号端CS；所述的PS2801-4芯片U2上的输入端1C、电阻R5和控制芯片的数据选择输入端A1依次串联连接，PS2801-4芯片U2上的输入端2C、电阻R6和控制芯片的数据选择输入端A2依次串联连接，PS2801-4芯片U2上的输入端3C、电阻R7和控制芯片的数据选择输入端A3依次串联连接，PS2801-4芯片U2上的输入端4C依次连接、电阻R8和控制芯片的片选信号端A4依次串联连接；所述的PS2801-4芯片U2的输出端A、B、C、CS信号端分别接上拉接电阻R1、R2、R3、R4到5V电源；5V电源口接旁路电容C2；所述的PS2801-4芯片U2的输出端EM1、输出端EM2、输出端EM3、输出端EM4、电容C2、电容C1、电容C3、电容C4和电容C5均接地；所述的PS2801-4芯片U2的输入端1A、输入端2A、输入端3A和输入端4A均连接到3.3V电源，电源接旁路电容C3；所述的数据选择器U1的信号端Y、电阻R10和光耦合器U3的引脚2依次串联连接；所述的数据选择器U1的D1-D7接被测的输出信号端口；所述的光耦合器U3的引脚3接上拉电阻R9到3.3V，电源并接旁路电容C4，光耦合器U3的引脚3与电阻R9的公共端连接控制芯片的输入口B，光耦合器U3的引脚1接5V电源及旁路电容C5，光耦合器U3的引脚4接地；所述的连接数据选择器U1的VCC口接5V电源及旁路电容C1。

2.根据权利要求1所述的一种带有自检功能的运动控制卡，其特征在于：所述数据选择器通过光耦隔离器同控制芯片相连接。

3.根据权利要求2所述的一种带有自检功能的运动控制卡，其特征在于：所述MOS管通过光耦隔离器同控制芯片相连接。

4.根据权利要求3所述的一种带有自检功能的运动控制卡，其特征在于：所述的输入口检测电路包括光耦合器U4、光耦合器U5、光耦合器U6、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、二极管D1、二极管D2和MOS管Q1，所述的光耦合器U4的引脚C接上拉电阻R12并连接控制芯片的输出端E11，光耦合器U5的引脚C接上拉电阻R14并连接控制芯片的输出端A13，光耦合器U6的引脚H、电阻R16和控制芯片的输出端E10依次串联连接；所述的光耦合器U4的引脚K、二极管D1和MOS管Q1的漏极3依次串联连接，光耦合器U5的引脚K、二极管D2和MOS管Q1的漏极3依次串联连接；所述的光耦合器U4的引脚A、光耦合器U5的引脚A、光耦合器U6的引脚A和光耦合器U6的引脚C均分别连接上拉电阻R11、R13、R15到5V电源，电源并接旁路电容C9；所述的光耦合器U4的引脚E、光耦合器U5的引脚E和MOS管Q1的源极2均接地；所述的光耦合器U4的C脚接上拉电阻R12到3.3V，电源接旁路电容C6；光耦合器U5的C脚接上拉电阻R14到3.3V，电源接旁路电容C7；光耦合器U6的C脚接上拉电阻R15到5V，电源接旁路电容C9；光耦合器U6的引脚A接3.3V电源，电源并接旁路电容C8；光耦合器U6的引脚E连接和MOS管Q1的栅极，电阻R17并接在栅极和地之间；所述的光耦合器U4的引脚K与二极管D1的公共端连接输入引脚IN1，光耦合器U5的引脚K与二极管D2的公共端连接输入引脚IN2。

5.用于权利要求1所述的一种带有自检功能的运动控制卡的检测方法，其特征在于：运动控制卡的控制芯片收到检测指令后进行指令解析，然后控制输出口检测电路或输入口检测电路动作，并读取被测接口的信号，控制芯片将检测结果反馈给外部终端，同时将检测到的信息存储到存储模块。

6.根据权利要求5所述的一种带有自检功能的运动控制卡的检测方法，其特征在于：控制芯片控制输出口状态，控制芯片通过数据选择器选通对应输出口，读出给输出口实际状态，如实际状态同控制芯片理论输出一致，即说明输出口电路正常。

7.根据权利要求5所述的一种带有自检功能的运动控制卡的检测方法，其特征在于：控制芯片通过控制MOS管是否导通来改变输入口状态，当控制芯片识别到该状态改变时，即说明输入口电路正常。