本發(fā)明涉及一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測電路及方法，該檢測電路及檢測方法適用于多種開關(guān)，通過對開關(guān)接通回路的取樣電壓進(jìn)行檢測，在提供開關(guān)的開、關(guān)狀態(tài)的同時，亦可進(jìn)行開關(guān)的故障診斷，為開關(guān)維護(hù)提供依據(jù)。

背景技術(shù)：

在飛機(jī)駕駛艙中，飛行員通過安裝在控制板組件上的各類開關(guān)來控制飛機(jī)系統(tǒng)，完成飛行任務(wù)。這些開關(guān)的種類包括帶指示燈的按壓開關(guān)、按壓開關(guān)、扳動開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)等。一般地，這些開關(guān)都采用多通道的結(jié)構(gòu)形式，即當(dāng)開關(guān)處于某個檔位時，所有開關(guān)通道同時動作的，可以向飛機(jī)系統(tǒng)提供多路冗余的開關(guān)信號，以策安全。

飛機(jī)系統(tǒng)中所采用的開關(guān)信號傳輸方式主要有兩種形式，即硬線形式和數(shù)字形式。硬線形式是指直接使用電纜線將開關(guān)和飛機(jī)系統(tǒng)相連，由開關(guān)直接向飛機(jī)系統(tǒng)提供開關(guān)狀態(tài)；數(shù)字形式是指通過集成在控制板組件中的微控制器采集開關(guān)引腳電平，再根據(jù)開關(guān)引腳電平編碼，形成數(shù)字化開關(guān)狀態(tài)后，再經(jīng)飛機(jī)的總線網(wǎng)絡(luò)傳輸至飛機(jī)系統(tǒng)，飛機(jī)系統(tǒng)解碼后，才能最終獲得開關(guān)狀態(tài)。硬線形式用于高安全性要求的飛機(jī)功能系統(tǒng)，如飛控系統(tǒng)等；而數(shù)字形式主要用于一般要求的飛機(jī)功能系統(tǒng)，如環(huán)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等。

目前，數(shù)字化開關(guān)狀態(tài)檢測方式是在開關(guān)引腳上預(yù)設(shè)的邏輯電平，通過微控制器對預(yù)設(shè)電平的檢測，來判斷開關(guān)的通/斷狀態(tài)。這種方式的局限性在于僅能區(qū)分出的“有效的”和“無效的”兩類狀態(tài)，而無法對“無效的”狀態(tài)做出進(jìn)一步的故障診斷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字化開關(guān)狀態(tài)無法對“無效的”狀態(tài)做出進(jìn)一步的故障診斷的問題，提供一種新型的具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測電路。

為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測電路，包含有，

基準(zhǔn)參考電壓源模塊，其用以提供至少兩個基準(zhǔn)參考電壓信號且各基準(zhǔn)參考電壓信號幅值均不相同；

被測開關(guān)，其具有至少兩個檔位，每一檔位均對應(yīng)于各自的一基準(zhǔn)參考電壓信號，基準(zhǔn)參考電壓信號經(jīng)被測開關(guān)轉(zhuǎn)換成與開關(guān)檔位對應(yīng)的開關(guān)電壓信號，優(yōu)選地，被測開關(guān)的類型為下述之一：按鍵開關(guān)、二位/三位/多位扳動/旋轉(zhuǎn)開關(guān)、按壓開關(guān)/帶指示燈的按壓開關(guān)；

電壓檢測模塊，其用以采集開關(guān)電壓信號并將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的檢測電壓信號；以及，

微控制器模塊，其用以比較檢測電壓信號與基準(zhǔn)參考電壓信號，以判斷被測開關(guān)處于被選中狀態(tài)的檔位的狀態(tài)及故障診斷。

作為一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測電路的優(yōu)選方案，每一基準(zhǔn)參考電壓信號均對應(yīng)有一基準(zhǔn)電壓源及一保護(hù)二極管，基準(zhǔn)電壓源輸出端接二極管的正極，二極管的負(fù)極用以輸出基準(zhǔn)參考電壓信號；被測開關(guān)具有至少兩個檔位端及一公共端，檔位端接對應(yīng)的二極管的負(fù)極，公共端用以輸出開關(guān)電壓信號。

作為一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測電路的優(yōu)選方案，電壓檢測模塊包含有通道選擇器、第一電阻、第二電阻、差分放大器，通道選擇器用以選擇多路開關(guān)電壓信號中的一路進(jìn)行檢測，通道選擇器的輸入端連接多路被檢開關(guān)的輸出端，其輸出端連接第一電阻第一端，其控制端連接微控制器模塊的控制端，并接受微控制器的輸出控制；第一電阻和第二電阻組成分壓電路，由通道選擇器輸出的開關(guān)電壓信號經(jīng)第一電阻、第二電阻分壓，在第一電阻上形成適合微控制器檢測的電壓信號后，送入差分放大器處理；差分放大器的輸入端用以輸入經(jīng)第一、第二電阻分壓后的電壓信號，差分放大器的輸出端用以等幅輸出待檢測的電壓信號，差分放大器的同相輸入端與通道選擇器的輸出端及第一電阻的第一端相連接，其反向輸入端與第一電阻的第二端和第二電阻的第一端相連接，差分放大器為單電源供電，正電源端接電源VCC，負(fù)電源端及第二電阻的第二端均接地。

作為一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測電路的優(yōu)選方案，第一電阻系由第一分電阻及第二分電阻并聯(lián)而成，第二電阻系由第三分電阻及第四分電阻并聯(lián)而成。

作為一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測電路的優(yōu)選方案，被測開關(guān)的數(shù)量為多個，電壓檢測模塊還具有通道選擇器。

本發(fā)明還提供了一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測方法，包含有以下步驟，

步驟S1，提供權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)的檢測電路；以及，

步驟S2，確定各基準(zhǔn)參考電壓信號的大小是否與預(yù)設(shè)值相同。

作為一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測方法的優(yōu)選方案，還包含有，步驟S3，確定被測開關(guān)中處于被選中狀態(tài)的檔位是否存在接觸不良故障：若檢測電壓信號為零電位，則表示開關(guān)出現(xiàn)接觸不良故障。

作為一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測方法的優(yōu)選方案，還包含有，步驟S4，確定被測開關(guān)是否存在檔位短接故障：依次選中各檔位，若任意兩個檢測電壓信號相同，則表示被測開關(guān)存在檔位短接故障。

作為一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測方法的優(yōu)選方案，還包含有，步驟S5，確定被測開關(guān)中處于被選中狀態(tài)的檔位是否存在導(dǎo)通電阻增大的情況：若檢測電壓信號比正常的閾值偏小，則表示處于被選中狀態(tài)的檔位存在導(dǎo)通電阻增大的情況。

作為一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測方法的優(yōu)選方案，所述檢測電路為權(quán)利要求4所述的，還包含有，

步驟S6，確定第一電阻及第二電阻的故障。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)至少在于：能夠?qū)?shù)字化開關(guān) “無效的”狀態(tài)做出進(jìn)一步的故障診斷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明技術(shù)方案的原理框圖。

圖2為本發(fā)明的實(shí)施方案的原理電路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體的實(shí)施方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

請參見圖1和2，圖1中所示的是一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測電路的原理框圖，圖2中所示的是一種具有故障診斷功能的數(shù)字化開關(guān)檢測電路實(shí)施方案的原理電路示意圖。

1.微控制器模塊：模塊內(nèi)的微控制器的IO口可以通過輸出高低電平來控制電壓采樣模塊的開關(guān)電壓信號輸入；模塊內(nèi)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將來自電壓采樣模塊的輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)的數(shù)字化檢測。

2.電壓檢測模塊：模塊內(nèi)的通道選擇器由微控制器模塊的IO輸出口控制端A、控制端B、控制端C和使能端進(jìn)行控制，用以選擇一路開關(guān)電壓信號輸入到后續(xù)電路；模塊內(nèi)的電阻R1和R2構(gòu)成的分壓電路，將通道選擇器輸出的一路開關(guān)電壓信號在電阻R1上形成的分壓輸入到差分放大器的輸入端； 差分放大器將濾除電阻R1上電壓中的擾動成分，再將電壓信號輸入至微控制器模塊。

3.被檢開關(guān)：如圖2所示，該實(shí)施方案可以檢測八個開關(guān)的狀態(tài)。這些開關(guān)可以是單刀雙擲開關(guān)、單刀三擲開關(guān)、單刀四擲開關(guān)等形式。這些開關(guān)的公共端連接到電壓檢測模塊的輸入端，而檔位端連接到基準(zhǔn)參考電壓源模塊。

4.基準(zhǔn)參考電壓源模塊：模塊內(nèi)設(shè)置的基準(zhǔn)參考電壓源數(shù)目根據(jù)具體應(yīng)用確定。本實(shí)施方案中，由于被檢開關(guān)的最大檔位數(shù)為四檔，所以基準(zhǔn)參考電壓源的數(shù)目也為四個，即V1、V2、V3、V4。其中，V1連接所有被檢開關(guān)的檔位1，V2連接所有被檢開關(guān)的檔位2，V3連接所有被檢開關(guān)的檔位3，V4連接所有被檢開關(guān)的檔位4。

5.通訊模塊：微控制器檢出故障時，通過通訊模塊可以及時地上報(bào)故障信息。

圖2僅為實(shí)施方案的原理電路示意。在實(shí)際應(yīng)用中，該方案的實(shí)施還需要配合使用一些分立元器件，如差分放大器或通道選擇器芯片電源引腳至地連接的去耦電容、通道選擇器輸入端至地應(yīng)用TVS管保護(hù)，基準(zhǔn)參考電壓源到開關(guān)檔位端的保護(hù)二極管等，這些分立元器件應(yīng)結(jié)合實(shí)際而進(jìn)行應(yīng)用。

數(shù)字化開關(guān)的檢測方法如下（以圖2中開關(guān)2的檢測為例）：

1.微控制器模塊通過使能端輸出高電平使能電壓檢測模塊中的通道選擇器；

2.微控制器模塊通過控制端A、控制端B、控制端C選中電壓檢測模塊中的通道選擇器的輸入通道4；

3.基準(zhǔn)參考電壓源模塊提供的參考電壓V2信號通過開關(guān)2的檔位2端和公共端施加到電壓檢測模塊中的通道選擇器的輸入通道4上；

4.參考電壓V2信號通過電壓檢測模塊中的通道選擇器的輸入通道4，傳輸?shù)酵ǖ肋x擇器的輸出1端，形成電壓Va信號；

5.電壓Va信號經(jīng)分壓電阻R1、R2分壓，在電阻R1上的分壓經(jīng)差分放大器，在差分放大器輸出端形成電壓Vb信號，電壓Vb信號將傳輸至微控制器模塊內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

6.微控制器模塊內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將來自電壓檢測模塊的電壓Vb信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而獲得與參考電壓V2信號對應(yīng)的、開關(guān)2檔位2的數(shù)字化狀態(tài)值。

7.開關(guān)2的其他檔位的數(shù)字化狀態(tài)檢測方法與上述檢測方法相同，只是檔位1的數(shù)字化狀態(tài)值與參考電壓V1信號對應(yīng)，而檔位3的數(shù)字化狀態(tài)值與參考電壓V3信號對應(yīng)。

數(shù)字化開關(guān)的故障診斷方法如下：

1.基準(zhǔn)參考電壓源模塊內(nèi)參考電壓的監(jiān)測

因?yàn)楸景l(fā)明所提供的檢測方法基于對開關(guān)檔位對應(yīng)的不同的參考電壓檢測，所以在進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)檢測之前，微控制器應(yīng)先確定預(yù)設(shè)的開關(guān)檔位對應(yīng)的參考電壓是否正常。對本發(fā)明所提供的檢測方法而言，可以應(yīng)用與附圖2所示相同的電壓檢測模塊對基準(zhǔn)參考電壓源提供的開關(guān)檔位參考電壓進(jìn)行檢測，確認(rèn)預(yù)設(shè)參考電壓無故障后，在利用與參考電壓對應(yīng)的各個開關(guān)檔位狀態(tài)進(jìn)行檢測。而且在每次進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)檢測前，都應(yīng)先對開關(guān)檔位對應(yīng)的參考電壓進(jìn)行檢測。

2.開關(guān)檔位接觸不良故障：

開關(guān)檔位接觸不良現(xiàn)象是指開關(guān)的公共端懸空，沒有和任一檔位發(fā)生接觸。對于一般的電平檢測方法，只能將這種故障發(fā)生時的開關(guān)狀態(tài)標(biāo)識為無效。而對于本發(fā)明所提供的檢測方法，可以準(zhǔn)確識別出被檢開關(guān)是否發(fā)生接觸不良故障，并可以與其他開關(guān)無效狀態(tài)區(qū)分。

以圖2中開關(guān)2的檢測為例，當(dāng)開關(guān)2出現(xiàn)檔位接觸不良故障，即開關(guān)2的公共端與其檔位1、檔位2、檔位3均不接觸時，電壓檢測模塊的通道選擇器輸出1端的電壓將被電阻R1和R2下拉到地，此時，電壓檢測模塊的差分放大器的輸出Vb將為零電位，對應(yīng)的微控制器模塊內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字化狀態(tài)值也將為0，所以，微控制器可以判斷出開關(guān)2發(fā)生了檔位接觸不良的故障。

3．開關(guān)檔位端短接故障

當(dāng)開關(guān)發(fā)生機(jī)械損傷，造成鄰近的檔位端短接故障時，一般的電平檢測方法，只能將這種故障發(fā)生時的開關(guān)狀態(tài)標(biāo)識為無效。而對于本發(fā)明所提供的檢測方法，可以識別出被檢開關(guān)是否發(fā)生檔位端短接故障，并可以與其他開關(guān)故障狀態(tài)區(qū)分。

以圖2中開關(guān)2的檢測為例，假設(shè)參考電壓檢測點(diǎn)位于二極管負(fù)極，參考電壓V2大于參考電壓V1，開關(guān)2的檔位2和檔位1發(fā)生短接故障。此時，二極管D2導(dǎo)通，而D1截至，微控制器模塊檢測參考電壓V1和V2時，都將得到與參考電壓V2相應(yīng)的檢測結(jié)果，因?yàn)轭A(yù)設(shè)的參考電壓V1小于V2，所以微控制器可以判斷某個開關(guān)的檔位1和檔位2發(fā)生短接故障，再結(jié)合開關(guān)狀態(tài)檢測的歷史記錄，微控制器就可以判斷出是哪一個開關(guān)發(fā)生了檔位短接故障。

開關(guān)檔位端短接故障是很嚴(yán)重的故障，對如附圖2所示的本發(fā)明的實(shí)施方案而言，微控制器將喪失所有被檢開關(guān)對應(yīng)于發(fā)生短接故障的檔位檢測能力。此種情況下，實(shí)施方案只能通過冗余設(shè)計(jì)來保障開關(guān)檢測能力。

4.開關(guān)導(dǎo)通電阻增大

在使用過程中，開關(guān)會受使用環(huán)境的影響，其導(dǎo)通電阻一般會逐漸增大。本發(fā)明所提供的檢測電路和檢測方法可以有效檢測開關(guān)導(dǎo)通電阻的變化趨勢，可以提前進(jìn)行開關(guān)維護(hù)，更換有故障風(fēng)險(xiǎn)的開關(guān)。

以圖2中開關(guān)2的檢測為例，當(dāng)開關(guān)2處于檔位2時的導(dǎo)通電阻R增大到可與R1、R2比較，且不可忽略時，勢必使電壓信號Va偏離正常的范圍，從而微控制器通過檢測電壓信號Vb即可判斷出其檢測值比正常的閾值偏小。這樣結(jié)合微控制器對參考電壓檢測的結(jié)果等，微控制器可以判斷出開關(guān)2檔位2的導(dǎo)通電阻增大，有故障風(fēng)險(xiǎn)，即通過通訊模塊上報(bào)故障信息，提示及時更換。

5.分壓電阻故障

分壓電阻R1、R2的設(shè)置決定了微控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的、對應(yīng)于電壓信號Vb的閾值，因而當(dāng)R1、R2變化或故障時，微控制器將作出錯誤的判斷結(jié)果。

在如圖2所示的本發(fā)明的實(shí)施方式中，檢測電路可以使用四個電阻兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)的形式構(gòu)成分壓電阻R1、R2。這樣當(dāng)四個電阻中的一個電阻發(fā)生故障時，微控制器通過預(yù)設(shè)的電壓信號Vb閾值，判斷出分壓電阻發(fā)生故障，再通過通訊模塊上報(bào)故障信息，提示及時更換。

以上僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。