CN107908132A - 一种用于自诊断传感器与普通传感器信号合并的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及两种不同信号合并输出领域，具体是涉及一种用于自诊断传感器与普通传感器信号合并的装置及方法。一种自诊断传感器与普通传感器信号合并的装置，该装置包括高速光耦、单片机和输出驱动电路，高速光耦负责采集自诊断传感器信号与普通传感器信号的电平状态；单片机通过其内部程序智能检测输入信号状态，进行或运算，最后结合运算结果与自诊断传感器信号状态，实时对该信号进行保持或取反，并向输出驱动电路输出检测结果；输出驱动电路是放大单片机发送来的控制信号，增强输出信号的驱动能力；本发明装置能够智能的识别外部输入信号，然后对外部输入信号进行与、或合并运算，并根据输入通道电平状态输出带诊断脉冲的控制信号。

Description

一种用于自诊断传感器与普通传感器信号合并的装置及方法

技术领域

本发明涉及两种不同信号合并输出领域，具体是涉及一种用于自诊断传感器与普通传感器信号合并的装置及方法。

背景技术

在工业控制和工业检测系统中一般会使用大量传感器，传感器分为普通传感器和自诊断传感器。普通传感器输出普通电平，状态为持续高或持续低，而自诊断传感器输出的自诊断信号是由一串有用信号和与有用信号反相的窄脉冲构成，如4ms周期的自诊断信号里包含3800us有效信号的同时，还包含脉宽为200us、方向与有效信号电平相反的自诊断脉冲，其波形如图1所示。这个200us脉冲用于传感器的自诊断，如果传感器开路或者短路，都会使该200us脉冲丢失，通过检测该脉冲的有无就可以知道传感器是否出现掉电、断线等异常情况，如传感器有异常情况，通过报警以提醒工人及时检查传感器或检查相关电路。

近年来，在工业现场中有时需要将普通传感器和自诊断传感器信号合并，或者将多路控制信号与机器原有检测信号进行合并送入控制系统中，而这些控制信号中可能包含普通电平信号，也可能包含自诊断信号，如果将普通信号与自诊断信号直接合并或将普通传感器与自诊断传感器直接连接，就会造成窄脉冲丢失而无法提取到自诊断脉冲，从而失去自诊断功能。当控制系统没有检测到输入信号的诊断脉冲，系统可能会驱动报警器进行报警，甚至强制停机，造成整个系统无法工作，解决这种问题有两种方法，一是修改原控制系统程序，二是合并后的信号要含有用来自诊断的窄带脉冲。然而，修改原控制系统程序困难较大，原机厂家一般不会向外提供源程序。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种将自诊断传感器与普通传感器合并的装置，本发明的第二个目的是提供采用上述的装置的方法，以解决普通信号与自诊断信号合并造成诊断脉冲丢失引起的控制系统报警、强制停机等系统无法正常工作等问题。

为了实现上述的第一个目的，本发明所采用的技术方案是：

一种自诊断传感器与普通传感器信号合并的装置，该装置包括高速光耦、单片机和输出驱动电路，高速光耦负责采集自诊断传感器信号与普通传感器信号的电平状态；单片机通过其内部程序智能检测输入信号状态，进行或运算，最后结合运算结果与自诊断传感器信号状态，实时对该信号进行保持或取反，并向输出驱动电路输出检测结果；输出驱动电路是放大单片机发送来的控制信号，增强输出信号的驱动能力；

所述的单片机一个引脚每90us采集一次自诊断信号的输入状态，并用一个变量LevelCount进行标记；如果当前采集信号为高电平,则LevelCount执行加1，LevelCount上限值为5；反之，则LevelCount执行减1，LevelCount下限值为0；实时判断LevelCount值，当LevelCount≥3时，认为该电平状态为高；当LevelCount≤2时，认为该电平状态为低；单片机另一个引脚每隔每90us采集普通传感器信号的输入状态，按采集自诊断信号的输入状态相同的方法认为电平状态；

普通传感器信号和自诊断传感器信号对于控制系统来说都是高电平有效；当自诊断传感器信号为高电平时，无论普通传感器信号是高电平还是低电平，自诊断传感器信号都将保持原波形输出；当自诊断传感器信号为低电平，普通传感器信号为高电平时，则自诊断传感器信号取反输出；当自诊断传感器信号为低电平，普通传感器信号也为低电平时，则自诊断传感器信号保持原波形输出；

在实时判断自诊断传感器信号与普通传感器信号状态时，实现这两种信号的与、或等逻辑运算进行合并，最后根据现场控制要求向控制系统输入带诊断功能的相关信号。

为了实现上述的第二个目的，本发明所采用的技术方案是：

一种自诊断传感器与普通传感器信号合并的方法，该方法采用的装置包括高速光耦、单片机和输出驱动电路，高速光耦负责采集自诊断传感器信号与普通传感器信号的电平状态；单片机通过其内部程序智能检测输入信号状态，进行或运算，最后结合运算结果与自诊断传感器信号状态，实时对该信号进行保持或取反，并向输出驱动电路输出检测结果；输出驱动电路是放大单片机发送来的控制信号，增强输出信号的驱动能力；该方法包括以下的步骤：

1）所述的单片机一个引脚每90us采集一次自诊断信号的输入状态，并用一个变量LevelCount进行标记；如果当前采集信号为高电平,则LevelCount执行加1，LevelCount上限值为5；反之，则LevelCount执行减1，LevelCount下限值为0；实时判断LevelCount值，当LevelCount≥3时，认为该电平状态为高；当LevelCount≤2时，认为该电平状态为低；单片机另一个引脚每隔每90us采集普通传感器信号的输入状态，按采集自诊断信号的输入状态相同的方法认为电平状态；

2）普通传感器信号和自诊断传感器信号对于控制系统来说都是高电平有效；当自诊断传感器信号为高电平时，无论普通传感器信号是高电平还是低电平，自诊断传感器信号都将保持原波形输出；当自诊断传感器信号为低电平，普通传感器信号为高电平时，则自诊断传感器信号取反输出；当自诊断传感器信号为低电平，普通传感器信号也为低电平时，则自诊断传感器信号保持原波形输出；

3）在实时判断自诊断传感器信号与普通传感器信号状态时，实现这两种信号的与、或等逻辑运算进行合并，最后根据现场控制要求向控制系统输入带诊断功能的相关信号。

本发明装置能够智能的识别外部输入信号，然后对外部输入信号进行与、或合并运算，并根据输入通道电平状态输出带诊断脉冲的控制信号。由于自诊断信号中包含宽度为200us的自诊断脉冲，为了提高系统的抗干扰能力并保证正确采集到自诊断脉冲，在输入电路中采用反应速度为纳秒级的高速光耦进行隔离，并选用单片机对整个系统进行运算和控制输出。本发明既可实现对自诊断信号的采集，又可实现对普通电平信号的采集，并且通过相关运算实现对这两种不同信号的合并输出，具有广泛的应用空间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是自诊断传感器信号波形图。

图2是本发明的或运算信号合并原理波形图。

图3是本发明的或运算算法流程图。

图4是本发明的电路原理框图。

图5是本装置正视图。在图5中，输出信号端子1、输入信号端子2、罩3、螺柱4、通用模块组件5。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图4所示的一种自诊断传感器与普通传感器信号合并的装置，该装置包括高速光耦、单片机和输出驱动电路，高速光耦负责采集自诊断传感器信号与普通传感器信号的电平状态；单片机通过其内部程序智能检测输入信号状态，进行或运算，最后结合运算结果与自诊断传感器信号状态，实时对该信号进行保持或取反，并向输出驱动电路输出检测结果；输出驱动电路是放大单片机发送来的控制信号，增强输出信号的驱动能力；所述的单片机一个引脚每90us采集一次自诊断信号的输入状态，并用一个变量LevelCount进行标记；如果当前采集信号为高电平,则LevelCount执行加1，LevelCount上限值为5；反之，则LevelCount执行减1，LevelCount下限值为0；实时判断LevelCount值，当LevelCount≥3时，认为该电平状态为高；当LevelCount≤2时，认为该电平状态为低；单片机另一个引脚每隔每90us采集普通传感器信号的输入状态，按采集自诊断信号的输入状态相同的方法认为电平状态。

在图1中，信号周期为4ms，自诊断传感器信号里包含3800us有效信号的同时，还包含脉宽为200us、方向与有效电平相反的自诊断脉冲，系统通过自诊断传感器信号中自诊断脉冲的有无就可以判断传感器的好坏。

在图2中，普通传感器信号和自诊断传感器信号对于控制系统来说都是高电平有效。当自诊断传感器信号为高电平时，无论普通传感器信号是高电平还是低电平，自诊断传感器信号都将保持原波形输出。当自诊断传感器信号为低电平，普通传感器信号为高电平时，则自诊断传感器信号取反输出；当自诊断传感器信号为低电平，普通传感器信号也为低电平时，则自诊断传感器信号保持原波形输出。图2中，普通传感器信号与自诊断传感器信号合并运用了逻辑或进行运算，同理，本装置还可以进行与、异或等多种运算。

在图3中，单片机一个引脚每隔一定周期采集自诊断传感器信号，并判断其电平状态。单片机另一个引脚每隔一定周期采集普通传感器信号，并判断其电平状态。根据单片机这两个引脚的电平状态以及信号的有效性，对这两种信号进行或运算，并与自诊断传感器信号进行比较，判断自诊断传感器信号是保持原波形输出还是翻转输出，从而实现对自诊断传感器信号与普通传感器信号的合并。

在图5中，将输出信号端子1、输入信号端子2以及其它器件装在在印制板上，然后通过螺钉将电路板、罩3、螺柱4固定起来，最后将它们安装到通用模块组件5上。

本发明公开了一种自诊断传感器与普通传感器信号合并的装置及方法，用于自诊断传感器与普通传感器信号的合并。本装置主要有高速光耦、单片机、驱动电路等组成，其能够智能的识别外部输入信号，然后对外部输入信号进行运算合并，并根据输入通道电平状态以及信号的有效性输出带诊断脉冲的控制信号。本发明解决了普通信号与自诊断信号直接合并造成的诊断脉冲丢失，而引起的控制系统报警、强制停机等系统无法正常工作的问题，具有广泛的应用空间。

Claims (2)

1.一种自诊断传感器与普通传感器信号合并的装置，其特征在于，该装置包括高速光耦、单片机和输出驱动电路，高速光耦负责采集自诊断传感器信号与普通传感器信号的电平状态；单片机通过其内部程序智能检测输入信号状态，进行或运算，最后结合运算结果与自诊断传感器信号状态，实时对该信号进行保持或取反，并向输出驱动电路输出检测结果；输出驱动电路是放大单片机发送来的控制信号，增强输出信号的驱动能力；

所述的单片机一个引脚每90us采集一次自诊断信号的输入状态，并用一个变量LevelCount进行标记；如果当前采集信号为高电平,则LevelCount执行加1，LevelCount上限值为5；反之，则LevelCount执行减1，LevelCount下限值为0；实时判断LevelCount值，当LevelCount≥3时，认为该电平状态为高；当LevelCount≤2时，认为该电平状态为低；单片机另一个引脚每隔每90us采集普通传感器信号的输入状态，按采集自诊断信号的输入状态相同的方法认为电平状态；

普通传感器信号和自诊断传感器信号对于控制系统来说都是高电平有效；当自诊断传感器信号为高电平时，无论普通传感器信号是高电平还是低电平，自诊断传感器信号都将保持原波形输出；当自诊断传感器信号为低电平，普通传感器信号为高电平时，则自诊断传感器信号取反输出；当自诊断传感器信号为低电平，普通传感器信号也为低电平时，则自诊断传感器信号保持原波形输出；

在实时判断自诊断传感器信号与普通传感器信号状态时，实现这两种信号的与、或等逻辑运算进行合并，最后根据现场控制要求向控制系统输入带诊断功能的相关信号。

2.一种自诊断传感器与普通传感器信号合并的方法，其特征在于，该方法采用的装置包括高速光耦、单片机和输出驱动电路，高速光耦负责采集自诊断传感器信号与普通传感器信号的电平状态；单片机通过其内部程序智能检测输入信号状态，进行或运算，最后结合运算结果与自诊断传感器信号状态，实时对该信号进行保持或取反，并向输出驱动电路输出检测结果；输出驱动电路是放大单片机发送来的控制信号，增强输出信号的驱动能力；该方法包括以下的步骤：

1）所述的单片机一个引脚每90us采集一次自诊断信号的输入状态，并用一个变量LevelCount进行标记；如果当前采集信号为高电平,则LevelCount执行加1，LevelCount上限值为5；反之，则LevelCount执行减1，LevelCount下限值为0；实时判断LevelCount值，当LevelCount≥3时，认为该电平状态为高；当LevelCount≤2时，认为该电平状态为低；单片机另一个引脚每隔每90us采集普通传感器信号的输入状态，按采集自诊断信号的输入状态相同的方法认为电平状态；

2）普通传感器信号和自诊断传感器信号对于控制系统来说都是高电平有效；当自诊断传感器信号为高电平时，无论普通传感器信号是高电平还是低电平，自诊断传感器信号都将保持原波形输出；当自诊断传感器信号为低电平，普通传感器信号为高电平时，则自诊断传感器信号取反输出；当自诊断传感器信号为低电平，普通传感器信号也为低电平时，则自诊断传感器信号保持原波形输出；

3）在实时判断自诊断传感器信号与普通传感器信号状态时，实现这两种信号的与、或等逻辑运算进行合并，最后根据现场控制要求向控制系统输入带诊断功能的相关信号。