CN110095977B - 冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法，所述冗余设备包括：第一冗余模块；第二冗余模块，作为备用的从冗余模块，用于在第一冗余模块作为主冗余模块工作出现故障时，替换所述第一冗余模块；所述第一冗余模块与所述第二冗余模块都设置有主通讯口和从通讯口。所述拓扑***包括：控制器；第一冗余模块，与控制器通过所述第一冗余模块的主通讯口或第一冗余模块的从通讯口通信连接；第二冗余模块，与所述控制器通过所述第二冗余模块的主通讯口或第二冗余模块的从通讯口通信连接。本发明的冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法通过简化电路降低成本，同时降低了编程难度，提高了CPU的效率和***可靠性。

Description

冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法

技术领域

本发明属于***冗余技术领域，涉及一种冗余模块和方法，特别是涉及一种冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法。

背景技术

分布式***中常会涉及到冗余模块的设计，现有方案的模块冗余通常是向对方发送不间断脉冲的形式来表明自己的存在，主从模块的确认一般是通过抢占的方式。现有技术采用器件较多，比较复杂，故障后维修需要多种仪器，很不方便；同时软件编程也比较复杂，占用CPU资源较多。

因此，如何提供一种冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法，以解决现有技术冗余模块***结构和软件编程复杂、故障后维修难度较大且CPU资源占用很多等缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法，用于解决现有技术冗余模块***结构和软件编程复杂、故障后维修难度较大且CPU资源占用很多的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种冗余设备，所述冗余设备包括：第一冗余模块；第二冗余模块，作为备用的从冗余模块，用于在所述第一冗余模块作为主冗余模块工作出现故障时，替换所述第一冗余模块；所述第一冗余模块与所述第二冗余模块都设置有主通讯口和从通讯口。

于本发明的一实施例中，所述冗余设备为输入冗余设备，所述输入冗余设备包括输入第一冗余模块和输入第二冗余模块；所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块连接同一信号输入电路；所述信号输入电路包括第一输入端、第二输入端、一保险丝、第一电感、一电容、第一电阻和第一二极管；其中，所述第一输入端连接所述保险丝的一端，所述保险丝的另一端连接第一电感的一端，所述第一电感的另一端、所述电容的一端与所述第一电阻的一端连接，该连接处为所述输入第一冗余模块、输入第二冗余模块与信号输入电路的连接端，所述第二输入端连接所述第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极、所述电容的另一端和所述第一电阻的另一端均与地电源连接。

于本发明的一实施例中，所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块通过所述信号输入电路接收相同的信号输入值，用于在所述输入第一冗余模块作为主输入冗余模块工作出现故障时，输入第二冗余模块替换输入第一冗余模块将该信号输入值上传到外部的控制器。

于本发明的一实施例中，所述冗余设备为输出冗余设备，所述输出冗余设备包括输出第一冗余模块和输出第二冗余模块；所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块连接同一外部接收电路；所述输出冗余设备包括一数模信号输入端、一关断信号输入端、一电流输出电路、一三极管、一MOS管、第二电阻、第二二极管、第二电感、一双向二极管、第一输出端和第二输出端；其中，所述电流输出电路的第一输出端与所述三极管的发射极、第二电阻的一端连接，所述三极管的基极与所述第二电阻另一端、MOS管的源极连接，所述电流输出电路的第二输出端与所述三极管的集电极、MOS管的栅极连接，所述MOS管的漏极与第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与双向二极管的一端连接，所述第二电感的一端与地电源连接，另一端与双向二极管的另一端连接，所述第一输出端和第二输出端为输出第一冗余模块、输出第二冗余模块与外部接收电路的连接端。

于本发明的一实施例中，当所述输出第一冗余模块作为主输出冗余模块正常工作并向所述外部接收电路输出信号时，所述输出第二冗余模块通过一关断信号控制所述MOS管的栅极实现输出第二冗余模块的关断，用于同一时间只有一个输出冗余模块对外输出信号；所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块均设置过流保护电路，用于在二者出现过流故障时进行输出的关断控制；当所述输出第一冗余模块作为主输出冗余模块工作出现故障时，所述输出第二冗余模块替换输出第一冗余模块向所述外部接收电路输出信号。

本发明另一方面提供一种主从模块判定方法，应用于冗余设备，所述冗余设备包括至少两个冗余模块；所述主从模块判定方法包括：确定上电顺序；若为先上电，则表示为主冗余模块；若为后上电，则表示为从冗余模块；若为与其他冗余模块同时上电，则读取冗余模块的位置标识，并通过对主从判定信号的检测，以确定该冗余模块为主冗余模块或为从冗余模块；其中，所述位置标识用于表示冗余模块为第一冗余模块的位置信息或为第二冗余模块的位置信息。

于本发明的一实施例中，所述若为与其他冗余模块同时上电，则读取冗余模块的位置标识，并通过对主从判定信号的检测，以确定该冗余模块为主冗余模块或为从冗余模块的步骤包括：读取位置标识，所述位置标识包括：第一位置标识和第二位置标识，将所述第一位置标识对应的冗余模块确定为第一冗余模块，将所述第二位置标识对应的冗余模块确定为第二冗余模块；检测是否接收到第二冗余模块的主从判定信号，若否，向第二冗余模块发送主从判定信号，以告知第二冗余模块将第一冗余模块为主冗余模块，再次检测是否接收到第二冗余模块的主从判定信号，以确定所述第一冗余模块为主冗余模块；将所述第二冗余模块退出主从判定信号的发送状态，以使所述第一冗余模块延时预定时间后不再接收到第二冗余模块发送的主从判定信号，并确定所述第二冗余模块为从冗余模块；检测是否接收到第二冗余模块的主从判定信号，若否，将所述第一冗余模块确定为主冗余模块。

本发明又一方面提供一种拓扑***，所述拓扑***包括：控制器；及至少一冗余设备，与所述控制器连接；其中，所述冗余设备包括：第一冗余模块，与所述控制器通过所述第一冗余模块的主通讯口或第一冗余模块的从通讯口通信连接；第二冗余模块，与所述控制器通过所述第二冗余模块的主通讯口或第二冗余模块的从通讯口通信连接；其中，所述控制器用于在获取通讯故障信息并进行一级通讯故障检测时，执行通讯口切换策略，以将从通讯口替换主通讯口；进行二级通讯故障检测时，执行模块切换策略，以将第二冗余模块替换第一冗余模块。

于本发明的一实施例中，所述控制器进行一级通讯故障检测时，判断通讯口是否损坏，由此执行通讯口切换策略，向所述第一冗余模块发送通讯口切换指令，以指示所述第一冗余模块控制内部通讯芯片的使能端口，将从通讯口对应通信芯片的使能设为有效，将主通讯口对应通信芯片的使能设为关闭，以将从通讯口替换主通讯口，若正常工作，则确定通讯口损坏；在通讯口未损坏时进行二级通讯故障检测，判断所述第一冗余模块是否损坏，由此执行模块切换策略，向所述第一冗余模块和第二冗余模块发送模块切换指令，以指示所述第一冗余模块将内部主、从通讯口通信芯片的使能设为关闭，第二冗余模块将其主通讯口对应通信芯片的使能设为有效，以将第二冗余模块替换第一冗余模块。

本发明最后一方面提供一种通信决策方法，应用于所述的拓扑***，所述通信决策方法包括：获取通讯故障信息，所述通讯故障信息为所述控制器通过第一冗余模块的主通讯口与第一冗余模块通信时出现的故障信息；发送通讯口切换指令，以便第一冗余模块的从通讯口替换第一冗余模块的主通讯口；判断是否正常通信，若是，继续通信；若否，发送模块切换指令，以指示第二冗余模块替换第一冗余模块，且所述控制器通过第二冗余模块的主通讯口与第二冗余模块通信。

如上所述，本发明所述的冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法，具有以下有益效果：

通过多方式冗余简化***的电路，从而降低成本，且提高了***的可靠性，通过特有的冗余机制和冗余架构降低软件编程难度，同时提高了CPU的效率。冗余方式体现在两个方面，一个是对上(对控制器)的通讯至少是两路，一主一从，当主故障时从继续通讯，保证模块正常工作。另为整个模块的工作也是冗余的，即一个模块正常工作时另一相同地址的模块作为其备份模块，同步运行；当正常工作模块故障时，立即把备份模块切入工作***。

附图说明

图1显示为本发明的输入冗余设备电路图。

图2显示为本发明的输出冗余设备电路图。

图3显示为本发明的主从模块的电路连接示意图。

图4显示为本发明的主从模块判定方法于一实施例中的流程示意图。

图5显示为本发明的冗余拓扑***于一实施例中的结构原理图。

图6显示为本发明的通信决策方法于一实施例中的原理流程图。

元件标号说明

11 输入主冗余模块

12 输入从冗余模块

13 输出主冗余模块

14 输出从冗余模块

2 拓扑***

S11～S14 主从判定方法的步骤

S21～S24 通信决策方法的步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法，用于解决现有技术中冗余模块***结构和软件编程复杂、故障后维修难度较大且CPU资源占用很多的问题。以下将详细阐述本发明的冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。

实施例一

本实施例提供一种冗余设备，请参阅图1和图2，分别显示为本发明的输入冗余设备电路图和本发明的输出冗余设备电路图。所述冗余设备包括：

第一冗余模块；

第二冗余模块，作为备用的从冗余模块，用于在所述第一冗余模块作为主冗余模块工作出现故障时，替换所述第一冗余模块；

所述第一冗余模块与所述第二冗余模块都设置有主通讯口和从通讯口。

请参阅图1，所述冗余设备为输入冗余设备，所述输入冗余设备包括输入第一冗余模块和输入第二冗余模块，图1中具体表示为输入主冗余模块11和输入从冗余模块12，二者具有相同地址；所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块连接同一信号输入电路。所述信号输入电路包括第一输入端、第二输入端、一保险丝FU1、第一电感L1、一电容C0、第一电阻R1和第一二极管D1；其中，所述第一输入端IN1连接所述保险丝FU1的一端，所述保险丝FU1的另一端连接第一电感L1的一端，所述第一电感L1的另一端、所述电容C0的一端与所述第一电阻R1的一端连接，该连接处为输入主冗余模块11、输入从冗余模块12与信号输入电路的连接端，所述第二输入端IN2连接所述第一二极管D1的阴极，所述第一二极管D1的阳极、所述电容C0的另一端和所述第一电阻R1的另一端均与地电源GND连接。图1中信号经过保险FU1和L1、C0滤波电路后在采样电阻R1上转换成电压信号分别送入输入主冗余模块11和输入从冗余模块12的采集电路。D1是二极管防止现场电源或电平信号错接后在这里进入GND，虚线框部分设置于底座上。

在本实施例中，所述输入主冗余模块11和输入从冗余模块12通过所述信号输入电路接收相同的信号输入值，用于在所述输入主冗余模块11工作出现故障时，输入从冗余模块12替换输入主冗余模块11将该信号输入值上传到外部的控制器。这样同一个信号就进入两个模块，两个模块采到同样的值，经相互之间的信息同步，输入冗余设备的优点一是输入信号能同时进入两个模块分别采集到，并不能互相影响，输出信号不会互相影响，并保证精度。二是两个模块之间信息的同步，在主模块故障时能无扰切换，输入输出信号平稳。

具体地，图2中所述冗余设备为输出冗余设备，所述输出冗余设备包括输出第一冗余模块和输出第二冗余模块；图2中具体表示为输出主冗余模块13和输出从冗余模块14，且二者具有相同地址，所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块连接同一外部接收电路。

于实际应用中，所述输出冗余设备包括一D/A数模信号输入端、一关断信号OC输入端、一电流输出电路IC、一三极管Q1、一MOS管Q2、第二电阻R2、第二二极管D2、第二电感L2、一双向二极管TVS1、第一输出端OUT1和第二输出端OUT2；其中，所述电流输出电路IC的第一输出端IS端与所述三极管Q1的发射极、第二电阻R2的一端连接，所述三极管Q1的基极与所述第二电阻R2另一端、MOS管Q2的源极连接，所述电流输出电路IC的第二输出端VG输出端与所述三极管Q1的集电极、MOS管Q2的栅极连接，所述MOS管Q2的漏极与第二二极管D2的阳极连接，所述第二二极管D2的阴极与双向二极管TVS1的一端连接，所述第二电感L2的一端与地电源AGND连接，另一端与双向二极管TVS1的另一端连接，所述第一输出端OUT1和第二输出端OUT2为输出主冗余模块13和输出从冗余模块14与外部接收电路的连接端。请参阅图4，电流输出电路IC是一个V/I装换电路，接收来自单片机D/A转换器的电压值然后转换成电流从IS端输出。关断信号OC来自微控制器，该信号经过处理后从VG输出，可以关断CMOS管Q2，这样可断开输出冗余设备的信号输出通道。R2,Q1,Q2组成一个过流保护电路，电流变大时R2两端电压变大，大于0.7V时Q1导通，通过Q1后的电平可使Q2关断，断开输出通道。D2是二极管防止现场反向电压输入，TVS1是双向抑制二极管，防止两端电压过大。

在本实施例中，当所述输出主冗余模块13正常工作并向所述外部接收电路输出信号时，所述输出从冗余模块14通过一关断信号控制所述MOS管的栅极实现输出输出从冗余模块14的关断，用于同一时间只有一个输出冗余模块对外输出信号，且设置一过流保护电路，用于在所述输出冗余模块出现过流故障时进行输出的关断控制。

在本实施例中，所述冗余设备中的微控制器与一隔离芯片连接，用于通信信号的电隔离和电平转换输出；所述隔离芯片与一485通信芯片连接，所述485通信芯片提供一通讯口，用于所述冗余设备和外部的控制器的通信。

具体地，由于电磁、高压和浪涌等干扰，需要所述隔离芯片进行信号的电隔离，优选为电容式数字隔离芯片，且在其电源输入端连接一预设容值电容，用于消除通信电路对电源上其他电路的干扰。所述电平转换输出例如将通信驱动的5V电平转换为3.3V后传输于3.3V工作电压的单片机。所述隔离芯片电路中连接一下拉电阻，用于使驱动芯片在无控制时处于接收状态，还连接一上拉电阻用于增强MCU驱动能力。所述485通信芯片总线输出端分别串一个电阻，目的是防止芯片损坏时短路，拉垮总线。

本实施例所述的冗余设备降低了成本，且提高了***的可靠性，通过特有的冗余机制和冗余架构降低软件编程难度，同时提高了CPU的效率。

实施例二

本实施例提供一种主从模块判定方法，应用于冗余设备，所述冗余设备包括至少两个冗余模块；请参阅图3和图4，分别显示为主从模块的电路连接示意图和主从模块判定方法于一实施例中的流程示意图。如图3所示，冗余模块A和B上设置有用于传输主从判定信号的引脚(信号发送引脚RY_T和信号接收引脚RY_R)，其中，信号发送引脚(RY_T)用于向其他冗余模块发送主从判定信号，信号接收引脚(RY_R)用于从其他冗余模块接收主从判定信号，在本实施例中，所述主从判定信号包括一高电平信号，用于在主从模块判定过程中各冗余模块的主从判定信息的通信传递。

继续参阅图4，所述主从模块判定方法包括：

S11，确定上电顺序。所述冗余设备的所有冗余模块***底座后，各冗余模块得电工作，根据冗余设备的所有冗余模块***底座的时间获取上电时间，由此确定各冗余模块的上电顺序，

S12，若为先上电，则表示为主冗余模块。所述冗余设备中先上电的冗余模块通过其内部的微控制器对主冗余模块实行抢占，具体地，如果冗余模块A先启动，则冗余模块A读取位置A标识，然后从信号发送引脚RY_T发出高电平，将冗余模块A作为主冗余模块的信息告知冗余模块B，然后开始工作。

S13，若为后上电，则表示为从冗余模块。与S12对应的，冗余模块B的信号接收引脚RY_R接收到冗余模块A发送的高电平信号，表示冗余模块B后上电，且冗余模块B作为从冗余模块进行备用。

同理，当上电时间不同且冗余模块B先上电时，冗余模块B先启动也是读取位置B标识后通过冗余模块B的信号发送引脚RY_T发高电平信号，将冗余模块B作为主模块的信息告知冗余模块A，然后开始工作，冗余模块A后上电，作为从冗余模块进行备用。

S14，若为与其他冗余模块同时上电，则读取冗余模块的位置标识，并通过对主从判定信号的检测，以确定该冗余模块为主冗余模块或为从冗余模块；其中，所述位置标识用于表示冗余模块为第一冗余模块的位置信息或为第二冗余模块的位置信息。

在本实施例中，所述S14包括：

S141，读取位置标识，所述位置标识包括：第一位置标识和第二位置标识，将所述第一位置标识对应的冗余模块确定为第一冗余模块，将所述第二位置标识对应的冗余模块确定为第二冗余模块。

具体地，读取位置A标识和位置B标识，将所述位置A标识对应的冗余模块确定为冗余模块A，将所述位置B标识对应的冗余模块确定为冗余模块B。

S142，检测是否接收到第二冗余模块的主从判定信号，若否，向第二冗余模块发送主从判定信号，以告知第二冗余模块将第一冗余模块为主冗余模块，再次检测是否接收到第二冗余模块的主从判定信号，以确定所述第一冗余模块为主冗余模块。

于实际应用中，冗余模块A的信号接收引脚RY_R检测是否接收到冗余模块B的主从判定信号，若否，冗余模块A通过信号发送引脚RY_T向冗余模块B发送主从判定信号，以告知冗余模块B将冗余模块A为主冗余模块，再次检测是否接收到冗余模块B的主从判定信号，以确定所述冗余模块A为主冗余模块。

S143，将所述第二冗余模块退出主从判定信号的发送状态，以使所述第一冗余模块延时预定时间后不再接收到第二冗余模块发送的主从判定信号，并确定所述第二冗余模块为从冗余模块。

具体地，将所述冗余模块B的信号发送引脚RY_T退出主从判定信号的发送状态，以使所述冗余模块A的信号接收引脚RY_R延时预定时间后不再接收到冗余模块B发送的主从判定信号，并确定所述冗余模块B为从冗余模块。

S144，检测是否接收到第二冗余模块的主从判定信号，若否，将所述第一冗余模块确定为主冗余模块。若冗余模块A的信号接收引脚RY_R未接收到冗余模块B的主从判定信号，则冗余模块A作为主冗余模块进行工作。

在本实施例中，所述冗余模块之间的通信设有一施密特反相器，用于增强仲裁通信过程中的信号驱动能力，且通过隔离所述微控制器的引脚，避免所述微控制器的引脚之间直连被烧毁。

具体地，所述冗余设备确定主从关系并开始工作后，主从模块间通过通信通道进行信息交换和同步，如图3所示，当此通道故障时，两模块都收不到对方信息，若主冗余模块对上(对控制器)工作正常则上报故障(主冗余模块的从通讯口或从模块不工作)；若是主冗余模块损坏导致的故障，那么控制器通过模块切换策略将从模块切换为主模块，切换后的主模块上报与之前的主冗余模块存在通信故障，从而便于控制器进一步验证是切换前的主冗余模块可能损坏。

本实施例所述的主从模块判定方法简化了***的电路，降低了成本，且提高了***的可靠性，通过特有的冗余机制和冗余架构降低软件编程难度，同时提高了CPU的效率。

实施例三

本实施例提供一种拓扑***，请参阅图5，显示为本发明的冗余拓扑***于一实施例中的结构原理图，所述拓扑***2包括：

控制器；及至少一冗余设备，与所述控制器连接；其中，所述冗余设备包括：第一冗余模块，与所述控制器通过所述第一冗余模块的主通讯口或第一冗余模块的从通讯口通信连接；第二冗余模块，与所述控制器通过所述第二冗余模块的主通讯口或第二冗余模块的从通讯口通信连接；其中，所述控制器用于在获取通讯故障信息并进行一级通讯故障检测时，执行通讯口切换策略，以将从通讯口替换主通讯口；进行二级通讯故障检测时，执行模块切换策略，以将第二冗余模块替换第一冗余模块。

请参阅图5，每个冗余模块都有至少两组通讯口的通信总线与上级的控制器进行通信以保证模块的通讯可靠性。如冗余模块1A既通过A总线的通讯口1与控制器A通信，又通过B总线的通讯口2与控制器A通信，连接冗余模块1A的通讯口1作为冗余模块1A的主通讯口，通讯口2作为冗余模块1A的从通讯口；冗余模块1B作为冗余模块1A的从模块，冗余模块1B既通过A总线的通讯口1与控制器A通信，又通过B总线的通讯口2与控制器A通信，连接冗余模块1B的通讯口1作为冗余模块1B的主通讯口，通讯口2作为冗余模块1B的从通讯口，冗余模块NA与冗余模块NB同理。

于实际应用中，所述A总线为每个冗余模块的主通讯口与控制器通过RS485进行通讯的通讯线路，所述B总线为每个冗余模块的从通讯口与控制器通过RS485进行通讯的通讯线路。

在本实施例中，所述控制器进行一级通讯故障检测时，判断通讯口是否损坏，由此执行通讯口切换策略，向所述第一冗余模块发送通讯口切换指令，以指示所述第一冗余模块控制内部通讯芯片的使能端口，将从通讯口对应通信芯片的使能设为有效，将主通讯口对应通信芯片的使能设为关闭，以将从通讯口替换主通讯口，若正常工作，确定为通讯口损坏，若仍不能正常工作，则通讯口未损坏；在通讯口未损坏时进行二级通讯故障检测，判断所述第一冗余模块是否损坏，由此执行模块切换策略，向所述第一冗余模块和第二冗余模块发送模块切换指令，以指示所述第一冗余模块将内部主、从通讯口通信芯片的使能设为关闭，第二冗余模块将其主通讯口对应通信芯片的使能设为有效，以将第二冗余模块替换第一冗余模块，若正常工作，确定为第一冗余模块损坏，若仍不能正常工作，则为其他通讯故障，包括控制器损坏。

本实施例所述的拓扑***简化了***的电路，降低了成本，且提高了***的可靠性，通过特有的冗余机制和冗余架构降低软件编程难度，同时提高了CPU的效率。

实施例四

本发明又一方面提供一种通信控制方法，应用于外部的控制器以及所述控制器与冗余模块连接的通信网络，请参阅图6，显示为本发明的通信决策方法于一实施例中的原理流程图。所述通信控制方法包括：

S11，获取通讯故障信息，所述通讯故障信息包括通讯口损坏、冗余模块损坏和/或其他通讯故障。

S12，发送通讯口切换指令，以指示所述第一冗余模块控制内部通讯芯片的使能端口，将从通讯口对应通信芯片的使能设为有效，将主通讯口对应通信芯片的使能设为关闭，以将从通讯口替换主通讯口，由此判断通讯口是否损坏。

具体地，当通讯失败时，控制器A通过B总线与冗余模块1A的通讯口2进行连接，如果成功则表明模块通讯口1损坏，以新的通讯口2连接进行正常通讯工作并上报故障信息。

S13，判断是否正常通信，若是，继续通信，确定为通讯口损坏；若否，发送模块切换指令，以指示所述第一冗余模块将内部主、从通讯口通信芯片的使能设为关闭，第二冗余模块将其主通讯口对应通信芯片的使能设为有效，以将第二冗余模块替换第一冗余模块，由此判断所述第一冗余模块是否损坏，且所述控制器通过第二冗余模块的主通讯口与第二冗余模块通信。

于实际应用中，若通讯口替换之后通讯仍不成功，则表明可能是控制器A问题或者冗余模块1A不工作。这时控制器发命令，用冗余模块1B替换冗余模块1A，并启用作为从模块的冗余模块1B，然后控制器通过A总线与冗余模块1B的通讯口1通讯，如正常，则证明是冗余模块1A故障。

更进一步的，如果还不正常(即控制器A通过A总线与冗余模块1A的通讯口1，冗余模块1B通讯口1；通过B总线与冗余模块1A的通讯口2，都不能通讯)则控制器A本身通讯电路故障。这时启动控制器冗余切换策略，切换到控制器B进行正常工作并上报故障。

本发明所述的冗余设备、主从模块判定方法、拓扑***及通信决策方法简化了***的电路，降低了成本，且提高了***的可靠性，通过特有的冗余机制和冗余架构降低软件编程难度，同时提高了CPU的效率。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种冗余设备，其特征在于，所述冗余设备包括：

第一冗余模块；

第二冗余模块，作为备用的从冗余模块，用于在所述第一冗余模块作为主冗余模块工作出现故障时，替换所述第一冗余模块；

所述第一冗余模块与所述第二冗余模块都设置有主通讯口和从通讯口；

在确定上电顺序时，若为先上电，则表示为所述主冗余模块；若为后上电，则表示为所述从冗余模块；若为与其他冗余模块同时上电，则读取冗余模块的位置标识，并通过对主从判定信号的检测，以确定该冗余模块为主冗余模块或为从冗余模块；其中，所述位置标识用于表示冗余模块为所述第一冗余模块的位置信息或为所述第二冗余模块的位置信息；

所述冗余设备与控制器连接，所述控制器用于在获取通讯故障信息并进行一级通讯故障检测时，执行通讯口切换策略，以将所述从通讯口替换所述主通讯口；进行二级通讯故障检测时，执行模块切换策略，以将所述第二冗余模块替换所述第一冗余模块；

所述冗余设备为输入冗余设备或输出冗余设备，所述输入冗余设备包括输入第一冗余模块和输入第二冗余模块；所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块为电流采样电路，连接同一信号输入电路；所述输出冗余设备包括输出第一冗余模块和输出第二冗余模块；所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块为电流输出电路，连接同一外部接收电路。

2.根据权利要求1所述的冗余设备，其特征在于，

所述信号输入电路包括第一输入端、第二输入端、一保险丝、第一电感、一电容、第一电阻和第一二极管；其中，所述第一输入端连接所述保险丝的一端，所述保险丝的另一端连接第一电感的一端，所述第一电感的另一端、所述电容的一端与所述第一电阻的一端连接，该连接处为所述输入第一冗余模块、输入第二冗余模块与信号输入电路的连接端，所述第二输入端连接所述第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极、所述电容的另一端和所述第一电阻的另一端均与地电源连接。

3.根据权利要求2所述的冗余设备，其特征在于，

所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块通过所述信号输入电路接收相同的信号输入值，用于在所述输入第一冗余模块作为主输入冗余模块工作出现故障时，输入第二冗余模块替换输入第一冗余模块将该信号输入值上传到外部的控制器。

4.根据权利要求1所述的冗余设备，其特征在于，

所述输出冗余设备包括一数模信号输入端、一关断信号输入端、一电流输出电路、一三极管、一MOS管、第二电阻、第二二极管、第二电感、一双向二极管、第一输出端和第二输出端；其中，所述电流输出电路的第一输出端与所述三极管的发射极、第二电阻的一端连接，所述三极管的基极与所述第二电阻另一端、MOS管的源极连接，所述电流输出电路的第二输出端与所述三极管的集电极、MOS管的栅极连接，所述MOS管的漏极与第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与双向二极管的一端连接，所述第二电感的一端与地电源连接，另一端与双向二极管的另一端连接。

5.根据权利要求4所述的冗余设备，其特征在于，

当所述输出第一冗余模块作为主输出冗余模块正常工作并向所述外部接收电路输出信号时，所述输出第二冗余模块通过一关断信号控制所述MOS管的栅极实现输出第二冗余模块的关断，用于同一时间只有一个输出冗余模块对外输出信号；

所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块均设置过流保护电路，用于在二者出现过流故障时进行输出的关断控制；

当所述输出第一冗余模块作为主输出冗余模块工作出现故障时，所述输出第二冗余模块替换输出第一冗余模块向所述外部接收电路输出信号。

6.一种主从模块判定方法，其特征在于，应用于冗余设备，所述冗余设备包括至少两个冗余模块；所述冗余设备为输入冗余设备或输出冗余设备，所述输入冗余设备包括输入第一冗余模块和输入第二冗余模块；所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块为电流采样电路，连接同一信号输入电路；所述输出冗余设备包括输出第一冗余模块和输出第二冗余模块；所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块为电流输出电路，连接同一外部接收电路；

所述主从模块判定方法包括：

确定上电顺序；

若为先上电，则表示为主冗余模块；

若为后上电，则表示为从冗余模块；

若为与其他冗余模块同时上电，则读取冗余模块的位置标识，并通过对主从判定信号的检测，以确定该冗余模块为主冗余模块或为从冗余模块；其中，所述位置标识用于表示冗余模块为第一冗余模块的位置信息或为第二冗余模块的位置信息。

7.根据权利要求6所述的主从模块判定方法，其特征在于，所述若为与其他冗余模块同时上电，则读取冗余模块的位置标识，并通过对主从判定信号的检测，以确定该冗余模块为主冗余模块或为从冗余模块的步骤包括：

读取位置标识，所述位置标识包括：第一位置标识和第二位置标识，将所述第一位置标识对应的冗余模块确定为第一冗余模块，将所述第二位置标识对应的冗余模块确定为第二冗余模块；

检测是否接收到第二冗余模块的主从判定信号，若否，向第二冗余模块发送主从判定信号，以告知第二冗余模块将第一冗余模块为主冗余模块，再次检测是否接收到第二冗余模块的主从判定信号，以确定所述第一冗余模块为主冗余模块；

将所述第二冗余模块退出主从判定信号的发送状态，以使所述第一冗余模块延时预定时间后不再接收到第二冗余模块发送的主从判定信号，并确定所述第二冗余模块为从冗余模块；

检测是否接收到第二冗余模块的主从判定信号，若否，将所述第一冗余模块确定为主冗余模块。

8.一种拓扑***，其特征在于，所述拓扑***包括：

控制器；及

至少一冗余设备，与所述控制器连接；其中，所述冗余设备包括：

第一冗余模块，与所述控制器通过所述第一冗余模块的主通讯口或第一冗余模块的从通讯口通信连接；

第二冗余模块，与所述控制器通过所述第二冗余模块的主通讯口或第二冗余模块的从通讯口通信连接；

其中，所述控制器用于在获取通讯故障信息并进行一级通讯故障检测时，执行通讯口切换策略，以将从通讯口替换主通讯口；进行二级通讯故障检测时，执行模块切换策略，以将第二冗余模块替换第一冗余模块；

所述冗余设备为输入冗余设备或输出冗余设备，所述输入冗余设备包括输入第一冗余模块和输入第二冗余模块；所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块为电流采样电路，连接同一信号输入电路；所述输出冗余设备包括输出第一冗余模块和输出第二冗余模块；所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块为电流输出电路，连接同一外部接收电路。

9.根据权利要求8所述的拓扑***，其特征在于，

所述控制器进行一级通讯故障检测时，判断通讯口是否损坏，由此执行通讯口切换策略，向所述第一冗余模块发送通讯口切换指令，以指示所述第一冗余模块控制内部通讯芯片的使能端口，将从通讯口对应通信芯片的使能设为有效，将主通讯口对应通信芯片的使能设为关闭，以将从通讯口替换主通讯口，若正常工作，则确定通讯口损坏；

在通讯口未损坏时进行二级通讯故障检测，判断所述第一冗余模块是否损坏，由此执行模块切换策略，向所述第一冗余模块和第二冗余模块发送模块切换指令，以指示所述第一冗余模块将内部主、从通讯口通信芯片的使能设为关闭，第二冗余模块将其主通讯口对应通信芯片的使能设为有效，以将第二冗余模块替换第一冗余模块。

10.一种通信决策方法，其特征在于，应用于如权利要求8-9所述的拓扑***，所述通信决策方法包括：

获取通讯故障信息，所述通讯故障信息为所述控制器通过第一冗余模块的主通讯口与第一冗余模块通信时出现的故障信息；

发送通讯口切换指令，以便第一冗余模块的从通讯口替换第一冗余模块的主通讯口；

判断是否正常通信，若是，继续通信；若否，发送模块切换指令，以指示第二冗余模块替换第一冗余模块，且所述控制器通过第二冗余模块的主通讯口与第二冗余模块通信。

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