CN104993829A - 一种适用于宽范围电平的开关量输入采集电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于宽范围电平的开关量输入采集电路，包括顺序连接的多路差分滤波单元、多路选择开关单元、A/D转换单元和控制单元，所述多路差分滤波单元采集多路通道的开关量信号并滤波后输入至多路选择开关单元，多路选择开关单元选择相应通道的开关量信号并输入至A/D转换单元，由A/D转换单元转化成数字量信号后发送给控制单元，所述控制单元将数字量信号与预设的高电平阈值和低电平阈值比较，以判断所述数字量信号对应的开关量信号是高电平或低电平。本发明的适用于宽范围电平的开关量输入采集电路具有结构简单、能适用于不同宽范围电平、集成度高、散热性能好等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及开关量信号采集电路，特指一种适用于宽范围电平的开关量输入采集电路。
背景技术
铁路机车上应用的控制装置都具有开关量输入采集功能。目前所使用的开关量输入采集电路一般采用变压器或者光耦隔离来实现。这种电路的不足之处有以下几点：
（1）目前机车上主要的控制电压等级主要有三种，分别是DC24V、DC74V、DC110V，但是机车上已有的采集电路只能针对某一种电平制式来配置输入电阻，各电压等级之间则不能通用，在不同电压制式的机车上需要配置不同插件来实现，采集电路通用性差；
（2）已有开关量输入采集电路器件数量较多，单板上器件布局困难，同等面积单板上采集通道少；
（3）原有采集电路中一般采用隔离变压器或光耦来实现隔离，器件发热量大；
（4）由于光耦存在三个工作状态：饱和区、放大区、截止区，当采集电路处于放大区时，输入高低电平判断较差，常导致误判断。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、能适用不同范围电平、集成度高、散热性能好的适用于宽范围电平的开关量输入采集电路。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种适用于宽范围电平的开关量输入采集电路，包括顺序连接的多路差分滤波单元、多路选择开关单元、A/D转换单元和控制单元，所述多路差分滤波单元采集多路通道的开关量信号并滤波后输入至多路选择开关单元，多路选择开关单元选择相应通道的开关量信号并输入至A/D转换单元，由A/D转换单元转化成数字量信号后发送给控制单元，所述控制单元将数字量信号与预设的高电平阈值和低电平阈值比较，以判断所述数字量信号对应的开关量信号是高电平或低电平。
作为上述技术方案的进一步改进：
当所述数字量信号处于高电平阈值与所述低电平阈值之间时，所述控制单元则发出输入信号异常报警信号。
每路差分滤波单元均包括顺序连接的差分信号采集电路、低通滤波电路和电压跟随电路。
所述差分滤波单元包括第一电压跟随器N1A和第二电压跟随器N1B，所述第一电压跟随器N1A的同相输入端串联有电阻R1和电阻R2，所述第一电压跟随器N1A的反相输入端串联有电阻R3和电阻R4，所述第一电压跟随器N1A的同相输入端和反相输入端均连接有箝位电路，所述第一电压跟随器N1A的输出端与所述第二电压跟随器N1B的同相输入端相连，所述第二电压跟随器N1B的反相输入端与其输出端相连。
所述箝位电路包括反并联的二极管。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的适用于宽范围电平的开关量输入采集电路，采用差分滤波电路进行开关量信号的采集，能够适用不同范围的电平信号，而且差分滤波电路能够滤除电平信号中的谐波，使输出信号稳定，并且由于差分滤波电路具有输入高阻抗以及输出低阻抗的特性，因此在信号检测时能够起到缓冲、隔离以及提高带载能力的作用；另外本电路结构简单、集成度高且散热性好。
附图说明
图1为本发明的方框结构示意图。
图2为本发明中差分滤波单元的方框结构示意图。
图3为本发明中多路选择开关的方框结构示意 。
图4为本发明中A/D转换单元与控制单元的方框结构示意图。
图5为本发明中控制单元对输入信号的判断方法流程图。
图6为本发明中差分滤波单元的电路原理图。
图中标号表示：1、差分滤波单元；2、多路选择开关单元；3、A/D转换单元；4、控制单元。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1至图6所示，本实施例的适用于宽范围电平的开关量输入采集电路，包括顺序连接的多路差分滤波单元1、多路选择开关单元2、A/D转换单元3和控制单元4，多路差分滤波单元1采集多路通道的开关量信号并滤波后输入至多路选择开关单元2，多路选择开关单元2选择相应通道的开关量信号并输入至A/D转换单元3，由A/D转换单元3转化成数字量信号后发送给控制单元4，控制单元4将数字量信号与预设的高电平阈值和低电平阈值比较，以判断数字量信号对应的开关量信号是高电平或低电平。本发明的适用于宽范围电平的开关量输入采集电路，采用差分滤波电路进行开关量信号的采集，能够适用不同范围的电平信号，而且差分滤波电路能够滤除电平信号中的谐波，使输出信号稳定，并且由于差分滤波电路具有输入高阻抗以及输出低阻抗的特性，因此在信号检测时能够起到缓冲、隔离以及提高带载能力的作用，而且单位面积内采集通道更多，集成度高，另外本电路结构简单且散热性好。
如图5所示，本实施例中，当数字量信号高于高电平阈值时并持续预设时间，则判断对应的输入信号为高电平信号；如数字量信号低于低电平阈值时并持续预设时间，则判断对应的输入信号为低电平信号；如果数字量信号处于高电平阈值与低电平阈值之间时，控制单元4则发出输入信号异常报警信号。另外对于短时出现（出现高电平或低电平信号小于某一设定时间）的干扰信号可以滤除，从而提高了系统的可靠性。
本实施例中，每路差分滤波单元1均包括顺序连接的差分信号采集电路、低通滤波电路和电压跟随电路。
如图6所示，为差分滤波电路的电路原理图，首先通过电阻R1～R4以及电容C1构成平衡滤波电路，同时电阻R1～R4起限流分压作用，通过二极管V1、V2对输入信号进行箝位，限制电压信号Vc、Vd在-12.7～+12.7V内波动，以防止运放出现闭锁现象。R1～R6和N1A运放构成差分信号采集电路，Vc正比于（Va～Vb），单端输出后经R7、C2进入电压跟随器N1A（电压跟随器具有输入高阻抗、输出低阻抗的特性，信号检测时能够起到缓冲、隔离、提高带载能力的作用），和前面的差分电路一起组成二阶低通滤波，从而有利于改善滤波特性。
工作原理：输入信号（DC0～137.7V直流电压信号）通过差分滤波单元1的大电阻输入、差分滤波以及低通滤波电路，滤除高频信号后，得到稳定的输出信号（DC0～10V的直流电压）输出至多路选择开关单元2，多路选择开关单元2通过A0～An转换成二进制代码进行通道译码，实现不同通道间的采集转换（地址由CPU的IO通道直接给出），从而将对应通道的信号输出至A/D转换单元3（输入的电压信号通过滤波电路滤除高频成分，得到一个较为干净且满足A/D芯片采集要求的直流电压值，由A/D芯片完成采集功能），由A/D转换单元3将DC0-10V的直流电压信号转换成数字量信号后送入控制单元4，控制单元4则将输入的数字量信号与预设的高电平阈值或低电平阈值进行对比，判断是高电平还是低电平，其中针对不同的输入电压等级，预设不同的高电平阈值和低电平阈值。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种适用于宽范围电平的开关量输入采集电路，其特征在于，包括顺序连接的多路差分滤波单元（1）、多路选择开关单元（2）、A/D转换单元（3）和控制单元（4），所述多路差分滤波单元（1）采集多路通道的开关量信号并滤波后输入至多路选择开关单元（2），多路选择开关单元（2）选择相应通道的开关量信号输入至A/D转换单元（3），由A/D转换单元（3）转化成数字量信号后发送给控制单元（4），所述控制单元（4）将数字量信号与预设的高电平阈值和低电平阈值比较，以判断所述数字量信号对应的开关量信号是高电平或低电平。
2.根据权利要求1所述的适用于宽范围电平的开关量输入采集电路，其特征在于，当所述数字量信号处于高电平阈值与所述低电平阈值之间时，所述控制单元（4）则发出输入信号异常报警信号。
3.根据权利要求1或2所述的适用于宽范围电平的开关量输入采集电路，其特征在于，每路差分滤波单元（1）均包括顺序连接的差分信号采集电路、低通滤波电路和电压跟随电路。
4.根据权利要求1或2所述的适用于宽范围电平的开关量输入采集电路，其特征在于，所述差分滤波单元（1）包括第一电压跟随器N1A和第二电压跟随器N1B，所述第一电压跟随器N1A的同相输入端串联有电阻R1和电阻R2，所述第一电压跟随器N1A的反相输入端串联有电阻R3和电阻R4，所述第一电压跟随器N1A的同相输入端和反相输入端均连接有箝位电路，所述第一电压跟随器N1A的输出端与所述第二电压跟随器N1B的同相输入端相连，所述第二电压跟随器N1B的反相输入端与其输出端相连。
5.根据权利要求4所述的适用于宽范围电平的开关量输入采集电路，其特征在于，所述箝位电路包括反并联的二极管。
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