CN206387885U - 一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路，其特征在于，包含有，基准参考电压源模块，其用以提供至少两个基准参考电压信号且各基准参考电压信号幅值均不相同，每一基准参考电压信号均对应有一基准电压提供端及一保护二极管，基准电压提供端接保护二极管的正极，保护二极管的负极用以输出基准参考电压信号；被测开关，其具有至少两个档位，每一档位均对应有各自的一基准参考电压信号，基准参考电压信号经被测开关中处于被选中状态的档位转换成对应的开关电压信号；以及，电压检测模块，其用以采集开关电压信号。本实用新型的优点在于：辅助技术人员了解开关所处档位状态的同时，亦可进行开关的故障诊断，为开关维护提供依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路，该检测电路适用于多种开关，通过对开关接通回路的取样电压进行检测，在提供开关的开、关状态的同时，亦可进行开关的故障诊断，为开关维护提供依据。
背景技术
在飞机驾驶舱中，飞行员通过安装在控制板组件上的各类开关来控制飞机系统，完成飞行任务。这些开关的种类包括带指示灯的按压开关、按压开关、扳动开关、旋转开关等。一般地，这些开关都采用多通道的结构形式，即当开关处于某个档位时，所有开关通道同时动作的，可以向飞机系统提供多路冗余的开关信号，以策安全。
飞机系统中所采用的开关信号传输方式主要有两种形式，即硬线形式和数字形式。硬线形式是指直接使用电缆线将开关和飞机系统相连，由开关直接向飞机系统提供开关状态；数字形式是指通过集成在控制板组件中的微控制器采集开关引脚电平，再根据开关引脚电平编码，形成数字化开关状态后，再经飞机的总线网络传输至飞机系统，飞机系统解码后，才能最终获得开关状态。硬线形式用于高安全性要求的飞机功能系统，如飞控系统等；而数字形式主要用于一般要求的飞机功能系统，如环控系统、照明系统等。
目前，数字化开关状态检测方式是在开关引脚上预设的逻辑电平，通过微控制器对预设电平的检测，来判断开关的通/断状态。这种方式的局限性在于仅能区分出的“有效的”和“无效的”两类状态，而无法对“无效的”状态做出进一步的故障诊断。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中数字化开关状态无法对“无效的”状态做出进一步的故障诊断的问题，提供一种电路基础，即，新型的具有故障诊断功能的数字化开关检测电路。
为了实现这一目的，本实用新型的技术方案如下：一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路，包含有，
基准参考电压源模块，其用以提供至少两个基准参考电压信号且各基准参考电压信号幅值均不相同，每一基准参考电压信号均对应有一基准电压提供端及一保护二极管，基准电压提供端接保护二极管的正极，保护二极管的负极用以输出基准参考电压信号；
被测开关，其具有至少两个档位，每一档位均对应有各自的一基准参考电压信号，基准参考电压信号经被测开关中处于被选中状态的档位转换成对应的开关电压信号； 以及，
电压检测模块，其用以采集开关电压信号。
作为一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路的优选方案，被测开关具有至少两个档位端及一公共端，档位端接对应的保护二极管的负极，当被测开关的开关本体连接于其中一档位端及公共端，公共端用以输出开关电压信号。
作为一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路的优选方案，电压检测模块包含有第一电阻、第二电阻及差分放大器，开关电压信号分别接差分放大器的同相输入端及第一电阻的第一端，第一电阻的第二端分别接运算放大器的异相输入端及第二电阻的第一端，运算放大器的正电源端接电源Vcc，运算放大器的负电源端及第二电阻的第二端均接地。
作为一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路的优选方案，第一电阻系由第一分电阻及第二分电阻并联而成，第二电阻系由第三分电阻及第四分电阻并联而成。
与现有技术相比，本实用新型的优点至少在于：一种检测电路基础，辅助技术人员了解开关所处档位状态的同时，亦可进行开关的故障诊断，为开关维护提供依据，能够对数字化开关 “无效的”状态做出进一步的故障诊断。
附图说明
图1为本实用新型技术方案的原理框图。
图2为本实用新型的实施方案的原理电路示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
请参见图1和2，图中示出的是一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路。该检测电路主要由基准参考电压源模块1、被测开关2及电压检测模块3等组成。
基准参考电压源模块1用以提供至少两个基准参考电压信号且各基准参考电压信号幅值均不相同。每一基准参考电压信号均对应有一基准电压源及一保护二极管。基准电压源输出端接二极管的正极，二极管的负极用以输出基准参考电压信号。
被测开关2具有至少两个档位，每一档位均对应于各自的一基准参考电压信号。基准参考电压信号经被测开关转换成与开关档位对应的开关电压信号。优选地，被测开关的类型为下述之一：按键开关、二位/三位/多位扳动/旋转开关、按压开关/带指示灯的按压开关。
电压检测模块3用以采集开关电压信号。电压检测模块包含有第一电阻、第二电阻及差分放大器，开关电压信号分别接差分放大器的同相输入端及第一电阻的第一端，第一电阻的第二端分别接运算放大器的异相输入端及第二电阻的第一端，运算放大器的正电源端接电源Vcc，运算放大器的负电源端及第二电阻的第二端均接地。
第一电阻系由第一分电阻及第二分电阻并联而成，第二电阻系由第三分电阻及第四分电阻并联而成。
若是多个被测开关，电压检测模块还具有通道选择器。
本专利仅涉及电路结构的保护，不涉及方法的改进。技术人员根据电压检测模块3采集的开关电压信号与基准参考电压信号相比较，即可判断开关的工作情况。
1.基准参考电压源模块内参考电压的监测
因为本实用新型所提供的检测方法基于对开关档位对应的不同的参考电压检测，所以在进行开关状态检测之前，技术人员应先确定预设的开关档位对应的参考电压是否正常。对本实用新型所提供的检测方法而言，可以应用与图2所示相同的电压检测模块对基准参考电压源提供的开关档位参考电压进行检测，确认预设参考电压无故障后，在利用与参考电压对应的各个开关档位状态进行检测。而且在每次进行开关状态检测前，都应先对开关档位对应的参考电压进行检测。
2.开关档位接触不良故障
开关档位接触不良现象是指开关的公共端悬空，没有和任一档位发生接触。对于一般的电平检测方法，只能将这种故障发生时的开关状态标识为无效。而对于本实用新型所提供的检测方法，可以准确识别出被检开关是否发生接触不良故障，并可以与其他开关无效状态区分。
以图2中开关（2）的检测为例，当开关（2）出现档位接触不良故障，即开关（2）的公共端与其档位（1）、档位（2）、档位（3）均不接触时，电压检测模块的通道选择器输出1端的电压将被电阻R1和R2下拉到地，此时，电压检测模块的差分放大器的输出Vb将为零电位，对应的微控制器模块内模数转换器的数字化状态值也将为0，所以，技术人员直接可以判断出开关（2）发生了档位接触不良的故障。
3．开关档位端短接故障
当开关发生机械损伤，造成邻近的档位端短接故障时，一般的电平检测方法，只能将这种故障发生时的开关状态标识为无效。而对于本实用新型所提供的检测方法，可以识别出被检开关是否发生档位端短接故障，并可以与其他开关故障状态区分。
以图2中开关（2）的检测为例，假设参考电压检测点位于二极管负极，参考电压V2大于参考电压V1，开关（2）的档位（2）和档位（1）发生短接故障。此时，二极管D2导通，而D1截至，技术人员检测参考电压V1和V2时，都将得到与参考电压V2相应的检测结果，因为预设的参考电压V1小于V2，所以微控制器可以判断某个开关的档位（1）和档位（2）发生短接故障，再结合开关状态检测的历史记录，微控制器就可以判断出是哪一个开关发生了档位短接故障。
开关档位端短接故障是很严重的故障，对如附图2所示的本实用新型的实施方案而言，微控制器将丧失所有被检开关对应于发生短接故障的档位检测能力。此种情况下，实施方案只能通过冗余设计来保障开关检测能力。
4.开关导通电阻增大
在使用过程中，开关会受使用环境的影响，其导通电阻一般会逐渐增大。本实用新型所提供的检测电路和检测方法可以有效检测开关导通电阻的变化趋势，可以提前进行开关维护，更换有故障风险的开关。
以图2中开关（2）的检测为例，当开关（2）处于档位（2）时的导通电阻R增大到可与R1、R2比较，且不可忽略时，势必使电压信号Va偏离正常的范围，从而微控制器通过检测电压信号Vb即可判断出其检测值比正常的阈值偏小。这样结合微控制器对参考电压检测的结果等，微控制器可以判断出开关（2）档位（2）的导通电阻增大，有故障风险，即通过通讯模块上报故障信息，提示及时更换。
5.分压电阻故障
分压电阻R1、R2的设置决定了微控制器内预设的、对应于电压信号Vb的阈值，因而当R1、R2变化或故障时，微控制器将作出错误的判断结果。
在如图2所示的本实用新型的实施方式中，检测电路可以使用四个电阻两两并联后再串联的形式构成分压电阻R1、R2。这样当四个电阻中的一个电阻发生故障时，微控制器通过预设的电压信号Vb阈值，判断出分压电阻发生故障，再通过通讯模块上报故障信息，提示及时更换。
以上仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路，其特征在于，包含有，
基准参考电压源模块，其用以提供至少两个基准参考电压信号且各基准参考电压信号幅值均不相同，每一基准参考电压信号均对应有一基准电压提供端及一保护二极管，基准电压提供端接保护二极管的正极，保护二极管的负极用以输出基准参考电压信号；
被测开关，其具有至少两个档位，每一档位均对应有各自的一基准参考电压信号，基准参考电压信号经被测开关中处于被选中状态的档位转换成对应的开关电压信号；以及，
电压检测模块，其用以采集开关电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路，其特征在于，被测开关具有至少两个档位端及一公共端，档位端接对应的保护二极管的负极，当被测开关的开关本体连接于其中一档位端及公共端，公共端用以输出开关电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路，其特征在于，电压检测模块包含有第一电阻、第二电阻及差分放大器，开关电压信号分别接差分放大器的同相输入端及第一电阻的第一端，第一电阻的第二端分别接运算放大器的异相输入端及第二电阻的第一端，运算放大器的正电源端接电源Vcc，运算放大器的负电源端及第二电阻的第二端均接地。
4.根据权利要求3所述的一种具有故障诊断功能的数字化开关检测电路，其特征在于，第一电阻系由第一分电阻及第二分电阻并联而成，第二电阻系由第三分电阻及第四分电阻并联而成。
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