CN105242595A - 一种模拟输入信号的切换装置及其切换方法 - Google Patents

一种模拟输入信号的切换装置及其切换方法 Download PDF

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Abstract

<b>本发明涉及变频器模拟输入技术领域，特别涉及一种模拟输入信号的切换装置及其切换方法。本发明的一种模拟输入信号的切换装置，与用于发送控制指令的上位机连接，包括微控制器和模拟输入单元；在本发明中，操作上位机，发送操作指令，微控制器接收上位机的指令并发送电压输入方式或电流输入方式的信号，模拟输入单元接收微控制器的信号进行电压输入和电流输入的切换；模拟输入单元再输出模拟信号；本发明的模拟电压电流输入的切换无需通过人工进行无触点智能切换，不仅可通过本地键盘进行设置，还可以通过串口进行远程设置，智能化程度高，操作方便且安全性高，不会在切换过程中造成元器件的损坏。</b>

Description

一种模拟输入信号的切换装置及其切换方法
技术领域
本发明涉及变频器模拟输入技术领域，特别涉及一种模拟输入信号的切换装置，还特别涉及一种模拟输入信号的切换方法。
背景技术
模拟电压、电流输入在变频器领域的应用相当广泛，在数字控制系统中，常常需要将外部的模拟信号(电压信号或电流信号)变换为CPU(或DSP)的模拟输入管脚所能接收的电压信号，为了节省成本，减小装置的体积，充分利用CPU(或DSP)的AD转换资源，往往会将同一个模拟输入口设计成既能适应用户电压输入，又能适应用户电流输入。
在现有的技术中，在不同场合的应用需在模拟电压、电流输入两者之间实现切换，都是采用跳线器(或拨码开关)的方式来实现，通过改变跳线器(或拨码开关的触头)的位置来实现用户模拟输入方式(电压或电流)的选择，这种实现方式的不足在于：因跳线器(或拨码开关)必须对用户开发，在数字控制系统的产品设计时需要将它们暴露在用户易接触的地方，且需留出用户的手指或镊子操作的空间，这样会增加数字控制装置的体积，增加结构设计的成本，同时还会影响到产品的紧凑和美观。
若用户在装置有电的情况下操作跳线器(或拨码开关)，由于静电的作用可能会损坏数字控制系统内的器件，导致产品的可靠性能下降，若装置内的电压超过安全电压，会导致用户触电危险，影响到产品的安全性能。
因此，现有技术中的人为切换会带来若干问题：
1.跳线帽接触不良引起模拟输入故障；
2.跳线帽脱落引起模拟输入故障；
3.人为直接插拔跳线帽容易引入静电，由此导致元器件的损伤使电路功能失效；
4.人为跳线需要拆卸机器，引起安装不便；
5.传统的模拟输入无智能保护及告警功能。
发明内容
为了克服上述所述的不足，本发明的目的是提供一种智能化程度高，操作方便且安全性高的模拟输入信号的切换装置，还提供了一种模拟输入信号的切换方法，不会在切换过程中造成元器件的损坏。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
一种模拟输入信号的切换装置，与用于发送控制指令的上位机连接，其中，包括微控制器和模拟输入单元；所述微控制器用于接收所述上位机的指令并发送电压输入方式或电流输入方式的信号；所述模拟输入单元用于接收所述微控制器的信号进行电压输入和电流输入的切换并输出模拟信号。
作为本发明的一种改进，所述模拟输入单元包括用于电压信号输入的电压输入电路、用于电流信号输入的电流输入电路、保护电路和用于输入模拟信号的模拟输入电路。
作为本发明的进一步改进，所述微控制器与报警器连接，所述报警器用于检测到故障信号时报警警示。
作为本发明的更进一步改进，所述电压输入电路包括电压输入端（AI1VMCU）、电阻（R163）、三极管（T1）、电阻（R155）、金氧半场效晶体管（Q1）；所述电压输入端（AI1VMCU）与电阻（R163）的一端连接，电阻（R163）的另一端与三极管（T1）的基极连接，三极管（T1）的发射极接地，三极管（T1）的集电极分别与电阻（R155）、金氧半场效晶体管（Q1）连接。
作为本发明的更进一步改进，所述电流输入电路包括电流输入端（AI1IMCU）、电阻（R174）、比较放大器（U32）、电容（C203）、电阻（R169）、电阻（R8）、金氧半场效晶体管（Q3）；所述电流输入端（AI1IMCU）分别与电阻（R174）的一端、比较放大器（U32）的正输入端连接，电阻（R174）的另一端接地，比较放大器（U32）的输出端与电阻（R169）的一端连接，电阻（R169）的另一端分别与电阻（R8）、金氧半场效晶体管（Q3）连接。
作为本发明的更进一步改进，，所述保护电路包括电流保护端口（AI1ITrip）、稳压二极管（D43）、电阻（R172）、电阻（R66）、电阻（R177）、电阻（R179）、电阻（R175）、稳压二极管（D23）；电流保护端口（AI1ITrip）分别与稳压二极管（D43）的一端、电阻（R172）的一端、电阻（R177）的一端连接，稳压二极管（D43）的另一端接地，电阻（R177）的另一端接地，电阻（R172）的另一端与电阻（R66）的一端连接，电阻（R66）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接；所述电流保护端口（AI1ITrip）还分别与电阻（R179）的一端、电阻（R175）的一端、稳压二极管（D23）的一端连接，电阻（R179）的另一端接地，稳压二极管（D23）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接。
作为本发明的更进一步改进，，所述模拟输入电路包括输出端（AI1）、电平选择端（AI1MCU）、电阻（R165）、电阻（R157）、稳压二极管（D19）、电阻（R160）、电阻（R159）、电容（C135）、稳压二极管（D21）、电阻（R167）、电容（C188）、电阻（R187）、电阻（R188）、电阻（R181）、电容（C142）、比较放大器（U26）、电容（C140）、电容（C141）、电阻（R185）、电阻（R183）、稳压二极管（D25）；输出端（AI1）分别与电阻（R160）的一端、电阻（R159）的一端、稳压二极管（D21）的一端、电阻（R167）的一端连接，电阻（R160）的另一端分别与稳压二极管（D19）的一端、电阻（R157）的一端连接，稳压二极管（D19）的另一端接地，电阻（R157）的另一端与电阻（R165）的一端连接，电阻（R165）的另一端与金氧半场效晶体管（Q1）连接；电阻（R159）的另一端与电容（C135）的一端连接，电容（C135）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接，稳压二极管（D21）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接；电阻（R167）的另一端与电容（C188）的一端连接，电容（C188）的另一端分别与电阻（R187）的一端、电阻（R188）的一端、电容（C142）的一端连接，电阻（R181）的一端分别与电阻（R187）的另一端、电阻（R188）的另一端连接，电阻（R181）的另一端分别与电容（C142）的另一端、比较放大器（U26）的正输入端连接，电阻（R183）的一端分别与电阻（R185）的一端、比较放大器（U26）的负输入端、比较放大器（U26）的输出端连接，电阻（R183）的另一端分别与稳压二极管（D25）、电平选择端（AI1MCU）连接。
一种模拟输入信号的切换方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，操作上位机，发送操作指令；
步骤S2，微控制器接收上位机的指令并发送电压输入方式或电流输入方式的信号；
步骤S3，模拟输入单元接收微控制器的信号进行电压输入和电流输入的切换；
步骤S4，模拟输入单元输出模拟信号。
作为本发明的一种改进，在步骤S3中还包括步骤S31：检测到故障信号时，模拟输入单元发送报警信号至微控制器，微控制器控制报警器发出警示。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3中还包括步骤S32：当电流输入超过25mA时，金氧半场效晶体管（Q3）关闭，模拟输入单元发送报警信号至微控制器，微控制器控制报警器发出警示。
在本发明中，操作上位机，发送操作指令，微控制器接收上位机的指令并发送电压输入方式或电流输入方式的信号，模拟输入单元接收微控制器的信号进行电压输入和电流输入的切换；模拟输入单元再输出模拟信号；本发明的模拟电压电流输入的切换无需通过人工进行无触点智能切换，不仅可通过本地键盘进行设置，还可以通过串口进行远程设置，智能化程度高，操作方便且安全性高，不会在切换过程中造成元器件的损坏。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的电路图。
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。
如图1和图2所示，本发明的一种模拟输入信号的切换装置，设置在变频器内，与用于发送控制指令的上位机连接。
本发明的一种模拟输入信号的切换装置，包括微控制器和模拟输入单元；微控制器用于接收上位机的指令并发送电压输入方式或电流输入方式的信号；模拟输入单元用于接收微控制器的信号进行电压输入和电流输入的切换并输出模拟信号。在本发明中，操作上位机，发送操作指令，微控制器接收上位机的指令并发送电压输入方式或电流输入方式的信号，模拟输入单元接收微控制器的信号进行电压输入和电流输入的切换；模拟输入单元再输出模拟信号；本发明的模拟电压电流输入的切换无需通过人工进行无触点智能切换，不仅可通过本地键盘进行设置，还可以通过串口进行远程设置，智能化程度高，操作方便且安全性高，不会在切换过程中造成元器件的损坏。
进一步，模拟输入单元包括用于电压信号输入的电压输入电路、用于电流信号输入的电流输入电路、保护电路和用于输入模拟信号的模拟输入电路。
更进一步，微控制器与报警器连接，报警器用于检测到故障信号时报警警示；使本发明具有强大的保护功能，可通过软件设置参数数据，在故障发生时，微控制器收到信号，使报警器进行告警提示用户，智能化大大提高。
本发明提供电压输入电路的一种实施方式，电压输入电路包括电压输入端（AI1VMCU）、电阻（R163）、三极管（T1）、电阻（R155）、金氧半场效晶体管（Q1）；电压输入端（AI1VMCU）与电阻（R163）的一端连接，电阻（R163）的另一端与三极管（T1）的基极连接，三极管（T1）的发射极接地，三极管（T1）的集电极分别与电阻（R155）、金氧半场效晶体管（Q1）连接。
本发明提供电流输入电路的一种实施方式，电流输入电路包括电流输入端（AI1IMCU）、电阻（R174）、比较放大器（U32）、电容（C203）、电阻（R169）、电阻（R8）、金氧半场效晶体管（Q3）；所述电流输入端（AI1IMCU）分别与电阻（R174）的一端、比较放大器（U32）的正输入端连接，电阻（R174）的另一端接地，比较放大器（U32）的输出端与电阻（R169）的一端连接，电阻（R169）的另一端分别与电阻（R8）、金氧半场效晶体管（Q3）连接。
本发明提供保护电路的一种实施方式，保护电路包括电流保护端口（AI1ITrip）、稳压二极管（D43）、电阻（R172）、电阻（R66）、电阻（R177）、电阻（R179）、电阻（R175）、稳压二极管（D23）；电流保护端口（AI1ITrip）分别与稳压二极管（D43）的一端、电阻（R172）的一端、电阻（R177）的一端连接，稳压二极管（D43）的另一端接地，电阻（R177）的另一端接地，电阻（R172）的另一端与电阻（R66）的一端连接，电阻（R66）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接；所述电流保护端口（AI1ITrip）还分别与电阻（R179）的一端、电阻（R175）的一端、稳压二极管（D23）的一端连接，电阻（R179）的另一端接地，稳压二极管（D23）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接。
本发明提供模拟输入电路的一种实施方式，模拟输入电路包括输出端（AI1）、电平选择端（AI1MCU）、电阻（R165）、电阻（R157）、稳压二极管（D19）、电阻（R160）、电阻（R159）、电容（C135）、稳压二极管（D21）、电阻（R167）、电容（C188）、电阻（R187）、电阻（R188）、电阻（R181）、电容（C142）、比较放大器（U26）、电容（C140）、电容（C141）、电阻（R185）、电阻（R183）、稳压二极管（D25）；输出端（AI1）分别与电阻（R160）的一端、电阻（R159）的一端、稳压二极管（D21）的一端、电阻（R167）的一端连接，电阻（R160）的另一端分别与稳压二极管（D19）的一端、电阻（R157）的一端连接，稳压二极管（D19）的另一端接地，电阻（R157）的另一端与电阻（R165）的一端连接，电阻（R165）的另一端与金氧半场效晶体管（Q1）连接；电阻（R159）的另一端与电容（C135）的一端连接，电容（C135）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接，稳压二极管（D21）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接；电阻（R167）的另一端与电容（C188）的一端连接，电容（C188）的另一端分别与电阻（R187）的一端、电阻（R188）的一端、电容（C142）的一端连接，电阻（R181）的一端分别与电阻（R187）的另一端、电阻（R188）的另一端连接，电阻（R181）的另一端分别与电容（C142）的另一端、比较放大器（U26）的正输入端连接，电阻（R183）的一端分别与电阻（R185）的一端、比较放大器（U26）的负输入端、比较放大器（U26）的输出端连接，电阻（R183）的另一端分别与稳压二极管（D25）、电平选择端（AI1MCU）连接。
本发明还提供一种模拟输入信号的切换方法包括如下步骤：
步骤S1，操作上位机，发送操作指令；
步骤S2，微控制器接收上位机的指令并发送电压输入方式或电流输入方式的信号；
步骤S3，模拟输入单元接收微控制器的信号进行电压输入和电流输入的切换；
步骤S4，模拟输入单元输出模拟信号。
其中，在步骤S3中还包括步骤S31：检测到故障信号时，模拟输入单元发送报警信号至微控制器，微控制器控制报警器发出警示。
另外，在步骤S3中还包括步骤S32：当电流输入超过25mA时，金氧半场效晶体管（Q3）关闭，模拟输入单元发送报警信号至微控制器，微控制器控制报警器发出警示。
在本发明中，如图2所示，Q1实现电压输入、Q3实现电流输入；通过软件驱动相应的驱动电路实现Q1和Q3的导通和关断，实现电压、电流输入的切换。
和Q3的导通和关断的情况表如下：
AI1_V_MCU AI1_I_MCU Q1 Q3
0 0 开通 关断
0 1 开通 开通
1 0 关断 关断
1 1 关断 开通
其中，AI1_V_MCU=0、AI1_I_MCU=1为无效状态，软件应进行相应的处理。
另外，当模拟电流输入超过25mA时，比较放大器（U32）的2脚电压大于3脚电压，比较放大器（U32）输出低电压实现对Q3的关断，同时电流保护端（AI1ITrip）发送信号给微控制器（CPU），用软件通过检测该信号实现告警，实现电路的自我保护；同时，若用户接错线，误把模拟电压输入当模拟电流输入时，也能通过比较放大器U32和电流保护端（AI1ITrip）的信号实现智能自我保护；其中D23、R175、R179的选型对电路的可靠性也至关重要，可以使本发明的可靠性增加。在本发明中，模拟电压电流输入的切换无需通过人工进行切换，而是能通过上位机的软件设置相应的功能码来实现，不仅可通过本地键盘进行设置，还可以通过串口进行远程设置。
本发明在实施监控模拟输入信号时，当相应的输入信号超过限值时，可通过上位机的软件发送相应的驱动信号关断相应的晶体管开关，并同时通过变频器键盘实现告警，以达到对硬件电路的保护；电路还具有智能纠错功能，当用户接错线时能通过电路把相应的晶体管的开关管关断，实现自我保护并告警。
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 (10)

1.一种模拟输入信号的切换装置，与用于发送控制指令的上位机连接，其特征在于，包括微控制器和模拟输入单元；所述微控制器用于接收所述上位机的指令并发送电压输入方式或电流输入方式的信号；所述模拟输入单元用于接收所述微控制器的信号进行电压输入和电流输入的切换并输出模拟信号。
2.根据权利要求1所述的一种模拟输入信号的切换装置，其特征在于，所述模拟输入单元包括用于电压信号输入的电压输入电路、用于电流信号输入的电流输入电路、保护电路和用于输入模拟信号的模拟输入电路。
3.根据权利要求2所述的一种模拟输入信号的切换装置，其特征在于，所述微控制器与报警器连接，所述报警器用于检测到故障信号时报警警示。
4.根据权利要求3所述的一种模拟输入信号的切换装置，其特征在于，所述电压输入电路包括电压输入端（AI1VMCU）、电阻（R163）、三极管（T1）、电阻（R155）、金氧半场效晶体管（Q1）；所述电压输入端（AI1VMCU）与电阻（R163）的一端连接，电阻（R163）的另一端与三极管（T1）的基极连接，三极管（T1）的发射极接地，三极管（T1）的集电极分别与电阻（R155）、金氧半场效晶体管（Q1）连接。
5.根据权利要求4所述的一种模拟输入信号的切换装置，其特征在于，所述电流输入电路包括电流输入端（AI1IMCU）、电阻（R174）、比较放大器（U32）、电容（C203）、电阻（R169）、电阻（R8）、金氧半场效晶体管（Q3）；所述电流输入端（AI1IMCU）分别与电阻（R174）的一端、比较放大器（U32）的正输入端连接，电阻（R174）的另一端接地，比较放大器（U32）的输出端与电阻（R169）的一端连接，电阻（R169）的另一端分别与电阻（R8）、金氧半场效晶体管（Q3）连接。
6.根据权利要求5所述的一种模拟输入信号的切换装置，其特征在于，所述保护电路包括电流保护端口（AI1ITrip）、稳压二极管（D43）、电阻（R172）、电阻（R66）、电阻（R177）、电阻（R179）、电阻（R175）、稳压二极管（D23）；电流保护端口（AI1ITrip）分别与稳压二极管（D43）的一端、电阻（R172）的一端、电阻（R177）的一端连接，稳压二极管（D43）的另一端接地，电阻（R177）的另一端接地，电阻（R172）的另一端与电阻（R66）的一端连接，电阻（R66）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接；所述电流保护端口（AI1ITrip）还分别与电阻（R179）的一端、电阻（R175）的一端、稳压二极管（D23）的一端连接，电阻（R179）的另一端接地，稳压二极管（D23）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接。
7.根据权利要求6所述的一种模拟输入信号的切换装置，其特征在于，所述模拟输入电路包括输出端（AI1）、电平选择端（AI1MCU）、电阻（R165）
、电阻（R157）、稳压二极管（D19）、电阻（R160）、电阻（R159）、电容（C135）、稳压二极管（D21）、电阻（R167）、电容（C188）、电阻（R187）、电阻（R188）、电阻（R181）、电容（C142）、比较放大器（U26）、电容（C140）、电容（C141）、电阻（R185）、电阻（R183）、稳压二极管（D25）；输出端（AI1）分别与电阻（R160）的一端、电阻（R159）的一端、稳压二极管（D21）的一端、电阻（R167）的一端连接，电阻（R160）的另一端分别与稳压二极管（D19）的一端、电阻（R157）的一端连接，稳压二极管（D19）的另一端接地，电阻（R157）的另一端与电阻（R165）的一端连接，电阻（R165）的另一端与金氧半场效晶体管（Q1）连接；电阻（R159）的另一端与电容（C135）的一端连接，电容（C135）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接，稳压二极管（D21）的另一端与金氧半场效晶体管（Q3）连接；电阻（R167）的另一端与电容（C188）的一端连接，电容（C188）的另一端分别与电阻（R187）的一端、电阻（R188）的一端、电容（C142）的一端连接，电阻（R181）的一端分别与电阻（R187）的另一端、电阻（R188）的另一端连接，电阻（R181）的另一端分别与电容（C142）的另一端、比较放大器（U26）的正输入端连接，电阻（R183）的一端分别与电阻（R185）的一端、比较放大器（U26）的负输入端、比较放大器（U26）的输出端连接，电阻（R183）的另一端分别与稳压二极管（D25）、电平选择端（AI1MCU）连接。
8.一种模拟输入信号的切换方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，操作上位机，发送操作指令；
步骤S2，微控制器接收上位机的指令并发送电压输入方式或电流输入方式的信号；
步骤S3，模拟输入单元接收微控制器的信号进行电压输入和电流输入的切换；
步骤S4，模拟输入单元输出模拟信号。
9.根据权利要求8所述的一种模拟输入信号的切换方法，其特征在于，在步骤S3中还包括步骤S31：检测到故障信号时，模拟输入单元发送报警信号至微控制器，微控制器控制报警器发出警示。
10.根据权利要求9所述的一种模拟输入信号的切换方法，其特征在于，在步骤S3中还包括步骤S32：当电流输入超过25mA时，金氧半场效晶体管（Q3）关闭，模拟输入单元发送报警信号至微控制器，微控制器控制报警器发出警示。
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