CN104483579A - 一种开关量采集电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关量采集电路，包括控制电源模块、整流阈值模块、隔离模块、滤波整形模块和单片机接口模块。控制电源模块给开关量采集电路提供外接电源；整流阈值模块对控制电源模块进行整流，并提供隔离模块导通的阈值；隔离模块实现开关量输入端与单片机采集端的信号的隔离；滤波整形模块对隔离模块输出的信号进行滤波去耦，并将信号整形为稳定的电平信号；单片机接口模块采集滤波整形模块输出的电平信号。本发明的开关量采集电路抗干扰能力强，软件处理简单，可靠性高，电路简单，成本低廉。

Description

_种开关量采集电路
技术领域
[0001] 本发明涉及电力设备保护以及工业自动化控制领域，特别是涉及一种开关量采集电路。
背景技术
[0002]目前，随着工业水平不断发展，在电力设备保护装置以及工业自动化控制领域，工业现场电磁干扰越来越严重，会在开关量采集信号端子上产生几十伏干扰电压，导致开关量采集不准确。传统开关量采集电路抗电磁干扰能力差，现场大多采用中间继电器解决电磁干扰，外部控制电源控制中间继电器线圈，中间继电器的触点再串入开关量信号输入电路，中间继电器线圈的动作电压大于现场干扰电压，防止干扰电压导致开关量采集不准确。但增加中间继电器后，现场布线复杂，且中间继电器体积较大，成本较高。此外，进入单片机的信号为脉冲信号时，会导致软件处理复杂，可靠性低。
发明内容
[0003] 发明目的:本发明的目的是提供一种抗干扰能力强、软件处理简单、可靠性高的开关量采集电路。
[0004] 发明内容:本发明所述的开关量采集电路，包括控制电源模块、整流阈值模块、隔离模块、滤波整形模块和单片机接口模块。
[0005] 控制电源模块连接整流阈值模块，整流阈值模块连接隔离模块，隔离模块连接滤波整形模块，滤波整形模块连接单片机接口模块。
[0006] 进一步，所述控制电源模块包括串联连接的控制电源SI和开关SBl。
[0007] 进一步，所述整流阈值模块包括整流二极管U1、二极管Dl和电阻R1。整流二极管Ul的第一引脚连接所述控制电源模块的一端，整流二极管Ul的第二引脚连接所述控制电源模块的另一端，整流二极管Ul的第三引脚连接二极管Dl的阴极，整流二极管Ul的第四引脚连接电阻Rl的一端。
[0008] 进一步，所述整流二极管Ul包括全波桥式整流电路。
[0009] 进一步，所述二极管Dl包括单向TVS 二极管。
[0010] 进一步，所述隔离模块包括线性光耦U2。线性光耦U2输入端的第一引脚连接所述整流阈值模块的一端，线性光耦U2输入端的第二引脚连接所述整流阈值模块的另一端，线性光耦U2输出端的第一引脚、第二引脚连接所述滤波整形模块。
[0011] 进一步，所述滤波整形模块包括电阻R2、电容Cl、电容C2、整形电路U3和电源VCCo电阻R2、电容Cl和电容C2三者并联，并联后的电路一端接地，并联后的电路另一端分别连接所述隔离模块的一端和整形电路U3的一端，电源VCC连接所述隔离模块的另一端，整形电路U3的另一端连接所述单片机接口模块。
[0012] 进一步，所述整形电路U3包括CMOS三态缓冲器。
[0013] 进一步，所述单片机接口模块包括单片机I/O 口。
[0014] 控制电源模块给开关量采集电路提供外接电源；整流阈值模块对控制电源模块进行整流，并提供隔离模块导通的阈值；隔离模块实现开关量输入端与单片机采集端的信号的隔离；滤波整形模块对隔离模块输出的信号进行滤波去耦，并将信号整形为稳定的电平信号；单片机接口模块采集滤波整形模块输出的电平信号。
[0015] 有益效果:本发明提供的开关量采集电路，通过合理选择整流阈值模块的阈值，可以提高工业现场的抗干扰能力；并且，无论控制电源的电压是交流电压还是直流电压，经过滤波整形模块后都能输出稳定的电平信号给单片机接口模块，使得软件处理简单，可靠性高；此外，本发明的电路简单、成本低廉。
附图说明
[0016] 图1是本发明的组成框图；
[0017] 图2是本发明的一种具体电路示意图；
[0018] 图3是本发明的控制电源电压为直流电压时整形电路的输入端波形和输出端波形；
[0019] 图4是本发明的控制电源电压为交流电压时整形电路的输入端波形和输出端波形。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0021] 本发明的开关量采集电路的组成框图如图1所示，包括控制电源模块1、整流阈值模块2、隔离模块3、滤波整形模块4和单片机接口模块5。控制电源模块I连接整流阈值模块2，整流阈值模块2连接隔离模块3，隔离模块3连接滤波整形模块4，滤波整形模块4连接单片机接口模块5。
[0022] 本发明的一种具体电路形式如图2所示。控制电源模块I包括控制电源SI和开关SB1，控制电源SI的一端连接开关SBl的一端。整流阈值模块2包括整流二极管U1、二极管Dl和电阻R1。整流二极管Ul的第一引脚连接开关SBl的另一端，整流二极管Ul的第二引脚连接控制电源SI的另一端，整流二极管Ul的第三引脚连接二极管Dl的阴极，整流二极管Ul的第四引脚连接电阻Rl的一端。整流二极管Ul采用全波桥式整流电路，二极管Dl采用单向TVS 二极管。隔离模块3包括线性光耦U2。线性光耦的输入端包括一只二极管，线性光耦的输出端包括一只三极管，为方便叙述，这里将线性光耦输入端的二极管的阳极称为线性光耦输入端的第一引脚，将线性光耦输入端的二极管的阴极称为线性光耦输入端的第二引脚，将线性光耦输出端的三极管的发射极称为线性光耦输出端的第一引脚，将线性光耦输出端的三极管的集电极称为线性光耦输出端的第二引脚。线性光耦U2输入端的第一引脚连接二极管Dl的阳极，线性光耦U2输入端的第二引脚连接电阻Rl的另一端，线性光耦U2输出端的第一引脚、第二引脚连接滤波整形模块4。滤波整形模块4包括电阻R2、电容Cl、电容C2、整形电路U3和电源VCC。其中，将电阻R2、电容Cl和电容C2称为滤波去耦电路。电阻R2、电容Cl和电容C2三者并联，并联后的电路一端接地，并联后的电路另一端分别连接线性光耦U2输出端的第一引脚和整形电路U3的一端，电源VCC连接线性光耦U2输出端的第二引脚，整形电路U3的另一端连接单片机接口模块5。整形电路U3采用CMOS三态缓冲器。单片机接口模块5包括单片机I/O 口。
[0023] 控制电源模块I给开关量采集电路提供外接电源；整流阈值模块2对控制电源模块I进行整流，并提供隔离模块3导通的阈值；隔离模块3实现开关量输入端与单片机采集端的信号的隔离；滤波整形模块4对隔离模块3输出的信号进行滤波去耦，并将信号整形为稳定的电平信号；单片机接口模块5采集滤波整形模块4输出的电平信号。
[0024] 控制电源模块I接通时，当控制电源SI的电压超过整流阈值模块2的阈值(即二极管Dl的击穿电压)时，二极管Dl反向击穿导通，隔离模块3的输入端有信号通过，隔离模块3的输出端导通。因此，通过合理选择整流阈值模块2的阈值，可以提高工业现场的抗干扰能力。
[0025] 当控制电源SI的电压为直流电压时，整流二极管Ul能够防止控制电源SI正负极反接而导致的隔离模块3的损坏，经过整流阈值模块2和隔离模块3后输出电平信号，然后经过滤波整形模块4中的滤波去耦电路后输出电平信号，并将此电平信号送至整形电路U3的输入端。如图3所示，经过整形电路U3后的输出信号为稳定的电平信号。
[0026] 当控制电源SI的电压为交流电压时，整流二极管Ul将控制电源SI整流成脉动的直流信号，经过隔离模块3后输出方波信号，然后经过滤波整形模块4中的滤波去耦电路后输出脉动的电平信号，并将此脉动的电平信号送至整形电路U3的输入端。如图4所示，经过整形电路U3后的输出信号为稳定的电平信号。
[0027] 因此，控制电源SI为交流或直流电压时，整形电路U3均输出稳定的电平信号。
[0028] 本发明提供的开关量采集电路，通过合理选择整流阈值模块2的阈值，可以提高工业现场的抗干扰能力；并且，无论控制电源的电压是交流电压还是直流电压，经过滤波整形模块4后都能输出稳定的电平信号给单片机接口模块5，使得软件处理简单，可靠性高；此外，本发明的电路简单、成本低廉。

Claims (9)

1.一种开关量采集电路，其特征在于:包括控制电源模块(I)、整流阈值模块(2)、隔离模块(3)、滤波整形模块(4)和单片机接口模块(5)； 控制电源模块(I)连接整流阈值模块(2)，整流阈值模块(2)连接隔离模块(3)，隔离模块(3)连接滤波整形模块(4)，滤波整形模块(4)连接单片机接口模块(5)。
2.根据权利要求1所述的开关量采集电路，其特征在于:所述控制电源模块(I)包括串联连接的控制电源SI和开关SB I。
3.根据权利要求1所述的开关量采集电路，其特征在于:所述整流阈值模块(2)包括整流二极管U1、二极管Dl和电阻Rl ;整流二极管Ul的第一引脚连接所述控制电源模块(I)的一端，整流二极管Ul的第二引脚连接所述控制电源模块(I)的另一端，整流二极管Ul的第三引脚连接二极管Dl的阴极，整流二极管Ul的第四引脚连接电阻Rl的一端。
4.根据权利要求3所述的开关量采集电路，其特征在于:所述整流二极管Ul包括全波桥式整流电路。
5.根据权利要求3所述的开关量采集电路，其特征在于:所述二极管Dl包括单向TVS二极管。
6.根据权利要求1所述的开关量采集电路，其特征在于:所述隔离模块(3)包括线性光耦U2 ;线性光耦U2输入端的第一引脚连接所述整流阈值模块(2)的一端，线性光耦U2输入端的第二引脚连接所述整流阈值模块(2)的另一端，线性光耦U2输出端的第一引脚、第二引脚连接所述滤波整形模块(4)。
7.根据权利要求1所述的开关量采集电路，其特征在于:所述滤波整形模块(4)包括电阻R2、电容Cl、电容C2、整形电路U3和电源VCC ；电阻R2、电容Cl和电容C2三者并联，并联后的电路一端接地，并联后的电路另一端分别连接所述隔离模块(3)的一端和整形电路U3的一端，电源VCC连接所述隔离模块(3)的另一端，整形电路U3的另一端连接所述单片机接口模块(5)。
8.根据权利要求7所述的开关量采集电路，其特征在于:所述整形电路U3包括CMOS三态缓冲器。
9.根据权利要求1所述的开关量采集电路，其特征在于:所述单片机接口模块(5)包括单片机I/o 口。
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