CN107422153A - 一种开关矩阵及其自检方法 - Google Patents

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CN107422153A CN201710823899.0A CN201710823899A CN107422153A CN 107422153 A CN107422153 A CN 107422153A CN 201710823899 A CN201710823899 A CN 201710823899A CN 107422153 A CN107422153 A CN 107422153A
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李有财
熊刚
王辉
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    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers

Abstract

本发明提供一种开关矩阵，包括行输入信号组、列输入信号组、继电器矩阵阵列、列继电器阵列、行继电器阵列、电流源模块、MCU模块、通信模块、ADC采集模块、显示屏/上机位界面模块；所述显示屏/上机位界面模块、ADC采集模块、通信模块分别和所述MCU模块相连接；所述ADC采集模块、通信模块、所述列继电器阵列、行继电器阵列分别和所述电流源模块相连接；所述列继电器阵列的每个继电器一一对应连接于所述行输入信号组和继电器矩阵阵列；所述行继电器阵列的每个继电器一一对应连接于列输入信号组和继电器矩阵阵列。本发明还提供所述一种开关矩阵的自检方法，可实现所述开关矩阵快速排查问题。

Description

一种开关矩阵及其自检方法
技术领域
本发明涉及一种开关矩阵及其自检方法。
背景技术
当前实验室测试中，被测物经常变更，治具接线又非常耗时耗力，故实验室设备连线使用开关矩阵。而现有的开关矩阵复杂，生产调试不易且出现问题后不易排查异常。当开关矩阵某个元件出现故障后无法检测出该问题元件，进而不能针对问题点进行检修和元件更换，而只能把整个开关矩阵更换掉，造成浪费，同时更换成本也昂贵。另外开关矩阵的继电器多次使用后寿命状态无法判断，无法预知是否需要更继电器，不能做到因寿命问题引起的故障预警，会造成实验进度的耽搁，耽误时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种具有自检功能的开关矩阵，实现开关矩阵可以自我检查，快速排查异常问题，进而可以针对问题点进行检修和元件更换。
本发明是这样实现的：一种开关矩阵，包括行输入信号组、列输入信号组、继电器矩阵阵列、列继电器阵列、行继电器阵列、电流源模块、MCU模块、通信模块、ADC采集模块、显示屏/上机位界面模块；所述显示屏/上机位界面模块、ADC采集模块、通信模块分别和所述MCU模块相连接；所述ADC采集模块、通信模块分别和所述电流源模块相连接；所述列继电器阵列、行继电器阵列分别和所述电流源模块相连接；所述列继电器阵列的每个继电器分别选取继电器矩阵阵列的一行继电器相连接；所述行继电器阵列的每个继电器分别选取继电器矩阵阵列的一列继电器相连接；所述行输入信号组的每个输入信号分别选取所述列继电器阵列中的一个继电器相连接，所述列输入信号组的每个输入信号分别选取所述行继电器阵列中的一个继电器相连接。
进一步的，所述的一种开关矩阵，还包括IO扩展模块；所述IO扩展模块和所述MCU模块相连。
本发明一种开关矩阵的自检方法，包含电流源功能的自检过程、继电器矩阵短路的自检过程、继电器矩阵开路的自检过程、继电器矩阵寿命的自检过程。
进一步的，所述电流源功能的自检过程包含以下步骤：
步骤S1、MCU模块关闭列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、MCU模块给电流源模块加载电压U、电流I，判断电流源模块的输出电压是否等于U，若等于U则电流源模块正常，反之则电流源模块异常，MCU模块反馈显示屏/上机位界面，报警提示电流源模块异常，关闭电流源模块，结束自检。
进一步的，所述继电器矩阵短路的自检过程包含以下步骤：
步骤S1、MCU模块关闭列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合列继电器阵列中的一个继电器和行继电器阵列中的一个继电器；
步骤S3、电流源模块加载电压U、电流I，判断电流源模块的输出电压是否等于U，若等于U，表示没有短路；反之则标定当前选中的列继电器阵列中的继电器和行继电器阵列中的继电器同时相连的继电器矩阵阵列中的继电器短路，MCU模块反馈显示屏/上机位界面，显示该继电器短路；
步骤S4、更换列继电器阵列和/或行继电器阵列中的继电器，重复步骤S2和S3直至继电器矩阵阵列的所有继电器检测完。
进一步的，所述继电器矩阵开路的自检过程包含以下步骤：
步骤S1、MCU模块关闭列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合列继电器阵列中的一个继电器、行继电器阵列中的一个继电器、和上述两个继电器同时相连的继电器矩阵阵列中的继电器；
步骤S3、电流源模块加载电压U和电流I，判断电流源模块的输出电压是否小于U/3，若小于U/3,表示没有开路，继电器正常；反之，则标定当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器开路，MCU模块反馈显示屏/上机位界面，显示上述标定的继电器开路；
步骤S4、更换列继电器阵列和/或行继电器阵列中的继电器、和上述两个继电器同时相连的继电器矩阵阵列中的继电器，重复步骤S2和S3直至继电器矩阵阵列的所有继电器检测完。
进一步的，所述继电器矩阵寿命的自检过程包含以下步骤：
步骤S1、MCU模块关闭列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合列继电器阵列中的一个继电器、行继电器阵列中的一个继电器、和上述两个继电器同时相连的继电器矩阵阵列中的继电器；
步骤S3、电流源模块加载电压U和电流I，ADC采集模块采集输出电压U0、电流I0，反馈到MCU模块计算阻抗Z＝U0/I0；若Z<ZQualified，则标定当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器正常；若ZQualified≤Z≤ZInvalid，则表示当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器寿命快接近临界，标定该继电器准备更换；若Z>ZInvalid，则表示当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器已经损坏，标定该继电器损坏；MCU模块反馈显示屏/上位机界面，显示该继电器正常或准备更换或损坏；注：ZQualified为合规阻抗，ZInvalid为无效阻抗，范围可根据具体的实验电路情况具体设置；
步骤S4、更换列继电器阵列和/或行继电器阵列中的继电器、和上述两个继电器同时相连的继电器矩阵阵列中的继电器，重复步骤S2和S3直至继电器矩阵阵列的所有继电器检测完。
进一步的，所述的一种开关矩阵的自检方法，还包括继电器矩阵旁路的自检过程，所述继电器矩阵旁路的自检过程包含以下步骤：
步骤S1、MCU模块关闭列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合继电器矩阵阵列中的一个继电器，电流源模块加载电压U和电流I；
步骤S3、吸合与当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器相连的列继电器阵列中的继电器，同时吸合与当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器相连的行继电器阵列中的继电器相邻继电器，判断电流源模块的输出电压是否等于U，若等于U，表示当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器没有旁路短路，继电器正常；反之，则标定当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器旁路短路，MCU反馈显示屏/上位机界面，显示该继电器旁路短路；
步骤S4、断开步骤S3吸合的两个继电器，吸合与当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器相连的行继电器阵列中的继电器，同时吸合与当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器相连的列继电器阵列中的继电器相邻继电器，判断电流源模块的输出电压是否等于U，若等于U，表示当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器没有旁路短路，继电器正常；反之，则标定当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器旁路短路，MCU模块反馈显示屏/上位机界面，显示该继电器旁路短路；
步骤S5、更换继电器矩阵阵列中的继电器，重复步骤S2至S4直到继电器矩阵阵列的所有的继电器的旁路都检测完。
本发明具有如下优点：本发明提供一种开关矩阵，包括行输入信号组、列输入信号组、继电器矩阵阵列、列继电器阵列、行继电器阵列、电流源模块、MCU模块、通信模块、ADC采集模块、显示屏/上机位界面模块；所述显示屏/上机位界面模块、ADC采集模块、通信模块分别和所述MCU模块相连接；所述ADC采集模块、通信模块分别和所述电流源模块相连接；所述列继电器阵列、行继电器阵列分别和所述电流源模块相连接；所述列继电器阵列的每个继电器分别选取继电器矩阵阵列的一行继电器相连接；所述行继电器阵列的每个继电器分别选取继电器矩阵阵列的一列继电器相连接；所述行输入信号组的每个输入信号分别选取所述列继电器阵列中的一个继电器相连接，所述列输入信号组的每个输入信号分别选取所述行继电器阵列中的一个继电器相连接。本发明还提供所述一种开关矩阵的自检方法，可以实现所述开关矩阵短路、开路、寿命和旁路短路的自检功能，快速排查问题，进而对问题点进行检修。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为所述一种开关矩阵的原理图。
图2为所述一种开关矩阵的电流源自检过程的流程图。
图3为所述一种开关矩阵的继电器矩阵短路的自检过程的流程图。
图4为所述一种开关矩阵的继电器矩阵开路的自检过程的流程图。
图5为所述一种开关矩阵的继电器矩阵寿命的自检过程的流程图。
图6为所述一种开关矩阵的继电器矩阵旁路的自检过程的流程图。
具体实施方式
请参阅图1，一种开关矩阵，包括行输入信号组、列输入信号组、继电器矩阵阵列、列继电器阵列、行继电器阵列、电流源模块、MCU模块、通信模块、ADC采集模块、显示屏/上机位界面模块；所述显示屏/上机位界面模块、ADC采集模块、通信模块分别和所述MCU模块相连接；所述ADC采集模块、通信模块分别和所述电流源模块相连接；所述列继电器阵列、行继电器阵列分别和所述电流源模块相连接；所述列继电器阵列的每个继电器分别选取继电器矩阵阵列的一行继电器相连接；所述行继电器阵列的每个继电器分别选取继电器矩阵阵列的一列继电器相连接；所述行输入信号组的每个输入信号分别选取所述列继电器阵列中的一个继电器相连接，所述列输入信号组的每个输入信号分别选取所述行继电器阵列中的一个继电器相连接。
所述的一种开关矩阵，还包括IO扩展模块；所述IO扩展模块和所述MCU模块相连。所述IO扩展模块可以增加连接端口。
请参阅图2至6，本发明一种开关矩阵的自检方法，包含电流源功能的自检过程、继电器矩阵短路的自检过程、继电器矩阵开路的自检过程、继电器矩阵寿命的自检过程。
所述电流源功能的自检过程包含以下步骤：
以具体一实施例MCU模块给电流源模块加载电压U＝3V，I＝1A为例：
步骤S1、MCU模块关闭所有列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、MCU模块给电流源模块加载电压3V、电流1A，判断电流源模块的输出电压是否等于3V，若等于3V则电流源模块正常，反之则电流源模块异常，MCU模块反馈显示屏/上机位界面，报警提示电流源模块异常，关闭电流源模块，结束自检。
所述继电器矩阵短路的自检过程包含以下步骤：
以具体一实施例MCU模块给电流源模块加载电压U＝3V，I＝1A，吸合列继电器阵列中的继电器4.1和行继电器阵列中的继电器5.1为例：
步骤S1、MCU模块关闭所有列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合列继电器阵列中的继电器4.1和行继电器阵列中的继电器5.1；
步骤S3、电流源模块加载电压3V、电流1A，判断电流源模块的输出电压是否等于3V，若等于3V，表示没有短路；反之则标定继电器矩阵阵列中的继电器3.1.1短路，MCU模块反馈显示屏/上机位界面，显示继电器3.1.1短路；
步骤S4、更换列继电器阵列和/或行继电器阵列中的继电器，重复步骤S2和S3直至继电器矩阵阵列的所有继电器检测完。
所述继电器矩阵开路的自检过程包含以下步骤：
以具体一实施例MCU模块给电流源模块加载电压U＝3V，I＝1A，吸合列继电器阵列中的继电器4.1、行继电器阵列中的继电器5.1和继电器矩阵阵列中的继电器3.1.1为例：
步骤S1、MCU模块关闭所有列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合列继电器阵列中的继电器4.1、行继电器阵列中的继电器5.1和继电器矩阵阵列中的继电器3.1.1；
步骤S3、电流源模块加载电压3V和电流1A，判断电流源模块的输出电压是否小于1V，若小于1V,表示没有开路，继电器正常；反之，则标定继电器3.1.1开路，MCU模块反馈显示屏/上机位界面，显示继电器3.1.1开路；
步骤S4、更换列继电器阵列和/或行继电器阵列中的继电器、和继电器矩阵阵列中的继电器，重复步骤S2和S3直至继电器矩阵阵列的所有继电器检测完。
所述继电器矩阵寿命的自检过程包含以下步骤：
以具体一实施例:MCU模块给电流源模块加载电压U＝3V，I＝1A，ZQualified＝100mΩ，ZInvalid＝200mΩ，吸合列继电器阵列中的继电器4.1、行继电器阵列中的继电器5.1和继电器矩阵阵列中的继电器3.1.1为例；
步骤S1、MCU模块关闭所有列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合列继电器阵列中的继电器4.1、行继电器阵列中的继电器5.1和继电器矩阵阵列中的继电器3.1.1；
步骤S3、电流源模块加载电压3V和电流1A，ADC采集模块采集输出电压U0、电流I0，反馈到MCU模块计算阻抗Z＝U0/I0；若Z<100mΩ，则标定当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器正常；若100mΩ≤Z≤200mΩ，则表示当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器寿命快接近临界，标定该继电器准备更换；若Z>200mΩ，则表示当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器已经损坏，标定该继电器损坏；MCU模块反馈显示屏/上位机界面，显示该继电器正常或准备更换或损坏；注：ZQualified为合规阻抗，ZInvalid为无效阻抗，范围可根据具体的实验电路情况具体设置；
步骤S4、更换列继电器阵列和/或行继电器阵列中的继电器、和继电器矩阵阵列中的继电器，重复步骤S2和S3直至继电器矩阵阵列的所有继电器检测完。
所述的一种开关矩阵的自检方法，还包括继电器矩阵旁路的自检过程，所述继电器矩阵旁路的自检过程包含以下步骤：
以具体一实施例MCU模块给电流源模块加载电压U＝3V，I＝1A，吸合继电器矩阵阵列中的继电器3.1.1为例；
步骤S1、MCU模块关闭所有列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合继电器矩阵阵列中的一个继电器3.1.1，电流源加载电压3V和电流1A；
步骤S3、吸合列继电器阵列中的继电器4.1，同时吸合行继电器阵列中的继电器5.1相邻继电器5.2，判断电流源模块的输出电压是否等于3V，若等于3V，表示继电器3.1.1没有旁路短路，继电器正常；反之，则标定继电器3.1.1旁路短路，MCU模块反馈显示屏/上位机界面，显示继电器3.1.1旁路短路；
步骤S4、断开继电器4.1和继电器5.2，吸合行继电器阵列中的继电器5.1，同时吸合列继电器阵列中的继电器4.1相邻继电器4.2，判断电流源模块的输出电压是否等于3V，若等于3V，表示继电器矩阵阵列中的继电器3.1.1没有旁路短路，继电器正常；反之，则标定继电器3.1.1旁路短路，MCU模块反馈显示屏/上位机界面，显示继电器3.1.1旁路短路；
步骤S5、更换继电器矩阵阵列中的继电器，重复步骤S2至S4直到继电器矩阵阵列的所有的继电器的旁路都检测完。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种开关矩阵，其特征在于：包括行输入信号组、列输入信号组、继电器矩阵阵列、列继电器阵列、行继电器阵列、电流源模块、MCU模块、通信模块、ADC采集模块、显示屏/上机位界面模块；所述显示屏/上机位界面模块、ADC采集模块、通信模块分别和所述MCU模块相连接；所述ADC采集模块、通信模块分别和所述电流源模块相连接；所述列继电器阵列、行继电器阵列分别和所述电流源模块相连接；所述列继电器阵列的每个继电器分别选取继电器矩阵阵列的一行继电器相连接；所述行继电器阵列的每个继电器分别选取继电器矩阵阵列的一列继电器相连接；所述行输入信号组的每个输入信号分别选取所述列继电器阵列中的一个继电器相连接，所述列输入信号组的每个输入信号分别选取所述行继电器阵列中的一个继电器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种开关矩阵，其特征在于：还包括IO扩展模块；所述IO扩展模块和所述MCU模块相连。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的一种开关矩阵的自检方法，其特征在于：包含电流源功能的自检过程、继电器矩阵短路的自检过程、继电器矩阵开路的自检过程、继电器矩阵寿命的自检过程。
4.根据权利要求3所述的一种开关矩阵的自检方法，其特征在于：所述电流源功能的自检过程包含以下步骤：
步骤S1、MCU模块关闭列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、MCU模块给电流源模块加载电压U、电流I，判断电流源模块的输出电压是否等于U，若等于U则电流源模块正常，反之则电流源模块异常，MCU模块反馈显示屏/上机位界面，报警提示电流源模块异常，关闭电流源模块，结束自检。
5.根据权利要求3所述的一种开关矩阵的自检方法，其特征在于：所述继电器矩阵短路的自检过程包含以下步骤：
步骤S1、MCU模块关闭列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合列继电器阵列中的一个继电器和行继电器阵列中的一个继电器；
步骤S3、电流源模块加载电压U、电流I，判断电流源模块的输出电压是否等于U，若等于U，表示没有短路；反之则标定当前选中的列继电器阵列中的继电器和行继电器阵列中的继电器同时相连的继电器矩阵阵列中的继电器短路，MCU模块反馈显示屏/上机位界面，显示该继电器短路；
步骤S4、更换列继电器阵列和/或行继电器阵列中的继电器，重复步骤S2和S3直至继电器矩阵阵列的所有继电器检测完。
6.根据权利要求3所述的一种开关矩阵的自检方法，其特征在于：所述继电器矩阵开路的自检过程包含以下步骤：
步骤S1、MCU模块关闭列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合列继电器阵列中的一个继电器、行继电器阵列中的一个继电器、和上述两个继电器同时相连的继电器矩阵阵列中的继电器；
步骤S3、电流源模块加载电压U和电流I，判断电流源模块的输出电压是否小于U/3，若小于U/3,表示没有开路，继电器正常；反之，则标定当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器开路，MCU模块反馈显示屏/上机位界面，显示上述标定的继电器开路；
步骤S4、更换列继电器阵列和/或行继电器阵列中的继电器、和上述两个继电器同时相连的继电器矩阵阵列中的继电器，重复步骤S2和S3直至继电器矩阵阵列的所有继电器检测完。
7.根据权利要求3所述的一种开关矩阵的自检方法，其特征在于：所述继电器矩阵寿命的自检过程包含以下步骤：
步骤S1、MCU模块关闭列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合列继电器阵列中的一个继电器、行继电器阵列中的一个继电器、和上述两个继电器同时相连的继电器矩阵阵列中的继电器；
步骤S3、电流源模块加载电压U和电流I，ADC采集模块采集输出电压U0、电流I0，反馈到MCU模块计算阻抗Z＝U0/I0；若Z<ZQualified，则标定当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器正常；若ZQualified≤Z≤ZInvalid，则表示当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器寿命快接近临界，标定该继电器准备更换；若Z>ZInvalid，则表示当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器已经损坏，标定该继电器损坏；MCU模块反馈显示屏/上位机界面，显示该继电器正常或准备更换或损坏；注：ZQualified为合规阻抗，ZInvalid为无效阻抗，范围可根据具体的实验电路情况具体设置；
步骤S4、更换列继电器阵列和/或行继电器阵列中的继电器、和上述两个继电器同时相连的继电器矩阵阵列中的继电器，重复步骤S2和S3直至继电器矩阵阵列的所有继电器检测完。
8.根据权利要求3所述的一种开关矩阵的自检方法，其特征在于：还包括继电器矩阵旁路的自检过程，所述继电器矩阵旁路的自检过程包含以下步骤：
步骤S1、MCU模块关闭列继电器阵列、继电器矩阵阵列和行继电器阵列中所有继电器及电流源模块，上位机发送指令，进入自检模式；
步骤S2、吸合继电器矩阵阵列中的一个继电器，电流源模块加载电压U和电流I；
步骤S3、吸合与当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器相连的列继电器阵列中的继电器，同时吸合与当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器相连的行继电器阵列中的继电器相邻继电器，判断电流源模块的输出电压是否等于U，若等于U，表示当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器没有旁路短路，继电器正常；反之，则标定当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器旁路短路，MCU模块反馈显示屏/上位机界面，显示该继电器旁路短路；
步骤S4、断开步骤S3吸合的两个继电器，吸合与当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器相连的行继电器阵列中的继电器，同时吸合与当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器相连的列继电器阵列中的继电器相邻继电器，判断电流源模块的输出电压是否等于U，若等于U，表示当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器没有旁路短路，继电器正常；反之，则标定当前选中的继电器矩阵阵列中的继电器旁路短路，MCU模块反馈显示屏/上位机界面，显示该继电器旁路短路；
步骤S5、更换继电器矩阵阵列中的继电器，重复步骤S2至S4直到继电器矩阵阵列的所有的继电器的旁路都检测完。
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