CN107966923A - 传感器接口电路及数据通道选择方法、存储介质、数据采集系统 - Google Patents

传感器接口电路及数据通道选择方法、存储介质、数据采集系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开传感器接口电路及数据通道选择方法、存储介质、数据采集系统。接口电路包括：多种接口子电路，每种接口子电路对应一种输出信号类型的传感器；传感器通用端口，其电性连接不同输出信号类型的传感器；开关选择器，其输入端电性连接传感器通用端口，其控制端电性连接一个微控制器且设置多个控制信号，其输出端为多路信号通道。控制信号与多路信号通道一一对应，每个控制信号用于选通相应的一路信号通道。微控制器根据电性连接在传感器通用端口上的传感器的输出信号类型，输出相应的控制信号。开关选择器根据接收的控制信号选通对应的信号通道。根据被选通的信号通道，微控制器经由相应的接口子电路、开关选择器进行信号采集。

Description

传感器接口电路及数据通道选择方法、存储介质、数据采集 系统
技术领域
本发明涉及一种接口电路及数据通道选择方法、存储介质、数据采集系统，尤其涉及一种传感器接口电路、所述传感器接口电路的数据通道选择方法、存储有实现所述数据通道选择方法的计算机程序的计算机可读存储介质、应用所述传感器接口电路的数据采集系统。
背景技术
当前传感器技术已经在各个领域中得到了广泛的应用，传感器种类比较多，不同类型的传感器有着不同的接口电路。数据采集器需要多种传感器，有些是模拟式传感器，有电流型、电压型，且信号调理过程不同，有些是数字式传感器，且数字式传感器有不同的接口方式。换一种传感器往往需要更换不同的传感器接口电路。因此现有的特定或专用数据采集模式不能满足方便、经济和高效的要求。
在现有技术中，如果某一个控制器系统只适用于一种传感器接口电路，当安装完成后，便不能再进行更换，导致控制器功能单一，且可控制输出仅有一二路。如果多个单一功能控制器连接起来控制，接线多、易出错、不可靠，并不易变更、占用空间大、成本高。若需使用多个不同传感器需对应不同的传感器接口，如图1所示，对于整个控制器而言，功耗大大地增加。
对于一般的控制器板在规格大小有限定的情况下，往往端口座子个数对控制器的功能实现的多少有决定因素，而对于上述的传感器，要么是AI(模拟式传感器)型，要么是DI(数字式传感器)型，而由于输出信号的不同占用控制器板的两个端口座子空间，这无疑是浪费了板载的空间资源，限制了控制器板的功能设计。
发明内容
针对现有技术的控制功能少、无法通用的技术缺陷，本发明提供一种传感器接口电路、所述传感器接口电路的数据通道选择方法、存储有实现所述数据通道选择方法的计算机程序的计算机可读存储介质、应用所述传感器接口电路的数据采集系统。
本发明采用以下技术方案实现：一种传感器接口电路，包括：
多种接口子电路，每种接口子电路对应一种输出信号类型的传感器；
传感器通用端口，其电性连接不同输出信号类型的传感器；以及开关选择器，其输入端电性连接所述传感器通用端口，其控制端电性连接一个微控制器且设置多个控制信号，其输出端为电性连接不同接口子电路的多路信号通道；所述多个控制信号与所述多路信号通道一一对应，每个控制信号用于选通相应的一路信号通道；
其中，所述微控制器根据电性连接在所述传感器通用端口上的传感器的输出信号类型，输出相应的控制信号；所述开关选择器根据接收的控制信号选通对应的信号通道；根据被选通的信号通道，所述微控制器经由相应的接口子电路、所述开关选择器，对所述传感器通用端口上的传感器进行信号采集。
作为上述方案的进一步改进，所述开关选择器的控制端包括使所述开关选择器有效的使能端口、以及设置成所述多个控制信号的多个地址端口。
作为上述方案的进一步改进，所述开关选择器的输入端为多路输入通道，每一路输入通道能通过所述传感器通用端口电性连接相应的传感器。
作为上述方案的进一步改进，所述开关选择器采用可控的开关选择芯片。
本发明还提供一种数据通道选择方法，应用于上述任意一种传感器接口电路中；所述数据通道选择方法包括以下步骤：
根据已知的输出信号类型输出相应的控制信号；
根据接收的控制信号选通对应的信号通道；
根据被选通的信号通道，经由相应的接口子电路、开关选择器，对传感器通用端口上的传感器进行信号采集。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被微控制器执行时，实现上述数据通道选择方法。
本发明还提供一种数据采集系统，包括微处理器、多个传感器、多种接口电路；每种接口电路对应一种输出信号类型的传感器；其中，数据采集系统还包括上述任意一种传感器接口电路，当传感器电性连接在所述传感器接口电路的传感器通用端口时，所述传感器接口电路的开关选择器选择相对应的接口子电路供所述微控制器进行信号采集。
作为上述方案的进一步改进，所述数据采集系统还包括电性连接在所述传感器接口电路与所述微控制器之间的隔离电路。
作为上述方案的进一步改进，所述数据采集系统还包括通讯电路、电性连接在所述通讯电路与所述微控制器之间的隔离电路。
作为上述方案的进一步改进，所述多个传感器包括模拟量型传感器、开关量型传感器、总线型传感器中的至少两种。
本发明对具有不同功能的传感器能实现接口电路复用，有效的降低了板载空间的占用，从而实现一种通用传感器的接口电路；微处理器也能采用低功耗设计，且有编程功能并有多路控制输入接口的系统。
附图说明
图1为普通传感器的信号采集结构框图。
图2为本发明的传感器接口电路的应用框图。
图3为图2中开关选择器的其中一种应用电路图。
图4为本发明的数据通道选择方法的流程图。
图5为本发明的数据通道选择方法在应用示例中的流程图。
图6为本发明的数据采集系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的传感器接口电路能实现不同功能的传感器的接口子电路复用，解决现有技术的控制功能少、无法通用并且控制器功耗比较大的技术缺陷，有效降低了板载空间的占用，构成一种通用传感器的接口电路。
在本实施例中，接口子电路以三种类型的传感器进行举例说明，比如对于一款传感器数据采集控制器板，根据传感器的类型设计的接口有模拟量型传感器、数字总线型传感器和开关量传感器的数据采集，为了能针对这三种不同的传感器进行有效的数据采集，普通接口子电路具体的系统框图如图1所示。各传感器通过与其相对应的接口子电路相连接，再将其采集的数据通过相应的端口送给微处理器处理、计算和发送数据通讯。如图1中的模拟量型传感器组对应模拟量AD转换电路和模拟量滤波电路，开关量型传感器组对应开关量检测电路，总线型传感器组对应总线接口子电路。
同种类型的传感器，不同功能的传感器接口子电路兼容性比较差（存在供电电压差异）；不同类型的传感器对应不同的接口子电路并且同时工作，导致整个控制器板功耗比较大。对于一个控制器板有很多的传感器，采用这种方式占用了很多组接口子电路和端子，在驱动板尺寸有限制的情况下其大大的制约了驱动板的功能扩展；若对于同种类型的传感器，微处理器使用了多种接口电路和端子，无疑也存在一种资源浪费。
基于上述的情况，本发明设计传感器接口电路，使得模拟量（AI）型传感器、开关量（DI）型传感器、总线型传感器合并为一路，较好的解决了上述的问题。
参阅图2，本发明的传感器接口电路包括多种接口子电路、传感器通用端口1、开关选择器2。每种接口子电路对应一种输出信号类型的传感器，如上所述，在本实施例中，以AI型传感器、DI型传感器、总线型传感器三种传感器为例进行举例说明。
传感器通用端口1电性连接不同输出信号类型的传感器。开关选择器2的输入端电性连接传感器通用端口1，开关选择器2的控制端电性连接一个微控制器3且设置多个控制信号，开关选择器2的输出端为电性连接不同接口子电路的多路信号通道。所述多个控制信号与所述多路信号通道一一对应，每个控制信号用于选通相应的一路信号通道。由于本实施例中存在三种类型的传感器，因此，有三路信号通道IO1、IO2、IO3，也对应有控制三路信号通道IO1、IO2、IO3的三个控制信号。信号通道IO1对应通往AI型传感器的接口子电路——模拟量滤波电路41+模拟量AD电路42，信号通道IO2对应通往DI型传感器的接口子电路——开关量检测电路5，信号通道IO3对应通往总线型传感器的接口子电路——总线接口电路6。
模拟量采用模拟量型滤波电路41和模拟量AD电路42（即模拟量模数转换(ADC)电路），在实际应用中可以是DAS1148芯片和其相应的外围电路组成。开关量直接接在开关量检测电路5上，然后送给微处理器3处理。总线型传感器可以直接接在总线接口电路6上。
微控制器3根据电性连接在传感器通用端口1上的传感器的输出信号类型，输出相应的控制信号；开关选择器2根据接收的控制信号选通对应的信号通道；根据被选通的信号通道，微控制器3经由相应的接口子电路、开关选择器2，对传感器通用端口1上的传感器进行信号采集。
传感器接口电路通过电源电路8供电，且一端接入微控制器3，另一端接入开关选择器。传感器接口电路将采集的数据送到微控制器3分析、计算，并通过通讯电路7（通讯可以是有线、无线，也可以是电力线载波通讯等）发送出去。
本实施例根据需求将传感器组中的传感器进行分类，在实际应用中可以分成模拟量AI型传感器、开关量DI型传感器、总线型传感器；对于任意一种类型的传感器，都可以直接和传感器通用端口1相连接，可以实现三种类型的传感器分时复用一个的传感器接口电路。
开关选择器2的控制端可包括使开关选择器2有效的使能端口、以及设置成所述多个控制信号的多个地址端口。比如，开关选择器2采用可控的开关选择芯片，形成主要由一个可控的开关选择芯片组成的相应电路，开关选择芯片可为实现三选一的功能并且具有较高的耐压芯片，例如DG409，开关选择器芯片的电路原理图如图3所示，一个使能端口EN，两个地址端口A0、A1。开关选择器2的输入端可为多路输入通道，如输入端S1A对应模拟量AI型传感器的输入通道SEN_AI，输入端S2A对应开关量DI型传感器的输入通道SEN_DI，输入端S3A对应总线型传感器的输入通道SEN_BUS，输入端S4A用不到暂时悬空。每一路输入通道能通过传感器通用端口1电性连接相应的传感器。DG409的具体应用电路，如图3中所示，在此不再详细叙述。
如图4所示，本发明的传感器接口电路，其数据通道选择逻辑流程图包括以下步骤：
根据已知的输出信号类型输出相应的控制信号；
根据相应的控制信号选通对应的信号通道；
根据被选通的信号通道，经由相应的接口子电路、开关选择器2，对传感器通用端口1上的传感器进行信号采集。
如图5所示，其为本实施例的关选择器2的数据通道选择逻辑流程图，根据已知传感器的类型由开关选择器2输出相应的控制信号，相应的控制信号选通对应的信号通道作为微控制器3的输入，具体实现的方法是通过微处理器3对开关选择器下达开关选择命令（可由程序配置），从而选择数据的输入。通过本发明的电路设计，实现了用一个带开关选择器2(可由程序配置)的传感器接口电路可分别采集模拟量(AI)型传感器、开关量(DI)型传感器等，使得控制器板的空间资源得到了最大的利用，从而实现一种通用的传感器接口电路。
数据通道选择方法在实现时，可采用计算机程序实现，所述计算机程序可储存在计算机可读存储介质中，所述计算机程序被微控制器3执行时实现数据通道选择方法。计算机可读存储介质可以采用U盘，也可以是微控制器3的存储器件，也可以是数据采集系统（如图6所示）的存储器件。
本发明的传感器接口电路应用十分广泛，针对上述的实施方式可以做一种应用，具体的方案框图如图6所示。传感器接口电路9可以应用在板载微处理器采用低功耗设计且有编程功能并有多路选择输入接口的系统：各种数据采集系统中，如环境数据采集器系统。
在环境数据采集器系统中，温度传感器10、湿度传感器11是模拟量型传感器，CO2浓度传感器12是数字量型传感器，它们都有可以直接接在传感器接口电路9的传感器通用端口1上，根据已知传感器的类型由程序控制传感器接口电路9的开关选择器2选择相匹配的接口子电路，可以实现三种不同功能的传感器可以复用一种接口电路。隔离电路13的作用是把微控制器3与电源和数据隔绝，防止外来干扰对微控制器3有影响，造成数据错误或通信故障。本发明的数据采集系统实现一种适用于环境数据采集器系统的设计，能检测环境质量和空气品质，具有通用性、高效的特点。
通过本发明可实现传感器的接口电路复用，有效提高接口电路的使用率以及节约了控制器板的空间，为控制器实现一种通用传感器接口电路提供了可能。如本实施例中实现了模拟量(AI)型传感器、开关量(DI)型传感器、总线型传感器这三个传感器的接口电路和端子分时复用，但是不限于模拟量(AI)型传感器、开关量(DI)型传感器、总线型传感器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传感器接口电路，包括多种接口子电路，每种接口子电路对应一种输出信号类型的传感器；其特征在于，所述传感器接口电路还包括：
传感器通用端口，其电性连接不同输出信号类型的传感器；以及开关选择器，其输入端电性连接所述传感器通用端口，其控制端电性连接一个微控制器且设置多个控制信号，其输出端为电性连接不同接口子电路的多路信号通道；所述多个控制信号与所述多路信号通道一一对应，每个控制信号用于选通相应的一路信号通道；
其中，所述微控制器根据电性连接在所述传感器通用端口上的传感器的输出信号类型，输出相应的控制信号；所述开关选择器根据接收的控制信号选通对应的信号通道；根据被选通的信号通道，所述微控制器经由相应的接口子电路、所述开关选择器，对所述传感器通用端口上的传感器进行信号采集。
2.如权利要求1所述的传感器接口电路，其特征在于：所述开关选择器的控制端包括使所述开关选择器有效的使能端口、以及设置成所述多个控制信号的多个地址端口。
3.如权利要求1所述的传感器接口电路，其特征在于：所述开关选择器的输入端为多路输入通道，每一路输入通道能通过所述传感器通用端口电性连接相应的传感器。
4.如权利要求1所述的传感器接口电路，其特征在于：所述开关选择器采用可控的开关选择芯片。
5.一种数据通道选择方法，应用于如权利要求1至4中任意一项所述的传感器接口电路中；其特征在于：所述数据通道选择方法包括以下步骤：
根据已知的输出信号类型输出相应的控制信号；
根据相应的控制信号选通对应的信号通道；
根据被选通的信号通道，经由相应的接口子电路、开关选择器，对传感器通用端口上的传感器进行信号采集。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被微控制器执行时实现如权利要求5所述的数据通道选择方法。
7.一种数据采集系统，包括微处理器、多个传感器、多种接口电路；每种接口电路对应一种输出信号类型的传感器；其特征在于：所述数据采集系统还包括如权利要求1至4中任意一项所述的传感器接口电路，当传感器电性连接在所述传感器接口电路的传感器通用端口时，所述传感器接口电路的开关选择器选择相对应的接口子电路供所述微控制器进行信号采集。
8.如权利要求7所述的数据采集系统，其特征在于：所述数据采集系统还包括电性连接在所述传感器接口电路与所述微控制器之间的隔离电路。
9.如权利要求7所述的数据采集系统，其特征在于：所述数据采集系统还包括通讯电路、电性连接在所述通讯电路与所述微控制器之间的隔离电路。
10.如权利要求7所述的数据采集系统，其特征在于：所述多个传感器包括模拟量型传感器、开关量型传感器、总线型传感器中的至少两种。
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