CN103926530B - 用于扫描开关内部继电器状态的隔离式检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于扫描开关内部继电器状态的隔离式检测电路。被检测的继电器与供电电源、检测信号之间分别连接有第一、第二光耦，第一光耦经开关管与各个继电器连接；继电器以两个为一组，其断开、闭合动作信号输入端串联后与断开、闭合动作信号连接，两个继电器的动作端串联，一继电器的闭合信号输出端与第二光耦连接，另一继电器的闭合信号输出端接地，第二光耦输出检测信号，检测信号依次经单片机和LED驱动控制专用芯片后与LED连接。本发明将继电器与供电电源隔离，在尽量减少干扰和降低功耗的情况下实现了精确检测扫描开关内部继电器的状态；并且使用LED驱动控制专用电路，一片足可以驱动所有LED灯，简化了电路，减少了布线。

Description

用于扫描开关内部继电器状态的隔离式检测电路

技术领域

本发明涉及一种继电器状态检测电路，特别涉及一种用于扫描开关内部继电器状态的隔离式检测电路。

背景技术

扫描开关在测试、计量行业用途广泛，主要用于精密电学信号的测量。其主要原理是用控制信号控制磁保持式继电器的通断，以达到切换某一通道通断的效果。继电器的闭合、断开控制信号是由单片机相关引脚给出的信号控制的，在使用很多继电器的场合，由于所有继电器的电源端同时与电源接通的，一个引脚的动作信号，很可能会对相邻的其他继电器的引脚造成干扰。因此，众多继电器的通断就很容易出现干扰造成的错乱。如图1所示，在目前的扫描开关中检测继电器通断状态的方法是：两个继电器组成一组，串接在一起，从一个动作端引出信号，连接到指示灯与其供电电源之间，继电器断开情况下，该动作端与电源地相连，相当于将指示灯短接，所以指示灯不亮；当继电器闭合时，动作端打到另一头，与指示灯相连的动作端与电源地断开，所以指示灯没有被短接，会正常点亮。这样的检测电路，对于双通道16路的扫描开关，一共需要128个继电器，64个指示灯，中间电路极其复杂，降低了电路的工作效率，而且继电器工作电流大，与单片机等控制部分直接相连，容易对信号造成干扰。

另外，由于继电器的电源端始终要接在电源上，所以即使是在继电器断开或不工作的时候，继电器内部仍然会有少量电流流过，这样会增加整个电路的功耗，同时也增加了继电器的发热，有时会给系统带来一定的干扰，造成系统的性能不够稳定，尤其是对于精密信号的场合。

发明内容

为解决上述电路功耗大，易干扰，布线复杂等问题，本发明提供了一种用于扫描开关内部继电器状态的隔离式检测电路。即采用光电隔离的方法，用光耦将继电器与检测信号隔离开，并用开关管和光耦将继电器和电源隔离开，这样不使用的继电器就不会产生耗电。

本发明解决上述问题所采取的技术方案为：

本发明包括：供电电源与被检测的继电器之间连接有第一光耦U1，检测信号与被检测的继电器之间连接有第二光耦U2，第一光耦U1的第一输入端连接控制信号，第一光耦U1的第一输出端分别与VCC电源、开关管Q1的栅极连接，第一光耦U1的第二输入端和第二输出端接地，开关管Q1的漏极与VCC电源连接，各个继电器的供电端串联后与开关管Q1的源极连接；

所有继电器以两个继电器为一组继电器组，一组继电器组中的两个继电器的断开动作信号输入端串联后与断开动作信号连接，一组继电器组中的两个继电器的闭合动作信号输入端串联后与闭合动作信号连接；一组继电器组中的两个继电器的动作端串联，其中一个继电器的闭合信号输出端与第二光耦U2的第二输入端连接，其中另一个继电器的闭合信号输出端接地；

第二光耦U2的第一输入端、第一输出端均与VCC电源连接，第二光耦U2的第二输出端输出检测信号，检测信号依次经单片机和LED驱动控制专用芯片后与LED连接。

所述的开关管Q1为P型场效应管。

所述的被检测的继电器为磁保持式继电器。

所述的被检测的继电器的数量为1～128个。

本发明其有益效果为：

在空闲状态下，将继电器与供电电源隔离，只有在某个继电器动作时才会由单片机控制光耦导通给其供电，这样降低了系统功耗，减少了继电器的发热。

只有继电器动作后，与单片机连接的光耦才会导通，通过光耦其他不动作的继电器都与检测信号实现了完全的电气隔离，降低了相互之间的干扰，使检测能够准备的进行。

使用LED驱动控制专用芯片，一片足可以驱动所有LED灯，大大简化了电路，减少了布线。

附图说明

图1为传统的扫描开关中继电器状态检测电路。

图2为本发明的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图2所示，本发明包括：供电电源与被检测的继电器之间连接有第一光耦U1，检测信号与被检测的继电器之间连接有第二光耦U2；第一光耦U1的第一输入端连接控制信号，第一光耦U1的第一输出端分别与VCC电源、开关管Q1的栅极连接，第一光耦U1的第二输入端和第二输出端接地，开关管Q1的的漏极与VCC电源连接，各个继电器的供电端串联后与开关管Q1的源极连接；所有继电器以两个继电器为一组继电器组，一组继电器组中的两个继电器的断开动作信号输入端串联后与断开动作信号连接，一组继电器组中的两个继电器的闭合动作信号输入端串联后与闭合动作信号连接；一组继电器组中的两个继电器的动作端串联，其中一个继电器的闭合信号输出端与第二光耦U2的第二输入端连接，其中另一个继电器的闭合信号输出端接地；第二光耦U2的第一输入端、第一输出端均与VCC电源连接，第二光耦U2的第二输出端输出检测信号，检测信号依次经单片机和LED驱动控制专用芯片后与LED连接。

开关管Q1为P型场效应管。

被检测的继电器为磁保持式继电器。

被检测的继电器的数量为1～128个。

控制信号、断开动作信号和闭合动作信号均由单片机输出，检测信号输入到单片机中，经单片机和LED驱动控制专用芯片后输出到LED进行控制。

本发明用第一光耦将供电电源与继电器的供电端隔离，用第二光耦将检测信号与继电器的动作端隔离，即在继电器不动作时通过光耦实现继电器与系统的完全的电气隔离。

如图2所示，本发明当继电器动作时，由单片机给出控制信号给第一光耦的输入端使光耦导通，输出端电平被拉高，因此当第一光耦导通时，输出端输出低电平给开关管的栅极，开关管导通，有电流流入继电器，对继电器进行供电，而不工作的其他继电器由于第一光耦的存在，与电源完全隔离；在检测信号与继电器动作端之间接有第二光耦，第二光耦的一个输入端接在VCC电源上，当继电器动作后发出信号使第二光耦导通，待检测信号从输出端输出；检测信号经单片机数据处理后，输出信号给LED驱动控制专用芯片，控制相应的LED灯点亮或熄灭。

继电器供电部分用光耦和开关管与供电电源隔离开，光耦的一端接单片机的一个输出引脚，在需要动作时，由单片机发出控制信号，光耦导通，输出低电平信号给开关管（P型场效应管），开关管的漏极接电源正极，源极接继电器的供电端。当开关管的栅极有低电平控制信号时，开关管导通，继电器供电电源接通。当继电器动作后，与继电器动作端连接的相应光耦导通，单片机从光耦的另一端接受信号，分析之后再由单片机通过LED驱动控制专用电路，控制相应的LED灯点亮，从而实现正确的指示内部继电器状态。

本发明的具体实施例：

在研制低热电势四线扫描开关的过程中，外部LED指示灯需要准确指示其对应的内部继电器的通断状况。四线即电流高端、电压高端、电压低端、电流低端；对于扫描开关，要求电流高端和电压高端同时导通，电压低端和电流低端同时导通，然后才算作一路通道被接通。这里用电流高端和电压高端为例，用两个磁保持式继电器分别控制电流高端和电压高端，并以此为例介绍如何将待检测的继电器与其他不动作的继电器隔离开，然后对其通断状态进行准确的检测。将两个磁保持式继电器的供电端接在一起后与P型场效应管（在此用作开关管）的源极连接。当继电器需要动作时，由单片机控制芯片的任意一个I/O口给出控制信号给第一光耦的输入端，从而第一光耦导通，由于输出端被5V电平拉高，所以当光耦导通时，输出端输出低电平给开关管的栅极，开关管导通，有电流流入继电器，实现了对继电器的供电，而不工作的其他继电器由于光耦的存在，实现了与供电电源完全的电气隔离。

在上述隔离手段下，当有供电的继电器动作之后，由于第二光耦的一个输入端与地连通，另外一个输入端接在5V电源上，此时第二光耦中发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生电流从输出端输出，这个便是单片机要检测的信号。电压低端和电流高端所用的一对继电器的检测步骤与此类似。各路的检测信号经由并进串出芯片74HC165后转换为一个二进制数传给单片机。单片机将串行数据处理后，立刻判断出是哪一路继电器闭合，然后通过一组输出引脚输出信号给LED驱动控制专用芯片TM1638，控制相应的LED灯点亮，而其他没有闭合的继电器的指示灯是不会被点亮的。对于16路扫描开关，一共有64个LED灯，由于电流高端和电压高端同时导通，电压低端和电流低端同时导通，因此每一路由1个LED指示电流高端和电压高端的通断，用一个LED灯指示电压低端和电流低端的通断，只有两个灯都亮起，才代表这一路已接通。因此，可以从前面板的LED指示灯清楚的了解到扫描开关内部具体是哪组继电器闭合或者断开。这样在尽量减少干扰和降低功耗的情况下实现了精确检测扫描开关内部继电器的状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，该检测电路亦可用于其他使用磁保持式继电器的场合。凡依本发明申请发明范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种用于扫描开关内部继电器状态的隔离式检测电路，其特征在于：供电电源与被检测的继电器之间连接有第一光耦U1，检测信号与被检测的继电器之间连接有第二光耦U2，第一光耦U1的第一输入端连接控制信号，第一光耦U1的第一输出端分别与VCC电源、开关管Q1的栅极连接，第一光耦U1的第二输入端和第二输出端接地，开关管Q1的漏极与VCC电源连接，各个继电器的供电端串联后与开关管Q1的源极连接；

所有继电器以两个继电器为一组继电器组，一组继电器组中的两个继电器的断开动作信号输入端串联后与断开动作信号连接，一组继电器组中的两个继电器的闭合动作信号输入端串联后与闭合动作信号连接；一组继电器组中的两个继电器的动作端串联，其中一个继电器的闭合信号输出端与第二光耦U2的第二输入端连接，其中另一个继电器的闭合信号输出端接地；

第二光耦U2的第一输入端、第一输出端均与VCC电源连接，第二光耦U2的第二输出端输出检测信号，检测信号依次经单片机和LED驱动控制专用芯片后与LED连接，LED驱动控制专用芯片采用TM1638；

当继电器动作后直接发出信号使第二光耦导通，检测信号从第二光耦的输出端输出。

2.根据权利要求1所述的一种用于扫描开关内部继电器状态的隔离式检测电路，其特征在于：所述的开关管Q1为P型场效应管。

3.根据权利要求1所述的一种用于扫描开关内部继电器状态的隔离式检测电路，其特征在于：所述的被检测的继电器为磁保持式继电器。

4.根据权利要求1所述的一种用于扫描开关内部继电器状态的隔离式检测电路，其特征在于：所述的被检测的继电器的数量为1～128个。