CN104460758B - 一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，包括主机电路、信源选择模块、采集模块、执行模块、驱动模块，该信源选择模块包含三路，连接被控对象和该采集模块，该采集模块包括三路相同的设置于该信源选择模块与该主机电路之间的输入通道，三路通道并联采集该被控对象的温度并送入该主机电路，该主机电路三路采集结果进行比较判断，对来自自检时确定的正常通道的数据进行处理并输出数字控制信号，该驱动模块连接该主机电路和该执行模块，以驱动该执行模块工作，该执行模块在该驱动模块的驱动下按检测要求输出开关量以接通该被控对象，本发明通过实现带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，保证了温度采集和控制的可靠性。

Description

一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪

技术领域

本发明涉及一种温控仪，特别是涉及一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪。

背景技术

温度是工业中非常关键的一项物理量，在农业、现代科学研究和各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。目前，为保证生产正常安全进行，提高产品质量和数量，减少浪费,对温控仪的可靠性要求较高。例如在风力发电场合，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，风电的性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势，风力发电机涉及到温度的部位有：齿轮箱、发电机、油水冷却器和主轴，齿轮箱油温：环境温度高于15℃或齿轮箱润滑油温度高于60℃，停止加热；齿轮箱的温度高于60℃时，启动散热器风扇；齿轮箱温度超过85℃，报警，机组停止运行，可见齿轮箱油温是非常重要的状态参数，可以反映出齿轮箱的工作状态是否正常。所以准确控制温度尤为重要；再例如，在烟叶实际发酵过程中，要求室温最高不能超过58℃，也不能高于包温15℃，若温控仪出故障造成控温不准，将直接造成几十吨烟叶的浪费，对温控仪的可靠性要求更高。

目前，温控仪的结构一般仅包含一路检测电路且无自检电路，若检测电路失效，则控温失败，可能会造成较大损失。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，其通过实现带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，保证了输入温度的可靠性。

为达上述及其它目的，本发明提出一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，该温控仪包括主机电路、信源选择模块、采集模块、执行模块、驱动模块，该信源选择模块包含三路，连接被控对象和该采集模块，该采集模块包括三路相同的设置于该信源选择模块与该主机电路之间的输入通道，三路通道并联采集该被控对象的温度并送入该主机电路，该主机电路三路采集结果进行比较判断，对来自自检时确定的正常通道的数据进行处理并输出数字控制信号，该驱动模块连接该主机电路和该执行模块，将该主机电路输出的数字控制信号进行处理，以驱动该执行模块工作，该执行模块在该驱动模块的驱动下按检测要求输出开关量以接通该被控对象。

进一步地，该信源选择模块包括信标、多路开关和桥路，该桥路由3个精密电阻及检测器件PT100热敏电阻组成，该信标为预先设置的大、中、小三个电压信号，其主要用于检测通路的AD自检，该多路开关用于选择信标电压信号和该桥路输出的检测电压信号，以周期性选择是执行自检还是检测温度。

进一步地，该采集模块包括三路放大电路及三路模/数转换电路，该三路放大电路连接该多路开关，将多路开关输出的信号进行放大后分别由该三路模/数转换电路进行模数转换后送至该主机电路。

进一步地，该温控仪还包括恢复和重入模块，该恢复和重入模块包括复位电路和存储器，其连接至主机电路以在上电时可以正常启动并在异常掉电后可以从存储器读出数据以重新进入掉电前状态。

进一步地，该温控仪还包括显示模块与输入模块，该显示模块与输入模块连接该主机电路，用于显示结果及提供输入控制。

进一步地，该温控仪还包括报警电路，该报警电路连接主机电路，以二极管闪光形式报警。

与现有技术相比，本发明一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪采用并联容错，设计了三路相同的输入通道，将三路通道采集的数据均送入CPU(主机电路)，由CPU进行比较，多数相符者为正确的值予以确认，如果说三者均不相同，可以进一步进行各自的自诊断，采纳自诊断确认没有故障通道的数据，实现了带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，保证了输入温度的可靠性。

附图说明

图1为本发明一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪之较佳实施例的系统结构示意图；

图2为本发明较佳实施例的具体电路示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪之较佳实施例的系统结构示意图。如图1所示，本发明一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，包括：主机电路10、信源选择模块11、采集模块12、执行模块13、驱动模块14、显示模块15、恢复重入模块16、输入模块17以及电源模块18。

其中，信源选择模块11包括信标、多路开关和桥路(测温电桥)，其连接被控对象和采集模块12；采集模块12包括三路相同的设置于信源选择模块11与主机电路10之间的输入通道，三路通道并联采集该被控对象的温度并送入该主机电路10，主机电路10对三路采集结果进行比较判断，对来自自检时确定的正常通道的数据进行处理并输出数字控制信号，驱动模块14连接主机电路10和执行模块13，将主机电路10输出的数字控制信号进行处理，以驱动执行模块13工作，执行模块13在驱动模块14的驱动下按检测要求输出开关量以接通被控对象(制冷或制热设备)；显示模块15与输入模块17连接主机电路10，用于显示结果及提供输入控制，在本发明较佳实施例中，显示模块15为显示器，输入模块17为一键盘；恢复和重入模块16包括复位电路和存储器，其连接至主机电路10以在上电时可以正常启动并在异常掉电后可以从存储器读出数据以重新进入掉电前状态；电源模块18包括若干稳压电源，用于为其他各模块提供电源。

具体地说，信源选择模块11包括信标、多路开关和桥路，桥路由3个精密电阻及检测器件PT100热敏电阻组成，信标为预先设置的大、中、小三个电压信号，其主要用于检测通路的AD自检，多路开关用于选择信标电压信号和桥路输出的检测电压信号，以周期性选择是执行自检还是检测温度；采集模块12包括三路放大电路(放大1/2/3)及三路模/数转换电路(A/D1/2/3)，三路放大电路连接多路开关，将多路开关输出的信号进行放大后由三路模/数转换电路进行模数转换后送至主机电路10；驱动模块14包括驱动1及驱动2，驱动1或2为电压或电流放大电路，其将主机电路10输出的数字信号进行处理，以驱动执行模块13正常工作；执行模块13包括两个执行器，分别连接驱动1/2的输出端，在驱动1或2的驱动下按检测要求输出开关量以接通制冷或制热设备。

较佳的，本发明之带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪还包括报警电路19，报警电路19连接主机电路10，以于温度异常时进行报警。

图2为本发明较佳实施例的具体电路示意图。其中运放Q11与电阻R11-13、Q21与电阻R21-23、Q31与电阻R31-33分别组成放大1、放大2、放大3，3个模数转换器DL430与电阻R14-16、R24-26、R34-36以及电容C11、C21、C31分别组成模数转换电路A/D1、A/D2、A/D3，存储器X25045与电阻R111-113以及电容C42-43组成恢复重入电路，8位串入并出移位寄存器74LS164与电阻R61-68、R71-78、R81-88、R91-98以及数码管U1-4组成显示器，自复位开关SW-PB1、SW-PB2、SW-PB3、SW-PB4以及电阻R41-44组成键盘电路，发光二极管LED1-4以及电阻R51-54组成报警电路。微处理器89C52和电容CAP01-03、电阻R01、晶体Y01组成主机电路10。报警电路连接至主机电路的P2.0-2.3，当温度超偏时，由微处理器89C52的P2.0～P2.3控制LED以闪光形式报警，键盘电路连接至主机电路的P2.4-2.7，显示器连接至主机电路的P3.0-3.1和P1.7，模数转换电路A/D1、A/D2、A/D3连接至主机电路的P0.1-0.7以及P1.0、P1.3-1.5，模数转换电路A/D1、A/D2、A/D3的输入节点0-2分别连接至多路开关1-3的输出端，恢复重入电路连接至主机电路的P1.0-1.2、P1.4和RST复位脚。

以下说明本发明的工作原理：开机时，先进行系统自检，包括CPU、存储器、A/D过程通道的自检，显示提示信息。如诊断到故障便显示故障代码，若没有故障则进入测温、控温阶段。被控对象的温度经热电阻传感器、测量电桥转为电压变化量信号，再经过多路开关送入放大器，毫伏信号放大后由A/D电路转换成相应的数字量，经锁存器送入主机电路，由主机进行数据处理、判断分析，最后输出开关量控制信号，从而驱动继电器或可控硅及相应的发光二极管。

系统正常工作时，还要进行周期自检。当发现故障时，采取容错措施，以保证系统正常工作。

如果系统受到干扰程序跑飞或死机，则恢复和重入模块起作用，使其恢复工作。

以下将进一步说明本发明较佳实施例中采用的自检技术：

1、CPU自检

CPU是温控仪的核心。对CPU的诊断,主要是测试程序的指令系统。每条指令的执行都对应于CPU硬件结构中的相应变化，如果其指令能够被正确执行,那么CPU的功能是正常的。

CPU的诊断程序设计应以系统工作程序可以正常执行为目的，不必对所有的指令都执行一遍。为此我们采取功能块测试方法，其步骤是:

1)根据系统工作软件决定测试的指令；

2)将需测试的指令以功能块为单位编制测试程序；

3)检查结果以确定CPU的正常与否。

CPU的自诊断往往和RAM、显示、过程通道之间的自诊断是结合在一起的。从CPU的自诊断角度来看,系统工作软件中使用指令的类型越少,CPU的自诊断程序就越简单,执行时间也越短。

2、存储器自检

存储器主要分为只读存储器ROM和随机读写存储器RAM，因为结构和用途的不同，自检方法也不同。

2.1ROM自检

诊断ROM是否有错,主要是检查从ROM读出的数据是否正确,其方法有奇偶校验法,单字节累加位法,双字节累加位法等。为了能够对ROM精确诊断,宜采用双字节累加位法。其主要思想就是将ROM中每256个地址的内容全加起来,因为256个字节相加最大为FFFFH,所以如果进行双字节累加,就可以得到精确的结果。预先求出存放在ROM中工作软件的256个连续地址中内容的累加和，并存放在某一特定工作单元中，诊断程序只需将诊断得到的累加和与正确的累加和相比较。如两者相符，则ROM正常工作，否则出错。

2.2RAM自检

RAM在系统中一般用于存放一些参数和中间结果，比ROM多了写入功能。因此，对RAM而言,主要看它写入存储器的数据和从存储器中读出的数据是否一致。

RAM的诊断，根据对原有内容的破坏与否，可分为破坏性和非破坏性两类。

作为开机自检(冷启动)，可以采用破坏性测试，总的思想就是设计出特定的字节的不同位组合方式，对所有RAM单元或抽取其中一部分单元进行一次或多次读写检查。

作为系统正常工作后的周期性自检或键控自检,只能采取非破坏性测试,要保护原有RAM中的内容,可以采取反码校验法，种方法可以非常可靠地检验RAM中的每一个单元及至每一位,并且保证不破坏原有的内容。

3、显示器、键盘的自检

显示器和键盘的自检常常要有人工协助，宜采取开机自检。对于显示器可以显示特定的数码,以便通过人的观察判断显示器是否出错。对于键盘采用开机提示下的人工协助，如开机后提示操作人员按某个按键，系统检测到该信号，确认该号键是正确的。

4、信号通道的自检

信号通道的自诊断,有“标准信号测试法”和“反馈法”。

对于只有A/D通道的系统而言,可以采取标准信号测试法。主要思想是在开机和周期地将A/D通道的输入端利用可选通模拟电子门切换到预先设定好的标准信号上，完成A/D转换，得到标准信号的数字值。而系统ROM中存有标准信号的值，两者相比，若不一致便是A/D通道出错。为了保证诊断结果的可信度，最好设置大、中、小三个信号，以测试A/D通道的高端、中端及低端。

5、I/O口自诊断

I/O口担负着CPU与外部设备进行信息交换的任务。通常I/O口的自诊断与外设自诊断是联系在一起的,常需操作人员的协助，也可利用输出高低电平，再读出来判别。

为更好的实现温度控制功能，本发明还实现了看门狗设计,看门狗又叫watchdog timer,是一个定时器电路,一般有一个输入,叫喂狗(kicking the dog orservice the dog),一个输出到MCU的RST端,MCU正常工作的时候,每隔一端时间输出一个信号到喂狗端，给WDT清零,如果超过规定的时间不喂狗,(一般在程序跑飞时),WDT定时超过,就会给出一个复位信号到MCU,使MCU复位，防止MCU死机。

工作原理：在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数，如果到了一定的时间还不去清看门狗，那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位。其作用是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。

AT89C52单片机中有三个定时器，利用其中的两个定时器来对主程序的运行进行监控。对T0设定一定的定时时间，当产生定时中断的时候对一个变量进行赋值，而这个变量在主程序运行的开始已经有了一个初值，在这里要设定的定时值要小于主程序的运行时间，这样在主程序的尾部对变量的值进行判断，如果值发生了预期的变化，就说明T0中断正常，如果没有发生变化则使程序复位。对于T1我们用来监控主程序的运行，给T1设定一定的定时时间，在主程序中对其进行复位，如果不能在一定的时间里对其进行复位，T1的定时中断就会使单片机复位。在这里T1的定时时间要设的大于主程序的运行时间，给主程序留有一定的的裕量。而T1的中断正常与否我们再由T0定时中断子程序来监视。这样就够成了一个循环，T0监视T1，T1监视主程序，主程序又来监视T0，从而保证系统的稳定运行。

可见，本发明一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪采用并联容错，设计了三路相同的输入通道，将三路通道采集的数据均送入CPU(主机电路)，由CPU进行比较，多数相符者为正确的值予以确认，如果说三者均不相同，可以进一步进行各自的自诊断，采纳自诊断确认没有故障通道的数据，实现了带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，保证了输入温度的可靠性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (6)

1.一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，其特征在于：该温控仪包括主机电路、信源选择模块、采集模块、执行模块、驱动模块，该信源选择模块包含三路，连接被控对象和该采集模块，该采集模块包括三路相同的设置于该信源选择模块与该主机电路之间的输入通道，三路通道并联采集该被控对象的温度并送入该主机电路，该主机电路三路采集结果进行比较判断，对来自自检时确定的正常通道的数据进行处理并输出数字控制信号，该驱动模块连接该主机电路和该执行模块，将该主机电路输出的数字控制信号进行处理，以驱动该执行模块工作，该执行模块在该驱动模块的驱动下按检测要求输出开关量以接通该被控对象。

2.如权利要求1所述的一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，其特征在于：该信源选择模块包括信标、多路开关和桥路，该桥路由3个精密电阻及检测器件PT100热敏电阻组成，该信标为预先设置的大、中、小三个电压信号，其主要用于检测通路的AD自检，该多路开关用于选择信标电压信号和该桥路输出的检测电压信号，以周期性选择是执行自检还是检测温度。

3.如权利要求2所述的一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，其特征在于：该采集模块包括三路放大电路及三路模/数转换电路，该三路放大电路连接该多路开关，将多路开关输出的信号进行放大后分别由该三路模/数转换电路进行模数转换后送至该主机电路。

4.如权利要求3所述的一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，其特征在于：该温控仪还包括恢复和重入模块，该恢复和重入模块包括复位电路和存储器，其连接至主机电路以在上电时可以正常启动并在异常掉电后可以从存储器读出数据以重新进入掉电前状态。

5.如权利要求4所述的一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，其特征在于：该温控仪还包括显示模块与输入模块，该显示模块与输入模块连接该主机电路，用于显示结果及提供输入控制。

6.如权利要求4所述的一种带有并联输入容错功能的嵌入式温控仪，其特征在于：该温控仪还包括报警电路，该报警电路连接主机电路，以二极管闪光形式报警。