CN102880523A - 看门狗电路及其故障监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种看门狗电路及其故障监测方法，该看门狗电路包括第一通道和第二通道，第一通道分别与第一控制***和第一继电器触点相连，第二通道分别与第二控制***和第二继电器触点相连，第一继电器触点和第二继电器触点串联在接口电源的输出电路上，作为接口电源通断的继电器触点；第一通道，用于接收第一控制***的输出信号，对输出信号进行处理，将处理后的信号输出控制第一继电器触点的闭合或断开；第二通道，用于接收第二控制***的输出信号，对输出信号进行处理，将处理后的信号输出控制第二继电器触点的闭合或断开。本发明中任一器件故障都会导致看门狗电路输出关断，使得看门狗控制的继电器关断电源，***的通信停止输出，导向安全侧。
Description
技术领域
本发明涉及故障监测技术，尤其涉及一种看门狗电路及其故障监测方法。背景技术
看门狗电路用于监控中央处理单元(CPU)程序的正确执行，以防止程序运行死机。现有技术中，一般采用两种方式实现：一种是看门狗电路集成在CPU的内部，通过程序设置看门狗超时时间；另一种是采用专用的看门狗芯片，来监测CPU的运行状态。
但是，无论看门狗电路集成于芯片内部或采用专用芯片，该看门狗电路的故障模式无法预知，在包含CPU的控制***发生故障时，会导致看门狗电路出现故障，不能起到应有的监控作用。
发明内容
本发明提供了一种看门狗电路，以克服因控制***发生故障导致看门狗电路出现故障而不能起到应有的监控作用的缺陷。
本发明提供了一种看门狗电路，该看门狗电路包括第一通道和第二通道，所述第一通道分别与第一控制***和第一继电器触点相连，所述第二通道分别与第二控制***和第二继电器触点相连，所述第一继电器触点和所述第二继电器触点串联在接口电源的输出电路上，作为所述接口电源通断的继电器触点；
所述第一通道，用于接收所述第一控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理，将处理后的信号输出控制所述第一继电器触点的闭合或断开；
所述第二通道，用于接收所述第二控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理，将处理后的信号输出控制所述第二继电器触点的闭合或断开。
优选地，所述第一控制***和所述第二控制***均包括中央处理单元(CPU)和现场可编程门阵列(FPGA)，其中：
所述CPU，用于监控所述FPGA，当所述FPGA出现故障时，控制关断输出至对应通道的使能信号；
所述FPGA，用于监控所述CPU，当所述CPU出现故障时，停止向对应通道输出动态脉冲信号。
优选地，所述看门狗电路还包括：
回读电路，分别与所述第一控制***和所述第二控制***中的所述FPGA以及所述接口电源的输出端相连，用于监测所述输出端的输出电压状态，向所述第一控制***和所述第二控制***中的所述FPGA发送该输出电压状态；
所述FPGA，还用于向所述CPU发送接收到的所述输出电压状态；
所述CPU，还用于根据接收到的所述输出电压状态和自己向对应通道输出的使能信号确定所述看门狗电路是否出现故障。
优选地，所述第一通道和所述第二通道均包括依次连接的光耦隔离电路、微分电路、MOS开关管、隔离变压器、整流电路和继电器，其中：
所述光耦隔离电路，用于对所述输出信号进行光耦隔离后相与，形成一路脉冲信号，向所述微分电路发送所述脉冲信号；
所述微分电路，用于对接收的所述脉冲信号进行放大后控制所述MOS开关管的导通与关断；
所述隔离变压器，用于根据所述MOS开关管的导通与关断，产生感应电压，并向所述整流电路输出所述感应电压；
所述整流电路，用于对所述感应电压进行整流和滤波后，向所述继电器输出信号；
所述继电器，用于根据来自所述整流电路的所述信号进行导通和关断，并向所述第一继电器触点或所述第二继电器触点输出控制其闭合或断开的信号。
优选地，所述看门狗电路还包括：自锁电路，分别与所述第一通道和所述第二通道中的所述继电器的输出端相连，用于在所述继电器断开后，控制所述第一控制***或所述第二控制***进入自锁状态，直至接收到人工复位信号为止。
优选地，所述第一通道和所述第二通道的继电器，为两个独立的继电器，还用于在其中一个继电器触点发生粘连时，通过控制另外一个继电器实现看门狗电路的正常功能。
本发明提供了一种看门狗电路的故障监测方法，该方法包括：
所述第一通道接收来自所述第一控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理后输出控制所述第一继电器触点的闭合或断开；
所述第二通道接收来自所述第二控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理后输出控制所述第二继电器触点的闭合或断开；
若所述第一继电器触点和所述第二继电器触点均闭合，则确定无故障；若所述第一继电器触点和/或所述第二继电器触点断开，则确定存在故障或看门狗电路关断。
优选地，所述方法还包括：分别从所述第一通道的输出端和所述第二通道的输出端获得一路信号，对获得的两路信号进行比较，若二者不一致，则确定所述看门狗电路存在故障。
优选地，所述对所述输出信号进行处理后输出控制所述第一继电器触点或所述第二继电器触点的闭合或断开包括：
对所述输出信号进行光耦隔离后相与，形成一路脉冲信号；
对所述脉冲信号进行放大后控制MOS开关管的导通与关断；
根据所述MOS开关管的导通与关断，产生感应电压；
对所述感应电压进行整流和滤波后，控制所述继电器闭合或断开，并向所述第一继电器触点或所述第二继电器触点输出控制其闭合或断开的信号。
优选地，所述方法还包括：在确定所述第一控制***或第二控制***出现故障且所述继电器断开后，控制对应的控制***进入自锁状态，直至对应的控制***接收到人工复位信号为止。
本发明采用分立器件设计的看门狗电路，任一器件故障都会导致看门狗电路输出关断，使得看门狗控制的安全继电器会关断***对外通信接口的电源，使得***的通信停止输出，导向安全侧。
附图说明
图1为本发明看门狗电路实施例的结构示意图；
图2为本发明看门狗电路的故障监测方法实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明提供了一种看门狗电路，可应用于安全***中，该看门狗电路与现有看门狗电路的区别在于，该看门狗电路并不是集成芯片，也不位于控制***内部，而是作为第三方监控电路，该看门狗电路包括第一通道11和第二通道12，所述第一通道分别与第一控制***和第一继电器触点相连，所述第二通道分别与第二控制***和第二继电器触点相连，所述第一继电器触点和所述第二继电器触点串联在接口电源的输出电路上，作为所述接口电源通断的继电器触点；
所述第一通道，用于接收所述第一控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理，将处理后的信号输出控制所述第一继电器触点的闭合或断开；
所述第二通道，用于接收所述第二控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理，将处理后的信号输出控制所述第二继电器触点的闭合或断开。
其中，所述第一控制***和所述第二控制***均包括中央处理单元(CPU)和现场可编程门阵列(FPGA)，其中：所述CPU，用于监控所述FPGA，当所述FPGA出现故障时，控制关断输出至对应通道的使能信号；所述FPGA，用于监控所述CPU，当所述CPU出现故障时，停止向对应通道输出动态脉冲信号。具体地，在FPGA内部实现了一个软看门狗，对程序的逻辑运行顺序和运行时间进行监控。由此可见，CPU和FPGA构成了一个互相监控的关系，当CPU出现故障时，FPGA将停止输出动态脉冲，关断看门狗电路的输出；当FPGA出现故障时，CPU可以关断输出给看门狗电路的使能信号，因而也能关断看门狗电路的输出。
另外，所述看门狗电路还可以包括：回读电路13，分别与所述第一控制***和所述第二控制***中的所述FPGA以及所述接口电源的输出端相连，用于监测所述输出端的输出电压状态，向所述第一控制***和所述第二控制***中的所述FPGA发送该输出电压状态；所述FPGA，还用于向所述CPU发送接收到的所述输出电压状态；所述CPU，还用于根据接收到的所述输出电压状态和自己向对应通道输出的使能信号确定所述看门狗电路是否出现故障。
具体地，当每个通道的CPU输出使能信号，FPGA输出动态脉冲时，每个通道的继电器触点均闭合，使得通讯接口电路模块的输入端有24V电源，此时回读电路可以回读到有24V电源，CPU通过FPGA可以检测到通讯接口电路模块的输入端有24V电源，此时CPU可以确定看门狗电路控制的继电器触点闭合，并且输出了24V电源。而在故障情况下，一种是CPU控制继电器触点断开，结果回读到了24V电源；另一种情况是CPU控制继电器触点闭合，结果却没有回读到24V电源。这两种情况都认为是故障。
具体地，上述第一通道和所述第二通道均采用分立的元件，例如所述第一通道和所述第二通道均可以包括依次连接的光耦隔离电路、微分电路、金属氧化物半导体(MOS)开关管、隔离变压器、整流电路和继电器，如图1所示，其中：
所述光耦隔离电路，用于对所述输出信号进行光耦隔离后相与，形成一路脉冲信号，向所述微分电路发送所述脉冲信号；
所述微分电路，用于对接收的所述脉冲信号进行放大后控制所述MOS开关管的导通与关断；
所述隔离变压器，用于根据所述MOS开关管的导通与关断，产生感应电压，并向所述整流电路输出所述感应电压；
所述整流电路，用于对所述感应电压进行整流和滤波后，向所述继电器输出信号；
所述继电器，用于根据来自所述整流电路的所述信号进行导通和关断，并向所述第一继电器触点或所述第二继电器触点输出控制其闭合或断开的信号。
当两个继电器的常闭触点都闭合后，图1中的通讯模块接口电路才有电源。双路继电器可以保证单一继电器发生触点粘连情况下，由于有另一路继电器的串联，不会导致电路功能失效。同时继电器设计有固有的触点强制导向结构，当发生触点粘连后，通过继电器的其它触点回采可以实时检测故障。
当然，本领域的技术人员也可以根据需要在上述分立元件中增加其他元件。采用上述分立元件搭建的看门狗电路，可以保证任一器件故障都会使继电器落下，导致接口电源失电，导向安全侧。
进一步地，为了保证控制***发生不可预知的故障后，控制***的故障信息无法进行诊断，***再次启动后有风险隐患。在继电器的输出端，设计有自锁电路14，当CPU或FPGA发生故障后，没有向看门狗电路输入使能信号或脉冲信号，使得输出继电器断开后，通过自锁电路使看门狗电路进入自锁状态。当***再次启动后，必须进行人工复位，看门狗电路才能再次启动。这样，维护工作人员可以对***状态进行确认，判断***状态正常后再进行启动操作。
上述看门狗电路采用了二取二的结构，每路电路中CPU和FPGA都需输出喂狗信号(图1中的CPU向FPGA提供的控制信号和FPGA输出的脉冲信号)，任一器件故障都会使看门狗电路输出关断，保证安全。另外，该看门狗电路对看门狗输出控制的电源进行了回读，在回读不一致的情况下进行故障报警。
另外，本发明还提供了一种应用于上述看门狗电路的故障监测方法，如图2所示，该方法包括：
步骤201、第一通道接收来自所述第一控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理后输出控制所述第一继电器触点的闭合或断开；
步骤202、第二通道接收来自所述第二控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理后输出控制所述第二继电器触点的闭合或断开；
步骤203、判断第一继电器触点和所述第二继电器触点是否均闭合，若是，则确定无故障；否则，则确定存在故障。
另外，所述方法还包括：分别从所述第一通道的输出端和所述第二通道的输出端获得一路信号，对获得的两路信号进行比较，若二者不一致，则确定所述看门狗电路存在故障。
优选地，上述对所述输出信号进行处理后输出控制所述第一继电器触点或所述第二继电器触点的闭合或断开包括：
对所述输出信号进行光耦隔离后相与，形成一路脉冲信号；
对所述脉冲信号进行放大后控制MOS开关管的导通与关断；
根据所述MOS开关管的导通与关断，产生感应电压；
对所述感应电压进行整流和滤波后，控制所述继电器闭合或断开，并向所述第一继电器触点或所述第二继电器触点输出控制其闭合或断开的信号。
进一步地，所述方法还包括：在确定所述第一控制***或第二控制***出现故障且所述继电器断开后，控制对应的控制***进入自锁状态，直至对应的控制***接收到人工复位信号为止。
上述故障监测方法，可以在看门狗电路中的任一器件或控制***出现故障后，接口电源失效。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种看门狗电路，其特征在于，该看门狗电路包括第一通道和第二通道，所述第一通道分别与第一控制***和第一继电器触点相连，所述第二通道分别与第二控制***和第二继电器触点相连，所述第一继电器触点和所述第二继电器触点串联在接口电源的输出电路上，作为所述接口电源通断的继电器触点；
所述第一通道，用于接收所述第一控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理，将处理后的信号输出控制所述第一继电器触点的闭合或断开；
所述第二通道，用于接收所述第二控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理，将处理后的信号输出控制所述第二继电器触点的闭合或断开。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：
所述第一控制***和所述第二控制***均包括中央处理单元(CPU)和现场可编程门阵列(FPGA)，其中：
所述CPU，用于监控所述FPGA，当所述FPGA出现故障时，控制关断输出至对应通道的使能信号；
所述FPGA，用于监控所述CPU，当所述CPU出现故障时，停止向对应通道输出动态脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述看门狗电路还包括：
回读电路，分别与所述第一控制***和所述第二控制***中的所述FPGA以及所述接口电源的输出端相连，用于监测所述输出端的输出电压状态，向所述第一控制***和所述第二控制***中的所述FPGA发送该输出电压状态；
所述FPGA，还用于向所述CPU发送接收到的所述输出电压状态；
所述CPU，还用于根据接收到的所述输出电压状态和自己向对应通道输出的使能信号确定所述看门狗电路是否出现故障。
4.根据权利要求1-3任一权利所述的电路，其特征在于，所述第一通道和所述第二通道均包括依次连接的光耦隔离电路、微分电路、金属氧化物半导体(MOS)开关管、隔离变压器、整流电路和继电器，其中：
所述光耦隔离电路，用于对所述输出信号进行光耦隔离后相与，形成一路脉冲信号，向所述微分电路发送所述脉冲信号；
所述微分电路，用于对接收的所述脉冲信号进行放大后控制所述MOS开关管的导通与关断；
所述隔离变压器，用于根据所述MOS开关管的导通与关断，产生感应电压，并向所述整流电路输出所述感应电压；
所述整流电路，用于对所述感应电压进行整流和滤波后，向所述继电器输出信号；
所述继电器，用于根据来自所述整流电路的所述信号进行导通和关断，并向所述第一继电器触点或所述第二继电器触点输出控制其闭合或断开的信号。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述看门狗电路还包括：
自锁电路，分别与所述第一通道和所述第二通道中的所述继电器的输出端相连，用于在所述继电器断开后，控制所述第一控制***或所述第二控制***进入自锁状态，直至接收到人工复位信号为止。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于：
所述第一通道和所述第二通道的继电器，为两个独立的继电器，还用于在其中一个继电器触点发生粘连时，通过控制另外一个继电器实现看门狗电路的正常功能。
7.一种权利要求5所述的看门狗电路的故障监测方法，其特征在于，该方法包括：
所述第一通道接收来自所述第一控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理后输出控制所述第一继电器触点的闭合或断开；
所述第二通道接收来自所述第二控制***的输出信号，对所述输出信号进行处理后输出控制所述第二继电器触点的闭合或断开；
若所述第一继电器触点和所述第二继电器触点均闭合，则确定无故障；若所述第一继电器触点和/或所述第二继电器触点断开，则确定存在故障或看门狗电路关断。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
分别从所述第一通道的输出端和所述第二通道的输出端获得一路信号，对获得的两路信号进行比较，若二者不一致，则确定所述看门狗电路存在故障。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：
所述对所述输出信号进行处理后输出控制所述第一继电器触点或所述第二继电器触点的闭合或断开包括：
对所述输出信号进行光耦隔离后相与，形成一路脉冲信号；
对所述脉冲信号进行放大后控制MOS开关管的导通与关断；
根据所述MOS开关管的导通与关断，产生感应电压；
对所述感应电压进行整流和滤波后，控制所述继电器闭合或断开，并向所述第一继电器触点或所述第二继电器触点输出控制其闭合或断开的信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在确定所述第一控制***或第二控制***出现故障且所述继电器断开后，控制对应的控制***进入自锁状态，直至对应的控制***接收到人工复位信号为止。
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