CN109141481A - 一种环境参数检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境参数检测电路，包括参数检测单元和信号转换单元，所述参数检测单元包括参数检测器和回滞比较器，所述参数检测器与回滞比较器的负输入端连接，所述回滞比较器的输出端作为参数检测单元的输出端与信号转换单元连接。该种环境参数检测电路通过参数检测单元检测自然环境中变化缓慢的惰性参量，利用信号转换单元完成信号的转换及干扰过滤，通过分级组合充分利用的设计，实现了本发明电路的调试简单，可靠性高，接口方便，检测结果准确可靠，降低了系统总和成本等效果。

Description

一种环境参数检测电路

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种环境参数检测电路。

背景技术

在自动控制领域，常常需要检测环境参量，比如温度、湿度、光照等等，简单的比较器检测在临界点时容易出现反复波动的问题，使用集成施密特触发器对调试又带来一定的难度，加上对自然环境的适应性需要增加额外的电路来处理，增加了电路的复杂性。而且，一般的检测结果需要应用到系统中，往往需要和数字系统接口,则要求电路本身完成模数转换，进一步增加了电路的复杂性。目前使用的环境参数检测电路存在电路结构复杂的缺点，对面这种情况，实际使用中亟待一种可自由调节临界点、回滞窗口以及触发时间阀值的简易电路，在保证使用效果的前提下提供一种应用领域宽、调试简单、稳定可靠、与数字系统接口容易且成本低的环境参数检测电路。

发明内容

本发明提供了一种环境参数检测电路，旨在解决目前环境参数检测电路存在电路复杂，成本较高，易受干扰的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种环境参数检测电路，包括参数检测单元和信号转换单元，所述参数检测单元包括参数检测器和回滞比较器，所述参数检测器与回滞比较器的负输入端连接，所述回滞比较器的输出端作为参数检测单元的输出端与信号转换单元连接。

与现有技术相比，本发明公开的一种环境参数检测电路通过参数检测单元检测自然环境中变化缓慢的惰性参量，利用信号转换单元完成信号的转换及干扰过滤，通过分级组合充分利用的设计，实现了本发明电路的调试简单，可靠性高，接口方便，检测结果准确可靠，降低了系统总和成本等效果。具体而言，参数检测单元由敏感元件和回滞比较器组成，当环境参数发生变换，敏感元件随之变化时，当环境参数变化到达第一阈值时，回滞比较器的输出为低，通过正反馈回路反馈到正输入端后，回滞比较器的正输入端电压被拉低，此时，即使环境参数再次发生变换而小于第一阈值时，因为正输入端电压已经被拉低了一些，所以输出不会出现来回变化的波动，而会持续为低状态，只有当环境参数持续变化达到第二阈值时，才会迫使比较器输出为高，而使正反馈回路上无电流，环境参数的小范围变化不会影响比较器的输出波动，本发明利用简单的比较器电路实现了输出的平滑过渡，调节回滞比较器的支路电阻可以实现临界点的调节，也可以设置回滞比较器的回滞点。进一步而言，本发明的信号转换单元包括干扰过滤模块和信号输出模块，干扰过滤模块主要由两个采用不同触发方式的单稳态触发器构成，通过与二极管组合后形成触发脉冲信号，完成检测量由弱变强，由强变弱两种情况的时间变化过滤，通过调节单稳态触发器支路上的电容电阻还可以调节检测的时间阈值。而信号输出模块采用D触发器构成，利用D触发器的正逻辑和负逻辑引脚有足够的扇出能力，可以直接驱动数字系统的输入端或者光耦，方便与各种系统接口。综上所述，本发明将目前环境参数检测电路存在的问题通过分级组合充分利用的设计解决，完成了调试简单，可靠性高，接口方便，检测结果准确可靠，降低了系统的总和成本。该电路适用于自然环境中变化缓慢的惰性参量检测，该电路适应性强，能有效检测临界点并顺利越过临界点，同时具备过滤干扰因素的影响，且临界点可以根据需求任意调节，过滤干扰的阀值也可根据需求调节。本电路结构简单成本低容易实现，调试环节相互独立便于实施且兼容数字电路接口规范，为各种需要检测环境参量的系统提供一种简单适用的电路。

附图说明

图1是本发明一种环境参数检测电路的结构框图；

图2是本发明一种环境参数检测电路的示意图；

图3是本发明一种环境参数检测电路的一个实施例的示意图。

具体实施方式

如图1或图2所示，本发明所述一种环境参数检测电路，包括参数检测单元和信号转换单元，所述参数检测单元包括参数检测器和回滞比较器，所述参数检测器与回滞比较器的负输入端连接，所述回滞比较器的输出端作为参数检测单元的输出端与信号转换单元连接。与现有技术相比，本发明公开的一种环境参数检测电路通过参数检测单元检测自然环境中变化缓慢的惰性参量，利用信号转换单元完成信号的转换及干扰过滤，通过分级组合充分利用的设计，实现了本发明电路的调试简单，可靠性高，接口方便，检测结果准确可靠，降低了系统总和成本等效果。

如图2所示，所述参数检测器包括敏感元件X，所述敏感元件X设置于检测电路的电压输入端和回滞比较器的负输入端之间。敏感元件X检测自然环境中变化缓慢的惰性参量，例如温度、湿度、光照等等。

如图2所示，所述参数检测器还包括第一电容C1，所述第一电容C1与敏感元件X并联。第一电容C1与敏感元件并联可以进一步钝化敏感元件检测信号的变化率。

如图2所示，所述回滞比较器包括第一比较器U1，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3和第一二极管D1；所述第一比较器U1的电压输入端与检测电路的电压输入端连接，第一电阻R1设置于检测电路的电压输入端和第一比较器U1的正输入端之间，第一比较器U1的正输入端与第一二极管D1负极连接，第一二极管D1正极通过第三电阻R3与第一比较器U1的输出端连接，第一比较器U1的输出端作为回滞比较器的输出端，第一比较器U1的负输入端作为回滞比较器的负输入端与参数检测器连接，第一比较器U1的负输入端通过第二电阻R2接地，第一比较器U1的接地端接地。参数检测单元由敏感元件和回滞比较器组成，当环境参数发生变换，敏感元件随之变化时，当环境参数变化到达第一阈值时，回滞比较器的输出为低，通过第三电阻R3和第一二极管D1构成的正反馈回路反馈到正输入端后，回滞比较器的正输入端电压被拉低，此时，即使环境参数再次发生变换而小于第一阈值时，因为正输入端电压已经被拉低了一些，所以输出不会出现来回变化的波动，而会持续为低状态，只有当环境参数持续变化达到第二阈值时，才会迫使比较器输出为高，而使正反馈回路上无电流，环境参数的小范围变化不会影响比较器的输出波动，本发明利用简单的比较器电路实现了输出的平滑过渡，调节回滞比较器的支路的第一电阻R1和第二电阻R2可以实现临界点的调节，调节第二电阻R2也可以设置回滞比较器的回滞点。

如图2所示，所述第一电阻R1为电位器，电位器的第一固定端与检测电路的电压输入端连接，电位器的调节端与第一比较器U1的正输入端连接，电位器的第二固定端接地。将第一电阻R1设置为电位器，方便改变第一电阻R1的阻值，可以简单的设置回滞比较器的回滞点。

如图1或图2所示，所述信号转换单元包括干扰过滤模块和信号输出模块，所述回滞比较器的输出端与干扰过滤模块的第一输入端，干扰过滤模块的第二输入端和信号输出模块的输入端连接，回滞比较器的输出端通过第四电阻R4与信号输出模块的置位端连接，干扰过滤模块的输出端与信号输出模块的时钟端连接，干扰过滤模块的输出端通过第七电阻R7与信号输出模块的复位端和工作电压输入端连接。通过两个采用不同触发方式的单稳态触发器，D触发器U3和二极管构成过滤干扰的触发器，完成检测信号的输出。由于比较器输出为OC输出，通过第四电阻R4上拉得到数字逻辑电平高的状态，回滞比较器的输出端通过第四电阻R4与信号输出模块的置位端连接。所述工作电压输入端为芯片提供工作电压，可以是5V也可以是3.3V，本发明图例中采用5V进行标示。

如图2所示，所述干扰过滤模块包括第一单稳态触发器U2A，第一单稳态触发器U2B，第五电阻R5，第六电阻R6，第二二极管D2，第三二极管D3，第三电容E1和第四电容E2；第一单稳态触发器U2A的第一外部电容连接端和第二外部电容连接端之间设置有第三电容E1，第一单稳态触发器U2A的第一外部电容连接端通过第五电阻R5与工作电压输入端连接，第一单稳态触发器U2A的负触发端作为干扰过滤模块的第一输入端与回滞比较器的输出端连接，第一单稳态触发器U2A的正触发端和清除端与工作电压输入端连接，第一单稳态触发器U2A的高电平输出端悬空，第一单稳态触发器U2A的低电平输出端与第二二极管D2的负极连接，第二二极管D2的正极作为干扰过滤模块的输出端与信号输出模块的时钟端连接；第一单稳态触发器U2B的第一外部电容连接端和第二外部电容连接端之间设置有第四电容E2，第一单稳态触发器U2A的第一外部电容连接端通过第六电阻R6与工作电压输入端连接，第一单稳态触发器U2B的正触发端作为干扰过滤模块的第二输入端与回滞比较器的输出端连接，第一单稳态触发器U2B的负触发端接地，第一单稳态触发器U2B的清除端与工作电压输入端连接，第一单稳态触发器U2B的高电平输出端悬空，第一单稳态触发器U2B的低电平输出端与第三二极管D3的负极连接，第三二极管D3的正极与第二二极管D2的正极连接。本发明的信号转换单元包括干扰过滤模块和信号输出模块，干扰过滤模块主要由两个采用不同触发方式的单稳态触发器构成，通过与二极管组合后形成触发脉冲信号，完成检测量由弱变强，由强变弱两种情况的时间变化过滤，通过调节单稳态触发器支路上的电容电阻还可以调节检测的时间阈值。

如图2所示，所述信号输出模块包括D触发器U3，所述D触发器U3的置位端即信号输出模块的置位端，所述D触发器U3的输入端即信号输出模块的输入端，所述D触发器U3的时钟端即信号输出模块的时钟端，所述D触发器U3的复位端即信号输出模块的复位端。D触发器U3输出的正逻辑和负逻辑引脚有足够的扇出能力，可以直接驱动数字系统的输入端或者光耦，方便与各种系统接口。

如图2所示，回滞比较器的输出端与信号输出模块的置位端间还设置有第八电阻，所述回滞比较器的输出端依次通过第四电阻R4和第八电阻与信号输出模块的置位端连接，信号输出模块的置位端通过第二电容接地。第八电阻和第二电容可以设置D触发器U3上电时的状态，用来消除上电时电路的不稳定状态造成的影响。

以下介绍本发明的一个优选的实施例，该环境参数检测电路应用于光照检测情形下，所示敏感元件为光敏元件，可以是光电二极管或光敏电阻，本实施例中采用光电二极管进行介绍。

如图3所示，P1为光电二极管，其阻抗随被检测光照由强而减小，第一电容C1为进一步钝化光电二极管P1检测信号的变化率。由光电二极管P1和第二电阻R2组成分压送入第一比较器U1的负输入端。通过可调第一电阻R1设置比较器正输入端的参考电压，为减小电源波动对电路的影响，可以在正输入端对地并上一个退耦电容。但因本电路后级有脉宽过滤电路，所以在此省略了该退耦电容。根据光电二极管P1和第一电阻R1的选料，调节第一电阻R1可任意设置需要检测的临界点。

第一比较器U1输出为OC输出，通过第四电阻R4上拉得到数字逻辑电平高的状态，当光照足够强达到临界点时，第一比较器U1输出为低，通过第三电阻R3和第一二极管D1反馈到正输入端，第一比较器正输入端电压被拉低，当第一电阻R1确定后，拉低的值可由第三电阻R3的大小调整，此时即使光照强度变弱到小于临界点，但因正输入端电压已经被拉低了一些，所以输出不会出现来回变化的波动而持续为低状态，只有光照强度小到越过窗口触发器的最低值才会迫使比较器输出为高，而使第三电阻R3上无电流，光照强度消费范围的变化也不会影响比较器的输出波动，这就是使比较器输出平滑过渡。

第一比较器U1输出由高变低的下降沿会触发第一单稳态触发器U2A工作，反过来由低变高则触发第二单稳态触发器U2B工作，其负逻辑输出端表现为一个低电平脉冲，该脉冲的宽度由第五电阻R5、第三电容E1和第六电阻R6、第四电容E2设置，当外部由于短暂的光照变化，比如车灯或者闪电等，或者电路因干扰造成的比较器输出变化为较小的脉冲时，对应的单稳态电路被触发工作，当单稳态输出的低电平脉冲结束时，这个上升沿会触发D触发器U3将输入端电平锁存到输出，如果比较器变化过短则被忽略并不影响D触发器U3的输出，只有确实是环境变化越过临界点且持续的情况，D触发器U3的输入端信号的电平值才是正确的，此时D触发器U3锁存的值也才是正确的。

电路中第二二极管D2、第三二极管D3、第七电阻R7组成的组合与逻辑，可以让第一单稳态触发器U2A和第二单稳态触发器U2B的输出都能有效的反映到D触发器U3的触发时钟输入去，同时还满足叠加与逻辑关系，将不够宽度的触发掩盖。

第八电阻R8、第二电容C2可以设置D触发器U3上电时的状态，用来消除上电时电路的不稳定状态造成的影响。

D触发器U3输出的正逻辑和负逻辑引脚有足够的扇出能力，可以直接驱动数字系统的输入端或者光耦，方便与各种系统接口。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种环境参数检测电路，包括参数检测单元和信号转换单元，其特征在于，所述参数检测单元包括参数检测器和回滞比较器，所述参数检测器与回滞比较器的负输入端连接，所述回滞比较器的输出端作为参数检测单元的输出端与信号转换单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种环境参数检测电路，其特征在于，所述参数检测器包括敏感元件，所述敏感元件设置于检测电路的电压输入端和回滞比较器的负输入端之间。

3.根据权利要求2所述的一种环境参数检测电路，其特征在于，所述参数检测器还包括第一电容，所述第一电容与敏感元件并联。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种环境参数检测电路，其特征在于，所述回滞比较器包括第一比较器，第一电阻，第二电阻，第三电阻和第一二极管；所述第一比较器的电压输入端与检测电路的电压输入端连接，第一电阻设置于检测电路的电压输入端和第一比较器的正输入端之间，第一比较器的正输入端与第一二极管负极连接，第一二极管正极通过第三电阻与第一比较器的输出端连接，第一比较器的输出端作为回滞比较器的输出端，第一比较器的负输入端作为回滞比较器的负输入端与参数检测器连接，第一比较器的负输入端通过第二电阻接地，第一比较器的接地端接地。

5.根据权利要求4所述的一种环境参数检测电路，其特征在于，所述第一电阻为电位器，电位器的第一固定端与检测电路的电压输入端连接，电位器的调节端与第一比较器的正输入端连接，电位器的第二固定端接地。

6.根据权利要求1-3,5任一项所述的一种环境参数检测电路，其特征在于，所述信号转换单元包括干扰过滤模块和信号输出模块，所述回滞比较器的输出端与干扰过滤模块的第一输入端，干扰过滤模块的第二输入端和信号输出模块的输入端连接，回滞比较器的输出端通过第四电阻与信号输出模块的置位端连接，干扰过滤模块的输出端与信号输出模块的时钟端连接，干扰过滤模块的输出端通过第七电阻与信号输出模块的复位端和工作电压输入端连接。

7.根据权利要求6所述的一种环境参数检测电路，其特征在于，所述干扰过滤模块包括第一单稳态触发器，第二单稳态触发器，第五电阻，第六电阻，第二二极管，第三二极管，第三电容和第四电容；第一单稳态触发器的第一外部电容连接端和第二外部电容连接端之间设置有第三电容，第一单稳态触发器的第一外部电容连接端通过第五电阻与工作电压输入端连接，第一单稳态触发器的负触发端作为干扰过滤模块的第一输入端与回滞比较器的输出端连接，第一单稳态触发器的正触发端和清除端与工作电压输入端连接，第一单稳态触发器的高电平输出端悬空，第一单稳态触发器的低电平输出端与第二二极管的负极连接，第二二极管的正极作为干扰过滤模块的输出端与信号输出模块的时钟端连接；第二单稳态触发器的第一外部电容连接端和第二外部电容连接端之间设置有第四电容，第一单稳态触发器的第一外部电容连接端通过第六电阻与工作电压输入端连接，第二单稳态触发器的正触发端作为干扰过滤模块的第二输入端与回滞比较器的输出端连接，第二单稳态触发器的负触发端接地，第二单稳态触发器的清除端与工作电压输入端连接，第二单稳态触发器的高电平输出端悬空，第二单稳态触发器的低电平输出端与第三二极管的负极连接，第三二极管的正极与第二二极管的正极连接。

8.根据权利要求6所述的一种环境参数检测电路，其特征在于，所述信号输出模块包括D触发器，所述D触发器的置位端即信号输出模块的置位端，所述D触发器的输入端即信号输出模块的输入端，所述D触发器的时钟端即信号输出模块的时钟端，所述D触发器的复位端即信号输出模块的复位端。

9.根据权利要求6所述的一种环境参数检测电路，其特征在于，回滞比较器的输出端与信号输出模块的置位端间还设置有第八电阻，所述回滞比较器的输出端依次通过第四电阻和第八电阻与信号输出模块的置位端连接，信号输出模块的置位端通过第二电容接地。

10.根据权利要求4所述的一种环境参数检测电路，其特征在于，所述信号转换单元包括干扰过滤模块和信号输出模块，所述回滞比较器的输出端与干扰过滤模块的输入端和信号输出模块的输入端连接，回滞比较器的输出端通过第四电阻与信号输出模块的置位端连接，干扰过滤模块的输出端与信号输出模块的时钟端连接，干扰过滤模块的输出端通过第七电阻与信号输出模块的复位端和工作电压输入端连接。