CN110568791B - 一种多输出集成式接近开关 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种多输出集成式接近开关，包括主控单元；与主控单元连接的模拟量转换电路；与主控单元连接的数字量转换电路；与主控单元连接的开关量转换电路；接近开关包括第一输出端和第二输出端；模拟量转换电路的输出端与第一输出端连接；数字量转换电路包括第三输出端和第四输出端；第三输出端与第一输出端连接；第四输出端与第二输出端连接；开关量转换电路包括第五输出端和第六输出端；第五输出端与第一输出端连接；第六输出端与第二输出端连接；主控单元将检测信号发送给模拟量转换电路转换为模拟量信号，或者发送给数字量转换电路转换为数字量信号，或者发送给开关量转换电路转换为开关量信号，同一接近开关提供了多种形式的输出。

Description

一种多输出集成式接近开关

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种多输出集成式接近开关。

背景技术

接近开关作为一种电子开关量传感器，凭借其定位精度高、使用寿命长、安装调整方便和环境适应力强等优点，在工业自动化、液位探测等领域得到了广泛应用。目前市面上的接近开关输出形式包括了NPN型、PNP型、电流4-20mA、电压0-5V、电压0-10V、数字量输出等多种形式。但是，现有的接近开关都只具备一种输出形式，需要另一种形式的输出时，就需要更换接近开关，无法同时满足不同应用场景下的应用需求，对生产带来很大的不方便。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种多输出集成式接近开关，用以实现同一接近开关输出多种形式的输出信号以满足不同场景下的应用需求的技术效果。

本申请实施例提供了一种多输出集成式接近开关，包括主控单元；与所述主控单元连接的模拟量转换电路；与所述主控单元连接的数字量转换电路；与所述主控单元连接的开关量转换电路；所述多输出集成式接近开关包括第一输出端和第二输出端；所述模拟量转换电路的输出端与所述第一输出端连接；所述数字量转换电路包括第三输出端和第四输出端；所述第三输出端与所述第一输出端连接；所述第四输出端与所述第二输出端连接；所述开关量转换电路包括第五输出端和第六输出端；所述第五输出端与所述第一输出端连接；所述第六输出端与所述第二输出端连接；所述主控单元将检测信号发送给所述模拟量转换电路转换为模拟量信号进行输出；或者，所述主控单元将所述检测信号发送给所述数字量转换电路转换为数字量信号进行输出；或者，所述主控单元将所述检测信号发送给所述开关量转换电路转换为开关量信号进行输出。

在上述实现过程中，主控单元分别与模拟量转换电路、数字量转换电路和开关量转换电路连接。模拟量转换电路与接近开关的第一输出端连接，将主控单元发送的检测信号转换为模拟量信号后通过第一输出端输出。数字量转换电路包括第三输出端和第四输出端；第三输出端与上述第一输出端连接；第四输出端与所述第二输出端连接；数字量转换电路将主控单元发送的检测信号转换为数字量信号后通过第一输出端和第二输出端输出。开关量转换电路包括第五输出端和第六输出端；第五输出端与接近开关的第一输出端连接，第六输出端与接近开关的第二输出端连接；开关量转换电路主控单元发送的检测信号转换为开关量信号后通过第一输出端和第二输出端输出。通过上述结构，同一接近开关可以输出不同形式的输出信号，可以满足不同场景下的应用需求，使用更加便捷。

进一步地，所述多输出集成式接近开关还包括保护电路；所述保护电路第一端与所述第一输出端连接；所述保护电路第二端与所述第二输出端连接。

在上述实现过程中，多输出集成式接近开关的第一输出端和第二输出端之间连接了保护电路，通过设置的保护电路对多输出集成式接近开关的输出进行保护，使用更加安全。

进一步地，所述保护电路包括直流输入电源接入端；与所述直流输入电源接入端连接的第一钳位二极管，所述第一钳位二极管与所述多输出集成式接近开关的第一输出端连接；与所述直流输入电源接入端连接的第二钳位二极管；所述第二钳位二极管与所述多输出集成式接近开关的第二输出端连接。

在上述实现过程中，保护电路包括直流输入电源接入端；与直流输入电源接入端连接的第一钳位二极管，第一钳位二极管与多输出集成式接近开关的第一输出端连接；直流输入电源接入端还连接了第二钳位二极管；第二钳位二极管与多输出集成式接近开关的第二输出端连接。通过第一钳位二极管和第二钳位二极管对多输出集成式接近开关的输出进行静电保护和过压保护，使用更加安全可靠。

进一步地，所述开关量转换电路包括直流电源接入端、第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管以及MOS管H桥；

所述第一输入端与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的发射极接地；所述第一三极管的集电极与所述MOS管H桥的P1G引脚连接；

所述第二输入端与所述第二三极管的基极连接；所述第二三极管的发射极接地；所述第二三极管的集电极与所述MOS管H桥的P2G引脚连接；所述直流电源接入端分别与所述第一三极管的集电极和所述第二三极管的集电极连接；

所述第三输入端与所述MOS管H桥的N1G引脚连接，所述N1G引脚与所述第三二极管正极连接；所述第四输入端与所述MOS管H桥的N2G引脚连接；所述N2G引脚与所述第四二极管正极连接；所述第三二极管的负极分别与所述第三三极管的集电极和所述第四三极管的集电极连接；所述第四二极管的负极分别与所述第三三极管的集电极和所述第四三极管的集电极连接；所述第三三极管与所述第四三极管的发射极接地；所述第四三极管的基极与所述MOS管H桥的NNS引脚连接；

所述第三三极管的基极与所述第五三极管的集电极连接；所述第五三极管的发射极和基极与所述直流电源接入端连接；所述直流电源接入端与所述MOS管H桥的PPS引脚连接；

所述第一二极管正极与所述第五三极管的集电极连接；所述第一二极管的负极与所述P2G引脚连接；所述第二二极管正极与所述第五三极管的集电极连接；所述第二二极管的负极与所述P1G引脚连接；

所述MOS管H桥的NP1D引脚与所述第一输出端连接；所述MOS管H桥的NP2D引脚与所述第二输出端连接。

在上述实现过程中，主控单元将检测信号发送给开关量转换电路后，可以通过上述电路结构转换为开关量信号进行输出，实现了开关量形式的信号输出。

进一步地，所述数字量转换电路为TTL电路；所述TTL电路包括第五输入端、第六输入端；所述主控单元包括RS232接口，所述RS232接口的RX引脚与所述第五输入端连接；所述RS232接口的TX引脚与所述第六输入端连接。

在上述实现过程中，数字量转换电路选用TTL电路，主控单元包括RS232接口。TTL电路的第一输入端与RS232接口的RX引脚连接；TTL电路的第二输入端与RS232接口的TX引脚连接，使用TTL电路转换效率更快，功耗也更低。

进一步地，所述模拟量转换电路包括数模转换器；所述数模转换器包括电流输出引脚和缓冲模拟输出电压引脚；所述电流输出引脚和所述缓冲模拟输出电压引脚与所述第一输出端连接。

在上述实现过程中，主控单元将检测信号发送给数模转换器；数模转换器将检测信号转换为模拟量信号以后通过电流输出引脚（输出电流信号）或者缓冲模拟输出电压引脚（输出电压信号）输出，然后通过第一输出端输送出去，实现了电流和电压两种模拟量信号的输出。

进一步地，所述模拟量转换电路产生4-20mA的输出。

进一步地，所述模拟量转换电路产生0-5V的输出。

进一步地，所述模拟量转换电路产生0-10V的输出。

在上述实现过程中，模拟量转换电路可以将主控单元发送过来的检测信号转换为4-20mA、0-5V或者0-10V的多种模拟量信号，可以满足多种应用需求。

进一步地，所述开关量转换电路产生PNP输出或者NPN输出。

在上述实现过程中，开关量转换电路可以将主控单元发送过来的检测信号转换为PNP输出信号或者NPN输出信号，实现了多种类型的开关量信号的输出。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的多输出集成式接近开关总体结构框图；

图2为本申请实施例提供的主控单元电路结构示意图；

图3为本申请实施例提供的模拟量转换电路结构示意图；

图4为本申请实施例提供的数字量转换电路结构示意图；

图5为本申请实施例提供的开关量转换电路结构示意图；

图6为本申请实施例提供的保护电路结构示意图。

图标：10-多输出集成式接近开关；100-主控单元；200-模拟量转换电路；210-数模转换器；300-数字量转换电路；400-开关量转换电路；410-MOS管H桥；500-保护电路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1是本申请实施例提供的多输出集成式接近开关总体结构框图；图2为本申请实施例提供的主控单元电路结构示意图；图3是本申请实施例提供的模拟量转换电路结构示意图；图4是本申请实施例提供的数字量转换电路结构示意图；图4是本申请实施例提供的开关量转换电路结构示意图。

请参看图1、图2和图3；本申请实施例提供的多输出集成式接近开关10包括主控单元100；与主控单元100连接的模拟量转换电路200；与主控单元100连接的数字量转换电路300；与主控单元100连接的开关量转换电路400；多输出集成式接近开关10包括第一输出端和第二输出端；模拟量转换电路200的输出端与第一输出端连接；数字量转换电路300包括第三输出端和第四输出端；第三输出端与第一输出端连接；第四输出端与第二输出端连接；开关量转换电路400包括第五输出端和第六输出端；第五输出端与第一输出端连接；第六输出端与第二输出端连接；主控单元100将检测信号发送给模拟量转换电路200转换为模拟量信号进行输出；或者，主控单元100将检测信号发送给数字量转换电路300转换为数字量信号进行输出；或者，主控单元100将检测信号发送给开关量转换电路400转换为开关量信号进行输出。用户可以利用主控单元100根据自身的应用需求选择使用模拟量转换电路200将检测信号转化为模拟量信号；或者使用数字量转换电路300将检测信号转换为数字量信号；或者使用开关量转换电路400将检测信号转换为开关量信号，使用更加便捷。

在一种可能的实施方式中，主控单元100为微控制单元（Microcontroller Unit，MCU），例如主控单元100可以选用STM32单片机；模拟量转换电路200包括数模转换器210，数模转换器210型号可以选用AD5412AREZ数模转换器，数字量转换电路300选用TTL电路。

具体地，STM32单片机VDD引脚和VDDA引脚连接3.3V设备电源，VSS引脚接地。STM32单片机的PA5引脚与AD5412AREZ数模转换器的SCLK引脚连接；STM32单片机的PA12引脚与AD5412AREZ数模转换器的SDIN引脚连接；STM32单片机的PA4引脚与AD5412AREZ数模转换器的LATCH引脚连接。AD5412AREZ数模转换器的REFIN引脚与REFOUT引脚连接，然后通过一个10μF的电容C31与稳压二极管DW8连接，稳压二极管DW8与电阻R34连接，然后电阻R34再与AD5412AREZ数模转换器的+VSENSE引脚连接，-VSENSE接地；STM32单片机的PA0作为TEST引脚连接在稳压二级管DW8与电阻R34之间；同时稳压二极管DW8的正极接地。AD5412AREZ数模转换器的RESET引脚连接电阻R59后与CLEAR引脚并联并接地。AD5412AREZ数模转换器的DVCC SELECT引脚和CLEAR SELECT引脚并联接地；AD5412AREZ数模转换器的AVDD引脚经过电阻R58与12V电源连接；同时AVDD引脚与DVCC SELECT引脚和CLEAR SELECT引脚的连接点之间还连接了极性电容C32，极性电容C32的正极与AVDD引脚连接。AD5412AREZ数模转换器的AVSS引脚、GND引脚、EP引脚接地。AD5412AREZ数模转换器的IOUT引脚与二极管D3连接后再与接近开关的第一输出端OUT_A连接，IOUT引脚输出电流信号；AD5412AREZ数模转换器的VOUT引脚与二极管D4连接后再与接近开关的第一输出端OUT_A连接，VOUT输出电压信号。为了使输出电压缓冲更好，还可以将AD5412AREZ数模转换器的VOUT引脚与CCOMP引脚连接，并在两者之间连接一个3.9nF的电容。

通过上述电路结构，主控单元100可以将检测信号发送给模拟量转换电路200，经数模转换器210转换为电流信号从IOUT引脚输出到第一输出端；或者，将检测信号经数模转换器210转换为电压信号后从VOUT引脚输出到第一输出端。

为了满足不同场景下的应用需求，本申请实施例VOUT 引脚输出电压信号为0-5V或者0-10V。IOUT引脚输出的电流信号为4-20mA。

请参看图2和图4，TTL电路的第五输入端与STM32单片机的RS232接口中的RX引脚连接；TTL电路的第六输入端与RS232接口中的TX引脚连接。TTL电路中，第五输入端与双极结晶体管Q6A的发射极连接；双极结晶体管Q6A的基极与电阻R16连接，电阻R16再与稳压二极管DW4连接后接地；双极结晶体管Q6A的集电极与接近开关的第一输出端OUT_A连接。STM32单片机的PB4引脚连接在电阻R16和稳压二极管DW4之间，提供一个3V的稳定电压。TTL电路的第五输入端连接了接地的稳压二极管DW5，提供一个基准电压。TTL电路中，第六输入端与双极结晶体管Q6B的发射极连接；双极结晶体管Q6B的基极与电阻R45连接，电阻R45再与稳压二极管DW7连接后接地；双极结晶体管Q6B的集电极与接近开关的第二输出端OUT_B连接。STM32单片机的PA3引脚连接在电阻R45和稳压二极管DW7之间，提供一个3V的稳定电压。TTL电路的第六输入端与接地的稳压二极管DW6连接，提供一个基准电压。

通过上述电路结构，主控单元100可以将检测信号发送给数字量转换电路300转换为对应的数字信号，然后通过OUT_A和OUT_B进行输出。为了满足不同的应用需求，还可以使用主控单元100更新与TTL电路连接的各个引脚的电压值，输出不同大小的数字信号。

请参看图2和图5，本申请实施例提供的开关量转换电路400包括直流电源接入端、第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管以及MOS管H桥410。MOS管H桥410可以选用型号为DMHC6070LSD的MOS管H桥。

开关量转换电路400的第一输入端与STM32单片机的PB6引脚连接，然后经电阻R57与第一三极管Q2A的基极连接；第一三极管Q2A的发射极接地；第一三极管Q2A的集电极与MOS管H桥410的P1G引脚连接。

开关量转换电路400的第二输入端与STM32单片机的PB5引脚连接，然后经电阻R56与第二三极管Q8的基极连接；第二三极管Q8的发射极接地；第二三极管Q8的集电极与MOS管H桥410的P2G引脚连接。

直流电源接入端VCC_IN经电阻R25和电阻R47于第一三极管Q2A的集电极连接；第一三极管Q2A的集电极经电阻R47后与P1G引脚连接。直流电源接入端VCC_IN经电阻R35和电阻R11于第二三极管Q8的集电极连接；第二三极管Q8的集电极经电阻R11后与P2G引脚连接。

开关量转换电路400的第三输入端与STM32单片机的PC14引脚连接，然后经电阻R37与MOS管H桥410的N1G引脚连接，N1G引脚与第三二极管D6的正极连接；开关量转换电路400的第四输入端与STM32单片机的PC15引脚连接，然后经电阻R46与第四输入端与MOS管H桥410的N2G引脚连接；N2G引脚与第四二极管D5的正极连接；第三二极管D6的负极分别与第三三极管Q5A的集电极和第四三极管Q5B的集电极连接；第四二极管D5的负极分别与第三三极管Q5A的集电极和第四三极管Q5B的集电极连接；第三三极管Q5A与第四三极管Q5B的发射极接地；第四三极管Q5B的基极经电阻R40与MOS管H桥410的NNS引脚连接。NNS引脚经电阻R41后接地，电阻R40设置在R41与NNS引脚之间，可以阻止电流直接流向接地端。

第三三极管Q5A的基极与第五三极管Q2B的集电极连接；第五三极管Q2B的发射极与直流电源接入端VCC_IN连接，第五三极管Q2B的基极经电阻R6与直流电源接入端VCC_IN连接。MOS管H桥410的PPS引脚先经电阻R7与电阻R6连接，然后经电阻R6与直流电源接入端VCC_IN连接。

第一二极管D1的正极与第五三极管Q2B的集电极连接；第一二极管D1的负极与P2G引脚连接；第二二极管D2正极与第五三极管Q2B的集电极连接；第二二极管D2的负极与P1G引脚连接；MOS管H桥410的NP1D引脚与第一输出端OUT_A连接；MOS管H桥410的NP2D引脚与第二输出端OUT_B连接。

通过上述电路结构，主控单元100可以将检测信号发送给开关量转换电路400转换为PNP或者NPN开关量输出信号，然后通过OUT_A和OUT_B进行输出，实现了两种类型开关量信号的输出。

需要说明的是，上述STM32单片机的各个I/O口并不局限于上述的连接方式，可以根据实际情况进行设置。数字量转换电路300也可以使用CMOS电路，可以根据实际应用需求进行选择。

请参看图6，图6 是本申请实施例提供的保护电路结构示意图。本申请实施例提供了一种保护电路500。该保护电路500包括直流输入电源接入端VCC_IN；与直流输入电源接入端VCC_IN连接的第一钳位二极管DW2，第一钳位二极管DW2与接近开关的第一输出端OUT_A连接；与直流输入电源接入端VCC_IN连接的第二钳位二极管DW3；第二钳位二极管DW3与接近开关的第二输出端OUT_B连接。第一钳位二极管DW2和第二钳位二极管DW3均包括两个对接的二极管，两个二极管的负极连接在一起。具体地，DW2其中一个二极管正极接地；另一个二极管的正极与第一输出端OUT_A连接，两个二极管的负极与直流输入电源接入端VCC_IN连接。DW3其中一个二极管正极接地，另一个二极管的正极与第二输出端OUT_B连接，两个二极管的负极与直流输入电源接入端VCC_IN连接。

通过上述保护电路500，实现了对接近开关的输出进行静电保护和过压保护。

综上所述，本申请实施例提供一种多输出集成式接近开关，包括主控单元；与主控单元连接的模拟量转换电路；与主控单元连接的数字量转换电路；与主控单元连接的开关量转换电路；接近开关包括第一输出端和第二输出端；模拟量转换电路的输出端与第一输出端连接；数字量转换电路包括第三输出端和第四输出端；第三输出端与第一输出端连接；第四输出端与第二输出端连接；开关量转换电路包括第五输出端和第六输出端；第五输出端与第一输出端连接；第六输出端与第二输出端连接；主控单元可以将检测信号发送给模拟量转换电路转换为模拟量信号，或者发送给数字量转换电路转换为数字量信号，或者开关量转换电路转换为开关量信号，同一接近开关提供了多种形式的输出，满足了不同场景下的应用需求，使用更加便捷。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多输出集成式接近开关，其特征在于，包括主控单元；与所述主控单元连接的模拟量转换电路；与所述主控单元连接的数字量转换电路；与所述主控单元连接的开关量转换电路；所述多输出集成式接近开关包括第一输出端和第二输出端；所述模拟量转换电路的输出端与所述第一输出端连接；所述数字量转换电路包括第三输出端和第四输出端；所述第三输出端与所述第一输出端连接；所述第四输出端与所述第二输出端连接；所述开关量转换电路包括第五输出端和第六输出端；所述第五输出端与所述第一输出端连接；所述第六输出端与所述第二输出端连接；所述主控单元将检测信号发送给所述模拟量转换电路转换为模拟量信号进行输出；或者，所述主控单元将所述检测信号发送给所述数字量转换电路转换为数字量信号进行输出；或者，所述主控单元将所述检测信号发送给所述开关量转换电路转换为开关量信号进行输出；

还包括保护电路；所述保护电路第一端与所述第一输出端连接；所述保护电路第二端与所述第二输出端连接；

所述开关量转换电路包括直流电源接入端、第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管以及MOS管H桥；

所述第一输入端与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的发射极接地；所述第一三极管的集电极与所述MOS管H桥的P1G引脚连接；

所述第二输入端与所述第二三极管的基极连接；所述第二三极管的发射极接地；所述第二三极管的集电极与所述MOS管H桥的P2G引脚连接；所述直流电源接入端分别与所述第一三极管的集电极和所述第二三极管的集电极连接；

所述第三输入端与所述MOS管H桥的N1G引脚连接，所述N1G引脚与所述第三二极管正极连接；所述第四输入端与所述MOS管H桥的N2G引脚连接；所述N2G引脚与所述第四二极管正极连接；所述第三二极管的负极分别与所述第三三极管的集电极和所述第四三极管的集电极连接；所述第四二极管的负极分别与所述第三三极管的集电极和所述第四三极管的集电极连接；所述第三三极管与所述第四三极管的发射极接地；所述第四三极管的基极与所述MOS管H桥的NNS引脚连接；

所述第三三极管的基极与所述第五三极管的集电极连接；所述第五三极管的发射极和基极与所述直流电源接入端连接；所述直流电源接入端与所述MOS管H桥的PPS引脚连接；

所述第一二极管正极与所述第五三极管的集电极连接；所述第一二极管的负极与所述P2G引脚连接；所述第二二极管正极与所述第五三极管的集电极连接；所述第二二极管的负极与所述P1G引脚连接；

所述MOS管H桥的NP1D引脚与所述第一输出端连接；所述MOS管H桥的NP2D引脚与所述第二输出端连接。

2.根据权利要求1所述的多输出集成式接近开关，其特征在于，所述保护电路包括直流输入电源接入端；与所述直流输入电源接入端连接的第一钳位二极管，所述第一钳位二极管与所述多输出集成式接近开关的第一输出端连接；与所述直流输入电源接入端连接的第二钳位二极管；所述第二钳位二极管与所述多输出集成式接近开关的第二输出端连接。

3.根据权利要求1所述的多输出集成式接近开关，其特征在于，所述数字量转换电路为TTL电路；所述TTL电路包括第五输入端、第六输入端；所述主控单元包括RS232接口，所述RS232接口的RX引脚与所述第五输入端连接；所述RS232接口的TX引脚与所述第六输入端连接。

4.根据权利要求1所述的多输出集成式接近开关，其特征在于，所述模拟量转换电路包括数模转换器；所述数模转换器包括电流输出引脚和缓冲模拟输出电压引脚；所述电流输出引脚和所述缓冲模拟输出电压引脚与所述第一输出端连接。

5.根据权利要求1所述的多输出集成式接近开关，其特征在于，所述模拟量转换电路产生4-20mA的输出。

6.根据权利要求1所述的多输出集成式接近开关，其特征在于，所述模拟量转换电路产生0-5V的输出。

7.根据权利要求1所述的多输出集成式接近开关，其特征在于，所述模拟量转换电路产生0-10V的输出。

8.根据权利要求1所述的多输出集成式接近开关，其特征在于，所述开关量转换电路产生PNP输出或者NPN输出。