CN102880088B - 开关量输入接口的扩展电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开关量输入接口的扩展电路。该开关量输入接口的扩展电路，用于将多个开关量的状态对应的信号传输给控制器，包括：多路复用器，该多路复用器的各控制端分别与一个相应的开关量输入接口连接，该多路复用器的不同输入端分别连接产生不同的电信号的信号源，该多路复用器的输出端与控制器连接。多路复用器根据开关量的状态控制输出端输出与该状态对应的输入端的输入量，由于每个输入端连接的信号源发出的信号不同，控制器可以根据检测多路复用器输出端的信号与当前那个输入端对应，进一步判断当前控制端接收到的开关量的状态。从而仅使用一个多路复用器完成了开关量输入口的扩展，节省了硬件的开销。

Description

开关量输入接口的扩展电路

技术领域

本发明涉及控制领域，具体而言，涉及一种开关量输入接口的扩展电路。

背景技术

在控制系统中，开关量是指控制继电器的接通或者断开所对应的值，控制器进行控制的过程中需要获取外部信号以对控制对象的状态进行检测，外部信号主要分为开关量信号和模拟信号。

在现有技术中一般使用频率输入口或通用的开关量输入口实现对开关量信号的采集，使用AD模拟量输入口实现对模拟量信号的采集。

但是对于一些控制系统，如一些工程机械的液压控制系统，需要对油路、阀、泵等大量器件的开关量信号进行采集，因而会常常出现开关量输入口数量不够，而模拟量输入口有多余的情况。为满足开关量的数量要求，这些控制系统需要对控制器进行重新选型或采用开关量扩展模块进行扩展，造成成本的上升和选型上的困难。

针对现有技术中开关量输入口数量不够需要对控制器重新选型造成成本上升的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种开关量输入接口的扩展电路，以解决现有技术中开关量输入口数量不够需要对控制器重新选型造成成本上升的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种开关量输入接口的扩展电路。该开关量输入接口的扩展电路，用于将多个开关量的状态对应的信号传输给控制器，包括：多路复用器，该多路复用器的各控制端分别与一个相应的开关量输入接口连接，该多路复用器的不同输入端分别连接产生不同的电信号的信号源，该多路复用器的输出端与控制器连接。

进一步地，多路复用器的使能端与电源连接。

进一步地，多路复用器的使能端与一个开关量输入接口连接。

进一步地，信号源发出不同的模拟电信号；多路复用器的输出端与控制器的AD端口连接。

进一步地，信号源包括：串联的多个电阻器，多个电阻器连接在电源和地之间，多个电阻器的数量与多路复用器输入端的数量对应；该多路复用器的各个输入端分别连接至不同的两个相邻电阻器之间。

进一步地，该开关量输入接口的扩展电路还包括电压跟随器，连接在多路复用器的输出端和控制器的AD端口之间。

进一步地，该开关量输入接口的扩展电路还包括滤波器，连接在多路复用器的输出端和控制器的AD端口之间。

进一步地，滤波器为RC滤波器。

进一步地，多路复用器为4位控制16路输入的多路复用器，其中4位控制端与4个开关量输入接口分别相连。

应用本发明的技术方案，使用多路复用器进行开关量输入接口的扩展，多路复用器控制端与开关量输入接口相连，那么多路复用器根据开关量的状态控制输出端输出与该状态对应的输入端的输入量，由于每个输入端连接的信号源发出的信号不同，控制器可以根据检测多路复用器输出端的信号与当前那个输入端对应，进一步判断当前控制端接收到的开关量的状态。从而实现了控制器的一个检测口根据接收到的信号的不同判断多个开关量输入接口的传输的开关量的状态。仅使用一个多路复用器完成了开关量输入口的扩展，节省了硬件的开销。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的开关量输入接口的扩展电路的示意图；

图2是根据本发明实施例的开关量输入接口的扩展电路使用串联电阻作为信号源输入的示意图；

图3是是根据本发明实施例的开关量输入接口的扩展电路优选实施例的示意图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种开关量输入接口的扩展电路，图1是根据本发明实施例的开关量输入接口的扩展电路的示意图，如图1所示，该开关量输入接口的扩展电路包括：多路复用器11，用于将多个开关量的状态对应的信号传输给控制器17，该多路复用器11的每个控制端与一个开关量输入接口13连接，该多路复用器11的不同输入端分别连接产生不同的电信号的信号源15。控制器17，与多路复用器11的输出端连接，用于根据输出端的电信号判断当前开关量输入接口13传输的开关量状态。在图1中，信号源15包括信号源151、信号源152……，开关量输入接口13包括开关量输入接口131、开关量输入接口132……。开关量输入接口13的数量与信号源15的数量与多路复用器的控制端和输入端的数量相匹配。

本实施例使用多路复用器11进行开关量输入接口的扩展，多路复用器11控制端与开关量输入接口13相连，那么多路复用器11根据开关量的状态控制输出端输出与哪一个输入端的输入量相同，由于每个输入端连接的信号源15发出的信号不同，控制器17可以根据检测多路复用器11输出端的信号与当前那个输入端对应，进一步判断当前控制端接收到的开关量的状态。从而实现了控制器17的一个检测口根据接收到的信号的不同判断多个开关量输入接口13的传输的开关量的状态。仅使用一个多路复用器11完成了开关量输入口的扩展，节省了硬件的开销。

进一步地，上述多路复用器11的使能端EN可以与电源直接相连，由于多路复用器11一般为高有效，那么多路复用器11始终处于有效的工作状态。从而多路复用器11始终按照各个开关量输入接口13的状态输出不同的信号。

另外，上述多路复用器11的使能端EN可以与一个开关量输入接口连接，该开关量可以是反映了一个特殊状态。比如可以将反映系统启动的开关量信号连接到多路复用器11的使能端EN上。那么当系统启动后，多路复用器11也开始工作，从而其使能端也扩展了一路开关量输入。

上述信号源15可以是数字信号源15，也可以是模拟信号源15，当使用模拟信号源15时，控制器17通过AD端口与多路复用器11的输出端连接。本实施例提供了一种简单、成本低的模拟信号源15。图2是根据本发明实施例的开关量输入接口的扩展电路使用串联电阻作为信号源输入的示意图，如图2所示，信号源15包括：串联的多个电阻器，多个电阻器连接在电源和地之间，多个电阻器的数量与多路复用器11输入端的数量对应；该多路复用器11的输入端分别连接不同的电阻器连接点。从而利用串联电阻分压原理形成的电压差作为不同的电压输入信号，控制器17通过AD采样获取电压信号，来判断开关量状态。使用串联电阻进一步可以节省硬件电路的成本。而且电阻的工作可靠性更高。

优选地，本实施例的开关量输入接口的扩展电路还可以包括电压跟随器，连接在控制器17的AD端口和多路复用器11的输出端之间，将多路复用器11的输出和控制器17的输入进行隔离，使得多路复用器11开关的阻抗，以及分压电阻的阻抗不会对后续的控制器17的输入阻抗产生影响，从而导致采集到的电压值的不稳定。

优选地，本实施例的开关量输入接口的扩展电路还可以包括滤波器，连接在控制器17的AD端口和多路复用器11的输出端之间。该滤波电路用来滤除工业现场产生的高频干扰信号，保证输出电压的稳定性。不会导致后续误判开关量的输入状态。该滤波电路可以使用为RC滤波器，具体滤波器的参数如电阻的阻值和电容的容值可以根据实际情况进行配置。

对于工程机械的液压控制系统，上述实施例的控制器17可以为工程机械的可编程逻辑控制器17(Programmable Logic Controller，PLC)或者车载电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)，便于工程机械根据开关量状态进行控制。

下面对使用了4位控制16路输入的多路复用器11的开关量输入接口的扩展电路进行详细说明，图3是是根据本发明实施例的开关量输入接口的扩展电路优选实施例的示意图，在该优选实施例中，多路复用器11为4位控制16路输入的多路复用器11，其中4位控制端与4个开关量输入接口分别相连。

该开关量输入接口的扩展电路由分压电阻R1～R16，多路复用器U1，4路开关K1～K4组成，该部分的功能是根据4个开关K1～K4的开关状态，选择U1的输入端S1～S16哪一路从OUT端输出，从而输出不同的电压值。16个分压电阻R1～R16将VCC的电压分成16等分，每等分之间的电压间隔(梯度)为VCC/16，电压只最高为VCC，最低为0V。这16个电压分别与多路复用器U1的16个输入端S1～S16相连。这16个输入端只能有一个从多路复用器U1的OUT端输出，哪一个获得输出由开关K1～K4及U1的使能端EN确定，由于EN端连接到VCC，所以一直是有效的，输出只由K1～K4确定，其状态真值表如表1所示：

由运放U2组成的电压跟随电路，从多路复用器U1的OUT端输出的电压信号，由运放U2的同相端正向输入，运放U2的输出电压与输入端的电压值大小和极性完全一样，采用该跟随电路的目的是将输入及输出端的阻抗进行隔离，使得多路复用器开关的阻抗，以及分压电阻R1～R16的阻抗不会对后续的主控制器的输入阻抗产生影响，从而导致电压值的不稳定。

由电阻R17及C1组成的阻容滤波电路，该滤波电路用来滤除工业现场产生的高频干扰信号，保证输出电压的稳定性。不会导致后续误判开关K1～K4的状态。

表1开关状态电压值对应状态真值表

主控制器U3可以是单片机，PLC或者车载ECU，但必须至少带1路可以使用的AD模拟输入通道。主控制器的AD模拟量输入口读取从该端口输入的模拟电压值，再根据开关状态电压值对应状态真值表，来确定开关K1～K4的闭合状态，由于输出电压可能产生波动，所以对于16中开关组合状态对应的电压值，允许有±20％的电压波动范围，比如VCC＝24V，K1闭合，K2～K4断开时，输出端为S2，标准输出电压值为1.5V，此时主控制器U3只要读取到1.2V～1.8V的区间电压，就判定开关K1闭合，K2～K4断开的状态。这种处理方法可以大大减少电压值波动的影响，提高判断的准确性。

该优选实施例的扩展电路适合于系统中开关量输入较多，主控制器开关量输入端口不足，而主控制器的AD模拟量输入口又有多余的情况，此时可以把一个AD输入口扩展成4个开关量输入，而且4个开关的状态可以随便组合状态。这样就避免了需要重新更换主控制器或外购价格较高的IO口扩展模块的风险。另外中间采用了电压跟随电路，对多路复用器开关端及主控制的AD输入端进行了阻抗隔离，所以输出电压稳定，不会因为主控制器的AD输入阻抗变化而变化。电路通用性强，核心器件为多路复用器和运放，成本低。

应用本发明的技术方案，使用多路复用器进行开关量输入接口的扩展，多路复用器控制端与开关量输入接口相连，那么多路复用器根据开关量的状态控制输出端输出与哪一个输入端的输入量相同，由于每个输入端连接的信号源发出的信号不同，控制器可以根据检测多路复用器输出端的信号与当前那个输入端对应，进一步判断当前控制端接收到的开关量的状态。从而实现了控制器的一个检测口根据接收到的信号的不同判断多个开关量输入接口的传输的开关量的状态。仅使用一个多路复用器完成了开关量输入口的扩展，节省了硬件的开销。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种开关量输入接口的扩展电路，用于将多个开关量的状态对应的信号传输给控制器，其特征在于，包括：

多路复用器，该多路复用器的各控制端分别与一个相应的开关量输入接口连接，该多路复用器的不同输入端分别连接产生不同的电信号的信号源，该多路复用器的输出端与所述控制器的AD端口连接，

其中，利用串联电阻分压原理形成的电压差作为不同的电压输入信号；所述控制器通过所述AD端口采样获取所述电压输入信号；所述信号源的数量与所述多路复用器的输入端的数量相匹配。

2.根据权利要求1所述的开关量输入接口的扩展电路，其特征在于，所述多路复用器的使能端与电源连接。

3.根据权利要求1所述的开关量输入接口的扩展电路，其特征在于，所述多路复用器的使能端与一个所述开关量输入接口连接。

4.根据权利要求1所述的开关量输入接口的扩展电路，其特征在于，

所述产生不同的电信号的信号源发出不同的模拟电信号。

5.根据权利要求4所述的开关量输入接口的扩展电路，其特征在于，

所述产生不同的电信号的信号源包括：串联的多个电阻器，所述多个电阻器连接在电源和地之间，所述多个电阻器的数量与多路复用器输入端的数量对应；

该多路复用器的各个所述输入端分别连接至不同的两个相邻电阻器之间。

6.根据权利要求5所述的开关量输入接口的扩展电路，其特征在于，还包括电压跟随器，连接在所述多路复用器的输出端和所述控制器的AD端口之间。

7.根据权利要求6所述的开关量输入接口的扩展电路，其特征在于，还包括滤波器，连接在所述多路复用器的输出端和所述控制器的AD端口之间。

8.根据权利要求7所述的开关量输入接口的扩展电路，其特征在于，所述滤波器为RC滤波器。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的开关量输入接口的扩展电路，其特征在于，所述多路复用器为4位控制16路输入的多路复用器，其中4位控制端与4个开关量输入接口分别相连。