CN104198851B - 一种应用于多路火工品安全测量的切换装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于多路火工品安全测量的切换装置及方法；每组测量通路包括地址锁存器和两个模拟开关，两个模拟开关为M:1单刀多掷开关，分别控制恒流源驱动电路和电压检测电路的导通切换。在每次切换时，先导通第(N+1)组电路自带负载测量通路，经导通确认后，再导通所需测量的火工品通路，并再次导通确认后，最后断开第(N+1)组电路自带负载测量通路并确认，以此消除模拟开关通断瞬间恒流源驱动电路出现的电压毛刺，实现对火工品的安全测量。此切换装置及方法让恒流源始终保持稳定，达到提高火工品测试安全性的目的。本发明可一次测量M*N路负载，该方法安全性高、简单、快捷。
Description
技术领域
本发明属于测控技术领域，更具体地，涉及一种应用于多路火工品安全测量的切换装置及方法。
背景技术
在火工品检测时往往需要对多路负载自动快速测量，以提高测试效率。在多路检测时，就需要对各通路火工品进行切换，从而完成对各个火工品的逐次测量。由于被测对象的特殊性，火工品检测电路常采用微弱恒流源进行驱动，而在恒流源切换的瞬间，传统的切换装置及方法会出现较大的电压毛刺，从而导致安全性下降。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于多路火工品安全测量的切换装置及方法，可以实现对M*N路负载一次测量，并确保测量通路切换时恒流源的稳定，以提高火工品测量的安全性。
本发明提供了一种应用于多路火工品安全测量的切换装置，包括第1组测量通路、第2组测量通路、……第N组测量通路、第(N+1)组测量通路、恒流源驱动电路、电压测量电路和MCU；第1组测量通路至第N组测量通路中每一组测量通路均有M路输出给待测火工品负载；所述恒流源驱动电路的回流端连接至待测火工品负载，所述恒流源驱动电路的输出端分别连接至第1组测量通路的第一输入端、第2组测量通路的第一输入端、……第N组测量通路的第一输入端和第(N+1)组测量通路的第一输入端；所述电压测量电路的回流端连接至待测火工品负载，所述电压测量电路的第一输出端分别连接至第1组测量通路的第二输入端、第2组测量通路的第二输入端、……第N组测量通路的第二输入端和第(N+1)组测量通路的第二输入端；所述MCU的输入端连接至所述电压测量电路的第二输出端，所述MCU的输出端分别连接至第1组测量通路的第三输入端、第2组测量通路的第三输入端、……第N组测量通路的第三输入端和第(N+1)组测量通路的第三输入端；N、M均为大于等于2的整数。
其中，第1组测量通路至第N组测量通路的结构相同，第n组测量通路包括锁存器、第一模拟开关和第二模拟开关；所述锁存器的输入端用于接收导通/断开信号_n，锁存/解锁信号_n和地址信号；所述第一模拟开关的第一输入端连接至所述恒流源驱动电路的输出端，所述第一模拟开关的第二输入端连接至所述锁存器的输出端；所述第二模拟开关的第一输入端连接至所述电压测量电路的输出端，所述第二模拟开关的第二输入端连接至所述锁存器的输出端；所述第一模拟开关和所述第二模拟开关分别从M路中选通一路输出给待测火工品负载；n＝1，2，……N。
其中，所述第一模拟开关和所述第二模拟开关结构相同，均为M:1的单刀多掷开关。
其中，第(N+1)组测量通路包括锁存器、第一模拟开关和第二模拟开关；所述锁存器的输入端用于接收导通/断开信号_n，锁存/解锁信号_n和地址信号；所述第一模拟开关的第一输入端连接至所述恒流源驱动电路的输出端，所述第一模拟开关的第二输入端连接至所述锁存器的输出端；所述第二模拟开关的第一输入端连接至所述电压测量电路的输出端，所述第二模拟开关的第二输入端连接至所述锁存器的输出端；所述第一模拟开关的输出端和所述第二模拟开关的输出端均连接电路自带负载。
本发明还提供了一种应用于多路火工品安全测量的切换方法，包括下述步骤：
(1)导通第(N+1)组测量通路中的锁存器，通过锁存器输出的地址信号导通电路自带负载通路；
(2)锁存第(N+1)组测量通路中的锁存器，通过锁存器阻止接收新地址信号，并输出已锁存的地址信号，保持电路自带负载通路导通；
(3)通过MCU输出新的地址信号和锁存器控制信号来断开已测火工品负载通路，导通待测火工品负载通路，并确认导通；
(4)锁存待测火工品负载通路地址信号，断开第(N+1)组测量通路的自带负载测量通路，并确认断开，通过MCU获得电压测量电路采集的数据。
其中，当所述锁存器控制信号为锁存/解锁信号时，进行组内切换；第m组测量通路中第i路向第j路切换过程具体为：
S11：MCU发送“导通信号_(N+1)”和“地址信号”导通第(N+1)组测量通路中的锁存器，锁存器输出地址信号导通电路自带负载通路；
S12：MCU发送“导通信号_m”和第i路的“地址信号”，导通第m组测量通路中的锁存器，导通第m组的第i路恒流源通路和电压测量通路；
S13：通过“锁存信号_m”锁存第i路的“地址信号”，通过“断开信号_(N+1)”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第i路电压数据，传送给MCU处理；
S14：重复步骤S11后，MCU发送“解锁信号_m”和第j路“地址信号”，解锁第i路“地址信号”，切换到第j路“地址信号”，导通第m组的第j路恒流源通路和电压测量通路；
S15：通过“锁存信号_m”锁存第j路的“地址信号”，通过“断开信号_(N+1)”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第j路电压数据，传送给MCU处理；其中，i＝1、2、……M，j＝1、2、……M，i不等于j；m＝1、2、……N。
其中，当所述锁存器控制信号为导通/断开信号时，进行组间切换；第L组测量通路中第i路向第H组测量通路中第j路切换过程具体为：
S21：第L组测量通路中第第i路已导通并测量后，MCU发送“导通信号_(N+1)”和“地址信号”导通(N+1)组测量通路中的锁存器，锁存器输出地址信号导通电路自带负载通路；
S22：MCU发送“断开信号_L”断开第L组测量通路中的锁存器，然后发送第j路的“地址信号”和“导通信号_H”，导通第H组锁存器，导通第H组的第j路恒流源通路和电压测量通路；
S23：“锁存信号_H”锁存第H组第j路的“地址信号”，“断开信号_(N+1)”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第H组第j路电压数据，传送给MCU处理；
其中L＝1、2、……N，H＝1、2、……N，且L不等于H，i＝1、2……M，j＝1、2……M。
本发明基于MCU控制多组M:1的模拟开关，在火工品检测电路中并联(N+1)组测量通路，M和N由实际需求和设计决定，第(N+1)组测量通路为电路自带负载测量通路。每组测量通路包括一组恒流源驱动通路和一组电压检测通路。每组测量通路均包含有一个地址锁存器和两个模拟开关，每个模拟开关可以控制单组M路信号的通断，从而实现对恒流源驱动通路和电压检测通路的切换。在每次切换时，先导通第(N+1)组电路自带负载测量通路，经导通确认后，再导通所需测量的火工品通路，并再次导通确认后，最后断开第(N+1)组电路自带负载测量通路并确认，以此消除模拟开关通断瞬间恒流源驱动电路出现的电压毛刺，实现对火工品的安全测量。此切换装置及方法让恒流源始终保持稳定，达到提高火工品测试安全性的目的。本发明可一次测量M*N路负载，该方法安全性高、简单、快捷，具有一定的实用价值。
附图说明
图1为火工品检测电路中测量通路自动切换的结构图；
图2为每组测量通路的内部结构图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种火工品自动检测电路中测量通路的安全切换装置及方法，可以实现对M*N路负载一次测量，并确保测量通路切换时恒流源的稳定，以提高火工品测量的安全性。
本发明基于MCU控制多路M:1的模拟开关，采用层叠设计，在检测电路中并联(N+1)组测量通路，M和N由实际需求和设计决定，第(N+1)组测量通路为电路自带负载测量通路。每组测量通路包含有一个地址锁存器和两个模拟开关，每个模拟开关可以从M路中来选择一路导通输入的信号，其中一个模拟开关负责控制恒流源信号的通断，另一个模拟开关同步控制电压采集信号的切换。两个模拟开关并联，共享开关地址信号，由锁存器控制地址信号的输入，以实现同步切换。MCU通过导通/断开信号来控制锁存器的工作模式。测量通路每次切换时，先导通第(N+1)组电路自带负载测量通路，经导通确认后，再导通所需测量的火工品通路，并再次导通确认后，最后断开第(N+1)组电路自带负载通路并确认，以此消除模拟开关通断瞬间恒流源驱动电路出现的电压毛刺，保护火工品负载回路，确保测试时的安全性。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的应用于多路火工品安全测量的切换装置及方法，下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1示出了本发明实施例提供的应用于多路火工品安全测量的切换装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
应用于多路火工品安全测量的切换装置包括第1组测量通路11、第2组测量通路12、……第N组测量通路1n、第(N+1)组测量通路2、恒流源驱动电路3、电压测量电路4和MCU5；其中，第1组测量通路至第N组测量通路中每一组测量通路均有M路输出给待测火工品负载，恒流源驱动电路3的回流端连接至待测火工品负载，恒流源驱动电路3的输出端分别连接至第1组测量通路11的第一输入端、第2组测量通路12的第一输入端、……第N组测量通路1n的第一输入端和第(N+1)组测量通路2的第一输入端；电压测量电路4的回流端连接至待测火工品负载，电压测量电路4的第一输出端分别连接至第1组测量通路11的第二输入端、第2组测量通路12的第二输入端、……第N组测量通路1n的第二输入端和第(N+1)组测量通路2的第二输入端；MCU5的输入端连接至电压测量电路4的第二输出端，MCU5的输出端分别连接至第1组测量通路11的第三输入端、第2组测量通路12的第三输入端、……第N组测量通路1n的第三输入端和第(N+1)组测量通路2的第三输入端。
其中，恒流源驱动电路3用于输出恒流源信号；电压测量电路4用于输出电压采集信号，采集负载电压数据；MCU5用于控制锁存器的工作模式并选择模拟开关的通断地址，同时对采集到的数据进行计算；第1组测量通路11、第2组测量通路12、……第N组测量通路1n用于选择开关通路，来导通所需测量的火工品负载；第(N+1)组测量通路2用于开关切换时导通电路自带负载。
在本发明实施例中，每组测量通路的内部结构如图2所示，第n组测量通路1n包括锁存器、第一模拟开关和第二模拟开关；其中锁存器的输入端用于接收导通/断开信号_n，锁存/解锁信号_n和地址信号；第一模拟开关的第一输入端连接至恒流源驱动电路3的输出端，第一模拟开关的第二输入端连接至锁存器的输出端；第二模拟开关的第一输入端连接至电压测量电路4的输出端，第二模拟开关的第二输入端连接至锁存器的输出端；第一模拟开关和第二模拟开关分别从M路中选通一路输出给待测火工品负载。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的应用于多路火工品安全测量的切换装置，下面以组内和组间的切换详述其工作原理如下：
1、组内测量通路的切换，以第1组第1路向第2路切换为例：
(1)MCU发送“导通信号_(N+1)”和“地址信号”导通(N+1)组锁存器，锁存器输出地址信号导通电路自带负载通路；
(2)MCU发送“导通信号_1”和第1路的“地址信号”，导通第1组锁存器，导通第1组的第1路恒流源通路和电压测量通路；
(3)“锁存信号_1”锁存第1路的“地址信号”，“断开信号_(N+1)”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第1路电压数据，传送给MCU处理；
(4)重复步骤1之后，MCU发送“解锁信号_1”和第2路“地址信号”，解锁第1路“地址信号”，切换到第2路“地址信号”，导通第1组的第2路恒流源通路和电压测量通路；
(5)同步骤3，“锁存信号_1”锁存第2路的“地址信号”，“断开信号_(N+1)”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第2路电压数据，传送给MCU处理；
2、组间测量通路的切换，以第1组M路向第2组(M+1)路切换为例：
(1)第1组M路已导通并测量后，MCU发送“导通信号_(N+1)”和“地址信号”导通(N+1)组锁存器，锁存器输出地址信号导通电路自带负载通路；
(2)MCU发送“断开信号_1”断开第1组锁存器，然后发送第1路的“地址信号”和“导通信号_2”，导通第2组锁存器，导通第2组的第1路恒流源通路和电压测量通路；
(3)“锁存信号_2”锁存第2组第1路的“地址信号”，“断开信号_(N+1)”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第2组第1路电压数据，传送给MCU处理；
通过以上步骤，完成M*N路火工品负载测量。以上控制过程、信号处理及导通、断开的确认由软件完成。
本发明还提供了一种应用于多路火工品安全测量的切换方法，其包括下述步骤：
(1)导通第(N+1)组锁存器，锁存器输出地址信号导通电路自带负载通路；
(2)锁存第(N+1)组锁存器，锁存器阻止接收新地址信号，但输出已锁存地址信号，保持电路自带负载通路导通；
(3)MCU输出新的地址信号和锁存器控制信号(组内切换为锁存/解锁信号，组间切换为导通/断开信号)，断开已测火工品负载通路，导通待测火工品负载通路，并确认导通；
(4)锁存待测火工品负载通路地址信号，断开第(N+1)组电路自带负载测量通路，并确认断开，MCU计算电压测量电路采集的数据。
在本发明实施例中，当锁存器控制信号为锁存/解锁信号时，进行组内切换；第m组测量通路中第i路向第j路切换过程具体为：
S11：MCU发送“导通信号_(N+1)”和“地址信号”导通第(N+1)组测量通路中的锁存器，锁存器输出地址信号导通电路自带负载通路；
S12：MCU发送“导通信号_m”和第i路的“地址信号”，导通第m组测量通路中的锁存器，导通第m组的第i路恒流源通路和电压测量通路；
S13：通过“锁存信号_m”锁存第i路的“地址信号”，通过“断开信号_(N+1)”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第i路电压数据，传送给MCU处理；
S14：重复步骤S11后，MCU发送“解锁信号_m”和第j路“地址信号”，解锁第i路“地址信号”，切换到第j路“地址信号”，导通第m组的第j路恒流源通路和电压测量通路；
S15：通过“锁存信号_m”锁存第j路的“地址信号”，通过“断开信号_(N+1)”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第j路电压数据，传送给MCU处理；其中，i＝1、2、……M，j＝1、2、……M，i不等于j；m＝1、2、……N。
在本发明实施例中，当所述锁存器控制信号为导通/断开信号时，进行组间切换；第L组测量通路中第i路向第H组测量通路中第j路切换过程具体为：
S21：第L组测量通路中第第i路已导通并测量后，MCU发送“导通信号_(N+1)”和“地址信号”导通(N+1)组测量通路中的锁存器，锁存器输出地址信号导通电路自带负载通路；
S22：MCU发送“断开信号_L”断开第L组测量通路中的锁存器，然后发送第j路的“地址信号”和“导通信号_H”，导通第H组锁存器，导通第H组的第j路恒流源通路和电压测量通路；
S23：“锁存信号_H”锁存第H组第j路的“地址信号”，“断开信号_(N+1)”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第H组第j路电压数据，传送给MCU处理；
其中L＝1、2、……N，H＝1、2、……N，且L不等于H，i＝1、2……M，j＝1、2……M。
本发明基于MCU控制多组M:1的模拟开关，在火工品检测电路中并联(N+1)组测量通路，M和N由实际需求和设计决定，第(N+1)组测量通路为电路自带负载测量通路。每组测量通路包括一组恒流源驱动通路和一组电压检测通路。每组测量通路均包含有一个地址锁存器和两个模拟开关，每个模拟开关可以控制单组M路信号的通断，从而实现对恒流源驱动通路和电压检测通路的切换。在每次切换时，先导通第(N+1)组电路自带负载测量通路，经导通确认后，再导通所需测量的火工品通路，并再次导通确认后，最后断开第(N+1)组电路自带负载测量通路并确认，以此消除模拟开关通断瞬间恒流源驱动电路出现的电压毛刺，实现对火工品的安全测量。此切换装置及方法让恒流源始终保持稳定，达到提高火工品测试安全性的目的。本发明可一次测量M*N路负载，该方法安全性高、简单、快捷，具有一定的实用价值。
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 (6)
1.一种应用于多路火工品安全测量的切换装置，其特征在于，包括第1组测量通路(11)、第2组测量通路(12)、……第N组测量通路(1n)、第N+1组测量通路(2)、恒流源驱动电路(3)、电压测量电路(4)和MCU(5)；
第1组测量通路至第N组测量通路中每一组测量通路均有M路输出给待测火工品负载；
所述恒流源驱动电路(3)的回流端连接至待测火工品负载，所述恒流源驱动电路(3)的输出端分别连接至第1组测量通路(11)的第一输入端、第2组测量通路(12)的第一输入端、……第N组测量通路(1n)的第一输入端和第N+1组测量通路(2)的第一输入端；
所述电压测量电路(4)的回流端连接至待测火工品负载，所述电压测量电路(4)的第一输出端分别连接至第1组测量通路(11)的第二输入端、第2组测量通路(12)的第二输入端、……第N组测量通路(1n)的第二输入端和第N+1组测量通路(2)的第二输入端；
所述MCU(5)的输入端连接至所述电压测量电路(4)的第二输出端，所述MCU(5)的输出端分别连接至第1组测量通路(11)的第三输入端、第2组测量通路(12)的第三输入端、……第N组测量通路(1n)的第三输入端和第N+1组测量通路(2)的第三输入端；第N+1组测量通路(2)的输出端用于连接电路自带负载；N、M均为大于等于2的整数；
第1组测量通路至第N组测量通路的结构相同，第n组测量通路包括锁存器、第一模拟开关和第二模拟开关；
所述锁存器的输入端用于接收导通/断开信号_n，锁存/解锁信号_n和地址信号；所述第一模拟开关的第一输入端连接至所述恒流源驱动电路(3)的输出端，所述第一模拟开关的第二输入端连接至所述锁存器的输出端；所述第二模拟开关的第一输入端连接至所述电压测量电路(4)的输出端，所述第二模拟开关的第二输入端连接至所述锁存器的输出端；所述第一模拟开关和所述第二模拟开关分别从M路中选通一路输出给待测火工品负载；n＝1，2，……N。
2.如权利要求1所述的切换装置，其特征在于，所述第一模拟开关和所述第二模拟开关结构相同，均为M:1的单刀多掷开关。
3.如权利要求1所述的切换装置，其特征在于，第N+1组测量通路包括锁存器、第一模拟开关和第二模拟开关；
所述锁存器的输入端用于接收导通/断开信号_N+1，锁存/解锁信号_N+1和地址信号；所述第一模拟开关的第一输入端连接至所述恒流源驱动电路(3)的输出端，所述第一模拟开关的第二输入端连接至所述锁存器的输出端；所述第二模拟开关的第一输入端连接至所述电压测量电路(4)的输出端，所述第二模拟开关的第二输入端连接至所述锁存器的输出端；所述第一模拟开关的输出端和所述第二模拟开关的输出端均连接电路自带负载。
4.一种应用于多路火工品安全测量的切换方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)导通第N+1组测量通路中的锁存器，通过锁存器输出的地址信号导通电路自带负载通路；
(2)锁存第N+1组测量通路中的锁存器，通过锁存器阻止接收新地址信号，并输出已锁存的地址信号，保持电路自带负载通路导通；
(3)通过MCU输出新的地址信号和锁存器控制信号来断开已测火工品负载通路，导通待测火工品负载通路，并确认导通；
(4)锁存待测火工品负载通路地址信号，断开第N+1组测量通路的自带负载测量通路，并确认断开，通过MCU获得电压测量电路采集的数据。
5.如权利要求4所述的切换方法，其特征在于，当所述锁存器控制信号为锁存/解锁信号时，进行组内切换；
第m组测量通路中第i路向第j路切换过程具体为：
S11：MCU发送“导通信号_N+1”和“地址信号”导通第N+1组测量通路中的锁存器，锁存器输出地址信号导通电路自带负载通路；
S12：MCU发送“导通信号_m”和第i路的“地址信号”，导通第m组测量通路中的锁存器，导通第m组的第i路恒流源通路和电压测量通路；
S13：通过“锁存信号_m”锁存第i路的“地址信号”，通过“断开信号_N+1”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第i路电压数据，传送给MCU处理；
S14：重复步骤S11后，MCU发送“解锁信号_m”和第j路“地址信号”，解锁第i路“地址信号”，切换到第j路“地址信号”，导通第m组的第j路恒流源通路和电压测量通路；
S15：通过“锁存信号_m”锁存第j路的“地址信号”，通过“断开信号_N+1”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第j路电压数据，传送给MCU处理；其中，i＝1、2、……M，j＝1、2、……M，i不等于j；m＝1、2、……N。
6.如权利要求4所述的切换方法，其特征在于，当所述锁存器控制信号为导通/断开信号时，进行组间切换；
第L组测量通路中第i路向第H组测量通路中第j路切换过程具体为：
S21：第L组测量通路中第i路已导通并测量后，MCU发送“导通信号_N+1”和“地址信号”导通第N+1组测量通路中的锁存器，锁存器输出地址信号导通电路自带负载通路；
S22：MCU发送“断开信号_L”断开第L组测量通路中的锁存器，然后发送第j路的“地址信号”和“导通信号_H”，导通第H组锁存器，导通第H组的第j路恒流源通路和电压测量通路；
S23：“锁存信号_H”锁存第H组第j路的“地址信号”，“断开信号_N+1”断开电路自带负载通路，电压测量电路采集第H组第j路电压数据，传送给MCU处理；
其中L＝1、2、……N，H＝1、2、……N，且L不等于H，i＝1、2……M，j＝1、2……M。
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