CN105301490B - 具有故障检测功能的霍尔开关信号采集电路 - Google Patents
具有故障检测功能的霍尔开关信号采集电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种具有故障检测功能的霍尔开关信号采集电路，包括主控电路和N个霍尔开关电路；每一个霍尔开关电路均设有一个霍尔开关和一个异或门，霍尔开关的输出端与异或门的第一输入端连接；主控电路对应每一个霍尔开关电路设有一个控制端口和一个检测端口，主控电路的每一个控制端口均通过一根控制线与对应霍尔开关电路的异或门第二输入端连接、每一个检测端口均通过一根检测线与对应霍尔开关电路的异或门输出端连接；主控电路预设有常规采集时间和故障检测时间，其交替工作在常规采集状态和故障检测采集状态下。本发明能够在不影响对N个霍尔开关输出电平状态的情况下对N个霍尔开关电路进行故障检测，大大提高了故障的查找效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有故障检测功能的霍尔开关信号采集电路。
背景技术
霍尔开关是一种利用霍尔效应的磁感应式电子开关，属于有源磁电转换器件，当外部磁场变化时此器件可以输出电脉冲信号。
由于霍尔开关具有无触点、低功耗、长寿命、响应频率高等诸多优点，能够在恶劣环境下可靠的工作。机电设备一般使用霍尔开关实现位置和转速的检测，并根据检测的状态实现自动控制，一旦霍尔开关出现故障，将会导致设备无法正常运行。
当检测点多且分布较散时，霍尔开关与主控电路一般通过排线连接，针对霍尔开关因接线端子接触不良、线断、损坏而出现的故障，目前一般采用人工排查的方法进行故障诊断，费时费力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有故障检测功能的霍尔开关信号采集电路，能够解决现有霍尔开关信号采集电路由于霍尔开关分布位置散乱、有可能导致故障的接线数量多而造成故障定位慢的问题。
解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种具有故障检测功能的霍尔开关信号采集电路，其特征在于：所述的霍尔开关信号采集电路包括主控电路和N个霍尔开关电路，其中，N为正整数；每一个所述霍尔开关电路均设有一个霍尔开关和一个异或门，其中，所述霍尔开关用于检测霍尔开关电路所在检测点的磁场变化，所述霍尔开关的输出端与所述异或门的第一输入端连接；所述主控电路对应每一个霍尔开关电路设有一个控制端口和一个检测端口，所述主控电路的每一个控制端口均通过一根控制线与对应霍尔开关电路的异或门第二输入端连接、每一个检测端口均通过一根检测线与对应霍尔开关电路的异或门输出端连接；
所述主控电路预设有常规采集时间和故障检测时间，其交替工作在常规采集状态和故障检测采集状态下，其中：
进入常规采集状态时，所述主控电路在常规采集时间内按以下方式分别采集每一个所述霍尔开关的输出电平状态：保持所述控制端口向所述异或门第二输入端输出的电平状态不变，并用所述检测端口检测所述异或门输出端的电平状态，按照异或门的逻辑关系式判断出所述异或门第一输入端的电平状态即所述霍尔开关的输出电平状态；
进入故障检测采集状态时，所述主控电路在故障检测时间内按以下方式分别采集每一个所述霍尔开关的输出电平状态并检测该霍尔开关所在的霍尔开关电路是否发生故障：翻转所述控制端口向所述异或门第二输入端输出的电平状态，并用所述检测端口分别检测该翻转前所述异或门输出端的电平状态Ci和该翻转后所述异或门输出端的电平状态Di，按照异或门的逻辑关系式判断出所述异或门第一输入端的电平状态即所述霍尔开关的输出电平状态，并且，如果电平状态Ci与Di相异，则判断所述霍尔开关电路无故障，如果电平状态Ci与Di相同，则判断所述霍尔开关电路出现故障，其中，i为取值1至N的正整数，其表示霍尔开关电路的序号。
其中，所述故障检测时间的取值，使得所述霍尔开关的输出电平状态能够在该故障检测时间内保持不变，并且，使得所述检测端口足以分别检测出所述异或门输出端在所述控制端口输出电平翻转前后的电平状态Ci和Di。
作为本发明的优选实施方式，所述主控电路通过总线方式与外部设备连接，所述主控电路在常规采集状态下将所述N个霍尔开关的输出电平状态打包传送给外部设备、并在故障检测采集状态下将所述N个霍尔开关的输出电平状态和每一个霍尔开关对应的霍尔开关电路的故障检测结果打包传送给外部设备。
为了便于提醒故障位置，作为本发明的一种改进，所述的霍尔开关信号采集电路还包括报警电路；所述报警电路设有蜂鸣器并对应每一个所述霍尔开关电路设有一盏故障指示灯，所述主控电路与报警电路的控制端连接，所述主控电路在检测到任意一个或以上所述霍尔开关电路出现故障时控制所述蜂鸣器开启报警声音、在检测到所述N个霍尔开关电路均无故障时控制所述蜂鸣器关闭报警声音，并且，所述主控电路点亮出现故障的霍尔开关电路所对应的故障指示灯、熄灭无故障的霍尔开关电路所对应的故障指示灯。
其中，每一个所述霍尔开关电路均设有电源端和地端，每一个所述霍尔开关电路的电源端均通过一条电源线与所述主控电路的电源端连接，每一个所述霍尔开关电路的地端通过一条地线与所述主控电路的地端连接，所述主控电路通过各条电源线为对应霍尔开关电路的霍尔开关和异或门供电。
作为本发明的优选实施方式，每一个所述霍尔开关电路与所述主控电路之间的控制线、检测线、电源线和地线均由一条四芯排线实现。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明通过主控电路交替工作在常规采集状态和故障检测采集状态下，从而能够确保在全工作过程中对N个霍尔开关的输出电平状态进行检测的基础上，以常规采集时间为间隔对N个霍尔开关电路进行故障检测；因此，本发明能够在不影响对N个霍尔开关输出电平状态的情况下对N个霍尔开关电路进行故障检测，一旦霍尔开关电路出现故障，即可快速定位故障点，大大提高了故障的查找效率。
第二，本发明能够将故障检测采集状态下的N个霍尔开关输出电平状态和每一个霍尔开关对应的霍尔开关电路的故障检测结果打包传送给外部设备，以提高外部设备接收到霍尔开关输出电平状态信号的可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明的霍尔开关信号采集电路的电路原理框图；
图2为本发明的主控电路和任意一个霍尔开关电路的接线示意图；
图3为主控电路在故障检测采集状态下的软件流程框图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明具有故障检测功能的霍尔开关信号采集电路，包括主控电路和N个霍尔开关电路，其中，N为正整数；每一个霍尔开关电路均设有一个霍尔开关和一个异或门，其中，霍尔开关用于检测霍尔开关电路所在检测点的磁场变化，霍尔开关的输出端与异或门的第一输入端A连接；主控电路对应每一个霍尔开关电路设有一个控制端口和一个检测端口，主控电路的每一个控制端口均通过一根控制线与对应霍尔开关电路的异或门第二输入端B连接、每一个检测端口均通过一根检测线与对应霍尔开关电路的异或门输出端Y连接。
其中，每一个霍尔开关电路均设有电源端和地端，每一个霍尔开关电路的电源端均通过一条电源线与主控电路的电源端连接，每一个霍尔开关电路的地端通过一条地线与主控电路的地端连接，主控电路通过各条电源线为对应霍尔开关电路的霍尔开关和异或门供电。每一个霍尔开关电路与主控电路之间的控制线、检测线、电源线和地线均由一条四芯排线实现。
上述主控电路预设有常规采集时间和故障检测时间，其交替工作在常规采集状态和故障检测采集状态下，其中：
进入常规采集状态时，主控电路在常规采集时间内按以下方式分别采集每一个霍尔开关的输出电平状态：保持控制端口向异或门第二输入端B输出的电平状态不变，并用检测端口检测异或门输出端Y的电平状态，按照异或门的逻辑关系式判断出异或门第一输入端A的电平状态即霍尔开关的输出电平状态；
进入故障检测采集状态时，主控电路在故障检测时间内按以下方式分别采集每一个霍尔开关的输出电平状态并检测该霍尔开关所在的霍尔开关电路是否发生故障：翻转控制端口向异或门第二输入端B输出的电平状态，并用检测端口分别检测该翻转前异或门输出端Y的电平状态Ci和该翻转后异或门输出端Y的电平状态Di，按照异或门的逻辑关系式判断出异或门第一输入端A的电平状态即霍尔开关的输出电平状态，并且，如果电平状态Ci与Di相异，则判断霍尔开关电路无故障，如果电平状态Ci与Di相同，则判断霍尔开关电路出现故障，其中，i为取值1至N的正整数，其表示霍尔开关电路的序号。
上述故障检测时间的取值，应使得霍尔开关的输出电平状态能够在该故障检测时间内保持不变，以确保故障检测的正确性，并且，使得检测端口足以分别检测出异或门输出端Y在控制端口输出电平翻转前后的电平状态Ci和Di。
上述主控电路可以通过总线方式与外部设备连接，主控电路在常规采集状态下将N个霍尔开关的输出电平状态打包传送给外部设备、并在故障检测采集状态下将N个霍尔开关的输出电平状态和每一个霍尔开关对应的霍尔开关电路的故障检测结果打包传送给外部设备。
上述霍尔开关信号采集电路还包括报警电路；报警电路设有蜂鸣器并对应每一个霍尔开关电路设有一盏故障指示灯，主控电路与报警电路的控制端连接，主控电路在检测到任意一个或以上霍尔开关电路出现故障时控制蜂鸣器开启报警声音、在检测到N个霍尔开关电路均无故障时控制蜂鸣器关闭报警声音，并且，主控电路点亮出现故障的霍尔开关电路所对应的故障指示灯、熄灭无故障的霍尔开关电路所对应的故障指示灯。
下面以单个霍尔开关电路为例，说明本发明的霍尔开关信号采集电路的工作原理：
第一，当霍尔开关电路无故障时，假设霍尔开关保持输出某种电平，当主控电路通过控制端口将异或门端口B设置为低电平，那么此时主控电路通过检测端口读取异或门端口Y输出电平即可获取霍尔开关当前的输出电平，当主控电路通过控制端口将异或门端口B设置为高电平，那么此时主控电路通过检测端口读取异或门端口Y输出电平获取的电平应该与当前霍尔开关的输出电平相反；
第二，当霍尔开关电路的器件损坏、四芯排线中的电源线或地线或检测线出现线断时，不管主控电路通过控制端口将异或门端口B设置为低电平还是高电平，主控电路通过检测端口读取异或门端口Y获取的输出电平将保持不变；
第三，当四芯排线中的控制线出现线断时，主控电路通过控制端口对异或门端口B的设置不起作用，假设霍尔开关保持输出某种电平，在一段较短的时间内即故障检测时间内，主控电路前后两次通过检测端口读取异或门端口Y获取的输出电平将相同。根据这一原理：在一段较短的时间内(保证霍尔开关的输出电平未改变)，主控电路首先通过读取当异或门端口B为低电平和高电平时两次霍尔开关的输出电平C与D；主控电路接着通过判断C与D状态，当C≠D时，标记霍尔开关电路无故障并关闭故障指示灯，反之当C＝D时，标记霍尔开关电路有故障并开启故障指示灯；控制器接着判断霍尔开关电路是否有故障，当有故障时开启声音报警，反之当无故障时关闭声音报警。
本发明中的霍尔开关电路个数N根据检测点个数确定，其中霍尔开关可选用单极性霍尔开关，异或门选用具有两个输入端和一个输出端的常规异或门。报警电路选用合适的蜂鸣器、指示灯作为声音报警和故障指示的执行部件。主控电路的控制器可选用通用的单片机或微处理器，但需拥有足够的IO或通过IO扩展满足用于实施对N个霍尔开关电路进行输出控制和状态检测，以及进行故障指示和声音报警控制。
本发明的主控电路在常规采集状态和故障检测采集状态下的交替工作方式可由装载在主控电路中的软件程序控制实现，其中，图3为主控电路在故障检测采集状态下的软件流程框图，具体流程如下：
(1)参见图3，控制器将所有霍尔开关电路的异或门端口B设置为低电平；
(2)控制器读取所有霍尔开关电路的异或门端口Y的输出电平状态，并依次记录为Ci(i＝1～N)；
(3)控制器将所有霍尔开关电路的异或门端口B设置为高电平；
(4)控制器读取所有霍尔开关电路的异或门端口Y的输出电平状态，并依次记录为Di(i＝1～N)；
(5)控制器依次比较所有霍尔开关电路的异或门端口Y的输出电平状态Ci与Di是否相等(i＝1～N)；
(6)当步骤(5)的判断结果为是时，控制器标记霍尔开关电路i有故障，并开启霍尔开关电路i的故障指示灯，转到步骤(7)；当步骤(5)的判断结果为否时，控制器标记霍尔开关电路i无故障，并关闭霍尔开关电路i的故障指示灯，转到步骤(7)；
(7)控制器判断所有霍尔开关电路故障状态的诊断是否完成；
(8)当步骤(7)的判断结果为是时，转到步骤(9)；当步骤(7)的判断结果为否时，转到步骤(5)；
(9)控制器统计存在故障的霍尔开关电路的个数；
(10)控制器判断存在故障的霍尔开关电路个数是否大于零；
(11)当步骤(10)的判断结果为是时，控制器开启声音报警，转到步骤(12)；当步骤(10)的判断结果为否时，控制器关闭声音报警，转到步骤(12)；
(12)适当延时即等待常规采集时间后，转到步骤(1)。
本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种具有故障检测功能的霍尔开关信号采集电路，其特征在于：所述的霍尔开关信号采集电路包括主控电路和N个霍尔开关电路，其中，N为正整数；每一个所述霍尔开关电路均设有一个霍尔开关和一个异或门，其中，所述霍尔开关用于检测霍尔开关电路所在检测点的磁场变化，所述霍尔开关的输出端与所述异或门的第一输入端(A)连接；所述主控电路对应每一个霍尔开关电路设有一个控制端口和一个检测端口，所述主控电路的每一个控制端口均通过一根控制线与对应霍尔开关电路的异或门第二输入端(B)连接、每一个检测端口均通过一根检测线与对应霍尔开关电路的异或门输出端(Y)连接；
所述主控电路预设有常规采集时间和故障检测时间，其交替工作在常规采集状态和故障检测采集状态下，其中：
进入常规采集状态时，所述主控电路在常规采集时间内按以下方式分别采集每一个所述霍尔开关的输出电平状态：保持所述控制端口向所述异或门第二输入端(B)输出的电平状态不变，并用所述检测端口检测所述异或门输出端(Y)的电平状态，按照异或门的逻辑关系式判断出所述异或门第一输入端(A)的电平状态即所述霍尔开关的输出电平状态；
进入故障检测采集状态时，所述主控电路在故障检测时间内按以下方式分别采集每一个所述霍尔开关的输出电平状态并检测该霍尔开关所在的霍尔开关电路是否发生故障：翻转所述控制端口向所述异或门第二输入端(B)输出的电平状态，并用所述检测端口分别检测该翻转前所述异或门输出端(Y)的电平状态Ci和该翻转后所述异或门输出端(Y)的电平状态Di，按照异或门的逻辑关系式判断出所述异或门第一输入端(A)的电平状态即所述霍尔开关的输出电平状态，并且，如果电平状态Ci与Di相异，则判断所述霍尔开关电路无故障，如果电平状态Ci与Di相同，则判断所述霍尔开关电路出现故障，其中，i为取值1至N的正整数，其表示霍尔开关电路的序号。
2.根据权利要求1所述的霍尔开关信号采集电路，其特征在于：所述故障检测时间的取值，使得所述霍尔开关的输出电平状态能够在该故障检测时间内保持不变，并且，使得所述检测端口足以分别检测出所述异或门输出端(Y)在所述控制端口输出电平翻转前后的电平状态Ci和Di。
3.根据权利要求1所述的霍尔开关信号采集电路，其特征在于：所述主控电路通过总线方式与外部设备连接，所述主控电路在常规采集状态下将所述N个霍尔开关的输出电平状态打包传送给外部设备、并在故障检测采集状态下将所述N个霍尔开关的输出电平状态和每一个霍尔开关对应的霍尔开关电路的故障检测结果打包传送给外部设备。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的霍尔开关信号采集电路，其特征在于：所述的霍尔开关信号采集电路还包括报警电路；所述报警电路设有蜂鸣器并对应每一个所述霍尔开关电路设有一盏故障指示灯，所述主控电路与报警电路的控制端连接，所述主控电路在检测到任意一个或以上所述霍尔开关电路出现故障时控制所述蜂鸣器开启报警声音、在检测到所述N个霍尔开关电路均无故障时控制所述蜂鸣器关闭报警声音，并且，所述主控电路点亮出现故障的霍尔开关电路所对应的故障指示灯、熄灭无故障的霍尔开关电路所对应的故障指示灯。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的霍尔开关信号采集电路，其特征在于：每一个所述霍尔开关电路均设有电源端和地端，每一个所述霍尔开关电路的电源端均通过一条电源线与所述主控电路的电源端连接，每一个所述霍尔开关电路的地端通过一条地线与所述主控电路的地端连接，所述主控电路通过各条电源线为对应霍尔开关电路的霍尔开关和异或门供电。
6.根据权利要求5所述的霍尔开关信号采集电路，其特征在于：每一个所述霍尔开关电路与所述主控电路之间的控制线、检测线、电源线和地线均由一条四芯排线实现。
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