CN107895937A - 一种电机控制器冗余保护电路和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机控制器冗余保护电路和电子设备。该电路包括相互通信的控制器和可编程逻辑器件，控制器和可编程逻辑器件分别与信号收发器连接；控制器和可编程逻辑器件通过握手信号相互检测对方运行状态；在控制器和可编程逻辑器件运行状态均正常，且未出现外部故障时，控制器的控制指令通过可编程逻辑器件发送至信号收发器，由其对外发出控制指令；在可编程逻辑器件检测到控制器运行状态出现异常时，可编程逻辑器件控制信号收发器关闭。可见，本发明增加了整个电路系统对故障信号的响应速度，缩短了对故障信号的响应时间，保障了整个电路系统的安全运行。

Description

一种电机控制器冗余保护电路和电子设备
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电机控制器冗余保护电路和电子设备。
背景技术
伴随科技的日益发展，由电机控制的相关电子产品越来越多，而电子产品的安全可靠性已成为电子产品设计中的重中之重。现有技术中，绝大多数的故障都是由中心处理器统一进行处理。
但是，在实际工作情况中，经常会出现如下问题:
当发生故障时，中心处理器的响应速度不够迅速，导致响应时间较长，另外，一旦中心处理器发生故障，便无法对外部故障进行处理，由此可见，中心处理器的保护功能不健全，通用性较差。
发明内容
本发明提供了一种电机控制器冗余保护电路和电子设备，以解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种电机控制器冗余保护电路，所述电路包括相互通信的控制器和可编程逻辑器件，所述控制器和所述可编程逻辑器件分别与信号收发器连接；所述控制器和所述可编程逻辑器件通过握手信号相互检测对方运行状态；
在所述控制器和所述可编程逻辑器件运行状态均正常，且未出现外部故障时，所述控制器的控制指令通过所述可编程逻辑器件发送至所述信号收发器由其对外发出；
在所述可编程逻辑器件检测到所述控制器运行状态出现异常时，所述可编程逻辑器件控制所述信号收发器关闭。
优选地，所述控制器和所述可编程逻辑器件分别与故障采集电路连接，所述故障采集电路采集故障信号；
在所述控制器和所述可编程逻辑器件运行状态均正常，但出现外部故障时，所述可编程逻辑器件相比于所述控制器优先检测到所述故障采集电路采集的故障信号，所述可编程逻辑器件控制所述信号收发器关闭，并将所述故障信号发送至所述控制器以通知所述控制器停止工作。
优选地，在所述控制器检测出所述可编程逻辑器件运行状态出现异常，但未检测到所述故障采集电路采集的故障信号时，所述控制器的控制指令直接发送至所述信号收发器由其对外发出。
优选地，在所述控制器检测出所述可编程逻辑器件运行状态出现异常，且检测到所述故障采集电路采集的故障信号时，所述控制器停止向所述信号收发器发送控制指令，或者控制所述信号收发器关闭。
优选地，所述控制器和所述可编程逻辑器件采用并行传输方式进行数据通信。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括故障采集电路、驱动电路、电机和如上所述的电机控制器冗余保护电路，所述电机控制器冗余保护电路的一端与所述故障采集电路连接，所述电机控制器冗余保护电路的另一端通过信号收发器连接所述驱动电路，所述驱动电路与所述电机连接。
优选地，所述故障采集电路包括多种故障信号的多个故障采集通道，每个故障采集通道分别与所述控制器和所述可编程逻辑器件的一个I/O口相连接。
优选地，多个故障采集通道共同连接一与门电路的一端，所述与门电路的另一端分别与所述控制器和所述可编程逻辑器件相连接。
优选地，所述与门电路采用74HC21芯片。
优选地，所述信号收发器采用SN74LV8T245芯片。
本发明的有益效果是：本发明的技术方案通过可编程控制器和控制器之间的握手信号实时检测对方运行状态，在控制器和可编程逻辑器件运行状态均正常，且未出现外部故障时，控制器的控制指令通过可编程逻辑器件发送至信号收发器由其对外发出，保证控制器的正常工作；一旦控制器发生故障，可编程逻辑器件通过控制信号收发器关闭使其停止对外发送控制信号，保障了整个电路系统的安全运行。另外，由于可编程逻辑器件的运行速度远远大于控制器，因此，出现外部故障时，可编程逻辑器件比控制器先检测到故障信号，通过控制信号收发器关闭使其停止对外发送控制信号，同时将故障信号发送至控制器通知控制器停止工作，增加了整个电路系统对故障信号的响应速度，缩短了对故障信号的响应时间。
附图说明
图1是本发明一个实施例的一种电机控制器冗余保护电路的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的一种电子设备的结构示意图；
图3是本发明一个实施例的另一种电子设备的部分电路示意图。
图4是本发明一个实施例的另一种电子设备的结构示意图；
图5是本发明一个实施例的另一种电子设备的部分电路示意图。
具体实施方式
本发明的设计构思是：针对现有技术中一旦中心处理器发生故障便无法对外部故障进行处理以及中心处理器对故障信号的响应速度不够迅速的问题，发明人想到，使得可编程逻辑器件与控制器相互通信，相互检测对方的运行状态，在控制器和可编程逻辑器件运行状态均正常，且未出现外部故障时，控制器的控制指令通过可编程逻辑器件发送至信号收发器；在可编程逻辑器件检测到控制器运行状态出现异常时，可编程逻辑器件可直接控制信号收发器停止对外发送控制指令，从而增加了整个电路系统对故障信号的响应速度，缩短了对故障信号的响应时间，保障了整个电路系统的安全运行。
实施例一
图1是本发明一个实施例的一种电机控制器冗余保护电路的结构示意图，如图1所示：该电机控制器冗余保护电路电路100包括相互通信的控制器110和可编程逻辑器件120，控制器110和可编程逻辑器件120分别与信号收发器300连接；控制器110和可编程逻辑器件120通过握手信号相互检测对方运行状态。
在控制器110和可编程逻辑器件120运行状态均正常，且未出现外部故障时，控制器110的控制指令通过可编程逻辑器件120发送至信号收发器300，由信号收发器300对外发出控制指令；
在可编程逻辑器件120检测到控制器110运行状态出现异常时，可编程逻辑器件120控制信号收发器300停止对外发送控制指令。
由此可见，本发明的技术方案通过可编程控制器和控制器之间的握手信号实时检测对方运行状态，在控制器和可编程逻辑器件运行状态均正常，且未出现外部故障时，控制器的控制指令通过可编程逻辑器件发送至信号收发器由其对外发出，保证控制器的正常工作；一旦控制器发生故障，可编程逻辑器件通过控制信号收发器关闭使其停止对外发送控制信号，保障了整个电路系统的安全运行。另外，由于可编程逻辑器件的运行速度远远大于控制器，因此，出现外部故障时，可编程逻辑器件比控制器先检测到故障信号，通过控制信号收发器关闭使其停止对外发送控制信号，同时将故障信号发送至控制器通知控制器停止工作，增加了整个电路系统对故障信号的响应速度，缩短了对故障信号的响应时间。
为了使得本发明的技术方案更加清楚，下面对本发明的整体技术方案进行解释说明。仍如图1所示，外部的故障信号是由故障采集电路200采集的，故障采集电路200分别与控制器110和可编程逻辑器件120连接。整个电路系统在工作的过程中，主要存在以下五种情况：(一)外部未出现故障，控制器110和可编程逻辑器件120均正常。(二)控制器110运行异常，可编程逻辑器件120运行正常。(三)外部出现故障，控制器110和可编程逻辑器件120运行均正常。(四)外部未出现故障，控制器110运行正常，可编程逻辑器件120运行异常。(五)外部出现故障，控制器110运行正常，可编程逻辑器件120运行异常。下面对上述五种情况进行解释说明。
(一)外部未出现故障，控制器110和可编程逻辑器件120均正常。
在这种状态下，可编程逻辑器件120相当于一个控制器110和信号收发器300之前的连接器件。控制器110正常运行生成相应的控制指令，并将相应的控制指令通过可编程逻辑器件120发送至信号收发器300，由信号收发器300将相应的控制指令发送出去，从而保证控制器的正常工作。
(二)控制器110运行异常，可编程逻辑器件120运行正常。
由于控制器110和可编程逻辑器件120是通过握手信号相互检测对方的运行状态，因此，可编程逻辑器件120能够检测到控制器110运行状态出现异常。在这种情况下，可编程逻辑器件120发送使能信号至信号收发器300，控制信号收发器300关闭，则信号收发器300停止向外发送控制指令，从而解决了现有技术中，一旦中心处理器发生故障，电路系统便无法对故障信号进行处理，增加了电路系统的安全性。需要说明的是，控制器110和可编程逻辑器件120在相互通信的过程中，既可以采用串行传输方式(串口传输方式)，也可以采用并行传输方式(并口传输方式)，由于并口传输方式的传输速度相比于串口传输方式的速度更快，因此，本实施中控制器110和可编程逻辑器件120优先采用并口传输方式进行数据通信。
(三)外部出现故障，控制器110和可编程逻辑器件120运行均正常。
由于可编程逻辑器件120的运行速度远远大于控制器110的运行速度，因此，可编程逻辑器件120先检测到故障信号，并控制控制信号收发器300关闭，则信号收发器300停止向外发送控制指令；同时可编程逻辑器件120将检测到的故障信号发送至控制器110，以通知所述控制器停止工作，从而增加了电路系统对故障信号的响应速度，缩短了电路系统对故障信号的响应时间。
(四)外部未出现故障，控制器110运行正常，可编程逻辑器件120运行异常。
在这种情况下，控制器110依旧可以正常工作，并将控制指令发送至信号收发器300，由信号收发器300将该控制指令发送出去。可见，无论可编程逻辑器件120是否发生故障，均不会影响控制器110的正常运行。
(五)外部出现故障，控制器110运行正常，可编程逻辑器件120运行异常。
在这种情况下，控制器110依旧可以检测到故障信号，并发送控制指令至信号收发器300，控制信号收发器300关闭，则信号收发器300停止向外发送控制指令。
实施例二
图2是本发明一个实施例的一种电子设备的结构示意图，如图2所示：
电子设备500包括故障采集电路200、驱动电路510、电机520和如图1所示的电机控制器冗余保护电路100，电机控制器冗余保护电路100的一端与故障采集电路200连接，电机控制器冗余保护电路100的另一端通过信号收发器300连接驱动电路510，驱动电路510与电机520连接。本实施例中，图1所示的电机控制器冗余保护电路100将相应的控制指令通过信号收发器300发送至驱动电路510，驱动电路510根据信号收发器300发送的控制指令控制电机520进行相应操作。
在本发明的一个实施例中，故障采集电路200包括多种故障信号的多个故障采集通道，例如，多个故障采集通道包括过流信号检测通道、过压信号检测通道和短路信号检测通道等，每个故障采集通道分别与控制器和可编程逻辑器件的一个I/O口相连接，如图3所示，假设，故障采集电路200包括5个故障采集通道，5个故障采集通道分别与控制器(本实施例中控制器为DSP)和可编程逻辑器件(本实施例中控制器为CPLD)连接，从而使得控制器和可编程逻辑器件均可检测故障信号，在检测出对方出现故障时，依旧可以对检测到的故障信号进行处理，控制信号收发器执行相应操作。
图4是本发明一个实施例的另一种电子设备的结构示意图，如图4所示，该电子设备还包括与门电路400，故障采集电路200通过与门电路400分别连接控制器110和可编程逻辑器件120。图5是本发明一个实施例的另一种电子设备的部分电路示意图，如图5所示，故障采集电路200的多个故障采集通道共同连接一与门电路400的一端，与门电路400的另一端分别与控制器110和可编程逻辑器件120相连接。即多路故障检测信号通过与门电路400汇成一路故障信号，并将该一路故障信号分别发送至控制器100和可编程逻辑器件120。如图3所示，当出现外部故障时，5个故障采集通道均输出低电平信号；当未出现外部故障是，5个故障采集通道均输出高电平信号。如图5所示，与门电路将五路故障信号转换为一路故障信号分别输送至控制器100(本实施例中控制器为DSP)和可编程逻辑器件120(本实施例中控制器为CPLD)由此可见，通过与门电路的设计，使得控制器和可编程逻辑器件只需对一路信号进行处理，可以在一定程度上加快控制器和可编程逻辑器件对故障信号的处理速度。
需要说明的是，电机控制器冗余保护电路100的工作过程与图1所示的工作过程相同，详细内容参照前文，相同内容不再赘述。
从图3和图5可以看出，本实施例中，控制器110采用数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，DSP)，可编程逻辑器件120采用复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)，信号收发器300采用SN74LV8T245芯片，与门电路400采用74HC21芯片，故障采集电路200具有五个故障信号检测通道，该五个故障信号检测通道依次与DSP的TZ1、TZ2、TZ2、TZ4和TZ5五个I/O口连接，DSP的PWM1至PWM6数据端口依次与CPLD的PWM1至PWM6数据端口连接，其中，PWM数据端口指的是脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)端口，CPLD的EPWM1至EPWM6数据端口与信号收发器的数据端口连接，其中，EPWM数据端口指的是增强型脉冲宽度调制(EnhancedPulse Width Modulation，EPWM)端口。在与门芯片74HC21未开始工作的情况下，故障采集电路200五个故障采集通道采集到的故障信号同时发送至DSP和CPLD。在与门芯片74HC21开始工作的情况下，故障采集电路200五个故障采集通道采集到的故障信号汇聚成一路故障信号，门芯片74HC21将该一路故障信号发送至DSP的中断端口NM1，同时将该一路故障信号发送至CPLD。NMI(NonMaskableInterrupt)--不可屏蔽中断(即中心处理器不能屏蔽)不可屏蔽中断请求信号NMI用来通知中心处理器，发生了"灾难性"的事件，如电源掉电、存储器读写出错、总线奇偶位出错等。NMI线上中断请求是不可屏蔽的(既无法禁止的)、而且立即被中心处理器锁存。因此NMI是边沿触发，不需要电平触发。NMI的优先级也比可屏蔽中断(interrupt，INTR)高。在中心处理器响应NMI时，不必由中断源提供中断类型码，因此NMI响应也不需要执行总线周期INTA。
结合图3对整个电路系统在工作的过程中存在的五种情况进行解释说明，
(一)外部未出现故障，控制器110(DSP)和可编程逻辑器件120(CPLD)均正常。
当DSP和CPLD相互检测对方运行状态均正常的情况下，且未出现外部故障时，DSP的控制指令通过PWM1至PWM6数据端口发送至CPLD的PWM1至PWM6数据端口，CPLD的EPWM1至EPWM6数据端口将该控制指令发送至信号收发器芯片SN74LV8T245，由信号收发器芯片SN74LV8T245将该控制指令发送出去。
(二)控制器110(DSP)运行异常，可编程逻辑器件120(CPLD)运行正常。
DSP和CPLD在实时检测故障采集电路200采集到的故障信号的同时通过握手信号相互检测对方的运行状态，即，当CPLD检测到DSP运行状态出现异常时，CPLD通过PWM1至PWM6数据端口发送控制指令至信号收发器芯片SN74LV8T245，使得信号收发器芯片SN74LV8T245停止向外发送控制指令。
(三)外部出现故障，控制器110(DSP)和可编程逻辑器件120(CPLD)运行均正常。
当DSP和CPLD相互检测对方运行状态均正常的情况下，且出现外部故障时，由于CPLD的信号处理速度优于DSP的信号处理速度，因此，CPLD相比于DSP优先检测到故障信号，此时，CPLD控制信号收发器芯片SN74LV8T245通知对外发送控制指令，并将检测到的故障信号发送至DSP，通知DSP停止工作。
(四)外部未出现故障，控制器110(DSP)运行正常，可编程逻辑器件120(CPLD)运行异常。
当DSP检测出CPLD的运行状态出现异常时，但未出现外部故障时，DSP直接将控制指令发送至信号收发器芯片SN74LV8T245的OE端口，使得整个电路系统正常运行。
(五)外部出现故障，控制器110(DSP)运行正常，可编程逻辑器件120(CPLD)运行异常。
当DSP检测出CPLD的运行状态出现异常，且检测到故障采集电路采集的故障信号时，DSP发送停止对外发送控制指令至信号收发器芯片SN74LV8T245的OE端口，进而控制信号收发器芯片SN74LV8T245停止对外发送控制指令。
综上，本发明的技术方案通过可编程控制器和控制器之间的握手信号实时检测对方运行状态，在控制器和可编程逻辑器件运行状态均正常，且未出现外部故障时，控制器的控制指令通过可编程逻辑器件发送至信号收发器由其对外发出，保证控制器的正常工作；一旦控制器发生故障，可编程逻辑器件通过控制信号收发器关闭使其停止对外发送控制信号，保障了整个电路系统的安全运行，具有较强的实际应用价值。另外，由于可编程逻辑器件的运行速度远远大于控制器，因此，出现外部故障时，可编程逻辑器件比控制器先检测到故障信号，通过控制信号收发器关闭使其停止对外发送控制信号，同时将故障信号发送至控制器通知控制器停止工作，增加了整个电路系统对故障信号的响应速度，缩短了对故障信号的响应时间。
以上，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电机控制器冗余保护电路，其特征在于，所述电路包括相互通信的控制器和可编程逻辑器件，所述控制器和所述可编程逻辑器件分别与信号收发器连接；所述控制器和所述可编程逻辑器件通过握手信号相互检测对方运行状态；
在所述控制器和所述可编程逻辑器件运行状态均正常，且未出现外部故障时，所述控制器的控制指令通过所述可编程逻辑器件发送至所述信号收发器由其对外发出；
在所述可编程逻辑器件检测到所述控制器运行状态出现异常时，所述可编程逻辑器件控制所述信号收发器关闭。
2.如权利要求1所述的电机控制器冗余保护电路，其特征在于，所述控制器和所述可编程逻辑器件分别与故障采集电路连接，所述故障采集电路采集故障信号；
在所述控制器和所述可编程逻辑器件运行状态均正常，但出现外部故障时，所述可编程逻辑器件相比于所述控制器优先检测到所述故障采集电路采集的故障信号，所述可编程逻辑器件控制所述信号收发器关闭，并将所述故障信号发送至所述控制器以通知所述控制器停止工作。
3.如权利要求2所述的电机控制器冗余保护电路，其特征在于，在所述控制器检测出所述可编程逻辑器件运行状态出现异常，但未检测到所述故障采集电路采集的故障信号时，所述控制器的控制指令直接发送至所述信号收发器由其对外发出。
4.如权利要求2所述的电机控制器冗余保护电路，其特征在于，在所述控制器检测出所述可编程逻辑器件运行状态出现异常，且检测到所述故障采集电路采集的故障信号时，所述控制器停止向所述信号收发器发送控制指令，或者控制所述信号收发器关闭。
5.如权利要求1-4任一项所述的电机控制器冗余电路，其特征在于，所述控制器和所述可编程逻辑器件采用并行传输方式进行数据通信。
6.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括故障采集电路、驱动电路、电机和如权利要求1至5任意一项所述的电机控制器冗余保护电路，所述电机控制器冗余保护电路的一端与所述故障采集电路连接，所述电机控制器冗余保护电路的另一端通过信号收发器连接所述驱动电路，所述驱动电路与所述电机连接。
7.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述故障采集电路包括多种故障信号的多个故障采集通道，每个故障采集通道分别与所述电机控制器冗余保护电路中的所述控制器和所述可编程逻辑器件的一个I/O口相连接。
8.如权利要求7所述的电子设备，其特征在于，多个故障采集通道共同连接一与门电路的一端，所述与门电路的另一端分别与所述控制器和所述可编程逻辑器件相连接。
9.如权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述与门电路采用74HC21芯片。
10.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述信号收发器采用SN74LV8T245芯片。
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