CN105314083B

CN105314083B - 一种用于浮空器排气阀的非接触式光电控制电路

Info

Publication number: CN105314083B
Application number: CN201510632832.XA
Authority: CN
Inventors: 连龙刚; 何小辉; 周江华; 徐文宽
Original assignee: Academy of Opto Electronics of CAS
Current assignee: Academy of Opto Electronics of CAS
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2035-09-29
Also published as: CN105314083A

Abstract

本发明是一种用于浮空器排气阀的非接触式光电控制电路，该电路具有：电源，具有两输出端，在同一时刻两输出端对应输出高电位、低电位；两个开关状态监控电路的供电端与对应电源的两输出端连接；执行机构的两端与对应的第一开关状态监控电路和第二开关状态监控电路的输出端连接，在同一时刻只有一开关状态监控电路工作；第一开关状态监控电路由电源供电时，用于输出第一转停控制电压信号，此时第二开关状态监控电路处于待机状态；第二开关状态监控电路由电源供电时，用于输出第二转停控制电压信号，此时第一开关状态监控电路处于待机状态；利用执行机构的两端的第一转停控制电压信号、第二转停控制电压信号，实现驱动执行机构正反转的控制。

Description

一种用于浮空器排气阀的非接触式光电控制电路

技术领域

本发明属于光电控制技术领域，涉及一种用于浮空器排气阀的光电控制电路，能够控制阀门的开合，同时反馈阀门的当前状态。

背景技术

在浮空器平台上，浮空器的压控主要由风机和排气阀来完成。其中风机完成对浮空器的充气，而排气阀则完成对浮空器的排气，所以排气阀的好与坏对浮空器的成败有着至关重要的作用。

现有技术中的机械式排气阀控制电路如图1，通过两个二极管D1和D2的单向导通特性，以及机械微动开关S1和S2，可以实现电机motor的转动。然后调整电源V1的极性，从而实现电机motor的正反转。

但是在微动开关由于其机械本身存在着如下问题：

1.反馈单一。

2.响应慢，易接触不良。

3.整体抗振动差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术反馈单一、响应慢、容易接触不良，整体抗振动差的问题，本发明的目的旨在提供一种反馈全、灵敏度高的用于浮空器排气阀的非接触式光电控制电路，及其相应的反馈电路。

(二)技术方案

为了达成所述目的，本发明提供一种用于浮空器排气阀的非接触式光电控制电路，该电路包括：电源、第一开关状态监控电路、第二开关状态监控电路和执行机构，其中：电源，具有两输出端，在同一时刻一输出端输出高电位，另一输出端输出低电位；第一开关状态监控电路、第二开关状态监控电路的供电端与对应电源的两输出端连接；执行机构的两端与对应的第一开关状态监控电路和第二开关状态监控电路的输出端连接，在同一时刻只有一开关状态监控电路工作；第一开关状态监控电路由电源供电时，用于输出第一转停控制电压信号，第二开关状态监控电路处于待机状态；第二开关状态监控电路由电源供电时，用于输出第二转停控制电压信号，第一开关状态监控电路处于待机状态；利用执行机构的两端的第一转停控制电压信号、第二转停控制电压信号，实现驱动执行机构正反转的控制。

(三)本发明的有益效果

本发明采用红外光电开关来控制排气阀的关闭和打开。通过采用光电开关解决弥补了机械开关响应速度慢，抗振动性能差的缺陷。光电开关的原理就是通过阻挡与打开光的回路而实现开关的打开与关闭，所以本发明的电路具有响应速度快，抗振动性能强等等优点。并且可以通过调整光电回路距离，来调整电机的转速，达到电路最佳工作状态。

附图说明

以下将参照附图对本发明的具体实施方式做具体说明，其中：

图1为现有机械式排气阀控制电路；

图2为本发明用于浮空器排气阀的非接触式光电控制电路框图；

图3为图2的实施例原理图；

图4为图3实施例原理图；

图5为本发明双电源供电模块实施例的工作原理图；

图6为本发明单电源供电模块实施例的工作原理图；

图7为本发明监控电路实施例的工作原理图。

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，以下将根据实例并参照附图对本发明的具体实施方式作详细描述。但是，应当说明，本发明中所描述的实例仅用于解释本发明，而不是对本发明的保护范围的限定。

请参阅图2示出的本发明用于浮空器排气阀的非接触式光电控制电路框图，该电路包括：电源U_DC、第一开关状态监控电路T_D1、第二开关状态监控电路T_D2和执行机构M，其中：

电源U_DC，具有两输出端D、C，在同一时刻一输出端输出高电位，另一输出端输出低电位；第一开关状态监控电路T_D1、第二开关状态监控电路T_D2的供电端与对应电源U_DC的两输出端连接；执行机构M的两端a、b与对应的第一开关状态监控电路T_D1和第二开关状态监控电路T_D2的输出端连接，在同一时刻只有一开关状态监控电路工作；第一开关状态监控电路T_D1由电源U_DC供电时，用于输出第一转停控制电压信号，第二开关状态监控电路T_D2处于待机状态；第二开关状态监控电路T_D2由电源U_DC供电时，用于输出第二转停控制电压信号，第一开关状态监控电路T_D1处于待机状态；利用执行机构M的两端a、b的第一转停控制电压信号、第二转停控制电压信号，实现驱动执行机构M正反转的控制。

请参阅如图3示出图2用于浮空器排气阀的非接触式光电控制电路的实施例：

所述第一开关状态监控电路T_D1由第一光电开关1、第一电子开关Q1、第一选通单元D1组成，其中：

第一光电开关1的供电端、第一电子开关Q1的供电端、第一选通单元D1的正极端与电源U_DC的一输出端D连接；第一光电开关1，具有第一输入端A1、第一输出控制端A2；第一输入端A1，接收第二开关状态监控电路T_D2的第二电子开关Q2输出的第二导通信号或第二关闭信号，用于导通或关闭第一光电开关1，使得第一输出控制端A2输出第一控制信号；第一电子开关Q1，具有第一输入控制端Q₁₁，第一输出端Q₁₂；第一输入控制端Q₁₁与第一光电开关1的第一输出控制端A2连接，第一输入控制端Q₁₁接收第一控制信号，用于导通或关闭第一电子开关Q1；第一输出端Q₁₂、第一选通单元D1的负端和第二开关状态监控电路T_D2的第二光电开关2的第二输入端B1与执行机构M的一端a连接；第一输出端Q₁₂输出第一转停控制电压信号，用于导通或关闭第一选通单元D1，并第一输出端Q₁₂向所述的第二光电开关2的第二输入端B1发送第一导通信号或第一关闭信号，用于导通或关闭所述的第二光电开关2，实现对执行机构M正反转的驱动控制。

所述第二开关状态监控电路T_D2由第一光电开关2、第二电子开关Q2、第二选通单元D2组成，其中：

第二光电开关2的供电端、第二电子开关Q2的供电端、第二选通单元D2的正极端与电源U_DC的另一输出端C连接；第二光电开关2，具有第二输入端B1、第二输出控制端B2；第二输入端B1，接收第一开关状态监控电路T_D1的第一电子开关Q1输出的第一导通信号或第一关闭信号，用于导通或关闭第二光电开关2，使得第二输出控制端B2输出第二控制信号；第二电子开关Q2，具有第二输入控制端Q₂₁、第二输出端Q₂₂；第二输入控制端Q₂₁与第二光电开关2的第二输出控制端B2连接；第二输入控制端Q₂₁接收第二控制信号，用于导通或关闭第二电子开关Q2；第二输出端Q₂₂、第二选通单元D2的负端和第一开关状态监控电路T_D1的第一光电开关1的第一输入端A1与执行机构M的另一端b连接，第二输出端Q₂₂输出第二转停控制电压信号，用于导通或关闭第二选通单元D2，并第二输出端Q₂₂向所述的第一光电开关1的第一输入端A1发送第二导通信号或第二关闭信号，用于导通或关闭所述的第一光电开关1，实现对执行机构M正反转的驱动控制。

第一开关状态监控电路T_D1中的第一光电开关1和第二开关状态监控电路T_D2中的第二光电开关2是并行工作的，二者在同一时刻只有一路工作，同理第一选通单元D1、第二选通单元D2也是如此。

当电源U_DC为第一开关状态监控电路T_D1供电时，第一开关状态监控电路T_D1中的第一光电开关1和第一选通单元D1工作，第二开关状态监控电路T_D2中的的第二光电开关2和第二选通单元D2处于待机状态。反之，当电源U_DC为第二开关状态监控电路T_D2供电时，第二开关状态监控电路T_D2中的第二光电开关2和第二选通单元D2工作，第一开关状态监控电路T_D1中的第一光电开关1和第一选通单元D1处于待机状态。

第一光电开关1、第二光电开关2部分是相同的电路，当一光电开关的一端接地的时候，该一光电开关工作，另外一个选通单元的则作为等势体存在。

请参阅如图4示出图3用于浮空器排气阀的非接触式光电控制电路的具体实施例，其中包括第一光电开关1、第二光电开关2、选通单元3、第一电子开关Q1、第二电子开关Q2、电源U_DC和执行机构M，其中：所述第一光电开关1、第二光电开关2是使用光耦组件。所述选通单元3包括：第一选通单元D1和第二选通单元D2。所述选通单元3使用二极管。所述第一电子开关Q1、第二电子开关Q2对应使用金属氧化物半导体场效应晶体管，所述金属氧化物半导体场效应晶体管选用型号为MOSFET RU222N金属氧化物半导体场效应晶体管。所述电源U_DC选用±12V电压或±48V电压。所述执行机构M为电机。

续请参阅图4示出左边支路和右边支路，当其中一支路工作时，另一支路为不工作状态，其中：

A、如果当电源U_DC的端点C接高电压，电源U_DC的端点D接低电压，这个时候左边支路处于等电位状态，这个时候右边支路包括两种工作状态：

A1、当第一电子开关Q1的第一输入控制端Q₁₁的第一控制信号为高电平的时候，第一电子开关Q1导通；第一电子开关Q1的第一输出端Q₁₂输出的第一转停控制电压信号为低电平，使得执行机构M正向或反向转动；或是，

A2、当第一电子开关Q1的第一输入控制端Q₁₁的第一控制信号为低电平的时候，第一电子开关Q1是关闭，第一电子开关Q1的第一输出端Q₁₂输出的第一转停控制电压信号为高电平，使得执行机构M停止转动。同理，

B、如果电源U_DC的端点D点接高电平，电源U_DC的端点C接低电平的时候，右边支路处于等电位状态，不工作，这个时候左边支路包括两种工作状态：

B1、当第二电子开关Q2的第二输入控制端Q₂₁的第二控制信号为高电平的时候，第二电子开关Q2导通，第二电子开关Q2的第二输出端Q₂₂输出的第二转停控制电压信号为低电平，使得执行机构M反向或正向转动；或是，

B1、当第二电子开关Q2的第二输入控制端Q₂₁的第二控制信号为低电平的时候，第二电子开关Q2关闭，第二电子开关Q2的第二输出端Q₂₂输出的第二转停控制电压信号为高电平，使得执行机构M停止转动。

请参阅如图4所述第一光电开关1、第二光电开关2，是利用光来作为电路通断的技术手段。其中：

图4右侧示出第一光电开关1结构的实施例：所述第一光电开关1选用的光耦组件，所述光耦组件包括：第一挡片P1、第一红外对管H1、电容C1、第一电阻R1、第三电阻R3、第一输入端A1、第一输出控制端A2；所述第一红外对管H1是由发光二极管LED1、光敏接收管T1组成，用来作为光电开关。所述电容C1选用容量陶瓷电容；所述第一电阻R1选择型号阻值大小范围是12k到18k碳膜电阻；所述第三电阻R3选择型号阻值范围是1k到1.2k碳膜电阻。

所述发光二极管LED1是红外发射管由红外发光二极管矩阵组成发光体作为红外光光源，用于发射红外光。所述光敏接收管T1用于接收发光二极管LED1发射的红外光而形成并输出光电流，光电流随入射光迁都的变化而增大。所述第一挡片P1挡住红外光的时候和第一挡片P1撤走时分别产生两个状态量。光敏接收管T1具有第一输入端A1、第一输出控制端A2，光敏接收管T1具有单向导电性，光敏接收管T1工作时需加反向电压。第一挡片P1，没有位于发光二极管LED1与光敏接收管T1之间，红外光照射在光敏接收管T1上，将红外光信号转换成并输出高电平；第一挡片P1，位于发光二极管LED1与光敏接收管T1之间，用于挡住红外光，在光敏接收管T1上没有红外光信号，则光敏接收管T1与连接第一电阻R1连接端输出低电平；利用发光二极管LED1与光敏接收管T1之间的挡片，使光敏接收管T1与第一电阻R1的连接端产生并输出高电平和低电平两个状态量。这两个状态量和普通机械开关的开与关分别对应，就形成了光电开关。

图4示出左侧示出第二光电开关2结构的实施例：所述第二光电开关2选用的光耦组件，所述光耦组件包括：第二红外对管H2、第二挡片P2、电容C2、第二电阻R2、第四电阻R4、第二输入端B1、第二输出控制端B2，第二光电开关2与第一光电开关1对应的各部件参数相同，在此不再赘述第二光电开关2各部件参数。

第一选通单元D1为第一二极管，第二选通单元D2为第二二极管，所述二极管均选择型号1N5822二极管。在图4中由于第一二极管D1和第二二极管D2的存在，使得本发明的电路中在固定时刻只能是一路在工作，从而实现执行机构M(电机)的正转、反转。无论何种供电方式，当电源U_DC的一输出端D的电压低于另一输出端C的时候，图4中右边的第一开关状态监控电路T_D1工作。电流经过第二二极管D2，使光敏接收管T1导通，电流通过光敏接收管T1流向限位第一电阻R1，然后通过第一电子开关Q1流入电机，实现电机转动，从而关闭浮空器排气阀。与所述的光敏接收管T1并联的发光二极管LED1，当光敏接收管T1导通时发光二极管LED1就发光，否则就不发光。所述发光二极管LED1串联一限流电阻R3，所述第一电阻R1与电容C1并联，用来保护所述的光敏接收管T1。同理，当电源U_DC的一输出端D的电压高于另一输出C的时候，左边的第二开关状态监控电路T_D2完成相应的功能，使电机反转，从而打开浮空器排气阀，此时第二发光二极管LED2发光。左边的第二开关状态监控电路T_D2中相应右边的第一开关状态监控电路T_D1的阻容器件功能相同。由此可见，右边的第一开关状态监控电路T_D1导通就使浮空器排气阀关闭，左边的第二开关状态监控电路T_D2路导通就使浮空器排气阀开启。

请参阅图5示出图2中电源U_DC为浮空器排气阀的单电源供电电路实施例的结构图，所述单电源供电是通过计算机向电源U_DC发送开关信号，利用开关信号控制双刀双掷继电器S1工作状态，通过双刀双掷继电器S1的二选一开关，实现电源U_DC的高低电平反转，从而使本发明的非接触式光电控制电路，用于选择切换浮空器排气阀所需要的供电，以实现浮空器排气阀的开启与关闭。所述单电源U_DC包括：连接器J1、电气信号定义PQ_POWER1、电气信号定义PQ_POWER2、双刀双掷继电器S1、第五电阻R5、电源VCC、电源V1、电源V2、控制信号ctl_signal、接地端GND。电源VCC为源电压，电源V1为光电控制电路输入电压一端，电源V2为光电控制电路输入电压一端。电源U_DC通过连接器J1进入工作电路，当电气信号定义PQ_POWERl接高电位时，电气信号定义PQ_POWER2则接低电位，此时通过双刀双掷继电器S1可以选择电源V1或电源V2，根据提供的电源V1或电源V2决定让哪路选通单元3工作。所述连接器J1选用HDR1X2连接器，其只有一排孔，每排两个孔。电源VCC选择3.3V电压；第六电阻R6选择4.7KΩ；电源V1和电源V2分别选择12V电压。

请参阅图6示出图2中电源U_DC采用双电源供电电路实施例的结构图，所述双电源供电只需要一个单刀继电器S1来选择所需双电源U_DC，从而实现浮空器排气阀的开启与关闭。固定电源U_DC接地端，通过一路二选一开关来选择正负12V，开关信号则是通过计算机发送。所述电源_DC包括：连接器J1、电气信号定义PQF_POWER、单刀继电器S1、第六电阻R6、电源VCC、电源V1、电源V2、控制信号ctl_signal、接地端GND，电源VCC为源电压，电源V1为所述光电控制电路的输入电压一端，电源V2为所述光电控制电路的输入电压一端。电源U_DC通过连接器J1进入工作电路，当PQ_POWER1接高电位时，PQ_POWER2则接低电位，此时通过单刀继电器S1的二选一开关可以选择电源V1或电源V2，电源V1或电源V2为通过单刀继电器S1后的选择电压，根据提供的电源V1或电源V2决定哪路选通单元3工作。第六电阻R6选择4.7KΩ；电源VCC选择3.3V电压；电源V1和电源V2分别选择12V电压；连接器J1为HDR1X2连接器，只有一排孔，每排两个孔。

请参阅图7示出为图2-4中的第一开关状态监控电路T_D1、第二开关状态监控电路T_D2的实施例，用于完成对阀门工作状态的监控，也就是检测光电电路是否工作正常，该开关状态监控电路即可用于单电源U_DC供电方式，亦可用于双电源U_DC工作方式。在单电源供电方式下，反馈的信息比较完整，能得到开关状态和双向作动信息；双电源供电方式下，只能得到开关状态和单向作动信息。所述开关状态监控电路中包括：第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻RR12、光耦器件U1、光耦器件U2、光耦器件U3、第一线A5、第二线B5、第三线C5、第四线AB、管脚g1、g2、g3、g4、电源5V、执行机构M的第一端a、执行机构M的第二端b、电源U_DC的接地端GND；光耦器件U1、光耦器件U2为光电隔离器件，实现两端信号的隔离，防止干扰产生。g1是光隔前端输入端，g2是光隔前端输出端，二者分别为内部二极管的两端。g3是输出三极管的集电极，g4是输出三极管的发射极。

执行结构执行机构M的第一端a和执行机构M的第二端b同时为高电压(本发明中电压范围是12V-24V)，执行机构M停止动作，当执行机构M的第一端a为高电压，而执行机构M的第二端b为低电压(0V)时，所述电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12在电路中起到限制电路电流的作用，各个不同阻值电阻只是为了达到不同工作电流的目的。

以单电源供电为例，介绍电路4的工作过程：

1)浮空器排气阀关闭，对应电源U_DC的一端C为+12V，对应电源U_DC的另一端D为0，电源U_DC＝+12V；

浮空器排气阀开启，对应电源U_DC的另一端D为+12V，对应电源U_DC的一端C为0，U_DC＝-12V。

因此，根据电源U_DC的一端C的电平即可判别浮空器排气阀开关状态。光耦器件U3实现电源U_DC的一端C的电平由12V/5V转换，便于计算机采集。

2)在浮空器排气阀关闭过程中，第一线A5为高电平，第二线B5为低电平，浮空器排气阀彻底关闭后，第一线A5和第二线B5均为高电平。因此第四线AB输出为：浮空器排气阀关闭中为低电平，浮空器排气阀关闭完成为高电平；

3)在浮空器排气阀开启过程中，第一线A5为低电平，第二线B5为高电平，浮空器排气阀彻底开启后第一线A5和第二线B5均为高电平。因此第四线AB输出为：浮空器排气阀开启中为低电平，浮空器排气阀开启完成为高电平。

显然，上述2)、3)点表明，无论是浮空器排气阀开作动还是浮空器排气阀关作动，只要浮空器排气阀在作动，第四线AB端输出低电平；作动完毕，第四线AB端输出高电平。因此，通过监控第三线C5和第四线AB，即可知道浮空器排气阀的开关状态和作动情况。

综上所述，本发明控制电路通过控制光耦器件调节浮空器排气阀的开合。以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims

1.一种用于浮空器排气阀的非接触式光电控制电路，其特征在于，该电路包括：电源、第一开关状态监控电路、第二开关状态监控电路和执行机构，其中：

电源，具有两输出端，在同一时刻一输出端输出高电位，另一输出端输出低电位；

第一开关状态监控电路、第二开关状态监控电路的供电端与对应电源的两输出端连接；

执行机构的两端与对应的第一开关状态监控电路和第二开关状态监控电路的输出端连接，在同一时刻只有一开关状态监控电路工作；

第一开关状态监控电路由电源供电时，用于输出第一转停控制电压信号，此时第二开关状态监控电路处于待机状态；

第二开关状态监控电路由电源供电时，用于输出第二转停控制电压信号，此时第一开关状态监控电路处于待机状态；

利用执行机构的两端的第一转停控制电压信号、第二转停控制电压信号，实现驱动执行机构正反转的控制。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一开关状态监控电路由第一光电开关、第一电子开关、第一选通单元组成，其中：

第一光电开关的供电端、第一电子开关的供电端、第一选通单元的正极端与电源的一输出端连接；

第一光电开关，具有第一输入端、第一输出控制端；第一输入端，接收第二开关状态监控电路的第二电子开关输出的第二导通信号或第二关闭信号，用于导通或关闭第一光电开关，使得第一输出控制端输出第一控制信号；

第一电子开关，具有第一输入控制端、第一输出端；第一输入控制端与第一光电开关的第一输出控制端连接，第一输入控制端接收第一控制信号，用于导通或关闭第一电子开关；第一输出端、第一选通单元的负端和第二开关状态监控电路的第二光电开关的第二输入端与执行机构的一端连接；第一输出端输出第一转停控制电压信号，用于导通或关闭第一选通单元，并第一输出端向所述的第二光电开关的第二输入端发送第一导通信号或第一关闭信号，用于导通或关闭所述的第二光电开关，实现对执行机构正反转的驱动控制。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二开关状态监控电路由第二光电开关、第二电子开关、第二选通单元组成，其中：

第二光电开关的供电端、第二电子开关的供电端、第二选通单元的正极端与电源的另一输出端连接；

第二光电开关，具有第二输入端、第二输出控制端；第二输入端，接收第一开关状态监控电路的第一电子开关输出的第一导通信号或第一关闭信号，用于导通或关闭第二光电开关，使得第二输出控制端输出第二控制信号；

第二电子开关，具有第二输入控制端、第二输出端；第二输入控制端与第二光电开关的第二输出控制端连接；第二输入控制端接收第二控制信号，用于导通或关闭第二电子开关；第二输出端、第二选通单元的负端和第一开关状态监控电路的第一光电开关的第一输入端与执行机构的另一端连接，第二输出端输出第二转停控制电压信号，用于导通或关闭第二选通单元，并第二输出端向所述的第一光电开关的第一输入端发送第二导通信号或第二关闭信号，用于导通或关闭所述第一光电开关，实现对执行机构正反转的驱动控制。

4.根据权利要求2或3所述的电路，其特征在于，所述第一光电开关、第二光电开关都选用光耦组件。

5.根据权利要求2或3所述的电路，其特征在于，所述第一电子开关、第二电子开关对应使用金属氧化物半导体场效应晶体管。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电源为单电源供电或双电源供电；所述单电源供电是通过计算机向电源发送开关信号，利用开关信号控制双刀双掷继电器工作状态，通过双刀双掷继电器的二选一开关，实现电源的高低电平反转，用于选择切换浮空器排气阀所需要的供电，以实现浮空器排气阀的开启与关闭；

所述电源采用双电源供电，只需要一个单刀继电器来选择所需双电源，从而实现浮空器排气阀的开启与关闭。