数字量输出控制的故障识别系统及方法与流程

1.本发明涉及数字控制技术领域，尤其涉及一种数字量输出控制的故障识别系统及方法。


背景技术：

2.常规的数字量控制系统由一个微控制单元(microcontroller unit，mcu)进行控制，通过mcu内部的程序来设置mcu的gpio(general purpose input output，通用输入输出)引脚输出的高电平或低电平，以控制连接到该引脚的外部设备运行。然而，该方式通常存在以下的问题：
3.当mcu芯片的本身出现故障或执行的程序出现故障，导致数字输出量出现异常时，现有的数字量控制系统无法对此进行检测；或者，当mcu芯片的gpio引脚损坏，导致数字输出量出现异常时，现有的数字量控制系统也无法对此进行检测。因此，现有技术存在无法实现对数字量输出控制的故障识别，数字量输出控制的安全性较低，无法保证被控制的外界设备的正常运行。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种数字量输出控制的故障识别系统及方法，实现对数字量输出控制的故障识别，提高数字量输出控制的安全性，进而保证被控制的外界设备的正常运行。
5.根据本发明的一方面，提供了一种数字量输出控制的故障识别系统，该系统包括数字量输出控制装置，所述数字量输出控制装置包括第一控制单元和第二控制单元；其中，
6.所述第一控制单元，与所述第二控制单元通信连接，用于向所述第二控制单元发送输出引脚参考电平以及周期通信数据；
7.所述第二控制单元，用于获取所述第一控制单元的输出引脚实际电平，基于所述输出引脚参考电平和所述输出引脚实际电平判断所述第一控制单元是否存在引脚输出故障，并基于接收到的周期通信数据判断所述第一控制单元是否存在运行故障。
8.可选的，所述数字量输出控制装置还包括电压比较器，所述第二控制单元，还用于获取所述第一控制单元输入至所述电压比较器的输入电压，以及所述电压比较器的输出电压，基于所述输入电压以及所述输出电压判断所述电压比较器是否存在故障。
9.可选的，所述数字量输出控制装置还包括第一光耦隔离模块、第二光耦隔离模块以及状态检测模块；其中，
10.所述第一光耦隔离模块，用于将输入的原始信号转化为隔离信号；
11.所述状态检测模块，分别与所述第二光耦隔离模块、所述第二控制单元连接，用于检测所述第一光耦隔离模块输出的隔离信号，将所述隔离信号发送至所述第二光耦隔离模块；
12.所述第二光耦隔离模块，与所述第二控制单元通信连接，用于将所述隔离信号转化为待比对信号，将所述待比对信号发送至所述第二控制单元；
13.所述第二控制单元，还用于获取所述原始信号，基于所述原始信号以及所述待比对信号判断所述第一光耦隔离模块是否存在运行故障。
14.可选的，所述数字量输出控制装置还包括驱动放大模块，所述状态检测模块，还用于检测输入至所述驱动放大模块的待放大信号以及所述驱动放大模块输出的放大信号，将所述待放大信号以及所述放大信号发送至所述第二控制单元；
15.所述第二控制单元，还用于基于所述待放大信号以及所述放大信号判断所述驱动放大模块是否存在运行故障。
16.可选的，所述数字量输出控制装置还包括功率模块，所述状态检测模块，还用于检测所述功率模块输出的功率信号，将所述功率信号发送至所述第二控制单元；
17.所述第二控制单元，还用于基于所述功率信号判断所述功率模块是否存在运行故障。
18.可选的，所述系统还包括至少一个执行设备，所述数字量输出控制装置与所述执行设备连接；
19.所述状态检测模块，还用于获取执行设备的实际运行信号，将所述实际运行信号发送至所述第二控制单元，其中，所述实际运行信号包括运行电流值和/或运行电压值；
20.所述第二控制单元，还用于基于所述执行设备对应的预设运行信号以及所述实际运行信号，判断所述执行设备是否存在运行故障。
21.可选的，所述系统还包括第一监测器和第二监测器；
22.所述第一监测器，与所述第一控制单元连接，用于获取所述第一控制单元发送的周期变化电平，基于所述第一控制单元发送的周期变化电平判断所述第一控制单元是否存在运行故障；
23.所述第二监测器，与所述第二控制单元连接，用于获取所述第二控制单元发送的周期变化电平，基于所述第二控制单元发送的周期变化电平判断所述第二控制单元是否存在运行故障。
24.可选的，所述第一监测器，还用于在确定所述第一控制单元存在运行故障时，生成第一故障信号发送至第二控制单元；
25.所述第二监测器，还用于在确定所述第二控制单元存在运行故障时，生成第二故障信号发送至第一控制单元；
26.所述第一控制单元，还用于接收所述第二控制单元发送的周期通信数据，基于所述第二故障信号和接收到的周期通信数据判断所述第二监测器是否存在运行故障；
27.所述第二控制单元，还用于基于所述第一故障信号和接收到的周期通信数据判断所述第一监测器是否存在运行故障。
28.可选的，所述系统还包括上位机，所述上位机，用于接收所述第二控制单元发送的故障信号，基于所述故障信号确定所述故障信号对应的故障类型，获取所述故障类型对应的预设处理规则，根据所述预设处理规则控制所述数字量输出控制装置。
29.根据本发明的另一方面，提供了一种数字量输出控制的故障识别方法，所述方法包括：
30.基于数字量输出控制装置中的第一控制单元，向所述数字量输出控制装置中第二控制单元发送输出引脚参考电平以及周期通信数据；
31.基于所述第二控制单元，获取所述第一控制单元的输出引脚实际电平，根据所述输出引脚参考电平和所述输出引脚实际电平判断所述第一控制单元是否存在引脚输出故障，并根据接收到的周期通信数据判断所述第一控制单元是否存在运行故障。
32.根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
33.至少一个处理器；以及
34.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
35.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的数字量输出控制的故障识别方法。
36.根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的数字量输出控制的故障识别方法。
37.本发明实施例提供的数字量输出控制的故障识别系统，通过数字量输出控制装置中的第一控制单元，向数字量输出控制装置中的第二控制单元发送输出引脚参考电平以及周期通信数据，通过第二控制单元，获取第一控制单元的输出引脚实际电平，根据输出引脚参考电平和输出引脚实际电平判断第一控制单元是否存在引脚输出故障，实现了对引脚损坏的检测，并且，根据接收到的周期通信数据判断第一控制单元是否存在运行故障，实现了对数字量输出控制装置中的控制单元的故障检测。该系统实现了对数字量输出控制的故障识别，提高了数字量输出控制的安全性，保证了被控制的外界设备的正常运行。
38.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1a是本发明实施例一提供的一种数字量输出控制的故障识别系统的结构示意图；
41.图1b是本发明实施例一提供的另一种数字量输出控制的故障识别系统的结构示意图；
42.图2是本发明实施例二提供的一种数字量输出控制的故障识别系统的结构示意图；
43.图3a是本发明实施例三提供的一种数字量输出控制的故障识别系统的结构示意图；
44.图3b是本发明实施例三提供的另一种数字量输出控制的故障识别系统的结构示意图；
45.图4是本发明实施例四提供的一种数字量输出控制的故障识别方法的流程示意图；
46.图5是本发明实施例五提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
47.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
48.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
49.实施例一
50.图1a为本发明实施例一提供的一种数字量输出控制的故障识别系统的结构示意图，如图1a所示，该数字量输出控制的故障识别系统包括数字量输出控制装置11，所述数字量输出控制装置11包括第一控制单元110和第二控制单元111；其中，所述第一控制单元110，与所述第二控制单元111通信连接，用于向所述第二控制单元111发送输出引脚参考电平以及周期通信数据；所述第二控制单元111，用于获取所述第一控制单元110的输出引脚实际电平，基于所述输出引脚参考电平和所述输出引脚实际电平判断所述第一控制单元110是否存在引脚输出故障，并基于接收到的周期通信数据判断所述第一控制单元110是否存在运行故障。
51.其中，数字量输出控制装置11可以是用于输出电平以控制外部执行设备的装置。在本实施例中，数字量输出控制装置11包括第一控制单元110和第二控制单元111；第一控制单元110可以单独产生需要发送至输出引脚的电平，或者，还可以是第一控制单元110产生的电平和第二控制单元111产生的电平经过处理后发送至输出引脚。
52.示例性的，第一控制单元110可以是数字量输出控制装置11中可以单独产生输出引脚所需电平的mcu，第二控制单元111可以是数字量输出控制装置11中进行故障检测的mcu。即，可以在现有的数字量输出控制装置中设置第二控制单元111，实现对该数字量输出控制装置的故障检测，减少对现有装置的结构改变，降低故障检测成本。
53.在本实施例中，第一控制单元110与第二控制单元111可以建立通信连接，如，can总线连接、以太网连接、蓝牙连接等。第一控制单元110可以向第二控制单元111发送输出引脚参考电平以及周期通信数据。其中，输出引脚参考电平可以是第一控制单元110需要输出至gpio引脚的电平；周期通信数据可以是第一控制单元110周期性地向第二控制单元111发送的数据，例如，第一控制单元110每间隔50ms便向第二控制单元111发送一个电平信号，或者，一个数据包。第一控制单元110发送的周期通信数据可用于判断其是否发生故障。
54.具体的，第二控制单元111可以检测第一控制单元110的输出引脚实际电平，即第
一控制单元110输出到gpio引脚上的实际电平，进一步的，通过比对输出引脚实际电平以及输出引脚参考电平，判断第一控制单元110是否存在引脚输出故障。例如，若输出引脚实际电平与输出引脚参考电平不一致，则可确定第一控制单元110存在引脚输出故障，数字量输出控制装置中的gpio输出口存在故障。
55.并且，第二控制单元111可以根据接收到的周期通信数据，判断第一控制单元110是否存在运行故障。示例性的，若周期通信数据为定期发送的变化电平，则第二控制单元111可以判断当前的周期通信数据与上一时刻接收到的周期通信数据是否相同，若是，则第一控制单元110存在运行故障。又例如，若周期通信数据为定期发送的数据包，数据包包括第一控制单元110发送该数据的时间信息，则第二控制单元111可以对该周期通信数据进行解析，判断该数据的时间信息是否正确，若是，则确定第一控制单元110不存在运行故障。
56.当然，考虑到部分数字量输出控制装置中存在电压比较器等电路模块，因此，本实施例也可以基于第二控制单元对电压比较器进行故障检测。
57.如，图1b展示了本实施例提供的另一种数字量输出控制的故障识别系统的结构示意图，可选的，所述数字量输出控制装置11还包括电压比较器112，所述第二控制单元111，还用于获取所述第一控制单元110输入至所述电压比较器112的输入电压，以及所述电压比较器112的输出电压，基于所述输入电压以及所述输出电压判断所述电压比较器112是否存在故障。
58.其中，第一控制单元110可以与电压比较器112电连接，第一控制单元110将产生的电压输入至电压比较器112，电压比较器112对输入电压进行处理后，产生输出电压。第二控制单元111可以分别与电压比较器112的输入端和输出端连接，分别获取输入电压和输出电压。
59.示例性的，第二控制单元111可以判断输入电压中第一输入端电压是否高于第二输入端电压，若是，则继续判断输出电压是否为高电平，若为高电平则电压比较器112不存在故障；若否，则继续判断输出电压是否为低电平，若为低电平则电压比较器112不存在故障。
60.通过该方式，可以实现对数字量输出控制的故障识别装置中的电压比较器的故障检测，进一步的保证了数字量输出控制的故障识别装置的正常运行。
61.本实施例提供的数字量输出控制的故障识别系统，通过数字量输出控制装置中的第一控制单元，向数字量输出控制装置中的第二控制单元发送输出引脚参考电平以及周期通信数据，通过第二控制单元，获取第一控制单元的输出引脚实际电平，根据输出引脚参考电平和输出引脚实际电平判断第一控制单元是否存在引脚输出故障，实现了对引脚损坏的检测，并且，根据接收到的周期通信数据判断第一控制单元是否存在运行故障，实现了对数字量输出控制装置中的控制单元的故障检测。该系统实现了对数字量输出控制的故障识别，提高了数字量输出控制的安全性，保证了被控制的外界设备的正常运行。
62.实施例二
63.图2为本发明实施例二提供的一种数字量输出控制的故障识别系统的结构示意图，如图2所示，本实施例提供的数字量输出控制的故障识别系统包括数字量输出控制装置21，所述数字量输出控制装置21包括第一控制单元210、第二控制单元211、第一光耦隔离模块212、第二光耦隔离模块213以及状态检测模块214。
64.其中，所述第一光耦隔离模块212，用于将输入的原始信号转化为隔离信号；所述状态检测模块214，分别与所述第二光耦隔离模块213、所述第二控制单元211连接，用于检测所述第一光耦隔离模块212输出的隔离信号，将所述隔离信号发送至所述第二光耦隔离模块213；所述第二光耦隔离模块213，与所述第二控制单元211通信连接，用于将所述隔离信号转化为待比对信号，将所述待比对信号发送至所述第二控制单元211；所述第一控制单元210，与所述第二控制单元211通信连接，用于向所述第二控制单元211发送输出引脚参考电平以及周期通信数据；所述第二控制单元，用于获取所述第一控制单元210的输出引脚实际电平，基于所述输出引脚参考电平和所述输出引脚实际电平判断所述第一控制单元210是否存在引脚输出故障，并基于接收到的周期通信数据判断所述第一控制单元210是否存在运行故障；并且，还用于获取所述原始信号，基于所述原始信号以及所述待比对信号判断所述第一光耦隔离模块212是否存在运行故障。
65.在本实施例中，第一光耦隔离模块212可以用于隔离数字量输出控制装置的弱电与外部设备的强电，避免外部设备的强电部分干扰数字量输出控制装置中的控制单元的输出。
66.具体的，第一控制单元210可以与第一光耦隔离模块212连接，第一控制单元210向第一光耦隔离模块212传输原始信号，第一光耦隔离模块212对该原始信号进行处理，将其转化为隔离信号输出至其余模块或外部设备。状态检测模块214可以与第一光耦隔离模块212的输出端连接，获取第一光耦隔离模块212输出的隔离信号，将该隔离信号发送至第二光耦隔离模块213。
67.进一步的，第二光耦隔离模块213与第一光耦隔离模块212执行相反的操作，将该隔离信号转化为待对比信号，发送至第二控制单元211。第二控制单元可以连接第一光耦隔离模块212的输入端，获取原始信号，将原始信号与第二光耦隔离模块213发送的待对比信号进行比对，基于比对结果判断第一光耦隔离模块212是否存在运行故障。若第一光耦隔离模块212不存在故障，则原始信号应与待对比信号一致。
68.在上述对第一光耦隔离模块212的故障检测过程中，考虑到若状态检测模块214发生故障，可能会导致对第一光耦隔离模块212的故障误测，因此，为了保证对第一光耦隔离模块212的故障检测的准确性，可以在采用上述方法对第一光耦隔离模块212进行故障检测之前，先对状态检测模块214进行故障检测。具体的，在本实施例中，可以设置第一光耦隔离模块212与第二光耦隔离模块213连接，以使第一光耦隔离模块212可以向第二光耦隔离模块213发送输出的隔离信号。进一步的，第二光耦隔离模块213根据第一光耦隔离模块212发送的隔离信号以及状态检测模块214发送的隔离信号，判断状态检测模块214是否存在故障，实现了状态检测模块的故障检测。
69.若状态检测模块214不存在故障，且，第二控制单元211判断原始信号与待对比信号不一致，则可以确定第一光耦隔离模块212存在故障。当然，若状态检测模块214存在故障，则第二光耦隔离模块213可以直接根据第一光耦隔离模块212发送的隔离信号生成待比对信号，即第二光耦隔离模块213不再接收状态检测模块214发送的错误的隔离信号；进一步的，第二控制单元211根据该待对比信号以及第一光耦隔离模块212发送的原始信号判断第一光耦隔离模块212是否存在故障。
70.在另一种可选的实施方式中，状态检测模块214还可以检测数字量输出控制装置
中的其它模块的电压信号，以使第二控制单元211对其它模块进行故障检测。
71.例如，所述数字量输出控制装置21还包括驱动放大模块，所述状态检测模块214，还用于检测输入至所述驱动放大模块的待放大信号以及所述驱动放大模块输出的放大信号，将所述待放大信号以及所述放大信号发送至所述第二控制单元211；所述第二控制单元211，还用于基于所述待放大信号以及所述放大信号判断所述驱动放大模块是否存在运行故障。
72.其中，驱动放大模块可以用于将第一控制单元输出的数字量信号放大，使得gpio可以驱动较大的功率器件，如驱动moset、igbt等晶体管。状态检测模块214可以连接驱动放大模块的输入端和输出端，以获取待放大信号以及放大信号。第二控制单元211，可以通过判断放大信号是否大于待放大信号，或者，放大信号与待放大信号之间的差值是否超过预设阈值，确定驱动放大模块是否存在运行故障。通过该方式，可以实现对数字量输出控制装置中的驱动放大模块的故障检测。
73.又例如，所述数字量输出控制装置21还包括功率模块，所述状态检测模块214，还用于检测所述功率模块输出的功率信号，将所述功率信号发送至所述第二控制单元211；所述第二控制单元211，还用于基于所述功率信号判断所述功率模块是否存在运行故障。
74.其中，状态检测模块214可以与功率模块的输出端连接，获取输出的功率信号。第二控制单元211可以根据预先确定的功率模块的处理逻辑，对功率信号进行判断，若功率信号与预设的处理逻辑不符，则可以确定功率模块存在运行故障。通过该方式，可以实现对数字量输出控制装置中的功率模块的故障检测。
75.又或者，还可以通过状态检测模块214以及第二控制单元211，对外部设备进行故障检测。如，可选的，所述系统还包括至少一个执行设备，所述数字量输出控制装置21与所述执行设备连接；所述状态检测模块214，还用于获取执行设备的实际运行信号，将所述实际运行信号发送至所述第二控制单元211，其中，所述实际运行信号包括运行电流值和/或运行电压值；所述第二控制单元211，还用于基于所述执行设备对应的预设运行信号以及所述实际运行信号，判断所述执行设备是否存在运行故障。
76.其中，执行设备可以是独立于数字量输出控制装置、被数字量输出控制装置输出的数字量控制的外部设备，例如，手术机器人、继电器等设备。执行设备可以与数字量输出控制装置21电连接或通信连接；状态检测模块214可以与执行设备连接。
77.具体的，状态检测模块214可以获取执行设备的实际运行信号，即执行设备在运行时的电流值和/或电压值，将实际运行信号传输至第二控制单元211。进一步的，第二控制单元211可以获取该执行设备对应的预设运行信号，即预先设置的运行标准电流值和/或标准电压值，通过将该执行设备对应的预设运行信号与实际运行信号进行比对，判断执行设备是否存在运行故障。通过该方式，实现了对数字量输出控制装置所控制的外部执行设备的故障检测。
78.本实施例的技术方案，通过状态检测模块获取第一光耦隔离模块转化后的隔离信号，并通过第二光耦隔离模块将该隔离信号进行还原，得到待对比信号，通过第二控制单元，根据原始信号与该待对比信号判断第一光耦隔离模块是否存在运行故障，实现了对光耦隔离模块的故障检测，进一步的保证了数字量输出控制装置的安全性。
79.实施例三
80.图3a为本发明实施例三提供的一种数字量输出控制的故障识别系统的结构示意图，如图3a所示，本实施例提供的数字量输出控制的故障识别系统包括数字量输出控制装置31、第一监测器32和第二监测器33，所述数字量输出控制装置31包括第一控制单元310和第二控制单元311。
81.其中，所述第一控制单元310，与所述第二控制单元311通信连接，用于向所述第二控制单元311发送输出引脚参考电平以及周期通信数据，并向所述第一监测器32发送周期变化电平；所述第二控制单元311，用于获取所述第一控制单元310的输出引脚实际电平，基于所述输出引脚参考电平和所述输出引脚实际电平判断所述第一控制单元310是否存在引脚输出故障，并基于接收到的周期通信数据判断所述第一控制单元310是否存在运行故障；所述第一监测器32，与所述第一控制单元310连接，用于获取所述第一控制单元310发送的周期变化电平，基于所述第一控制单元310发送的周期变化电平判断所述第一控制单元310是否存在运行故障；所述第二监测器33，与所述第二控制单元311连接，用于获取所述第二控制单元311发送的周期变化电平，基于所述第二控制单元311发送的周期变化电平判断所述第二控制单元311是否存在运行故障。
82.在本实施例中，第一监测器32和第二监测器33可以分别对第一控制单元310、第二控制单元311进行故障检测。具体的，第一监测器32可以根据第一控制单元310发送的周期变化电平，对第一控制单元310进行故障检测；第二监测器33可以根据第二控制单元311发送的周期变化电平，对第二控制单元311进行故障检测。其中，周期变化电平可以是周期性地发送的变化电平，即，当前时刻发送的电平与上一时刻发送的电平相反。
83.以第一监测器32为例，第一监测器32可以判断当前接收到的周期变化电平与上一时刻接收到的周期变化电平是否相反，若否，则确定第一控制单元310存在运行故障。当然，若第一监测器32未接收到第一控制单元310发送的周期变化电平，则也可以确定第一控制单元310存在运行故障。
84.考虑到第一监测器32和第二监测器33存在故障的可能，若第一监测器32或第二监测器33故障，则可能导致其所检测到的控制单元的故障有误。因此，本实施例还可以对第一监测器32和第二监测器33进行故障检测。
85.如，可选的，所述第一监测器32，还用于在确定所述第一控制单元310存在运行故障时，生成第一故障信号发送至第二控制单元311；所述第二监测器33，还用于在确定所述第二控制单元311存在运行故障时，生成第二故障信号发送至第一控制单元310；所述第一控制单元310，还用于接收所述第二控制单元311发送的周期通信数据，基于所述第二故障信号和接收到的周期通信数据判断所述第二监测器33是否存在运行故障；所述第二控制单元311，还用于基于所述第一故障信号和接收到的周期通信数据判断所述第一监测器32是否存在运行故障。
86.其中，第一控制单元310若接收到第二监测器33发送的用于表征第二控制单元311运行故障的第二故障信号，可以基于第二控制单元311发送的周期通信数据确定第二控制单元311是否存在运行故障，若否，则可以确定第二监测器33存在运行故障。
87.同理，第二控制单元311若接收到第一监测器32发送的用于表征第一控制单元310运行故障的第一故障信号，可以基于第一控制单元310发送的周期通信数据确定第一控制单元310是否存在运行故障，若否，则可以确定第一监测器32存在运行故障。
88.通过该方式，可以实现对第一监测器、第二监测器的故障检测，避免了由于第一监测器、第二监测器的故障所导致的对第一控制单元、第二控制单元的故障误测。
89.当然，若第一控制单元310根据第二控制单元311发送的周期通信数据确定第二控制单元311存在运行故障，且未接收到第二监测器33发送的第二故障信号，则也可以确定第二监测器33存在运行故障。同样的，若第二控制单元311根据第一控制单元310发送的周期通信数据确定第一控制单元310存在运行故障，且未接收到第一监测器32发送的第一故障信号，则也可以确定第一监测器32存在运行故障。
90.在一种可选的实施方式中，所述系统还包括上位机，所述上位机，用于接收所述第二控制单元311发送的故障信号，基于所述故障信号确定所述故障信号对应的故障类型，获取所述故障类型对应的预设处理规则，根据所述预设处理规则控制所述数字量输出控制装置31。
91.其中，故障信号可以是第二控制单元311在检测到故障时所产生的信号。具体的，上位机可以根据故障信号识别故障类型，如引脚输出故障、第一控制单元运行故障、电压比较器运行故障、驱动放大模块运行故障等，进一步的，根据故障类型对应的预设处理规则控制数字量输出控制装置31。
92.示例性的，若故障类型为第一控制单元运行故障，则可以对数字量输出控制装置31进行断电处理。若故障类型为电压比较器运行故障，则可以生成错误信号发送至显示界面，不进行断电处理。通过上位机，可以实现对故障的迅速处理，并且，还可以实现对各种故障类型分别进行不同的处理。
93.当然，上位机还可以用于对第一控制单元310和第二控制单元311进行故障检测，如，第一控制单元310、第二控制单元311还可以向上位机发送周期变化电平，上位机根据周期变化电平判断第一控制单元310、第二控制单元311是否存在运行故障。
94.本实施例的技术方案，通过第一监测器、第二监测器分别实现了对第一控制单元和第二控制单元的故障检测，并且，第二控制单元还可以实现对第一控制单元的故障检测，以及对输出引脚的故障检测，本实施例提供的系统可以识别数字量输出控制装置中的多种故障，提高了数字量输出控制的安全性。
95.可选的，本实施例还可以提供另一种数字量输出控制的故障识别系统，如图3b所示，展示了该数字量输出控制的故障识别系统的结构示意图，该系统包括上位机、第一监测器、第二监测器、数字量输出控制装置以及执行设备。其中，数字量输出控制装置包括第一控制单元、第二控制单元、电压比较器、第一光耦隔离模块、第二光耦隔离模块、驱动放大模块、功率模块以及状态检测模块。
96.在图3b所示的系统中，第一控制单元在输出高/低电平时，同时会和上位机以及第二控制单元通信，将该引脚的正确的电平信息(即输出引脚参考电平)传送给上位机和第二控制单元；第二控制单元会直接检测第一控制单元的gpio引脚的电平(即输出引脚实际电平)，将该电平与第一控制单元发送的电平进行对比，若不一致，则向上位机发送表征引脚输出故障的故障信号，解决第一控制单元自身的gpio输出口故障无法被检测的问题。
97.第一控制单元的gpio信号经过电压比较器后，也反馈给第二控制单元，第二控制单元利用检测到的电压比较器的前后信号，判断电压比较器是否损坏。第一光耦隔离模块用于隔离强电和弱电，避免执行设备的强电损坏数字量输出控制装置。状态检测模块可以
检测第一光耦隔离模块输出的隔离信号，经过第二光耦隔离模块隔离后发送至第二控制单元，第二控制单元通过检测到的输入至第一光耦隔离模块信号，以及第二光耦隔离模块隔离后的信号，判断第一光耦隔离模块是否损坏。状态检测模块还可以将驱动放大模块的前后信号发送至第二控制单元，以使第二控制单元判断驱动放大模块是否损坏。状态检测模块还可以将功率模块输出的信号反馈至第二控制单元，以使第二控制单元判断功率模块是否损坏。即实现对数字量输出控制装置中的任何一个模块的故障检测。
98.并且，第一控制单元和第二控制单元为两个独立的微处理器。第一监测器和第二监测器分别监控第一控制单元和第二控制单元的运行状态；第一控制单元和第二控制单元需要定期发送变化电平，以供第一监测器和第二监测器判断是否故障，否则，第一监测器和第二监测器可以对第一控制单元和第二控制单元进行复位。
99.第二控制单元还可以采集第一监测器产生的第一故障信号，第一控制单元还可以采集第二监测器产生的第二故障信号，当第一控制单元和第二控制单元中的任意一个控制单元出现程序故障时，均会通知到另外一个控制单元。
100.同时，第一控制单元和第二控制单元之间也可以发送周期通信数据，二者进行交叉校验，即，当第二控制器接收到第一监测器发送的第一故障信号，或者，没有接收到第一控制单元发送的周期通信数据，可以判断第一控制单元的程序异常，从而发送故障信号至上位机。同理，当第一控制单元接收到第二监测器发送的第二故障信号，或者，没有接收到第二控制单元发送的周期通信数据，可以判断第二控制单元的程序异常，发送故障信号至上位机。通过该方式，可以实现对第一控制单元和第二控制单元的硬件异常或程序异常检测。
101.可以理解的是，即使当第一监测器或第二监测器出现故障，通过周期通信数据以及第一故障信号或第二故障信号，也可以识别第一监测器或第二监测器是否异常。进一步的，即使监测器和控制单元同时出现异常，上位机也可以通过是否接收到控制单元的周期通信数据或周期变化电平，进行识别判断；更进一步的，即使两个控制单元和两个监测器均发生故障，上位机通过通信系统也可以对其进行判断。通过上述方式，可以使得整个数字量输出控制的故障识别系统具备极高的故障诊断覆盖率。
102.需要说明的是，状态检测模块还可以检测外部设备的电流、电压，将检测到的电流、电压反馈到第二控制单元。状态检测模块可以通过io信号或通信方式将检测到的电流、电压发送至第二控制单元。第二控制单元将电流、电压与预设的标准值进行对比，判断外部设备的运行状态是否异常。
103.上位机检测到以上各种故障后，可以根据预先设置的故障类别进行相应的处理。图3b所示的数字量输出控制的故障识别系统，解决了控制单元损坏、gpio引脚损坏、控制单元程序异常或控制单元输出电平正常但连接gpio引脚的各模块故障，普通的数字量控制系统无法检测到故障的技术问题。该系统可以进行全面诊断，检测数字量输出控制装置中的各种可能出现的故障，通知上位机，根据不同的故障类型，分别做出不同的反馈，包括2个以上的电路模块发生故障也可以同时区别。并且，通过较少的元件设计，同时可以识别系统中可能发生的各种故障，以使上位机系统能根据故障类型，迅速做出反馈，具备极高的故障诊断覆盖率。
104.实施例四
105.图4为本发明实施例四提供的一种数字量输出控制的故障识别方法的流程示意图，本实施例可适用于对数字量输出控制装置进行故障检测的情况，该方法可以由数字量输出控制的故障识别系统来执行，该数字量输出控制的故障识别系统可以采用硬件和/或软件的形式实现，该数字量输出控制的故障识别系统可配置于诸如手机、电脑、平板等电子设备中。如图4所示，该方法包括：
106.s410、基于数字量输出控制装置中的第一控制单元，向所述数字量输出控制装置中第二控制单元发送输出引脚参考电平以及周期通信数据。
107.s420、基于所述第二控制单元，获取所述第一控制单元的输出引脚实际电平，根据所述输出引脚参考电平和所述输出引脚实际电平判断所述第一控制单元是否存在引脚输出故障，并根据接收到的周期通信数据判断所述第一控制单元是否存在运行故障。
108.可选的，所述方法还包括：
109.基于所述第二控制单元，获取所述第一控制单元输入至电压比较器的输入电压，以及所述电压比较器的输出电压，基于所述输入电压以及所述输出电压判断所述电压比较器是否存在故障。
110.可选的，所述方法还包括：
111.基于所述第二控制单元，获取输入至第一光耦隔离模块的原始信号，并接收状态检测模块发送的所述第二光耦隔离模块输出的待比对信号，基于所述原始信号以及所述待比对信号判断所述第一光耦隔离模块是否存在运行故障；其中，所述待对比信号由所述第二光耦隔离模块对所述隔离信号进行转化得到，所述隔离信号由所述第一光耦隔离模块对原始信号进行转化得到。
112.可选的，所述方法还包括：
113.基于所述第二控制单元，获取所述状态检测模块发送的输入至驱动放大模块的待放大信号以及所述驱动放大模块输出的放大信号，基于所述待放大信号以及所述放大信号判断所述驱动放大模块是否存在运行故障。
114.可选的，所述方法还包括：
115.基于所述第二控制单元，获取所述状态检测模块发送的功率模块输出的功率信号，基于所述功率信号判断所述功率模块是否存在运行故障。
116.可选的，所述方法还包括：
117.基于所述第二控制单元，获取所述状态检测模块发送的执行设备的实际运行信号，基于所述执行设备对应的预设运行信号以及所述实际运行信号，判断所述执行设备是否存在运行故障；其中，所述实际运行信号包括运行电流值和/或运行电压值。
118.可选的，所述方法还包括：
119.基于第一监测器，获取所述第一控制单元发送的周期变化电平，基于所述第一控制单元发送的周期变化电平判断所述第一控制单元是否存在运行故障；
120.基于第二监测器，获取所述第二控制单元发送的周期变化电平，基于所述第二控制单元发送的周期变化电平判断所述第二控制单元是否存在运行故障。
121.可选的，所述方法还包括：
122.基于第一监测器，在确定所述第一控制单元存在运行故障时，生成第一故障信号发送至第二控制单元；
123.基于第二监测器，在确定所述第二控制单元存在运行故障时，生成第二故障信号发送至第一控制单元；
124.基于所述第一控制单元，接收所述第二控制单元发送的周期通信数据，基于所述第二故障信号和接收到的周期通信数据判断所述第二监测器是否存在运行故障；
125.基于所述第二控制单元，根据所述第一故障信号和接收到的周期通信数据判断所述第一监测器是否存在运行故障。
126.可选的，所述方法还包括：
127.基于上位机，接收所述第二控制单元发送的故障信号，基于所述故障信号确定所述故障信号对应的故障类型，获取所述故障类型对应的预设处理规则，根据所述预设处理规则控制所述数字量输出控制装置。
128.本实施例的技术方案，通过数字量输出控制装置中的第一控制单元，向数字量输出控制装置中的第二控制单元发送输出引脚参考电平以及周期通信数据，通过第二控制单元，获取第一控制单元的输出引脚实际电平，根据输出引脚参考电平和输出引脚实际电平判断第一控制单元是否存在引脚输出故障，实现了对引脚损坏的检测，并且，根据接收到的周期通信数据判断第一控制单元是否存在运行故障，实现了对数字量输出控制装置中的控制单元的故障检测。该方法实现了对数字量输出控制的故障识别，提高了数字量输出控制的安全性，保证了被控制的外界设备的正常运行。
129.实施例五
130.图5为本发明实施例五提供的一种电子设备的结构示意图，图5示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
131.如图5所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(rom)12、随机访问存储器(ram)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(rom)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(ram)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、rom 12以及ram 13通过总线14彼此相连。输入/输出(i/o)接口15也连接至总线14。
132.电子设备10中的多个部件连接至i/o接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
133.处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如数字
量输出控制的故障识别方法。
134.在一些实施例中，数字量输出控制的故障识别方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到ram 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的数字量输出控制的故障识别方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行数字量输出控制的故障识别方法。
135.本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
136.用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
137.在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
138.为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
139.可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数
字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、区块链网络和互联网。
140.计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
141.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
142.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种数字量输出控制的故障识别系统，其特征在于，所述系统包括数字量输出控制装置，所述数字量输出控制装置包括第一控制单元和第二控制单元；其中，所述第一控制单元，与所述第二控制单元通信连接，用于向所述第二控制单元发送输出引脚参考电平以及周期通信数据；所述第二控制单元，用于获取所述第一控制单元的输出引脚实际电平，基于所述输出引脚参考电平和所述输出引脚实际电平判断所述第一控制单元是否存在引脚输出故障，并基于接收到的周期通信数据判断所述第一控制单元是否存在运行故障。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字量输出控制装置还包括电压比较器，所述第二控制单元，还用于获取所述第一控制单元输入至所述电压比较器的输入电压，以及所述电压比较器的输出电压，基于所述输入电压以及所述输出电压判断所述电压比较器是否存在故障。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字量输出控制装置还包括第一光耦隔离模块、第二光耦隔离模块以及状态检测模块；其中，所述第一光耦隔离模块，用于将输入的原始信号转化为隔离信号；所述状态检测模块，分别与所述第二光耦隔离模块、所述第二控制单元连接，用于检测所述第一光耦隔离模块输出的隔离信号，将所述隔离信号发送至所述第二光耦隔离模块；所述第二光耦隔离模块，与所述第二控制单元通信连接，用于将所述隔离信号转化为待比对信号，将所述待比对信号发送至所述第二控制单元；所述第二控制单元，还用于获取所述原始信号，基于所述原始信号以及所述待比对信号判断所述第一光耦隔离模块是否存在运行故障。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数字量输出控制装置还包括驱动放大模块，所述状态检测模块，还用于检测输入至所述驱动放大模块的待放大信号以及所述驱动放大模块输出的放大信号，将所述待放大信号以及所述放大信号发送至所述第二控制单元；所述第二控制单元，还用于基于所述待放大信号以及所述放大信号判断所述驱动放大模块是否存在运行故障。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数字量输出控制装置还包括功率模块，所述状态检测模块，还用于检测所述功率模块输出的功率信号，将所述功率信号发送至所述第二控制单元；所述第二控制单元，还用于基于所述功率信号判断所述功率模块是否存在运行故障。6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个执行设备，所述数字量输出控制装置与所述执行设备连接；所述状态检测模块，还用于获取执行设备的实际运行信号，将所述实际运行信号发送至所述第二控制单元，其中，所述实际运行信号包括运行电流值和/或运行电压值；所述第二控制单元，还用于基于所述执行设备对应的预设运行信号以及所述实际运行信号，判断所述执行设备是否存在运行故障。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第一监测器和第二监测器；所述第一监测器，与所述第一控制单元连接，用于获取所述第一控制单元发送的周期
变化电平，基于所述第一控制单元发送的周期变化电平判断所述第一控制单元是否存在运行故障；所述第二监测器，与所述第二控制单元连接，用于获取所述第二控制单元发送的周期变化电平，基于所述第二控制单元发送的周期变化电平判断所述第二控制单元是否存在运行故障。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一监测器，还用于在确定所述第一控制单元存在运行故障时，生成第一故障信号发送至第二控制单元；所述第二监测器，还用于在确定所述第二控制单元存在运行故障时，生成第二故障信号发送至第一控制单元；所述第一控制单元，还用于接收所述第二控制单元发送的周期通信数据，基于所述第二故障信号和接收到的周期通信数据判断所述第二监测器是否存在运行故障；所述第二控制单元，还用于基于所述第一故障信号和接收到的周期通信数据判断所述第一监测器是否存在运行故障。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括上位机，所述上位机，用于接收所述第二控制单元发送的故障信号，基于所述故障信号确定所述故障信号对应的故障类型，获取所述故障类型对应的预设处理规则，根据所述预设处理规则控制所述数字量输出控制装置。10.一种数字量输出控制的故障识别方法，其特征在于，包括：基于数字量输出控制装置中的第一控制单元，向所述数字量输出控制装置中第二控制单元发送输出引脚参考电平以及周期通信数据；基于所述第二控制单元，获取所述第一控制单元的输出引脚实际电平，根据所述输出引脚参考电平和所述输出引脚实际电平判断所述第一控制单元是否存在引脚输出故障，并根据接收到的周期通信数据判断所述第一控制单元是否存在运行故障。

技术总结
本发明公开了一种数字量输出控制的故障识别系统及方法，该系统中的数字量输出控制装置中的第一控制单元，向数字量输出控制装置中的第二控制单元发送输出引脚参考电平以及周期通信数据，第二控制单元，获取第一控制单元的输出引脚实际电平，根据输出引脚参考电平和输出引脚实际电平判断第一控制单元是否存在引脚输出故障，实现了对引脚损坏的检测，并且，根据接收到的周期通信数据判断第一控制单元是否存在运行故障，实现了对数字量输出控制装置中的控制单元的故障检测。该系统实现了对数字量输出控制的故障识别，提高了数字量输出控制的安全性，保证了被控制的外界设备的正常运行。行。行。


技术研发人员：李庚益
受保护的技术使用者：瑞龙诺赋（上海）医疗科技有限公司
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/9/22