CN104750089B - 传感器信号的检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传感器信号的检测方法及装置，其中，该装置包括：稳压模块，与第一电容和需要检测的传感器的输入端子并联，用于稳定传感器的输出信号，其中，稳压模块的输出信号通过第一电阻连接该检测装置的控制端，通过第二电阻连接该检测装置的采集端；以及开关模块，设置在控制端和采集端之间，用于根据控制端的输入电平控制开关的导通和关闭，其中，控制端用于输入与传感器的信号类型匹配的电平信号，传感器的信号类型包括无源信号和有源信号。通过本发明，解决了相关技术中由于用户控制需求的变更导致空调控制器的检测电路重新设计的问题，简化了的检测电路的设计，节省了元器件和空间成本，提高了系统的兼容性和通用程度。

Description

传感器信号的检测方法及装置
技术领域
本发明涉及电子控制领域，具体而言，涉及一种传感器信号的检测方法及装置。
背景技术
目前，现有的空调控制器，特别是商用大型空调的控制器，基本都是按照系列机型需求定制开发的，而大机组往往客户化的要求比较多，为了满足客户个性化的要求，经常需要更改硬件和软件来满足不同的控制需求。
并且，现有的空调控制系统在实验、调试过程中的传感器数据采集方面存在着较多的不便，例如，现有的空调控制器在检测各种传感器信号时，需要对应的检测单元电路分别去处理各自类型的信号，比如，这些信号包括0～10V的模拟电压信号、4mA～20mA的模拟电流信号、10KΩ/20KΩ/50KΩ的感温包电阻信号、0V/5V或5V/10V的数字开关信号。
可见，在相关技术中，检测空调控制器中的各种传感器信号需要分门别类地设计相应的单元电路去检测，然而，实际应用过程中，许多空调控制器能支持的信号类型都是比较单一的，兼容性比较低，若机组空调对于信号检测的需求不同，则需要重新开发新的空调控制器，即，在空调控制器设计开发过程中，会重复大量相同的工作。
针对相关技术中由于用户控制需求的变更导致空调控制器的检测电路重新设计的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种传感器信号的检测方案，以至少解决上述相关技术中由于用户控制需求的变更导致空调控制器的检测电路重新设计的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种传感器信号的检测装置，包括：稳压模块，与第一电容和需要检测的传感器的输入端子并联，用于稳定传感器的输出信号，其中，稳压模块的输出信号通过第一电阻连接该检测装置的控制端，通过第二电阻连接该检测装置的采集端；以及开关模块，设置在控制端和采集端之间，用于根据控制端的输入电平控制开关的导通和关闭，其中，控制端用于输入与传感器的信号类型匹配的电平信号，传感器的信号类型包括无源信号和有源信号。
优选地，稳压模块为一个稳压二极管，其中，稳压二极管的负极连接传感器的信号端。
优选地，开关模块包括一个PNP三极管和连接在三极管的集电极的第三电阻，其中，PNP三极管的基极与控制端相连，PNP三极管的集电极通过第三电阻与采集端相连。
优选地，控制端和采集端分别连接旁路电容。
优选地，上述传感器为应用于空调控制器中的传感器，无源信号为感温包电阻型信号，有源信号包括至少以下之一：模拟电压信号、模拟电流信号、数字开关量信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种采用上述检测装置对传感器信号进行检测的方法，包括：根据需要检测的传感器的信号类型，配置上述检测装置的控制端的输入电平；获取上述检测装置的采集端的电压；以及通过采集端的电压检测传感器的输出信号的电压或电流。
优选地，根据传感器的信号类型，配置检测装置的控制端的输入电平包括：传感器的信号类型为无源信号时，配置控制端的输入电平为高电平信号；以及传感器的信号类型为有源信号时，配置控制端的输入电平为低电平信号。
优选地，传感器的信号类型为无源信号时，开关模块关闭，通过采集端的电压检测传感器的输出信号的电压包括：传感器的输出信号的电压为采集端的电压，其中，采集端的电压UADI按照以下公式计算得出：
其中，RX为传感器的电阻阻值，R3为第一电阻的阻值，UADC为控制端的电压。
优选地，传感器的信号类型为有源信号时，开关模块在采集端的电压小于0.6V时关闭以及在采集端的电压大于等于0.6V时导通，通过采集端的电压检测传感器的输出信号的电压包括：传感器的输出信号的电压UJ按照以下公式计算得出：
其中，UADI为采集端的电压，R2为第二电阻，R1为开关模块中与PNP三极管的集电极连接的第三电阻的阻值。
优选地，传感器的信号类型为有源信号且采集端的电压大于等于0.6V时，通过采集端的电压检测传感器的输出信号的电压包括：传感器的输出信号的电流IJ按照以下公式计算得出：
IJ=(UADI-0.6)/R1；
其中，UADI为采集端的电压，R1为所述开关模块中与PNP三极管的集电极连接的第三电阻的阻值。
通过本发明，采用稳压模块与第一电容和需要检测的传感器的输入端子并联，稳压模块的输出信号通过第一电阻连接至控制端且通过第二电阻连接至采集端，并在控制端和采集端之间设置开关模块，用于根据控制端的输入电平控制开关的导通和关闭，进而调整采集端信号的电压或电流与需要检测的传感器的信号类型相匹配，进一步通过获取的采集端的信号的电压或电流来检测传感器的信号，解决了相关技术中由于用户控制需求的变更导致空调控制器的检测电路重新设计的问题，简化了的检测电路的设计，节省了元器件和空间成本，提高了系统的兼容性和通用程度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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传感器信号的检测装置的结构框图；
图2是根据本发明实施例的传感器信号的检测方法的流程图；
图3是根据本发明优选实施例的通用检测电路的架构示意图；
图4是根据本发明优选实施例的通用检测电路的原理示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。
根据本发明实施例，提供了一种传感器信号的检测装置。图1是根据本发明实施例的传感器信号的检测装置的结构框图，如图1所示，该检测装置包括：稳压模块12，与第一电容C0和需要检测的传感器J的输入端子并联，用于稳定传感器J的输出信号，其中，稳压模块12的输出信号通过第一电阻R3连接至控制端ADC，通过第二电阻R2连接至采集端ADI；以及开关模块14，设置在控制端ADC和采集端ADI之间，用于根据控制端ADC的输入电平控制开关的导通和关闭，其中，控制端ADC用于输入与传感器J的信号类型匹配的电平信号，传感器的信号类型包括无源信号和有源信号。
通过上述装置，稳压模块12与第一电容C0和需要检测的传感器J的输入端子并联，稳压模块12的输出信号通过第一电阻R3连接至控制端ADC且通过第二电阻R2连接至采集端ADI，并在控制端ADC和采集端ADI之间设置开关模块14，用于根据控制端ADC的输入电平控制开关的导通和关闭，进而调整采集端ADI信号的电压或电流与需要检测的传感器J的信号类型相匹配，进一步通过获取的采集端ADI的信号的电压或电流来检测传感器J的信号，解决了相关技术中由于用户控制需求的变更导致空调控制器的检测电路重新设计的问题，简化了的检测电路的设计，节省了元器件和空间成本，提高了系统的兼容性和通用程度。
优选地，稳压模块12为一个稳压二极管，其中，稳压二极管的负极连接感器J的信号端。
优选地，开关模块14包括一个PNP三极管和连接在该三极管的集电极的第三电阻R1，其中，该PNP三极管的基极与控制端ADC相连，该PNP三极管的集电极通过第三电阻R1与采集端ADI相连。
优选地，上述检测装置的控制端ADC和采集端ADI分别连接旁路电容C1、C2。
优选地，传感器J为应用于空调控制器中的传感器，上述无源信号为感温包电阻型信号，上述有源信号可以包括至少以下之一：模拟电压信号、模拟电流信号、数字开关量信号。
根据本发明实施例，还提供了一种使用上述检测装置对传感器信号进行检测的方法。图2是根据本发明实施例的传感器信号的检测方法的流程图，如图2所示，该检测方法包括如下步骤：
步骤S202，根据需要检测的传感器的信号类型，配置上述检测装置中控制端ADC的输入电平；
步骤S204，获取上述检测装置的采集端ADI的电压；以及
步骤S206，通过采集端ADI的电压检测需要检测的传感器J的输出信号的电压或电流。
通过上述步骤，采用根据需要检测的传感器的信号类型配置检测装置中控制端ADC的输入电平，从而通过获取的上述检测装置的采集端ADI的电压检测传感器J的输出信号的电压或电流的方式，解决了相关技术中由于用户控制需求的变更导致空调控制器的检测电路重新设计的问题，简化了的检测电路的设计，节省了元器件和空间成本，提高了系统的兼容性和通用程度。
优选地，在步骤S202中，在传感器J的信号类型为无源信号时，可以通过主控芯片配置控制端ADC的输入电平为高电平信号；以及在传感器J的信号类型为有源信号时，可以通过主控芯片配置控制端ADC的输入电平为低电平信号。
优选地，在传感器J的信号类型为无源信号时，开关模块14关闭，此时，在步骤S206中检测的传感器J的输出信号的电压即为采集端ADI的电压，其中，采集端ADI的电压UADC可以按照如下公式计算得出：
其中，RX为传感器J的电阻阻值，R3为稳压模块12的输出信号与控制端ADC连接的第一电阻的阻值，UADC为控制端ADC的电压。
优选地，在传感器的信号类型为有源信号时，开关模块14在采集端的电压小于0.6V时关闭以及在采集端ADI的电压大于等于0.6V时导通，在步骤S206中检测的传感器J的输出信号的电压UJ可以按照如下公式计算得出：
其中，UADI为所述采集端的电压，R2为稳压模块12的输出信号与采集端ADI连接的第二电阻的阻值，R1为开关模块中与PNP三极管的集电极连接的第三电阻的阻值。
优选地，传感器的信号类型为有源信号且采集端ADI的电压大于等于0.6V时，在步骤S206中检测的传感器的输出信号的电流IJ可以按照如下公式计算得出：
IJ=(UADI-0.6)/R1；
其中，UADI为采集端ADI的电压，R1为开关模块14中与PNP三极管的集电极连接的第三电阻的阻值。
下面结合优选实施例和附图对上述实施例的实现过程进行详细说明。
图3是根据本发明优选实施例的通用检测电路的架构示意图，如图3所示，本优选实施例中的传感器信号的检测电路的框架设计为：由主控集成电路（Integrated Circuit，简称为IC）（例如，管理控制单元（Management Control Unit，简称为MCU））通过软件配置的方式向信号检测通道发出信号类型信息，然后让信号采集端选择检测具体哪一种类型的信号。信号源最终会转换成合适的采样电压输入至主控IC的模数（analog-digital，简称为AD）转换口。
图4是根据本发明优选实施例的通用检测电路的原理示意图，如图4所示，J1为传感器信号输入端子，1号脚接公共地，2号脚是信号端；D1为TVS稳压二极管；C1、C2、C3为滤波电容；R1为取样电阻、R2\R3为分压电阻；Q1为PNP三极管；ADC为检测信号控制端；以及ADI为检测信号采集端。
在实施过程中，具体电路的实现可以为：
首先，把需要检测的信号类型分成两种，即有源信号和无源信号。
1）当该电路需要采集无源信号时（即10K/20K/50K感温包电阻型信号），主控芯片MCU会通过2003驱动芯片向ADC信号端发出高电平信号，使得ADC上拉接AD转换参考电压3.3V，此时Q1不导通，R1电阻不工作，流经R2电阻的电流几乎为0，ADI所采集到的电压等于J1端子2号引脚的电压，外围感温包传感器与R3构成回路，其电阻变化会与R3分压并体现在ADI所采集的电压：
此时，UADI等于主芯片AD转换参考电平。通过此公式可以换算出感温包实际阻值。
2）当该电路需要采集有源信号时（即0-10V、4-20mA模拟信号，0/5V开关量信号），主控芯片MCU则通过2003驱动芯片向ADC控制端发出低电平信号，使得ADC下拉接地，此时，当UADI<0.6V时，Q1不导通，UADI等于UJ1；当UADI>=0.6V时Q1导通，R1此时工作，在电压输入模式下会与R2进行分压处理，在电流输入模式下会转换成相应的压降电压，此时，UADI等于R1电阻2端电压。这样子就可以通过UADI还原传感器输入检测端子的电压电流，其公式为：
IJ=(UADI-0.6)/100当UADI≥0.6V时成立。
需要说明的是，在实施过程中，检测传感器的数字开关量信号时，可以根据要求进行配置，例如，将低电平开关量信号配置为5V，高电平开关量信号配置为10V，或将低电平开关量信号配置为0，高电平开关量信号配置为5V。
可见，本优选实施例通过PNP三极管实现部分检测电路的选通和关断，以实现不同的信号检测方式，达到一套电路可检测多类信号的效果。具体地，在实际使用过程中，可以提高控制器I/O通道的元器件复用效率以及空调控制器的对工业信号采集的兼容性以及通用程度，并且，简化了设计，去掉了冗余的检测电路，节省了大量元器件和空间成本。
综上所述，本发明上述实施例提供了一种基于空调的可支持多种工业传感器信号的通用检测技术的方法，目的在于只用同一套硬件电路，就可以支持检测0～10V模拟电压信号、4～20mA模拟电流信号、10K/20K/50K感温包电阻型信号、5V/10V数字开关量信号，这样可以降低控制器电路设计难度，提高空调控制器数据采集的兼容性。
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 (10)

1.一种传感器信号的检测装置，其特征在于，包括：
稳压模块，与第一电容和需要检测的传感器的输入端子并联，用于稳定所述传感器的输出信号，其中，所述稳压模块的输出信号通过第一电阻连接所述检测装置的控制端，通过第二电阻连接所述检测装置的采集端；以及
开关模块，设置在所述控制端和所述采集端之间，用于根据所述控制端的输入电平控制开关的导通和关闭，其中，所述控制端用于输入与所述传感器的信号类型匹配的电平信号，所述传感器的信号类型包括无源信号和有源信号。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述稳压模块为一个稳压二极管，其中，所述稳压二极管的负极连接所述传感器的信号端。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述开关模块包括一个PNP三极管和连接在所述三极管的集电极的第三电阻，其中，所述PNP三极管的基极与所述控制端相连，所述PNP三极管的集电极通过所述第三电阻与所述采集端相连。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述控制端和所述采集端分别连接旁路电容。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述传感器为应用于空调控制器中的传感器，所述无源信号为感温包电阻型信号，所述有源信号包括至少以下之一：模拟电压信号、模拟电流信号、数字开关量信号。
6.一种采用权利要求1至5中任一项所述的检测装置的传感器信号的检测方法，其特征在于，包括：
根据需要检测的传感器的信号类型，配置所述检测装置的所述控制端的输入电平；
获取所述检测装置的所述采集端的电压；以及
通过所述采集端的电压检测所述传感器的输出信号的电压或电流。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，根据所述传感器的信号类型，配置所述检测装置的所述控制端的输入电平包括：
所述传感器的信号类型为无源信号时，配置所述控制端的输入电平为高电平信号；以及所述传感器的信号类型为有源信号时，配置所述控制端的输入电平为低电平信号。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述传感器的信号类型为无源信号时，所述开关模块关闭，通过所述采集端的电压检测所述传感器的输出信号的电压包括：
所述传感器的输出信号的电压为所述采集端的电压，其中，所述采集端的电压UADI按照以下公式计算得出：
<mrow> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mi>D</mi> <mi>I</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mi>X</mi> </msub> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>X</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>*</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mi>D</mi> <mi>C</mi> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
其中，RX为所述传感器的电阻阻值，R3为所述第一电阻的阻值，UADC为所述控制端的电压。
9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述传感器的信号类型为有源信号时，所述开关模块在所述采集端的电压小于0.6V时关闭以及在所述采集端的电压大于等于0.6V时导通，通过所述采集端的电压检测所述传感器的输出信号的电压包括：
所述传感器的输出信号的电压UJ按照以下公式计算得出：
其中，UADI为所述采集端的电压，R2为所述第二电阻，R1为所述开关模块中与PNP三极管的集电极连接的第三电阻的阻值。
10.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述传感器的信号类型为有源信号且所述采集端的电压大于等于0.6V时，通过所述采集端的电压检测所述传感器的输出信号的电压包括：
所述传感器的输出信号的电流IJ按照以下公式计算得出：
IJ＝(UADI-0.6)/R1；
其中，UADI为所述采集端的电压，R1为所述开关模块中与PNP三极管的集电极连接的第三电阻的阻值。
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