CN109839561B - 一种具有状态检测功能的开关信号采集电路 - Google Patents

一种具有状态检测功能的开关信号采集电路 Download PDF

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本发明涉及开关信号采集电路，特别涉及一种具有状态检测功能的开关信号采集电路。所述的电路包括四个光耦隔离采集电路，所述的光耦隔离采集电路串联，一号光耦隔离采集电路一个原边连接控制信号一，其中一个次边与二号光耦隔离采集电路的一个原边连接；二号光耦隔离采集电路的其中一个次边为采集端一，一个原边与三号光耦隔离采集电路的一个次边连接；三号光耦隔离采集电路的一个原边连接控制信号二，其中一个次边与四号光耦隔离采集电路的一个原边连接；四号光耦隔离采集电路的其中一个次边为采集端二；外部开关信号输入至三号光耦隔离采集电路的两个次边。解决以往隔离电气特性和测试性互相干扰的问题。

Description

一种具有状态检测功能的开关信号采集电路
在技术领域
本发明涉及开关信号采集电路，特别涉及一种具有状态检测功能的开关信号采集电路。
背景技术
在航空工业或其它需要高安全性高故障隔离率的工业控制领域，需要对外部无源的开关量进行隔离采集，传统的采集电路采用单只光耦电路进行隔离测量，通过继电器切换为外部信号输入通道或者是内部自测试通道实现电路的自测试，但这种电路会显著破坏采集电路的隔离电气特性，对于要求全隔离的电路应用场合，这是不可接受的，也不能够完全保证故障不向内部的数字电路系统蔓延。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种全隔离高测试覆盖率开关信号的采集电路，解决以往隔离电气特性和测试性互相干扰的问题。
本发明的技术方案：一种具有状态检测功能的开关信号采集电路，其特征为：所述的电路包括四个光耦隔离采集电路，所述的光耦隔离采集电路串联，一号光耦隔离采集电路一个原边连接控制信号一，其中一个次边与二号光耦隔离采集电路的一个原边连接；
二号光耦隔离采集电路的其中一个次边为采集端一，一个原边与三号光耦隔离采集电路的一个次边连接；
三号光耦隔离采集电路的一个原边连接控制信号二，其中一个次边与四号光耦隔离采集电路的一个原边连接；
四号光耦隔离采集电路的其中一个次边为采集端二；
外部开关信号输入至三号光耦隔离采集电路的两个次边。
优选地，采用隔离电源为开关信号采集电路供电。
优选地，按照一定时序改变两个控制信号的状态，根据两个采集端的采集结果判断外部开关的通断状态。
优选地，按照一定时序改变两个控制信号的状态，根据两个采集端的采集结果判断外部开关和开关信号采集电路的故障状态。
本发明的有益效果：本发明的优点是能够实现外部开关信号的全隔离采集并且不会因为电路自身的测试电路破坏电路的隔离特性，特别适用于对电气隔离特性指标要求严苛和对测量电路测试性指标要求严苛的电子测量设备。
附图说明
图1为实施例电路示意图。
具体实施方式
结合图1对本发明做进一步详细说明。一种开关信号全隔离采集电路。一号光耦隔离采集电路原边一端接电阻R4，电阻R4另一边上拉到+5V。一号光耦隔离采集电路原边另一端接控制信号一DI_Test1，控制信号一DI_Test1的高低电平会影响光耦隔离采集电路原边的通断。一号光耦隔离采集电路次边一端接+28V电源，另外一端接三极管Q1的基极。三极管Q1的集电极接电源+28V，发射极接二号光耦隔离采集电路的原边，同时接电阻R1一端。
二号光耦隔离采集电路的原边一端接三极管Q1的发射极和电阻R1的接合点，原边另一端接电阻R1、二极管V1正端和电阻R2的接合点。次边的一端接电阻R5和缓冲器U5的接合点，电阻R5的另一边上拉到电源+5V。次边的另一端接地。缓冲器U5将信号反相后连接到采集端一DI_1。
三号光耦隔离采集电路原边一端接电阻R6，电阻R6另一边上拉到+5V。三号光耦隔离采集电路原边另一端接控制信号二DI_Test2，控制信号二DI_Test2的高低电平会影响光耦隔离采集电路原边的通断。三号光耦隔离采集电路次边的一端接电阻R2和三极管Q2集电极的接合点，次边的另一端接三极管Q2的基极。三极管Q2的发射极接电阻R3，外部开关负端DI-的接合点。
四号光耦隔离采集电路原边一端接外部开关负端DI-，电阻R3和三极管Q2发射极的接合点，另一端接电阻R3和地GND_IN的接合点。四号光耦隔离采集电路次边一端接电源+5V，另一端接电阻R7和缓冲器U6的接合点。电阻R7下拉到地GND_IO。缓冲器U6将信号反相后连接到采集端二DI_2。
外部开关信号正端DI+连接到二极管V1的负端。外部开关信号负端DI-连接到三极管Q2的发射极，电阻R3的接合点。
(1)当外部开关量断开时：
a.通过DI_Test1信号控制光耦U1原边的通断，当DI_Test1为低电平0V时，+5V到DI_Test1存在5V压差，光耦U1原边有电流流过，原边导通，进而光耦次边导通，三极管Q1导通，+28V电源通过电压点1导通到电压点2；
b.若三极管Q1导通，则电流流经电阻R1两端形成电压差，则光耦U2原边导通，进而光耦U2次边导通，电压点7被拉低到0V，经过反相器U5后，在DI_1采集端采集到高电平5V；
c.若三极管Q1未导通，则无电流流经R1，R1两端无电压差，则光耦U2原边不导通，进而光耦U2次边不导通，电压点7被电阻R5上拉到5V，经过反相器U5后，在DI_1采集端采集到低电平0V；
d.通过DI_Test2信号控制光耦U3原边的通断，当DI_Test2为低电平0V时，+5V到DI_Test2存在5V压差，光耦U3原边有电流流过，原边导通，进而光耦次边导通，三极管Q2导通，电压点3通过电阻R2和三极管Q2导通到电压点5；
e.若三极管Q1和Q2处于导通状态，则+28V电源通过Q1、R1、R2、Q2施加到电压点5，再通过电阻R3流通到电压点6地。则电阻R3两端产生电压差，光耦U4原边导通，进而光耦U4次边导通，电压点9电压被拉到5V，经过反相器U6反相后，DI_2采集端采集到0V；
f.若三极管Q1和Q2未处于导通状态，则无电流流过电阻R3，则光耦U4原边不能导通，进而次边不能导通，则电压点9被电阻R7下拉到0V，经过反相器U6反相后，DI_2采集端采集到高电平5V；
g.则外部开关量断开时，控制信号DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2形成真值表见表1：
表1外部开关断开时DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2真值表
控制信号 DI_1 DI_2
DI_Test1＝0，DI_Test2＝1 0 1
DI_Test1＝1，DI_Test2＝1 0 1
DI_Test1＝1，DI_Test2＝0 0 1
DI_Test1＝0，DI_Test2＝0 1 0
注：0代表低电平，1代表高电平
(2)当外部开关量闭合导通时：
a.通过DI_Test1信号控制光耦U1原边的通断，当DI_Test1为低电平0V时，+5V到DI_Test1存在5V压差，光耦U1原边有电流流过，原边导通，进而光耦次边导通，三极管Q1导通，+28V电源通过电压点1导通到电压点2；
b.若三极管Q1导通，则电流流经电阻R1两端形成电压差，则光耦U2原边导通，进而光耦U2次边导通，电压点7电压被拉低到0V，经过反相器U5后，在DI_1采集端采集到高电平5V；
c.若三极管Q1未导通，则无电流流经R1，R1两端无电压差，则光耦U2原边不导通，进而光耦U2次边不导通，电压点7被电阻R5上拉到5V，经过反相器U5后，在DI_1采集端采集到低电平0V；
d.若三极管Q1导通，+28V电源通过三极管Q1、电阻R1、二极管V1、外部开关S和电阻R3到地形成电流通路，二极管V1和外部开关S将电阻R2和三极管Q2短路，此时，光耦U3的导通关断对DI_1和DI_2的采集结果无影响；
e.三极管Q1导通时，+28V电源通过三极管Q1、电阻R1、二极管V1、外部开关S和电阻R3到地形成电流通路，电阻R3两端电压点5和电压点6具有电压差，光耦U4原边导通，进而光耦U4次边导通，电压点9电压被拉到5V，经过反相器U6反相后，DI_2采集端采集到0V；
f.若三极管Q1未导通，则无电流流过电阻R3，则光耦U4原边不能导通，进而次边不能导通，则电压点9被电阻R7下拉到0V，经过反相器U6反相后，DI_2采集端采集到高电平5V；
g.则外部开关量闭合导通时，控制信号DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2形成真值表见表2：
表2外部开关闭合导通时DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2真值表
控制信号 DI_1 DI_2
DI_Test1＝0，DI_Test2＝1 1 0
DI_Test1＝1，DI_Test2＝1 0 1
DI_Test1＝1，DI_Test2＝0 0 1
DI_Test1＝0，DI_Test2＝0 1 0
注：0代表低电平，1代表高电平
(3)当外部开关S导通且信号DI+出现接地故障时：
a.通过DI_Test1信号控制光耦U1原边的通断，当DI_Test1为低电平0V时，+5V到DI_Test1存在5V压差，光耦U1原边有电流流过，原边导通，进而光耦次边导通，三极管Q1导通，+28V电源通过电压点1导通到电压点2；
b.若三极管Q1导通，则电流流经电阻R1两端形成电压差，则光耦U2原边导通，进而光耦U2次边导通，电压点7电压被拉低到0V，经过反相器U5后，在DI_1采集端采集到高电平5V；
c.外部DI+出现接地故障时，电阻R2、三极管Q2和电阻R3被短接，电流不会流经电阻R2、三极管Q2和电阻R3到GND_IN，因此，光耦U3和U4是否导通不会对电路造成影响，DI_2采集端电压恒为高电平5V；
d.则外部开关量出现接地故障时，控制信号DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2形成真值表见表3：
表3外部开关S导通且信号DI+出现接地故障时DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2真值表
控制信号 DI_1 DI_2
DI_Test1＝0，DI_Test2＝1 1 1
DI_Test1＝1，DI_Test2＝1 0 1
DI_Test1＝1，DI_Test2＝0 0 1
DI_Test1＝0，DI_Test2＝0 1 1
注：0代表低电平，1代表高电平
(4)当外部开关S断开且信号DI+出现接地故障时：
a.通过DI_Test1信号控制光耦U1原边的通断，当DI_Test1为低电平0V时，+5V到DI_Test1存在5V压差，光耦U1原边有电流流过，原边导通，进而光耦次边导通，三极管Q1导通，+28V电源通过电压点1导通到电压点2；
b.若三极管Q1导通，则电流流经电阻R1两端形成电压差，则光耦U2原边导通，进而光耦U2次边导通，电压点7电压被拉低到0V，经过反相器U5后，在DI_1采集端采集到高电平5V；
c.外部DI+出现接地故障时，电阻R2、三极管Q2和电阻R3被短接，电流不会流经电阻R2、三极管Q2和电阻R3到GND_IN，因此，光耦U3和U4是否导通不会对电路造成影响，DI_2采集端电压恒为高电平5V；
d.则外部开关量出现接地故障时，控制信号DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2形成真值表见表4：
表4外部开关S断开且信号DI+出现接地故障时DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2真值表
控制信号 DI_1 DI_2
DI_Test1＝0，DI_Test2＝1 1 1
DI_Test1＝1，DI_Test2＝1 0 1
DI_Test1＝1，DI_Test2＝0 0 1
DI_Test1＝0，DI_Test2＝0 1 1
注：0代表低电平，1代表高电平
(5)当外部开关S导通且信号DI-出现接地故障时：
a.通过DI_Test1信号控制光耦U1原边的通断，当DI_Test1为低电平0V时，+5V到DI_Test1存在5V压差，光耦U1原边有电流流过，原边导通，进而光耦次边导通，三极管Q1导通，+28V电源通过电压点1导通到电压点2；
b.若三极管Q1导通，则电流流经电阻R1两端形成电压差，则光耦U2原边导通，进而光耦U2次边导通，电压点7电压被拉低到0V，经过反相器U5后，在DI_1采集端采集到高电平5V；
c.外部DI-出现接地故障且外部开关S导通时，则DI+信号也会接地，电阻R2、三极管Q2和电阻R3被短接，电流不会流经电阻R2、三极管Q2和电阻R3到GND_IN，因此，光耦U3和U4是否导通不会对电路造成影响，DI_2采集端电压恒为高电平5V；
d.则外部开关量出现接地故障时，控制信号DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2形成真值表见表5：
表5外部开关S导通且信号DI-出现接地故障时DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2真值表
控制信号 DI_1 DI_2
DI_Test1＝0，DI_Test2＝1 1 1
DI_Test1＝1，DI_Test2＝1 0 1
DI_Test1＝1，DI_Test2＝0 0 1
DI_Test1＝0，DI_Test2＝0 1 1
注：0代表低电平，1代表高电平
(6)当外部开关S断开且信号DI-出现接地故障时：
a.通过DI_Test1信号控制光耦U1原边的通断，当DI_Test1为低电平0V时，+5V到DI_Test1存在5V压差，光耦U1原边有电流流过，原边导通，进而光耦次边导通，三极管Q1导通，+28V电源通过电压点1导通到电压点2；
b.若三极管Q1导通，则电流流经电阻R1两端形成电压差，则光耦U2原边导通，进而光耦U2次边导通，电压点7电压被拉低到0V，经过反相器U5后，在DI_1采集端采集到高电平5V；
c.外部开关S断开且信号DI-出现接地故障时，通过DI_Test2信号控制光耦U3原边的通断，当DI_Test2为低电平0V时，+5V到DI_Test2存在5V压差，光耦U3原边有电流流过，原边导通，进而光耦次边导通，三极管Q2导通，电压点3通过电阻R2和三极管Q2导通到电压点5，此时DI-接地，则形成电流通路；
d.；DI-接地，则光耦U4的原边和次边永远无法导通，则缓冲器U6的输入信号永远为低电平，则采集端二DI_2永远采集到高电平；
e.则外部开关量出现接地故障时，控制信号DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2形成真值表见表6：
表6外部开关S断开且信号DI-出现接地故障时DI_Test1和DI_Test2与DI_1和DI_2真值表
Figure BDA0001483300630000081
注：0代表低电平，1代表高电平
则根据当前DI_Test1、DI_Test2的输出命令和DI_1、DI_2的采集状态，本发明电路可以实现外部开关信号量的全隔离采集，并能够检测外部输入信号的接地故障。

Claims (1)

1.一种具有状态检测功能的开关信号采集电路，其特征为：所述的电路包括四个光耦隔离采集电路，
一号光耦隔离采集电路原边一端接电阻R4，电阻R4另一边上拉到+5V；一号光耦隔离采集电路原边另一端接控制信号一DI_Test1，控制信号一DI_Test1的高低电平会影响光耦隔离采集电路原边的通断；一号光耦隔离采集电路次边一端接+28V电源，另外一端接三极管Q1的基极；三极管Q1的集电极接电源+28V，发射极接二号光耦隔离采集电路的原边，同时接电阻R1一端；
二号光耦隔离采集电路的原边一端接三极管Q1的发射极和电阻R1的接合点，原边另一端接电阻R1、二极管V1正端和电阻R2的接合点；次边的一端接电阻R5和缓冲器U5的接合点，电阻R5的另一边上拉到电源+5V；次边的另一端接地；缓冲器U5将信号反相后连接到采集端一DI_1；
三号光耦隔离采集电路原边一端接电阻R6，电阻R6另一边上拉到+5V；三号光耦隔离采集电路原边另一端接控制信号二DI_Test2，控制信号二DI_Test2的高低电平会影响光耦隔离采集电路原边的通断；三号光耦隔离采集电路次边的一端接电阻R2和三极管Q2集电极的接合点，次边的另一端接三极管Q2的基极；三极管Q2的发射极接电阻R3，外部开关负端DI-的接合点；
四号光耦隔离采集电路原边一端接外部开关负端DI-，电阻R3和三极管Q2发射极的接合点，另一端接电阻R3和地GND_IN的接合点；四号光耦隔离采集电路次边一端接电源+5V，另一端接电阻R7和缓冲器U6的接合点；电阻R7下拉到地GND_IO；缓冲器U6将信号反相后连接到采集端二DI_2；
外部开关信号正端DI+连接到二极管V1的负端。
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