CN204229171U

CN204229171U - 一种基于双cpu备份的空调机组控制电路

Info

Publication number: CN204229171U
Application number: CN201420722398.5U
Authority: CN
Inventors: 张忠
Original assignee: HUACHE (BEIJING) TRAFFIC EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: HUACHE (BEIJING) TRAFFIC EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2024-11-27

Abstract

本实用新型提供一种基于双CPU备份的空调机组控制电路，包括结构相同的第一CPU模块和第二CPU模块；每个CPU模块中包括系统输入采集子模块、故障检测子模块、数据处理子模块、冗余切换子模块和CPU同步子模块；本实用新型每两台空调机组通过双CPU冗余控制，正常运行时，两个CPU模块分别控制各自空调机组，硬件资源得到充分利用；两个CPU模块结构完全相同，且互为冗余，无主次之分，CPU模块通用性好。故障情况下，当一个CPU模块控制电路发生故障时，另一个CPU模块控制电路同时接管两台空调机组的控制任务，两台空调机组均得以正常运行，工作可靠性大大提高。

Description

一种基于双CPU备份的空调机组控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种空调控制电路，尤其涉及一种基于双CPU备份的空调机组控制电路。

背景技术

目前，空调控制器均为单CPU独立控制，对处于严重电磁干扰等恶劣工作环境中的空调机组，如列车上的空调机组，当由于电磁干扰导致单CPU控制电路失效时，空调机组将不能正常运行，严重影响列车的乘坐舒适性，还容易发生由于空调失效引起的连锁事故，引发乘客恐慌。单CPU控制的空调机组工作可靠性亟待提高。

实用新型内容

本实用新型的目的是为解决目前单CPU控制的空调机组工作可靠性低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种适用于严重电磁干扰等恶劣工作环境的基于双CPU备份的空调机组控制电路，包括结构相同的第一CPU模块和第二CPU模块；每个CPU模块中包括系统输入采集子模块、故障检测子模块、数据处理子模块、冗余切换子模块和CPU同步子模块；

每个CPU模块中，系统输入采集子模块与CPU同步子模块之间双向连接，系统输入采集子模块还连接到故障检测子模块和数据处理子模块，系统输入采集子模块包括数字量采集子模块和模拟量采集子模块，数字量采集子模块连接到空调机组的数字反馈信号，模拟量采集子模块连接到空调机组的模拟反馈信号；

每个CPU模块中，故障检测子模块与CPU同步子模块之间双向连接，故障检测子模块还连接到数据处理子模块；

每个CPU模块中，数据处理子模块连接到冗余切换子模块，数据处理子模块还连接到另一CPU模块中的冗余切换子模块；

每个CPU模块中，冗余切换子模块输出端通过不同的端口分别连接到第一空调机组和第二空调机组，冗余切换子模块包括一个组合逻辑电路和两个三态总线缓冲器，第一CPU模块的冗余切换子模块包括组合逻辑电路H、三态总线缓冲器F和三态总线缓冲器M，第二CPU模块的冗余切换子模块包括组合逻辑电路N、三态总线缓冲器G和三态总线缓冲器L；组合逻辑门电路H的输入端连接到第一CPU模块中所述数据处理子模块的冗余切换使能信号输出端口，组合逻辑门电路H的同一输出端分成两条输出支路，其中一条输出支路连接到三态总线缓冲器F的控制使能端，另一条输出支路通过一个反相器E连接到三态总线缓冲器G的控制使能端，所述三态总线缓冲器F的输入端连接到第一CPU模块中所述数据处理子模块的模拟控制信号输出端，三态总线缓冲器F的输出端连接到第一空调机组和第二空调机组的模拟量控制端，所述三态总线缓冲器G的输入端连接到第二CPU模块中所述数据处理子模块的模拟控制信号输出端，三态总线缓冲器G的输出端连接到第一空调机组和第二空调机组的模拟量控制端；组合逻辑门电路N的输入端连接到第二CPU模块中所述数据处理子模块的冗余切换使能信号输出端口，组合逻辑门电路N的同一输出端分成两条输出支路，其中一条输出支路连接到三态总线缓冲器L的控制使能端，另一条输出支路通过一个反相器K连接到三态总线缓冲器M的控制使能端，所述三态总线缓冲器L的输入端连接到第二CPU模块中所述数据处理子模块的数字控制信号输出端，三态总线缓冲器L的输出端连接到第一空调机组和第二空调机组的数字量控制端，所述三态总线缓冲器M的输入端连接到第一CPU模块中所述数据处理子模块的数字控制信号输出端，三态总线缓冲器M的输出端连接到第一空调机组和第二空调机组的数字量控制端；

每个CPU模块中，CPU同步子模块与系统输入采集子模块之间双向连接，还与故障检测子模块之间双向连接，还与另一CPU模块中的CPU同步子模块双向连接。

进一步地，所述第一CPU模块的CPU同步子模块和所述第二CPU模块的CPU同步子模块之间通过CAN总线连接。

进一步地，所述数字量采集子模块包括稳压值为11V的稳压管箝位电路。

进一步地，所述稳压管箝位电路输出端连接有光电隔离器。

进一步地，所述模拟量采集子模块包括温度传感器及连接到温度传感器输出端的差分运算放大电路。

本实用新型每两台空调机组通过双CPU冗余控制，正常运行时，两个CPU模块分别控制各自空调机组，硬件资源得到充分利用；两个CPU模块结构完全相同，且互为冗余，无主次之分，CPU模块通用性好。故障情况下，当一个CPU模块控制电路发生故障时，另一个CPU模块控制电路同时接管两台空调机组的控制任务，两台空调机组均得以正常运行，工作可靠性大大提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型的原理框图；

图2为两个CPU同步子模块之间接口连接原理框图；

图3为系统输入采集子模块中数字量采集子模块的原理图；

图4为系统输入采集子模块中模拟量采集子模块的原理图；

图5为针对模拟量控制的冗余切换子模块原理框图；

图6为针对数字量控制的冗余切换子模块原理框图。

图中，CPU1为第一CPU模块，CPU2为第二CPU模块，空调机组1为第一空调机组，空调机组2为第二空调机组。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1-6所示，包括结构相同的第一CPU模块CPU1和第二CPU模块CPU2，CPU采用PHILIPS的一款基于16/32位ARM7TDMI-S 的LPC2292 微处理器，可实现高达60MHz工作频率,含片内晶体振荡器和片内PLL，并支持实时仿真和跟踪，带有256 k字节嵌入的高速Flash存储器；每个CPU模块中，系统输入采集子模块与CPU同步子模块之间双向连接，系统输入采集子模块还连接到故障检测子模块和数据处理子模块，系统输入采集子模块包括数字量采集子模块和模拟量采集子模块，数字量采集子模块连接到空调机组1和空调机组2的数字反馈信号,即IO输入信号，模拟量采集子模块连接到空调机组1和空调机组2的模拟反馈信号，即AD输入信号；数字量采集子模块主要采集空调机组的数字量状态反馈。11-24V状态为高电平1，0-11V为低电平0。为了将电平箝位在11V，设计中增加稳压管DA3和ZA3；同时为防止外界EMC干扰，输出端采用光电隔离器件TLP181。模拟量采集子模块包括温度传感器PT100及连接到温度传感器输出端的差分运算放大电路，运放采用精密运放AD620，分压电阻RP15采用0.1%的精密电阻，AD转换模块采用CPU芯片LPC2292的片内12位转换模块。

每个CPU模块中，故障检测子模块与CPU同步子模块之间双向连接，故障检测子模块还连接到数据处理子模块，故障检测子模块通过常规方法对空调机组反馈的信号进行检测。

每个CPU模块中，数据处理子模块连接到冗余切换子模块，数据处理子模块还连接到另一CPU模块中的冗余切换子模块；每个CPU模块中，冗余切换子模块输出端通过不同的端口分别连接到空调机组1和空调机组2，CPU1中冗余切换子模块的组合逻辑门电路H的四个输入端分别连接到CPU1数据处理子模块的四个冗余切换使能信号输出端口CPU1_ENl、CPU1_EN2、CPU1_EN3、CPU1 _EN4，组合逻辑门电路H的同一输出端分成两条输出支路，其中一条输出支路连接到三态总线缓冲器F的控制使能端D，另一条输出支路通过一个反相器E连接到三态总线缓冲器G的控制使能端D，三态总线缓冲器F的六路输入端分别连接到CPU1中数据处理子模块的六个模拟控制信号输出端Mag1_1～Mag1_6，三态总线缓冲器F的六路输出端分别连接到空调机组1和空调机组2的六路模拟量控制端模拟量1～模拟量6，三态总线缓冲器G的六路输入端分别连接到CPU2中数据处理子模块的六路模拟控制信号输出端CON1～CON6，三态总线缓冲器G的输出端连接到空调机组1和空调机组2的模拟量控制端模拟量1～模拟量6；CPU2中冗余切换子模块的组合逻辑门电路N的四个输入端分别连接到CPU2中数据处理子模块的四个冗余切换使能信号输出端口CPU2_EN1、CPU2_EN2、CPU2 _EN3、CPU2_EN4，组合逻辑门电路N的同一输出端分成两条输出支路，其中一条输出支路连接到三态总线缓冲器L的控制使能端D，另一条输出支路通过一个反相器K连接到三态总线缓冲器M的控制使能端D，三态总线缓冲器L的六路输入端分别连接到CPU2中数据处理子模块的六路数字控制信号输出端CON1_1～CON1_6，三态总线缓冲器L的六路输出端分别连接到空调机组1和空调机组2的六路数字量控制端数字量1～数字量6，三态总线缓冲器M的六路输入端分别连接到CPU1中数据处理子模块的六路数字控制信号输出端Mag1～Mag6，三态总线缓冲器M的六路输出端分别连接到空调机组1和空调机组2的六路数字量控制端数字量1～数字量6。

每个CPU模块中，CPU同步子模块与系统输入采集子模块之间双向连接，还与故障检测子模块之间双向连接，还与另一CPU模块中的CPU同步子模块通过CAN总线进行双向连接。

工作时，CPU同步子模块电路负责两个CPU之间的同步，其同步周期设置为10ms，即10ms时间完成一次CPU同步，待两个CPU模块建立同步之后，向系统输入采集子模块发送同步建立确认信号，启动系统输入采集子模块，保证两个CPU模块在同一时刻采集系统输入信号。当系统输入采集子模块完成数据采集后，会将采集结果发送至CPU同步子模块，两个CPU同步子模块之间通过CAN总线完成当前采集数据的交换。两个CPU中的CAN总线收发器均采用高速模式，通信电缆选用双绞屏蔽线。CPU1的CAN控制器通过发送引脚CANTXA将CPU1系统输入采集子模块和故障检测子模块得到的信息发送至SN65HVD230，并最终传输到CAN网络中；同时SN65HVD230将CAN网络中的数据通过CAN控制器的接收引脚CANRXA传送至CPU2。CPU2与CPU1同理。

为了防止由于故障CPU模块某一I／O端口逻辑高低不明而造成的输出跳变，选择四路I／O信号构成冗余切换使能信号来控制冗余切换。其中CPU1产生的冗余切换使能信号包括CPU1_ENl、CPU1_EN2、CPU1_EN3、CPU1_EN4；CPU2产生的冗余切换使能信号包括CPU2_EN1、CPU2_EN2、CPU2_EN3、CPU2_EN4；Mag1～Mag6分别为CPU1对6路数字量的控制信号,Mag1_1～Mag1_6分别为CPU1对6路模拟量的控制信号，CON1～CON6分别为CPU2对6路模拟量的控制信号，CON1_1～CON1_6分别为CPU2对6路数字量的控制信号；M、L分别为CPU1和CPU2对数字量的三态总线缓冲器器，G、F分别为CPU2和CPU1对模拟量的三态总线缓冲器，三态总线缓冲器的控制使能端D低电平有效。若两个CPU模块均无故障时，CPU1输出CPU1_EN1、CPU1_ EN2、CPU1_EN3、CPUl_EN4为101l，组合逻辑电路H输出高电平，总线缓冲器F不使能，输出高阻态，反相器 E输出低电平，三态总线缓冲器G使能，CON1～CON6输出，6路模拟量由CPU2控制。同时，CPU2输出CPU2_EN1、CPU2_EN2、CPU2_EN3、CPU2_EN4为1011，组合逻辑电路N输出高电平，三态总线缓冲器L不使能，输出高阻，反相器K输出低电平，三态总线缓冲器M使能，Mag1～Mag6输出，6路数字量由CPU1控制。若检测到CPU2模块出现故障时，CPU1输出CPU1_EN1、CPU1_EN2、CPU1_EN3、CPU1_ EN4为0100，组合逻辑电路H输出低电平，三态总线缓冲器F使能，Mag1～Mag6输出，反相器E输出高电平，三态总线缓冲器G不使能，输出高阻态， 6路模拟量由CPU1控制。同时，CPU2输出冗余切换使能信号不等于0100，组合逻辑电路N输出高电平，三态总线缓冲器L不使能，输出高阻态，反相器 K输出低电平，三态总线缓冲器M使能，Mag1～Mag6输出，6路数字量由CPU1控制。若检测到CPU1模块出现故障时，CPU2输出CPU1_ EN1、CPU1 _EN2、CPU1_EN3、CPU1_ EN4为0100, 组合逻辑电路N输出低电平，三态总线缓冲器L使能，CON1～CON6输出，反相器 K输出高电平，三态总线缓冲器M不使能，输出高阻态， 6路数字量由CPU2控制。同时，CPU1输出冗余切换使能信号不等于0100，组合逻辑电路H输出信号为高电平，三态总线缓冲器Ｆ不使能，输出高阻态，反相器E输出低电平，三态总线缓冲器G使能，CON1～CON6输出，6路模拟量由CPU2控制。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种基于双CPU备份的空调机组控制电路，其特征在于，包括结构相同的第一CPU模块和第二CPU模块；每个CPU模块中包括系统输入采集子模块、故障检测子模块、数据处理子模块、冗余切换子模块和CPU同步子模块；

2.根据权利要求1所述的基于双CPU备份的空调机组控制电路，其特征在于，所述第一CPU模块的CPU同步子模块和所述第二CPU模块的CPU同步子模块之间通过CAN总线连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于双CPU备份的空调机组控制电路，其特征在于，所述数字量采集子模块包括稳压值为11V的稳压管箝位电路。

4.根据权利要求3所述的基于双CPU备份的空调机组控制电路，其特征在于，所述稳压管箝位电路输出端连接有光电隔离器。

5.根据权利要求1或2所述的基于双CPU备份的空调机组控制电路，其特征在于，所述模拟量采集子模块包括温度传感器及连接到温度传感器输出端的差分运算放大电路。

6.根据权利要求3所述的基于双CPU备份的空调机组控制电路，其特征在于，所述模拟量采集子模块包括温度传感器及连接到温度传感器输出端的差分运算放大电路。

7.根据权利要求4所述的基于双CPU备份的空调机组控制电路，其特征在于，所述模拟量采集子模块包括温度传感器及连接到温度传感器输出端的差分运算放大电路。