CN106502303A - 一种电子式多档电压参数设定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子式多档电压参数设定系统及方法，该系统包括设定输入单元：设有多路电压输入；多档电压设定控制单元：包括多档控制模块和开关模块，开关模块设有多个光耦器；精密电阻网络单元：组建电阻网络将总电压U设定为输出需求的多级电压Un；电压信号输出单元。本发明通过多路电压输入Sn配合控制器控制对应连接的光耦器导通工作，使相应级的设定电压经运算放大器隔离稳压输出至被控设备，电子开关式的设定方法；反应速度更快，输出的波形无抖动，无电磁干扰等优点，实现被控制设备的多档参数设定，保证设定参数的准确性和可靠性，放大器使发射控制设备能够快速地输出可靠的、稳定的多档电压参数，同时提高了被控设备的工作精度。

Description

一种电子式多档电压参数设定系统及方法

技术领域

本发明涉及设备控制技术领域，具体涉及一种电子式多档电压参数设定系统及方法。

背景技术

随着工业技术的不断进步，在自动化控制、精密机械加工、航空航天技术及所有要求高精度动作、定位等技术尤为重要。例如，导弹武器系统在执行作战任务的过程中，最重要的战斗行动就是用导弹对各种目标进行射击，这需要设备的精准控制。

在设备控制技术中，发射控制设备发送电压参数设定命令给被控制设备，被控制设备需要根据输入的电压参数进行自身的参数设定；但是目前现有的电压参数设定实现方式为步进电机带动旋钮转动，通过机械触点的旋转实现档位切换。具有反应速度慢，输出波形的上升沿和下降沿抖动严重，触点易老化而出现接触不良，且电机存在强大的电磁干扰等缺点。从而发射控制设备无法快速地输出准确、稳定的多档电压参数，使被控设备工作精度低下。

有鉴于此，急需提供一种既可实现被控设备的多档参数的设定，保证设定参数准确性和可靠性，同时保证发射控制设备能够快速地输出可靠的、稳定的电子式多档电压参数设定系统及方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电子式多档电压参数设定系统，包括

设定输入单元：设有多路电压输入；

多档电压设定控制单元：包括多档控制模块和开关模块，所述开关模块设有多个光耦器；

精密电阻网络单元：通过组建电阻网络将总电压U设定为输出需求的多级电压Un；

电压信号输出单元；

所述多档控制模块根据所述设定输入单元输入的电压控制相应的所述光耦器导通工作，所述光耦器的导通使所述精密电阻网络单元对应级电压Un经所述电压信号输出单元隔离稳压后输出。

在上述方案中，所述设定输入单元设有电压输入S1～S7；所述开关模块设有与所述电压输入S1～S7对应设置的第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器；

所述多档控制模块的输入端分别接所述电压输入S1～S7，且所述多档控制模块的输入端分别接所述第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器的输入端；所述第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器电源端接3.3V电源；

所述第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器的输出端均连接所述电压信号输出单元。

在上述方案中，所述第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器电源端分别接电阻R。

在上述方案中，所述精密电阻网络单元设有依次串接的第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第十四电阻；

所述第八电阻的另一端接所述第一光耦器的第二输出端和+28V直流电压；所述第十四电阻的另一端接地；所述第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第十四电阻之间的串接端分别接所述第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器第一输出端；

在上述方案中，所述电压信号输出单元设有运算放大器；所述运算放大器的同相输入端经第十五电阻与所述第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器第一输出端连接；

所述运算放大器的反相输入端与输出端共接第十六电阻，所述第十六电阻的另一端接被控设备。

在上述方案中，所述设定输入单元的多路电压出入通过软件编程逻辑控制算法或硬件电路方式实现。

在上述方案中，所述多档控制模块为MCU芯片、嵌入式控制器芯片、复杂可编程逻辑器件芯片、现场可编程门阵列芯片或系统级SoC芯片。

本发明还提供了一种电子式多档电压参数的设定方法，包括以下步骤：

A11、根据设定要求，组建电阻网络将总电压U设定为输出需求的n级数的电压U1～Un；

A12、通过软件编程逻辑控制算法或硬件电路方式设定输入S1～Sn，输入S1～Sn与电压U1～Un对应设置；

A13、通过控制S1～Sn的输入，控制对应的U1～Un级的电压输出，并对输出电压进行隔离稳压后输至被控设备。

本发明通过多路电压输入Sn配合控制器控制对应连接的光耦器导通工作，使相应级的设定电压经运算放大器隔离稳压输出至被控设备，这种电子开关式的设定方法，实现档位切换；与机械式档位切换相比，反应速度更快，输出波形的上升沿和下降沿无抖动，使用寿命长，无电磁干扰等优点，实现被控制设备的多档参数设定，保证设定参数的准确性和可靠性，且放大器的设置使发射控制设备能够快速地输出可靠的、稳定的多档电压参数，同时提高了被控设备的工作精度。下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做出详细的说明。

附图说明

图1为本发明提供的系统框图；

图2为本发明提供的具体实施电路图；

图3为本发明提供的流程图。

具体实施方式

本发明通过多路电压输入Sn配合控制器控制对应连接的光电耦合器(简称光耦器)导通工作，使相应级的设定电压经运算放大器隔离稳压输出至被控设备，这种电子开关式的设定方法，实现档位切换；与机械式档位切换相比，反应速度更快，输出波形的上升沿和下降沿无抖动，使用寿命长，无电磁干扰等优点，实现被控制设备的多档参数设定，保证设定参数的准确性和可靠性，且放大器的设置使发射控制设备能够快速地输出可靠的、稳定的多档电压参数，同时提高了被控设备的工作精度。下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做出详细的说明。

本发明提供了一种电子式多档电压参数设定系统，如图1、图2所示，包括设定输入单元10、多档电压设定控制单元20、精密电阻网络单元30和电压信号输出单元40，其中精密电阻网络单元30包括根据需求设定的V1～Vn级的输出电压。

设定输入单元10设有7路电压输入，分别为S1～S7；本发明通过软件编程逻辑控制算法实现快速、准确地设定，确保符合相关的输出技术要求的S1～S7路电压输入，作为设定条件和要求输入到多档设定控制单元20；还可通过硬件电路方式实现S1～S7路电压输入。

多档电压设定控制单元20作为多档设定的逻辑控制中心，包括多档控制模块201和开关模块202；多档控制模块201为20路MCU芯片；开关模块202由第一光耦器U11、第二光耦器U12、第三光耦器U13、第四光耦器U14、第五光耦器U15、第六光耦器U16、和第七光耦器U17与第一电阻R21、第二电阻R22、第三电阻R23、第四电阻R24、第五电阻R25、第六电阻R26和第七电阻R27组成。

MCU芯片的脚1、脚3、脚5、脚7、脚9和脚11为输入端，分别接设定输入单元10的设定输入S1～S7；MCU芯片的脚2、脚4、脚6、脚8、脚10和脚12为与输入端对应的输出端，分别接第一光耦器U11、第二光耦器U12、第三光耦器U13、第四光耦器U14、第五光耦器U15、第六光耦器U16、和第七光耦器U17的脚2(输入端)，这种设计为了通过S1～S7任意一路的输入使MCU芯片对应的输出端导通工作，同时对应的开关模块202中的第一光耦器U11、第二光耦器U12、第三光耦器U13、第四光耦器U14、第五光耦器U15、第六光耦器U16、或第七光耦器U17工作。

MCU芯片的脚19和脚20分别接3.3V电源和接地，3.3V电源的接入是为了使MCU芯片可以正常的工作；第一光耦器U10、第二光耦器U11、第三光耦器U12、第四光耦器U13、第五光耦器U14、第六光耦器U15、和第七光耦器U16的脚1(电源端)分别接大小为1KΩ的第一电阻R21、第二电阻R22、第三电阻R23、第四电阻R24、第五电阻R25、第六电阻R26和第七电阻R27的一端；第一电阻R21、第二电阻R22、第三电阻R23、第四电阻R24、第五电阻R25、第六电阻R26和第七电阻R27的另一端分别接3.3V电源，3.3V电源的输入，使为了保证每个光耦器可以正常的工作；另外第一电阻R21、第二电阻R22、第三电阻R23、第四电阻R24、第五电阻R25、第六电阻R26和第七电阻R27的接入是用于保护每个光耦器在工作时不会因电压过大而烧坏，本发明中的光耦器的型号为AQY212GS。

多档控制模块201还可为嵌入式控制器(ARM)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、现场可编程门阵列(FPGA)或系统级SoC等芯片，作为多档设定的逻辑控制中心；本发明通过使用光耦器实现档位切换，实现一种电子开关式的设定方法，与机械式档位切换相比，反应速度更快，输出波形的上升沿和下降沿无抖动，使用寿命长，且无电磁干扰。

精密电阻网络单元30包括第八电阻R60、第九电阻R61、第十电阻R62、第十一电阻R63、第十二电阻R64、第十三电阻R65和第十四电阻R66。第八电阻R60、第九电阻R61、第十电阻R62、第十一电阻R63、第十二电阻R64、第十三电阻R65和第十四电阻R66依次串接后，第八电阻R60的另一端接第一光耦器U11的脚4(第二输出端)和+28V直流电压；+28V直流电压通过精密电阻网络单元30将分为符合要求的7级电压；第十四电阻R66的另一端接地；第八电阻R60、第九电阻R61、第十电阻R62、第十一电阻R63、第十二电阻R64、第十三电阻R65和第十四电阻R66之间的串联端分别接第二光耦器U11、第三光耦器U12、第四光耦器U13、第五光耦器U14、第六光耦器U15、和第七光耦器U16的脚4(第二输出端)；第一光耦器U10、第二光耦器U11、第三光耦器U12、第四光耦器U13、第五光耦器U14、第六光耦器U15和第七光耦器U16的脚3(第一输出端)共接电压信号输出单元40。

本发明中，符合设计的总电压U通过精密电阻网络单元30实现符合设定要求的任意n级数的电压Un,表达式为Un＝f(U)。总输入电压为直流+28V，第八电阻R60、第九电阻R61、第十电阻R62、第十一电阻R63、第十二电阻R64、第十三电阻R65和第十四电阻R66分别为200Ω，要求设定的每级电压Un如下表：

表1、档位与设定电压对应表。

Un设定档位	Un设定电压
		V1	4.00VDC±0.5VDC
V2	8.00VDC±0.5VDC
		V3	12.00VDC±0.5VDC
V4	16.00VDC±0.5VDC
		V5	20.00VDC±0.5VDC
V6	24.00VDC±0.5VDC
		V7	28.00VDC±0.5VDC

通过计算得出，Un＝U*(n/7)，即4＝28*(1/7),8＝28*(2/7),12＝28*(3/7),16＝28*(4/7),20＝28*(5/7),24＝28*(6/7),28＝28*(7/7)。当第一光耦器U10、第二光耦器U11、第三光耦器U12、第四光耦器U13、第五光耦器U14、第六光耦器U15、或第七光耦器U16闭合工作时，将会输出对应级V7～V1电压输出，即S1～S7级的输入分别对应地控制V7～V1级电压的输出。

电压信号输出单元40包括放大器U20，第一光耦器U10、第二光耦器U11、第三光耦器U12、第四光耦器U13、第五光耦器U14、第六光耦器U15、和第七光耦器U16的脚3(同相输入端)经大小为10KΩ的第十五电阻R99均与运算放大器U20的脚3(同相输入端)连接，放大器U20的脚2(反相输入端)与脚6(输出端)与第十六电阻R102的一端连接，第十六电阻R102的另一端连接被控设备。第十六电阻R102的大小为10KΩ，第十五电阻R99和第十六电阻R102设置分别是为了当电路过压时保证放大器U20和被控设备不被损坏；本发明中的放大器U20为高精度、高速度和低功耗等的运算放大器，实现稳压跟随和高精度的电压输出。

本发明的工作原理如下：

首先通过精密电阻网络单元30设定符合要求的任意七级的电压分级，再通过设定输入单元10设定输入S1～S7，此时S1～S7任意一路输入，将会使MCU芯片U1对应的的输出端导通工作，同时与输出端对应的光耦器也将导通工作，因此对应级V7～V1电压输出，最后输出电压经电压信号输出单元40的放大器U20进行隔离稳压输出给被控设备。例如，当S1有电压输入时，MCU芯片U1的2脚将会导通，此时第一光耦器将应电压的输入导通，且对应的电压V7将输出至电压信号输出单元40，电压V7经电压信号输出单元40进行隔离稳压输出给被控设备；当S4有电压输入时，MCU芯片U1的8脚将会导通，此时第四光耦器将应电压的输入导通，且对应的电压V4将输出至电压信号输出单元40，电压V4经电压信号输出单元40进行隔离稳压输出给被控设备。

本发明提供了一种电子式多档电压参数的设定方法，包括以下步骤：

A11、根据设定要求，组建电阻网络将总电压U设定为输出需求的n级数的电压U1～Un。

A12、通过软件编程逻辑控制算法或硬件电路方式设定输入S1～Sn，输入S1～Sn与电压U1～Un对应设置。

A13、通过控制S1～Sn的输入，控制对应的U1～Un级的电压输出，并对输出电压进行隔离稳压后输至被控设备。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电子式多档电压参数设定系统，其特征在于，包括

设定输入单元：设有多路电压输入；

多档电压设定控制单元：包括多档控制模块和开关模块，所述开关模块设有多个光耦器；

精密电阻网络单元：通过组建电阻网络将总电压U设定为输出需求的多级电压Un；

电压信号输出单元；

所述多档控制模块根据所述设定输入单元输入的电压控制相应的所述光耦器导通工作，所述光耦器的导通使所述精密电阻网络单元对应级电压Un经所述电压信号输出单元隔离稳压后输出。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述

设定输入单元设有电压输入S1～S7；所述开关模块设有与所述电压输入S1～S7对应设置的第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器；

所述多档控制模块的输入端分别接所述电压输入S1～S7，且所述多档控制模块的输入端分别接所述第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器的输入端；所述第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器电源端接3.3V电源；

所述第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器的输出端均连接所述电压信号输出单元。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器电源端分别接电阻R。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述精密电阻网络单元设有依次串接的第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第十四电阻；

所述第八电阻的另一端接所述第一光耦器的第二输出端和+28V直流电压；所述第十四电阻的另一端接地；所述第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第十四电阻之间的串接端分别接所述第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器第一输出端；

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述

电压信号输出单元设有运算放大器；所述运算放大器的同相输入端经第十五电阻与所述第一光耦器、第二光耦器、第三光耦器、第四光耦器、第五光耦器、第六光耦器和第七光耦器第一输出端连接；

所述运算放大器的反相输入端与输出端共接第十六电阻，所述第十六电阻的另一端接被控设备。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述设定输入单元的多路电压输入通过软件编程逻辑控制算法或硬件电路方式实现。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多档控制模块为MCU芯片、嵌入式控制器芯片、复杂可编程逻辑器件芯片、现场可编程门阵列芯片或系统级SoC芯片。

8.一种电子式多档电压参数的设定方法，其特征在于，包括以下步骤：

A11、根据设定要求，组建电阻网络将总电压U设定为输出需求的n级数的电压U1～Un；

A12、通过软件编程逻辑控制算法或硬件电路方式设定输入S1～Sn，输入S1～Sn与电压U1～Un对应设置；

A13、通过控制S1～Sn的输入，控制对应的U1～Un级的电压输出，并对输出电压进行隔离稳压后输至被控设备。