CN110319893A - 一种计量仪表累计气量检测电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及计量仪表领域，尤其涉及一种计量仪表累计气量检测电路及方法，包括：光电转换电路，用于将气量检测灯发出的脉冲光信号转换为脉冲电信号；与光电转换电路连接的双施密特型反相器，用于将光电转换传感器输出的脉冲电信号转换为反相的两个脉冲电平信号；与双施密特型反相器连接的移相电路，用于避免反相的两个脉冲电平信号变化的边沿处于同一时间；与移相电路连接的推挽输出电路；以及与推挽输出电路连接的处理器，用于根据推挽输出电路的输出获得计量仪表的累计气量。本发明具备以下有益效果：通过依次连接的光电转换电路、双施密特型反相器、移相电路、推挽输出电路以及处理器，实现对计量仪表累计气量的检测。

Description

一种计量仪表累计气量检测电路及方法
技术领域
本发明涉及计量仪表领域，尤其涉及一种计量仪表累计气量检测电路及方法。
背景技术
在气体累计气量检测中，通常通过检测仪表的LED闪烁脉冲数量，来判断跑气累计量。检测装置可以提供5V-24V供电电压，要求有一种装置可以工作在上述电压范围，将LED无光时输出低电平(接近0V)，LED亮起时输出高电平(高电平电压跟随装置电源电压)。然而常见的光电转换器件无法支持如此宽的电压输入范围，通常的做法是使用降压电路降压至光电转换器件正常的工作区间，然后通过开漏电路或推挽电路输出脉冲。而开漏输出方式只能确保低电平检测原理可用。推挽输出方式可以支持高电平检测与低电平检测，但在实际情况下，开关管的转换也需要时间，两个输入信号在信号变化的边沿可能存在同时为高或低的情况(时间通常极短，为ns级别)。当出现开关管同时导通时，这种情况会导致后续的推挽电路异常，导致电源短路，从而损坏电路。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种计量仪表累计气量检测电路及方法。
一种计量仪表累计气量检测电路，所述计量仪表上设有发出脉冲光信号的气量检测灯，所述检测电路包括：
光电转换电路，用于将气量检测灯发出的脉冲光信号转换为脉冲电信号；
与光电转换电路连接的双施密特型反相器，用于将光电转换传感器输出的脉冲电信号转换为反相的两个脉冲电平信号；
与双施密特型反相器连接的移相电路，用于避免反相的两个脉冲电平信号变化的边沿处于同一时间；
与移相电路连接的推挽输出电路；以及
与推挽输出电路连接的处理器，用于根据推挽输出电路的输出获得计量仪表的累计气量。
优选的，所述光电转换电路包括：光电转换器Q4，所述光电转换器Q4的一端连接电源输入端以及双施密特型反相器的第一输入端，光电转换器Q4的另一端连接公共地。
优选的，所述光电转换电路还包括：电阻R9、R10、电容C7、C8，所述光电转换器Q4的一端连接电阻R9的一端以及电阻R10的一端，所述电阻R9的另一端连接电源输入端，所述电阻R10的另一端连接双施密特型反相器的第一输入端以及电容C7的一端，所述电容C7的另一端连接公共地，所述电容C8的一端连接公共地，另一端连接电源输入端。
优选的，所述双施密特型反相器的第一输出端连接第二输入端以及移相电路，所述双施密特型反相器的第二输出端连接移相电路。
优选的，所述移相电路包括：第一RC电路、第二RC电路以及双与门电路，所述双与门电路的第一输入端连接双施密特型反相器的第一输出端，所述双与门电路的第二输入端连接第一RC电路的输出端，所述第一RC电路的输入端连接双施密特型反相器的第一输出端，所述双与门电路的第三输入端连接第二RC电路的输出端，所述第二RC电路的输入端连接双施密特型反相器的第二输出端，所述双与门电路的第四输入端连接双施密特型反相器的第二输出端，所述双与门电路的第一输出端和第二输出端均连接推挽输出电路。
优选的，所述第一RC电路包括：电阻R11和电容C6，所述电阻R11的一端连接双施密特型反相器的第一输出端，所述电阻R11的另一端连接双与门电路的第二输入端以及电容C6的一端，所述电容C6的另一端连接公共地。
优选的，所述第二RC电路包括：电阻R12和电容C9，所述电阻R12的一端连接双施密特型反相器的第二输出端，所述电阻R11的另一端连接双与门电路的第三输入端以及电容C9的一端，所述电容C9的另一端连接公共地。
优选的，所述推挽输出电路包括：电阻R1、R2、R3、R5、R7、R8、三极管Q2、PMOS Q1以及NMOS Q3，所述电阻R3的一端连接双与门电路的第一输出端，所述电阻R3的另一端连接电阻R5的一端以及三极管Q2的基极，所述电阻R5的另一端连接公共地，所述三极管Q2的发射极连接公共地，所述三极管Q2的集电极连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接电阻R1的一端以及PMOS Q1的栅极，所述电阻R1的另一端连接电源输入端，所述PMOS Q1的源极连接电源输入端，所述PMOS Q1的漏极连接处理器；所述电阻R7的一端连接双与门电路的第二输出端，所述电阻R7的另一端连接电阻R8的一端以及NMOS Q3的栅极，所述电阻R8的另一端连接公共地，所述NMOS Q3的源极连接公共地，所述NMOS Q3的漏极连接处理器。
优选的，所述推挽输出电路还包括：保险丝F2、二极管D1、D2以及电容C1，所述保险丝F2的一端连接二极管D1的正极、二极管D2的负极、PMOS Q1的漏极以及NMOS Q3的漏极，所述保险丝F2的另一端连接处理器，所述二极管D2的正极连接公共地，所述二极管D1的负极连接电源输入端以及电容C1的一端，所述电容C1的另一端连接公共地。
优选的，还包括：与光电转换电路、双施密特型反相器连接的稳压电源电路。
一种计量仪表累计气量检测方法，所述计量仪表上设有发出脉冲光信号的气量检测灯，所述方法包括以下步骤：
S1：将气量检测灯发出的脉冲光信号转换为脉冲电信号；
S2：将光电转换传感器输出的脉冲电信号转换为反相的两个脉冲电平信号；
S3：对反相的两个脉冲电平信号移相处理，避免反相的两个脉冲电平信号变化的边沿处于同一时间；
S4：推挽输出移相处理后的两个脉冲电平信号；
S5：根据推挽输出获得计量仪表的累计气量。
本发明具备以下有益效果：
1.通过依次连接的光电转换电路、双施密特型反相器、移相电路、推挽输出电路以及处理器，获得计量仪表的累计气量；
2.通过移相处理避免反相的两个电平信号变化的边沿处于同一时间，从而避免了开关管由于同时导通导致电源短路和损坏电路，使得推挽输出更加可靠；
3.使用二极管D1、D2，使得钳制电压范围跟随电源输入电压，能更好配合宽电压的特性。而对于限流保护，保险丝F2正常情况下不影响电路工作，异常触发限流；
4.利用稳压电源电路，将输入宽电压降低至一个固定的较低电压，该电压可以使得后续电路中的光电转换电路、双施密特型反相器、移相电路均可以正常工作。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明一实施例一种计量仪表累计气量检测电路的连接示意图；
图2是本发明一实施例一种计量仪表累计气量检测电路中光电转换电路的电路原理图；
图3是本发明一实施例一种计量仪表累计气量检测电路中双施密特型反相器的连接示意图；
图4是本发明一实施例一种计量仪表累计气量检测电路中双施密特型反相器输出信号的示意图；
图5是本发明一实施例一种计量仪表累计气量检测电路中移相电路的电路原理图；
图6是本发明一实施例一种计量仪表累计气量检测电路中移相电路输出信号的示意图；
图7是本发明一实施例一种计量仪表累计气量检测电路中推挽输出电路的电路原理图；
图8是本发明另一实施例一种计量仪表累计气量检测电路中推挽输出电路的电路原理图；
图9是本发明一实施例一种计量仪表累计气量检测电路中稳压电源电路的连接示意图；
图10是本发明另一实施例一种计量仪表累计气量检测电路中稳压电源电路的电路原理图；
图11是本发明另一实施例一种计量仪表累计气量检测方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本实施例的基本思想是使用推挽输出电路输出脉冲，但是在推挽输出电路的输入端连接光电转换电路、双施密特型反相器以及移相电路。光电转换电路用于将计量仪表的气量检测灯发出的脉冲光信号转换为脉冲电信号；双施密特型反相器用于将光电转换传感器输出的脉冲电信号转换为反相的两个脉冲电平信号；移相电路用于避免反相的两个电平信号变化的边沿处于同一时间，从而避免了开关管由于同时导通导致电源短路和损坏电路，处理器根据推挽输出电路的输出获得计量仪表的累计气量。
基于上述思想，本发明一实施例提出一种计量仪表累计气量检测电路，所述计量仪表上设有发出脉冲光信号的气量检测灯，如图1所示，该检测电路包括：光电转换电路，用于将气量检测灯发出的脉冲光信号转换为脉冲电信号；与光电转换电路连接的双施密特型反相器，用于将光电转换传感器输出的脉冲电信号转换为反相的两个脉冲电平信号；与双施密特型反相器连接的移相电路，用于避免反相的两个脉冲电平信号变化的边沿处于同一时间；与移相电路连接的推挽输出电路；以及与推挽输出电路连接的处理器，用于根据推挽输出电路的输出获得计量仪表的累计气量。
如图2所示，光电转换电路的核心元件为光电转换器Q4，光电转换器Q4受到特定波长光照射后，产生电流，光强度越大，感应电流越大。此外，光电转换电路还包括：电阻R9、R10、电容C7、C8，所述光电转换器Q4的一端连接电阻R9的一端以及电阻R10的一端，所述电阻R9的另一端连接电源输入端，所述电阻R10的另一端连接双施密特型反相器的第一输入端以及电容C7的一端，所述电容C7的另一端连接公共地，所述电容C8的一端连接公共地，另一端连接电源输入端。
光电转换器Q4使用亿光的PT19-315C，对可见光波段均可感应，其中对630nm的红光最敏感。调整电阻R9可以调整对光的灵敏度，电阻R9越大越灵敏。光越强，光电转换电路输出电压越低。当输出电压低于1/3Vcc或高于2/3Vcc，即可双施密特型反相器输出电平翻转。其中，电阻R10与电容C7构成RC滤波，可以滤除输入双施密特型反相器的细小毛刺信号，防止双施密特型反相器被干扰信号多次触发。严格来说，光电转换器Q4直接输出的是与光强度相关的模拟电压信号，不是高低数字电平信号，所以还需要通过双施密特型反相器的处理。
如图3所示，双施密特型反相器的第一输入端连接光电转换电路输出端，双施密特型反相器的第一输出端连接第二输入端以及移相电路，所述双施密特型反相器的第二输出端连接移相电路。
双施密特型反相器使用TI的74LVC2G14，包含两个通道的触发器，该触发器还具有反相的功能。最终双施密特型反相器的两个通道分别输出反相的两个脉冲电平信号Y1、Y2，如图4所示。
如图5所示，移相电路包括：第一RC电路、第二RC电路以及双与门电路，所述双与门电路的第一输入端连接双施密特型反相器的第一输出端，所述双与门电路的第二输入端连接第一RC电路的输出端，所述第一RC电路的输入端连接双施密特型反相器的第一输出端，所述双与门电路的第三输入端连接第二RC电路的输出端，所述第二RC电路的输入端连接双施密特型反相器的第二输出端，所述双与门电路的第四输入端连接双施密特型反相器的第二输出端，所述双与门电路的第一输出端和第二输出端均连接推挽输出电路。
其中，第一RC电路包括：电阻R11和电容C6，所述电阻R11的一端连接双施密特型反相器的第一输出端，所述电阻R11的另一端连接双与门电路的第二输入端以及电容C6的一端，所述电容C6的另一端连接公共地。
其中，第二RC电路包括：电阻R12和电容C9，所述电阻R12的一端连接双施密特型反相器的第二输出端，所述电阻R11的另一端连接双与门电路的第三输入端以及电容C9的一端，所述电容C9的另一端连接公共地。
由于实际上两个MOS管交替导通与截止过程中存在时间差，所以可能存在一段极短的时间，两个MOS都处于导通状态，导致电源短路。因此需要引入移相电路，将两路信号变化的时机略微错开。如图6所示，A1为第一输入端脉冲电平信号，B1为第二输入端脉冲电平信号，Y1为第一输出端脉冲电平信号，A2为第三输入端脉冲电平信号，B2为第四输入端脉冲电平信号，Y2为第二输出端脉冲电平信号，两个RC电路使得B1、B2脉冲信号边沿时间延长，双与门电路会将0.3VCC以下的电压识别成低电平，0.7VCC以上的电压识别成高电平，利用上述特性，最终使得双与门输出的两路信号Y1、Y2边沿完全错开，避免了后级推挽电路MOS管同时导通。其中，错开的时间取决于RC值，同时RC值也不可过大。通过引入移相电路，使得推挽输出电路工作更加可靠。
如图7所示，推挽输出电路包括：电阻R1、R2、R3、R5、R7、R8、三极管Q2、PMOS Q1以及NMOS Q3，所述电阻R3的一端连接双与门电路的第一输出端，所述电阻R3的另一端连接电阻R5的一端以及三极管Q2的基极，所述电阻R5的另一端连接公共地，所述三极管Q2的发射极连接公共地，所述三极管Q2的集电极连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接电阻R1的一端以及PMOS Q1的栅极，所述电阻R1的另一端连接电源输入端，所述PMOS Q1的源极连接电源输入端，所述PMOS Q1的漏极连接处理器；所述电阻R7的一端连接双与门电路的第二输出端，所述电阻R7的另一端连接电阻R8的一端以及NMOS Q3的栅极，所述电阻R8的另一端连接公共地，所述NMOS Q3的源极连接公共地，所述NMOS Q3的漏极连接处理器。
信号Y1控制PMOS Q1，信号Y2控制NMOS Q3，控制逻辑均是高电平导通，低电平截止。当信号Y1输出高电平、信号Y2输出低电平时，三极管Q2导通，PMOS Q1导通，NMOS Q3截止，脉冲输出电源电压；当信号Y1输出低电平、信号Y2输出高电平时，三极管Q2截止，PMOSQ1截止，NMOS Q3导通，脉冲输出公共地电压。由于信号Y1与Y2信号经过了移相错位处理，所以PMOSQ1与NMOS Q3不可能同时导通。其中，PMOS Q1选用的是WPM3012，极限GS耐电压为20V，GS最低开启电压需要在3V以上。然而实际工作电压范围为5V～24V，通过电阻R1与R2两个电阻分压，在最低5V供电时，GS可以高于开启电压，在最高24V供电时，GS又可以低于20V的极限耐压值。通过采用推挽输出脉冲方式，能够适用所有脉冲检测原理。
如图8所示，在一实施例中，推挽输出电路还包括：保险丝F2、二极管D1、D2以及电容C1，所述保险丝F2的一端连接二极管D1的正极、二极管D2的负极、PMOS Q1的漏极以及NMOS Q3的漏极，所述保险丝F2的另一端连接处理器，所述二极管D2的正极连接公共地，所述二极管D1的负极连接电源输入端以及电容C1的一端，所述电容C1的另一端连接公共地。
在推挽输出电路的输出端加入两个二极管D1、D2，输出信号端的电压被限制在-0.7V～24.7V之间，使得接口在接入不同的外部检测设备时，具备一定的防浪涌干扰能力，保护了内部电路。同时，由于使用了推挽输出电路，输出脉冲的驱动能力较强，为了保护推挽电路中的开关管，脉冲输出加入了500mA的自恢复保险丝F2，即使外部接口接线错误也不会意外损坏电路。
本实施例中的处理器包含运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等，并具有处理指令、执行操作、控制时间、处理数据等功能。处理器通过检测接收到高低电平脉冲信号即可判断出气量检测灯发出闪烁脉冲数量，根据脉冲数量从而可以实现对计量仪表累计气量的检测。
在一实施例中，如图9所示，本发明还包括：与光电转换电路、双施密特型反相器连接的稳压电源电路。如图10所示，稳压电源电路包括：稳压电源芯片U1、电容C2、C3、C4，所述稳压芯片的VIN端连接电源输入端，GND端连接公共地，VOUT连接电源输出端，电容C2的一端连接电源输入端，另一端连接公共地，电容C3的一端连接电源输出端，另一端连接公共地，电容C4的一端连接电源输出端，另一端连接公共地。
稳压电源芯片U1采用TI的TLV76033，输入电压范围可以支持5V～30V，输出电压为固定的3.3V，最大输出负载可到100mA。外围仅需要几颗陶瓷电容C2、C3、C4，即可满足供电需求。稳压电源芯片U1将5V-24V输入电压VDD降低至一个固定的较低电压VCC(5V以下)，该VCC电压可以使得后续电路中的光电转换电路、双施密特型反相器等均可以正常工作。
在另一实施例中，本发明还提出一种计量仪表累计气量检测方法，如图11所示，包括以下步骤：
S1：将气量检测灯发出的脉冲光信号转换为脉冲电信号；
S2：将光电转换传感器输出的脉冲电信号转换为反相的两个脉冲电平信号；
S3：对反相的两个脉冲电平信号移相处理，避免反相的两个脉冲电平信号变化的边沿处于同一时间；
S4：推挽输出移相处理后的两个脉冲电平信号；
S5：根据推挽输出获得计量仪表的累计气量。
具体的，将计量仪表的气量检测灯发出的脉冲光信号转换为脉冲电信号可以通过光电转换电路实现；将光电转换传感器输出的脉冲电信号转换为反相的两个脉冲电平信号可以通过与光电转换电路连接的双施密特型反相器实现；对反相的两个脉冲电平信号移相处理，避免反相的两个脉冲电平信号变化的边沿处于同一时间可以通过与双施密特型反相器连接的移相电路实现；推挽输出移相处理处理后的两个脉冲电平信号可以通过与移相电路连接的推挽输出电路实现根据推挽输出对计量仪表累计气量的检测可以通过与推挽输出电路连接的处理器实现。
光电转换器Q4直接输出的是与光强度相关的模拟电压信号，不是高低数字电平信号，所以还需要通过双施密特型反相器的处理转换为反相的两个脉冲电平信号。由于推挽输出电路中的两个MOS管交替导通与截止过程中存在时间差，所以可能存在一段极短的时间，两个MOS都处于导通状态，导致电源短路。因此需要通过移相处理，将两路信号变化的时机略微错开，避免反相的两个脉冲电平信号变化的边沿处于同一时间，从而避免两个MOS都处于导通状态。处理器通过检测接收到高低电平脉冲信号即可判断出气量检测灯发出闪烁脉冲数量，根据脉冲数量从而可以实现对计量仪表累计气量的检测。
本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种计量仪表累计气量检测电路，所述计量仪表上设有发出脉冲光信号的气量检测灯，其特征在于，所述检测电路包括：
光电转换电路，用于将气量检测灯发出的脉冲光信号转换为脉冲电信号；
与光电转换电路连接的双施密特型反相器，用于将光电转换传感器输出的脉冲电信号转换为反相的两个脉冲电平信号；
与双施密特型反相器连接的移相电路，用于避免反相的两个脉冲电平信号变化的边沿处于同一时间；
与移相电路连接的推挽输出电路；以及
与推挽输出电路连接的处理器，用于根据推挽输出电路的输出获得计量仪表的累计气量。
2.根据权利要求1所述的一种计量仪表累计气量检测电路，其特征在于，所述光电转换电路包括：光电转换器Q4，所述光电转换器Q4的一端连接电源输入端以及双施密特型反相器的第一输入端，光电转换器Q4的另一端连接公共地。
3.根据权利要求2所述的一种计量仪表累计气量检测电路，其特征在于，所述光电转换电路还包括：电阻R9、R10、电容C7、C8，所述光电转换器Q4的一端连接电阻R9的一端以及电阻R10的一端，所述电阻R9的另一端连接电源输入端，所述电阻R10的另一端连接双施密特型反相器的第一输入端以及电容C7的一端，所述电容C7的另一端连接公共地，所述电容C8的一端连接公共地，另一端连接电源输入端。
4.根据权利要求3所述的一种计量仪表累计气量检测电路，其特征在于，所述双施密特型反相器的第一输出端连接第二输入端以及移相电路，所述双施密特型反相器的第二输出端连接移相电路。
5.根据权利要求4所述的一种计量仪表累计气量检测电路，其特征在于，所述移相电路包括：第一RC电路、第二RC电路以及双与门电路，所述双与门电路的第一输入端连接双施密特型反相器的第一输出端，所述双与门电路的第二输入端连接第一RC电路的输出端，所述第一RC电路的输入端连接双施密特型反相器的第一输出端，所述双与门电路的第三输入端连接第二RC电路的输出端，所述第二RC电路的输入端连接双施密特型反相器的第二输出端，所述双与门电路的第四输入端连接双施密特型反相器的第二输出端，所述双与门电路的第一输出端和第二输出端均连接推挽输出电路。
6.根据权利要求5所述的一种计量仪表累计气量检测电路，其特征在于，所述第一RC电路包括：电阻R11和电容C6，所述电阻R11的一端连接双施密特型反相器的第一输出端，所述电阻R11的另一端连接双与门电路的第二输入端以及电容C6的一端，所述电容C6的另一端连接公共地。
7.根据权利要求5所述的一种计量仪表累计气量检测电路，其特征在于，所述第二RC电路包括：电阻R12和电容C9，所述电阻R12的一端连接双施密特型反相器的第二输出端，所述电阻R11的另一端连接双与门电路的第三输入端以及电容C9的一端，所述电容C9的另一端连接公共地。
8.根据权利要求5所述的一种计量仪表累计气量检测电路，其特征在于，所述推挽输出电路包括：电阻R1、R2、R3、R5、R7、R8、三极管Q2、PMOS Q1以及NMOS Q3，所述电阻R3的一端连接双与门电路的第一输出端，所述电阻R3的另一端连接电阻R5的一端以及三极管Q2的基极，所述电阻R5的另一端连接公共地，所述三极管Q2的发射极连接公共地，所述三极管Q2的集电极连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接电阻R1的一端以及PMOS Q1的栅极，所述电阻R1的另一端连接电源输入端，所述PMOS Q1的源极连接电源输入端，所述PMOS Q1的漏极连接处理器；所述电阻R7的一端连接双与门电路的第二输出端，所述电阻R7的另一端连接电阻R8的一端以及NMOS Q3的栅极，所述电阻R8的另一端连接公共地，所述NMOS Q3的源极连接公共地，所述NMOS Q3的漏极连接处理器。
9.根据权利要求8所述的一种计量仪表累计气量检测电路，其特征在于，所述推挽输出电路还包括：保险丝F2、二极管D1、D2以及电容C1，所述保险丝F2的一端连接二极管D1的正极、二极管D2的负极、PMOS Q1的漏极以及NMOS Q3的漏极，所述保险丝F2的另一端连接处理器，所述二极管D2的正极连接公共地，所述二极管D1的负极连接电源输入端以及电容C1的一端，所述电容C1的另一端连接公共地。
10.一种计量仪表累计气量检测方法，所述计量仪表上设有发出脉冲光信号的气量检测灯，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：将气量检测灯发出的脉冲光信号转换为脉冲电信号；
S2：将光电转换传感器输出的脉冲电信号转换为反相的两个脉冲电平信号；
S3：对反相的两个脉冲电平信号移相处理，避免反相的两个脉冲电平信号变化的边沿处于同一时间；
S4：推挽输出移相处理后的两个脉冲电平信号；
S5：根据推挽输出获得计量仪表的累计气量。
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