CN103412494B - 智能产品信号处理电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能产品信号处理电路及其控制方法，其电路包括第1、2、3、4接口以及信号输出接口，其特征在于：第1接口经D3、R4连接M2的正相输入端；第2接口为接地口；第3接口经D6、R8连接在M2的反相输入端；第4接口经过R9与电源VP端连接；控制时，先断开所有开关管；如果是热电偶型传感器，则导通D4、D6，如果是热电阻型传感器，则导通D3、D6，如果是向外配电，则导通D7、D1；如果需要调整系数，则导通D8或/和D9。其显著效果是：电路结构简单，控制方便，同一个运算放大器可以兼容不同的传感器信号，节约了电路成本，提高了仪器仪表的兼容性，同时还能进行配电管理，提高系统的安全性能。

Description

智能产品信号处理电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及到信号处理电路，具体地说，是一种适应多种传感器信号采集的智能产品信号处理电路及其控制方法。

背景技术

现有的工业仪表中，常常涉及到对多种参数进行检测，由此对传感器的需求越来越多，不同类型的传感器对电源的需求可能不同，所产生的信号也有所差异，要想实现同一仪表对不同传感器的兼容性，往往需要设计一种具有智能处理能力的信号处理电路。

现有技术通常针对不同传感器单独设计相匹配的单元电路进行处理，仪表接口多，电路面积大，系统成本昂贵。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种智能产品信号处理电路，并针对该电路提出了一种具体的控制方法，利用该电路可以实现多种传感器信号的采集，提高现场仪表的兼容性，简化电路布局，降低电路成本。

为达到上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种智能产品信号处理电路，包括第1接口、第2接口、第3接口、第4接口以及信号输出接口，其关键在于：

电源VCC经过电源芯片M1和二极管D10为所述第1接口提供电源，电源VCC经过电阻R2和电阻R7分压后作为第一基准电压端V1，电源VCC经过电阻R3和电阻R6分压后作为第二基准电压端V2，电源VCC还为运算放大器M2供电，在所述第1接口和第一基准电压端V1之间还连接有电源保护器和开关管D1；

所述运算放大器M2的正相输入端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与所述第1接口由开关管D3连接，电阻R4的另一端与所述第一基准电压端V1由开关管D2连接，电阻R4的另一端与所述第二基准电压端V2由开关管D4连接，运算放大器M2的正相输入端还经过电阻R5接地；

所述第2接口为接地口；

所述第3接口经过开关管D6与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端连接在运算放大器M2的反相输入端，电阻R8的一端还连接开关管D7后接地；

所述第4接口经过电阻R9与电源VP端连接；

所述运算放大器M2的输出端经过电阻R13与所述信号输出接口连接，在运算放大器M2的输出端与反相输入端之间连接有电容C5，在电容C5的两端串行连接有电阻R12和电阻R9。

使用过程中，热电偶型传感器连接在第2接口与第3接口上，热电阻型传感器连接在第1接口、第2接口以及第3接口上，当设备需要向外配电时，通过所述第1接口和第4接口向外配电。电路根据不同的用途可以控制不同的开关管导通，从而实现不同传感器信号的采集或者是电源管理。

为了调整运算放大器M2的放大倍数，所述电阻R12和R9的公共端连接电阻R10和开关管D8后接地，在所述电阻R12和R9的公共端还连接电阻R11和开关管D9后接地。

为了实现空载检测，所述第3接口经过电阻R13与电源VCC连接。当第3接口不连接传感器时，电源VCC可以通过电阻R13以及电阻R8向运算放大器M2的反相输入端提供一个微弱的参考电压，当第3接口连接传感器时，由于电阻R13阻值较大，该电压可以忽略不计。

进一步描述，所述电阻R6的两端连接有电容C2，电阻R5的两端连接有电容C3，运算放大器M2的输出端连接有电容C4。通过增设一些滤波电容，可以保证电路运行时的稳定性，降低干扰。

结合上述电路结构，本发明还提出了一种具体的控制方法，按照以下步骤进行：

步骤1：进程开始，控制所有开关管保持断开状态；

步骤2：判断是否为热电偶型传感器，如果是，则导通开关管D4和开关管D6，进入步骤5，否则进入步骤3；

步骤3：判断是否为热电阻型传感器，如果是，则导通开关管D3和开关管D6，进入步骤5，否则进入步骤4；

步骤4：判断是否需要向外配电，如果是，则导通开关管D7和开关管D1，进入步骤5，否则返回步骤2；

步骤5：判断是否需要调整系数，如果是则导通开关管D8或/和开关管D9，进入步骤6，否则直接进入步骤6；

步骤6：通过信号输出接口实现传感器信号的采集，最后结束控制进程。

本发明的显著效果是：电路结构简单，控制方便，同一个运算放大器可以兼容不同的传感器信号，节约了电路成本，提高了仪器仪表的兼容性，同时还能进行配电管理，提高系统的安全性能。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是图1中电源保护器的电路原理图；

图3是本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，一种智能产品信号处理电路，包括第1接口、第2接口、第3接口、第4接口以及信号输出接口，电源VCC经过电源芯片M1和二极管D10为所述第1接口提供电源，电源VCC经过电阻R2和电阻R7分压后作为第一基准电压端V1，电源VCC经过电阻R3和电阻R6分压后作为第二基准电压端V2，电源VCC还为运算放大器M2供电，在所述第1接口和第一基准电压端V1之间还连接有电源保护器和开关管D1；

所述运算放大器M2的正相输入端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与所述第1接口由开关管D3连接，电阻R4的另一端与所述第一基准电压端V1由开关管D2连接，电阻R4的另一端与所述第二基准电压端V2由开关管D4连接，运算放大器M2的正相输入端还经过电阻R5接地；

所述第2接口为接地口；

所述第3接口经过开关管D6与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端连接在运算放大器M2的反相输入端，电阻R8的一端还连接开关管D7后接地；

所述第4接口经过电阻R9与电源VP端连接；

所述运算放大器M2的输出端经过电阻R13与所述信号输出接口连接，在运算放大器M2的输出端与反相输入端之间连接有电容C5，在电容C5的两端串行连接有电阻R12和电阻R9。

在所述电阻R12和R9的公共端连接电阻R10和开关管D8后接地，同时，在所述电阻R12和R9的公共端还连接电阻R11和开关管D9后接地。

所述第3接口经过电阻R13与电源VCC连接。

作为优选，所述电阻R6的两端连接有电容C2，电阻R5的两端连接有电容C3，运算放大器M2的输出端连接有电容C4。

如图2所示，电源保护器包括本地电源输入接口Vin和本地电源输出接口Vout，在本地电源输入接口Vin和本地电源输出接口Vout之间串接有开关管D11，开关管D11的驱动端连接在运算放大器M3的输出端上，运算放大器M3的正相输入端经过电阻R18与电源VP相连，运算放大器M3的正相输入端还经过电阻R19接地，在运算放大器M3的输出端与正相输入端之间还串接有反馈电阻R16，运算放大器M3的反相输入端经过电阻R15与本地电源输出接口Vout相连，在电阻R15的两端还反向连接有旁通二极管D17。

通常电源VP提供19V的电压源，正常情况下，运算放大器输出负电压信号，驱动开关管D11导通，电源输入接口Vin和电源输出接口Vout之间存在电流流过，一旦前端设备发生短路，电源VP电压降低，使得运算放大器M3输出的电压小于开关管D11的驱动电压，从而截断电源输入接口Vin和本地电源输出接口Vout之间的电流，使得后续电路停止工作，防止设备损坏。

如图3所示，一种智能产品信号处理电路的控制方法，按照以下步骤进行：

步骤1：进程开始，控制所有开关管保持断开状态；

步骤2：判断是否为热电偶型传感器，如果是，则导通开关管D4和开关管D6，进入步骤5，否则进入步骤3；

步骤3：判断是否为热电阻型传感器，如果是，则导通开关管D3和开关管D6，进入步骤5，否则进入步骤4；

步骤4：判断是否需要向外配电，如果是，则导通开关管D7和开关管D1，进入步骤5，否则返回步骤2；

步骤5：判断是否需要调整系数，如果是则导通开关管D8或/和开关管D9，进入步骤6，否则直接进入步骤6；

步骤6：通过信号输出接口实现传感器信号的采集，最后结束控制进程。

本发明的工作原理是：

所有开关管在开始运行的情况下处于断开状态，如果需要使用热电偶型传感器，将其连接在第2接口和第3接口之间，导通开关管D4和开关管D6，则第一基准电压端V1提供的参考源经过电阻R4加载到运算放大器M2的正相输入端，热电偶的一端通过第2接口接地，第3接口上产生的热电偶信号经过开关管D6和电阻R8加载到运算放大器M2的反相输入端，经过运算放大器M2处理后由电阻R13向外输出；当然，此处也可以导通开关管D2和开关管D6，采用第二基准电压端V2所提供的参考源；

如果需要使用热电阻型传感器，通常采用三线制的热电阻，将其三根接线端分别连接在第1接口、第2接口以及第3接口上，导通开关管D3和开关管D6，电源芯片M1通过二极管D10向第1接口提供一个基准源，第1接口的基准源经过开关管D3和电阻R4送入运算放大器M2的正相输入端，第2接口接地，第3接口可以采集热电阻另一端的电势，经过开关管D6和电阻R8送入运算放大器M2的反相输入端，经过运算放大器M2处理后由电阻R13向外输出；

在实施过程中，划线电阻也可以作为热电阻型传感器的类型使用，其连接方式和控制方式相同。

如果设备需要向外配电，则通过第1接口和第4接口与外部仪表连接，电源VP加载到第4接口上作为高电势端，电源芯片M1输出的电势相对与电源VP而言可以为低电势端，导通开关管D7和开关管D1，第4接口输出的高电势，经过第1接口送入电源保护器中，最后通过开关管D1和电阻R7形成供电回路，导通D7后，运算放大器M2的反相输入端可以经过电阻R8接地。

在控制过程中可以通过控制开关管D8和D9来实现电阻R10和电阻R11的接入，从而控制运算放大器M2输出电压反馈到反相输入端的比例系数，适应不同等级的信号调整。

尽管这里参照本发明解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对电路元件的参数、组成部件布局等进行多种变型和改进。

Claims (5)

1.一种智能产品信号处理电路，包括第1接口、第2接口、第3接口、第4接口以及信号输出接口，其特征在于：

电源VCC经过电源芯片M1和二极管D10为所述第1接口提供电源，电源VCC经过电阻R2和电阻R7分压后作为第一基准电压端V1，电源VCC经过电阻R3和电阻R6分压后作为第二基准电压端V2，电源VCC还为运算放大器M2供电，在所述第1接口和第一基准电压端V1之间还连接有电源保护器和开关管D1；

所述运算放大器M2的正相输入端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与所述第1接口由开关管D3连接，电阻R4的另一端与所述第一基准电压端V1由开关管D2连接，电阻R4的另一端与所述第二基准电压端V2由开关管D4连接，运算放大器M2的正相输入端还经过电阻R5接地；

所述第2接口为接地口；

所述第3接口经过开关管D6与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端连接在运算放大器M2的反相输入端，电阻R8的一端还连接开关管D7后接地；

所述第4接口经过电阻R9与电源VP端连接；

所述运算放大器M2的输出端经过电阻R13与所述信号输出接口连接，在运算放大器M2的输出端与反相输入端之间连接有电容C5，在电容C5的两端串行连接有电阻R12和电阻R9。

2.根据权利要求1所述的一种智能产品信号处理电路，其特征在于：所述电阻R12和R9的公共端连接电阻R10和开关管D8后接地，在所述电阻R12和R9的公共端还连接电阻R11和开关管D9后接地。

3.根据权利要求1所述的一种智能产品信号处理电路，其特征在于：所述第3接口经过电阻R13与电源VCC连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能产品信号处理电路，其特征在于：所述电阻R6的两端连接有电容C2，电阻R5的两端连接有电容C3，运算放大器M2的输出端连接有电容C4。

5.一种如权利要求1所述的智能产品信号处理电路的控制方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

步骤1：进程开始，控制所有开关管保持断开状态；

步骤2：判断是否为热电偶型传感器，如果是，则导通开关管D4和开关管D6，进入步骤5，否则进入步骤3；

步骤3：判断是否为热电阻型传感器，如果是，则导通开关管D3和开关管D6，进入步骤5，否则进入步骤4；

步骤4：判断是否需要向外配电，如果是，则导通开关管D7和开关管D1，进入步骤5，否则返回步骤2；

步骤5：判断是否需要调整系数，如果是则导通开关管D8或/和开关管D9，进入步骤6，否则直接进入步骤6；

步骤6：通过信号输出接口实现传感器信号的采集，最后结束控制进程。