CN105371877A - 开关型传感器检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及开关型传感器检测电路，包括待检测传感器，传感器输出检测模块、电源输出检测模块、第一模数转换器、第二模数转换器、处理器以及电源模块；传感器输出检测模块、电源输出检测模块和待检测传感器均与电源模块连接，待检测传感器和第一模数转换器均与传感器输出检测模块连接，电源输出检测模块与第二模数转换器连接，第一模数转换器和第二模数转换器均与处理器连接。本发明的开关型传感器检测电路结构简单，成本低，通过传感器输出检测模块能够检测传感器的当前输出电压，通过电源输出检测模块能够检测电源模式的输出电压，处理器根据两者结合，能够自动判断出该待检测传感器为NPN传感器还是PNP传感器。

Description

开关型传感器检测电路
技术领域
本发明涉及检测电路，尤其涉及开关型传感器检测电路。
背景技术
工业传感器如接近开关，光电开关，光纤放大器等等基本都是NPN或PNP开集输出结构的开关型输出。对于NPN和PNP这两种不同类型的传感器的输出外部电路也不相同，如NPN输出负载是上拉电阻，而PNP输出是下拉电阻，另外传感器工作电压也是比较宽，很多5-24V，两种结构输出可参加图1和图2。
工程师在使用这工业传感器的过程中在不清楚传感器类型的前提下并不是很方便检测传感器是否已损坏，甚至在装上设备后发现系统工作不正常时，他们也不能轻易排查是否为传感器的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种开关型传感器检测电路，其结构简单，成本低，能够检测不同类型的传感器在不同电压的供电情况下的输出变化。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
开关型传感器检测电路，包括待检测传感器，传感器输出检测模块、电源输出检测模块、第一模数转换器、第二模数转换器、处理器以及电源模块；所述传感器输出检测模块、电源输出检测模块和待检测传感器均与电源模块连接，所述待检测传感器和第一模数转换器均与传感器输出检测模块连接，所述电源输出检测模块与第二模数转换器连接，所述第一模数转换器和第二模数转换器均与处理器连接；所述电源输出检测模块用于输出电源电压检测信号至第二模数转换器，以使第二模数转换器将该电源电压检测信号进行模数转换后发送至处理器；所述传感器输出检测模块用于输出传感器输出电压检测信号至第一模数转换器，以使第一模数转换器将该传感器输出电压检测信号进行模数转换后发送至处理器。
优选的，所述传感器输出检测模块包括电阻R1、电阻R3和电阻R5，所述电阻R1的一端连接电源模块，所述电阻R1的另一端和电阻R3的一端连接待检测传感器的输出端，所述电阻R3的另一端和电阻R5的一端均与第一模数转换器连接，电阻R5的另一端接地。
进一步优选的，电源输出检测模块包括电阻R2、电阻R4和电阻R6，所述电阻R2的一端连接电源模块，电阻R2的另一端和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端和电阻R6的一端均与第二模数转换器连接，电阻R6的另一端接地。
进一步优选的，所述电阻R1的阻值等于电阻R2的阻值，电阻R3的阻值等于电阻R4的阻值，电阻R5的阻值等于电阻R6的阻值。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的开关型传感器检测电路结构简单，成本低，通过传感器输出检测模块能够检测传感器的当前输出电压，通过电源输出检测模块能够检测电源模式的输出电压，处理器根据两者结合，能够自动判断出该待检测传感器为NPN传感器还是PNP传感器。
附图说明
图1为本发明现有技术的NPN类型传感器的输出电路结构图；
图2为本发明现有技术的PNP类型传感器的输出电路结构图；
图3为本发明的开关型传感器检测电路的电路结构图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
参见图3，本发明提供的开关型传感器检测电路包括待检测传感器，传感器输出检测模块、电源输出检测模块、第一模数转换器、第二模数转换器、处理器以及电源模块。这些模块之间的连接关系为：传感器输出检测模块、电源输出检测模块和待检测传感器均与电源模块连接，所述待检测传感器和第一模数转换器均与传感器输出检测模块连接，所述电源输出检测模块与第二模数转换器连接，所述第一模数转换器和第二模数转换器均与处理器连接。
电源输出检测模块用于输出电源电压检测信号至第二模数转换器，以使第二模数转换器将该电源电压检测信号进行模数转换后发送至处理器；所述传感器输出检测模块用于输出传感器输出电压检测信号至第一模数转换器，以使第一模数转换器将该传感器输出电压检测信号进行模数转换后发送至处理器。处理器将两者与其自身内部存储的预设阈值进行比较，从而判断传感器类型。
具体来讲，传感器输出检测模块包括电阻R1、电阻R3和电阻R5，所述电阻R1的一端连接电源模块，所述电阻R1的另一端和电阻R3的一端连接待检测传感器的输出端，所述电阻R3的另一端和电阻R5的一端均与第一模数转换器连接，电阻R5的另一端接地。电源输出检测模块包括电阻R2、电阻R4和电阻R6，所述电阻R2的一端连接电源模块，电阻R2的另一端和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端和电阻R6的一端均与第二模数转换器连接，电阻R6的另一端接地。传感器输出检测模块和电源输出检测模块的具体电路结构不仅仅是本发明提供的这种，两个模块均是一种分压电阻的方式形成，电阻的个数可以不局限于当前提供的情况。
第一模数转换器和第二模数转换器都是讲模拟量与参考电压进行对比，进行采集转换得到数字量，处理器根据该数字量能够判断得到上述两个模数转换器输入的模拟量是多少。
例如第一模数转换器为8位，数字量最高为0xFF，即255，如果第一模数转换器参考电压设定为5V，那么第一模数转换器输入为5V时，那第一模数转换器采集转换的结果就为255，如果第一模数转换器输入为2.5V，那第一模数转换器采集转换的结构为255/2＝125，如果为2V，那第一模数转换器采集转换的结果为255×(2/5)＝102，其他依次类推。
一般工业传感器的供电要求为5V或24V，因而，本发明所提供的电源模块为5V或24V。电源输出检测模块和传感器输出检测模块均是分压电阻组成，其中，电阻R3的另一端与电阻R5的一端均与第一模数转换器连接，该连接点定义为S1端，电阻R4的另一端和电阻R6的一端均与第二模数转换器连接，该连接点定义为S2端。S2端用于检测电源模块的输出电压为5V还是24V，处理器并将该值与待传感器检测输出端电源进行比较，判断待检测传感器是否有输出，当待检测传感器有输出，则判断该传感器为NPN传感器还是PNP传感器。所谓待检测传感器有输出即是该传感器检测到有目标物。
图1为NPN传感器结构输出电路，当传感器检测到有目标物时，内部NPN三极管会导通(以常开为例)，此时该NPN传感器输出会由高电平变为低电平。
图2为PNP传感器结构输出电路，当传感器检测到有目标物时，内部PNP三极管会导通(以常开为例)，此时该PNP传感器输出由低电平变成高电平。
因而可知，传感器在检测有目标物和无目标物切换时，输出也会由一种状态转换成另外一种状态。
下面，以NPN类型的传感器为例计算S1端电压：
当该传感器没有检测到目标物时，其内部的NPN截止，相当于开关断开状态，通过欧姆定理，可以算出此时S1端为：其中，VCC为电源模块的输出电压。
当传感器检测到目标物时就会产生动作，此时NPN导通，相当于开关闭合状态，由于NPN半导体工艺无法做到0V的压降，会存在一定的饱和压降，此时传感器输出的电压就为饱和电压，我们假设为1.5V(大部分传感器不大于1.5V)。此时S1端电压为：
PNP分析方法类似，不同的是PNP的负载是下拉，可参考图2。
当传感器没有目标时，S1端电压为其中VCC为电源模块的输出电压。
当传感器有目标物产生动作时，S1端电压为： V 2 ≡ ( V C C - 1.5 V ) × R 5 R 3 + R 5 .
本发明中，电阻R1的阻值等于电阻R2的阻值，电阻R3的阻值等于电阻R4的阻值，电阻R5的阻值等于电阻R6的阻值。假设电阻R1的阻值为51K，电阻R3的阻值为24K，电阻R5的阻值为5.1K。
通过上述公式得出下表数据：
由此可见，两种类型的传感器在检测到目标物时和未检测到目标物时这两个条件下的电压差值很明显，至少存在一倍以上的冗余度。
工作时，处理器首先采集S2端的电压，如果采集到S2端的电压为1.52V左右，则判断出此时待检测传感器的工作电源为24V，如果采集到时0.32V左右，则判断出该待检测传感器的工作电源为5V。之后处理器采集S1端电压，根据S1端的电压与工作电源进行对比，判断出待检测传感器的类型和状态，例如，S2端为1.52V，S1端为0.04V，则可以判断出该待检测传感器为24V的NPN输出。
上述的具体数值并不是本发明的唯一数值，在本发明所提供的技术方案的实际应用中，处理器是靠阈值进行比较判断，分为上阈值TH_H和下阈值TH_L，处理器先采集S2端的值S2_Value，然后采集S1端的值S1_Value，如果满足S2_Value+TH_H<S1_Value，则判断为PNP输出，如果满足S2_Value->S1_Value，则判断为NPN输出，如果均不满足，则判断传感器没有输出。
上阈值与下阈值是根据处理器的精度设定的，例如模数转换器为10位，上阈值为420、下阈值为180。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.开关型传感器检测电路，其特征在于，包括待检测传感器，传感器输出检测模块、电源输出检测模块、第一模数转换器、第二模数转换器、处理器以及电源模块；所述传感器输出检测模块、电源输出检测模块和待检测传感器均与电源模块连接，所述待检测传感器和第一模数转换器均与传感器输出检测模块连接，所述电源输出检测模块与第二模数转换器连接，所述第一模数转换器和第二模数转换器均与处理器连接；所述电源输出检测模块用于输出电源电压检测信号至第二模数转换器，以使第二模数转换器将该电源电压检测信号进行模数转换后发送至处理器；所述传感器输出检测模块用于输出传感器输出电压检测信号至第一模数转换器，以使第一模数转换器将该传感器输出电压检测信号进行模数转换后发送至处理器。
2.如权利要求1所述的开关型传感器检测电路，其特征在于，所述传感器输出检测模块包括电阻R1、电阻R3和电阻R5，所述电阻R1的一端连接电源模块，所述电阻R1的另一端和电阻R3的一端连接待检测传感器的输出端，所述电阻R3的另一端和电阻R5的一端均与第一模数转换器连接，电阻R5的另一端接地。
3.如权利要求2所述的开关型传感器检测电路，其特征在于，电源输出检测模块包括电阻R2、电阻R4和电阻R6，所述电阻R2的一端连接电源模块，电阻R2的另一端和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端和电阻R6的一端均与第二模数转换器连接，电阻R6的另一端接地。
4.如权利要求3所述的开关型传感器检测电路，其特征在于，所述电阻R1的阻值等于电阻R2的阻值，电阻R3的阻值等于电阻R4的阻值，电阻R5的阻值等于电阻R6的阻值。
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