CN105425019A

CN105425019A - 一种可靠的开关量信号检测电路

Info

Publication number: CN105425019A
Application number: CN201510811597.2A
Authority: CN
Inventors: 徐士斌; 王保国; 董良健; 任翔
Original assignee: Zhejiang Supcon Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Supcon Technology Co Ltd
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: CN105425019B

Abstract

本发明提供一种可靠的开关量信号检测电路，包括：R1的第一端连接开关量信号的输入端，R1的第二端通过第二分压电阻接地；R1的第二端连接AD转换器的第一输入端；R3的第一端连接开关量信号的输入端，R3的第二端通过第四分压电阻接地；R3的第二端连接AD转换器的第二输入端；AD转换器将R2上的电压和R4上的电压转换为数字信号发送给控制器；控制器用于由R2上的电压U1和R4上的电压U2获得U1/U2，将U1/U2与理论比值进行比较，如果U1/U2与理论比值的差值在预定范围内，则确定检测电路正常；在预定范围之外，检测电路出现问题。该电路能够准确地检测开关量信号，并且能够检测出检测电路是否发生故障。

Description

一种可靠的开关量信号检测电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种可靠的开关量信号检测电路。

背景技术

需要说明的是，开关量信号指的是0和1的逻辑信号。

在自动化领域，很多场合需要检测开关量信号，但是开关量信号的检测电路往往会出现各种问题，造成开关量信号的检测错误。

参见图1，该图为现有技术中提供的开关量信号检测电路的示意图。

在光耦100的输入端串联限流电阻R1，即光耦100的第一输入端通过R1连接U0的正端，例如U0为0-24V的直流电压，光耦100的第二输入端接地。当U0达到光耦100导通的电压时，光耦100导通，光耦100的第一输出端输出低电平，当U0低于光耦100导通的电压时，光耦100截止，由于光耦100的第一输出端通过限流电阻R2连接VCC，因此此时光耦100的第一输出端输出高电平。如图1所示，利用U1表示光耦100第一输出端的信号，U1输入微处理器200，微处理器200通过U1的数值判断开关量信号是0还是1。

但是，图1所示的电路在实际应用过程中存在如下问题，限流电阻R1的参数发生漂移会导致光耦的驱动电流发生变化，另外光耦100自身的导通电流存在较大的误差，不同类型光耦的参数离散性较大，而且当开关量信号的电平发生偏移时，图1所示的电路无法对开关量信号的电平偏移量进行准确的判断，特别是需要对逻辑电平的阈值进行设定时，该方法的采样精度难以满足要求。

因此，本领域技术人员需要提供一种可靠的开关量信号检测电路，能够准确地检测开关量信号，并且能够检测出检测电路是否发生故障。

发明内容

为了解决现有技术，本发明提供一种开关量信号检测电路，能够准确地检测开关量信号，并且能够检测出检测电路是否发生故障。

本发明实施例提供一种可靠的开关量信号检测电路，包括：第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、AD转换器和控制器；

所述第一分压电阻的第一端连接开关量信号的输入端，所述第一分压电阻的第二端通过所述第二分压电阻接地；所述第一分压电阻的第二端连接所述AD转换器的第一输入端；

所述第三分压电阻的第一端连接所述开关量信号的输入端，所述第三分压电阻的第二端通过所述第四分压电阻接地；所述第三分压电阻的第二端连接所述AD转换器的第二输入端；

所述AD转换器，用于分别将所述第二分压电阻上的电压和第四分压电阻上的电压转换为数字信号发送给所述控制器；

所述控制器，用于由所述第二分压电阻上的电压U1和第四分压电阻上的电压U2获得U1/U2，将U1/U2与理论比值进行比较，如果U1/U2与理论比值的差值在预定范围内，则确定检测电路正常，获得检测的开关量信号的电压。

优选地，所述获得检测的开关量信号的电压U0，具体依据以下公式获得：

U0＝(R1+R2)*U1/R2；

其中，R1和R2分别为第一分压电阻和第二分压电阻的阻值。

优选地，如果U1/U2与理论比值的差值超过所述预定范围，则确定检测电路异常，根据以下公式获得第一分压电阻的阻值偏移量；

\frac{U 1}{U 2} = \frac{R 2 * (R 3 + R 4)}{R 4 * (R 1 + R 2)};

其中，R1、R2、R3和R4分别为第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻的阻值；第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻的阻值偏移量等效为第一分压电阻的偏移量。

优选地，当所述U0小于第一预设电压时，判断所述开关量信号对应的逻辑为0；当所述U0大于第二预设电压时，判断所述开关量信号对应的逻辑为1。

优选地，当所述U0大于所述第一预设电压且小于所述第二预设电压时，判断采集的开关量信号无效。

优选地，还包括：第一调理电路和第二调理电路；

所述第一分压电阻的第二端通过所述第一调理电路连接所述AD转换器的第一输入端；

所述第三分压电阻的第二端通过所述第二调理电路连接所述AD转换器的第二输入端；

所述第一调理电路，用于将所述U1进行滤波和线性变换后发送给所述AD转换器的第一输入端；

所述第二调理电路，用于将所述U2进行滤波和线性变换后发送给所述AD转换器的第二输入端。

优选地，所述R1/R2的值与R3/R4的值不同。

优选地，所述R1/R2的值与R3/R4的值的取值范围为4.8-12。

优选地，所述R1为4.7k欧姆，所述R2为1k欧姆，所述R3为8.2k欧姆，所述R4为1.2k欧姆。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

本实施例提供的电路，由于AD转换器对于信号的转换仅是线性变换，因此，控制器获得的K可以反映检测电路中每个器件参数的变化，即只要有器件的参数发生漂移或器件损坏，控制器获得的K均会偏离理论比值K0，当K与K0的差值在预定范围内，即偏移量在允许的范围内则确认检测电路正常，可以获得开关量信号的电压。当K与K0的差值在预定范围之外时，表示检测电路出现问题，此时检测的开关量信号的电压无效。即本实施例中并不是像现有技术中获得简单的逻辑1和逻辑0，而是通过对比K与K0判断检测电路是否正常，当正常时，才获得此时检测的开关量信号的电压。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术中提供的开关量信号检测电路的示意图；

图2为本发明提供的可靠的开关量信号检测电路实施例一示意图；

图3为本发明提供的可靠的开关量信号检测电路实施例二示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图2，该图为本发明提供的可靠的开关量信号检测电路实施例一示意图。

本实施例提供的可靠的开关量信号检测电路，包括：第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4、AD转换器300和控制器400；

所述第一分压电阻R1的第一端连接开关量信号的输入端，所述第一分压电阻R1的第二端通过所述第二分压电阻R2接地；所述第一分压电阻R1的第二端连接所述AD转换器300的第一输入端；

所述第三分压电阻R3的第一端连接所述开关量信号的输入端，所述第三分压电阻R3的第二端通过所述第四分压电阻R4接地；所述第三分压电阻R3的第二端连接所述AD转换器300的第二输入端；

所述AD转换器300，用于分别将所述第二分压电阻R2上的电压和第四分压电阻R4上的电压转换为数字信号发送给所述控制器400；

需要说明的是，由于U5是U1对应的数字信号，U6是U2对应的数字信号，因此数值大小上来讲，U5＝U1，U6＝U2。

所述控制器400，用于由所述第二分压电阻R2上的电压U1和第四分压电阻R4上的电压U2获得U1/U2，将U1/U2与理论比值进行比较，如果U1/U2与理论比值的差值在预定范围内，则确定检测电路正常，获得检测的开关量信号的电压。

开关量信号的电压为U0，则

U 1 = \frac{R 2}{R 1 + R 2} * U 0; U 2 = \frac{R 4}{R 3 + R 4} * U 0;

令U1/U2＝K，则控制器400根据实际检测的U1和U2获得K，另外，控制器400可以根据R1、R2、R3和R4获得理论比值K0，

K 0 = \frac{U 1}{U 2} = \frac{R 2 * (R 3 + R 4)}{R 4 * (R 1 + R 2)} .

将检测获得的K与理论比值K0进行比较，如果两者的差值在预定范围内，则确定检测电路正常，此时可以根据检测的U1和U2推导出U0，U0便是检测的开关量信号的电压。

参见图3，该图为本发明提供的可靠的开关量信号检测电路实施例二示意图。

本实施例中，如果K与K0的差值在预定范围内，则获得检测的开关量信号的电压U0，具体依据以下公式获得：

U0＝(R1+R2)*U1/R2；

其中，R1和R2分别为第一分压电阻和第二分压电阻的阻值。

如果U1/U2与理论比值的差值超过所述预定范围，则确定检测电路异常，根据以下公式获得第一分压电阻的阻值偏移量；

\frac{U 1}{U 2} = \frac{R 2 * (R 3 + R 4)}{R 4 * (R 1 + R 2)};

上式中只考虑R1的阻值偏移时，K和R1的关系为一元函数，其中，R1、R2、R3和R4分别为第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻的阻值；第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻的阻值偏移量等效为第一分压电阻的偏移量。

当所述U0小于第一预设电压时，判断所述开关量信号对应的逻辑为0；当所述U0大于第二预设电压时，判断所述开关量信号对应的逻辑为1。

当所述U0大于所述第一预设电压且小于所述第二预设电压时，判断采集的开关量信号无效。当开关量信号无效时，可能是分压电阻出现异常或者开关量信号异常。

可以理解的是，开关量信号可以为0V、24V的电平信号，另外，还可以为触点信号，例如开关闭合，开关断开呈现的电压信号。

另外，本实施例提供的可靠的开关量信号检测电路，还包括：第一调理电路500和第二调理电路600；

所述第一分压电阻R1的第二端通过所述第一调理电路500连接所述AD转换器300的第一输入端；

所述第三分压电阻R3的第二端通过所述第二调理电路600连接所述AD转换器300的第二输入端；

所述第一调理电路500，用于将所述U1进行滤波和线性变换后发送给所述AD转换器300的第一输入端；

所述第二调理电路600，用于将所述U2进行滤波和线性变换后发送给所述AD转换器300的第二输入端。

为了防止两个分压支路(R1和R2组成第一分压支路，R3和R4组成第二分压支路)同时出现相同的偏差或ADC转换器的信号粘连，所述R1/R2的值与R3/R4的值不同。

例如，R1、R2、R3和R4可以选用不同阻值的电阻器，从而可以在一定程度上消减因分压电阻随机失效、阻值飘移、腐蚀、回路浪涌等原因而导致的阻值变化。

R1、R2、R3和R4的阻值可以根据实际开关量信号的电压大小进行选取。在开关量信号的电压范围为0-24V的应用中，通常对R1与R2、R3与R4的阻值比值进行选择，所述R1/R2的值与R3/R4的值的取值范围为4.8-12。例如，所述R1为4.7k欧姆，所述R2为1k欧姆，所述R3为8.2k欧姆，所述R4为1.2k欧姆。

如图3所示，第一调理电路输出的电压为U3，第二调理电路输出的电压为U4，AD转换器300将U3转换为U5，AD转换器300将U4转换为U6，可以理解的是，U1、U3和U5之间均是线性转换，不影响比例关系，U2、U4和U6之间均是线性转换，不影响比例关系。

控制器400将U5和U6换算为U1和U2，并计算得到K值与K0的偏移量，即可得到等效的R1的电阻偏移量。如果K与K0的差值超过预定范围，则认为检测电路故障，本次采集的开关量信号的电压无效。

由于第一调理电路、第二调理电路和ADC转换器的都是线性变换，检测电路的任何器件的参数发生偏移时，都可以等效为K的变化。通过K的允许误差的合理选择，可以对整个检测电路进行诊断，从而达到高诊断覆盖率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种可靠的开关量信号检测电路，其特征在于，包括：第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、AD转换器和控制器；

2.根据权利要求1所述的可靠的开关量信号检测电路，其特征在于，所述获得检测的开关量信号的电压U0，具体依据以下公式获得：

U0＝(R1+R2)*U1/R2；

其中，R1和R2分别为第一分压电阻和第二分压电阻的阻值。

3.根据权利要求1所述的可靠的开关量信号检测电路，其特征在于，如果U1/U2与理论比值的差值超过所述预定范围，则确定检测电路异常，根据以下公式获得第一分压电阻的阻值偏移量；

\frac{U 1}{U 2} = \frac{R 2 * (R 3 + R 4)}{R 4 * (R 1 + R 2)};

4.根据权利要求2所述的可靠的开关量信号检测电路，其特征在于，当所述U0小于第一预设电压时，判断所述开关量信号对应的逻辑为0；当所述U0大于第二预设电压时，判断所述开关量信号对应的逻辑为1。

5.根据权利要求4所述的可靠的开关量信号检测电路，其特征在于，当所述U0大于所述第一预设电压且小于所述第二预设电压时，判断采集的开关量信号无效。

6.根据权利要求1所述的可靠的开关量信号检测电路，其特征在于，还包括：第一调理电路和第二调理电路；

7.根据权利要求6所述的可靠的开关量信号检测电路，其特征在于，所述R1/R2的值与R3/R4的值不同。

8.根据权利要求1或6所述的可靠的开关量信号检测电路，其特征在于，所述R1/R2的值与R3/R4的值的取值范围为4.8-12。

9.根据权利要求8所述的可靠的开关量信号检测电路，其特征在于，所述R1为4.7k欧姆，所述R2为1k欧姆，所述R3为8.2k欧姆，所述R4为1.2k欧姆。