CN110955164A - 一种单通道多路信号采集电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号采集技术领域，公开了一种单通道多路信号采集电路，包括电源电路、信号选通电路、接口选择电路、控制器以及至少两个传感器；各所述传感器分别与所述电源电路电连接，各所述传感器分别与所述信号选通电路电连接，所述信号选通电路与所述接口选择电路电连接，所述接口选择电路与不同类型的数据接口电连接，并通过所述数据接口电连接不同类型的采集终端，各所述传感器、信号选通电路、接口选择电路以及电源电路均与所述控制器电连接。本发明具有在单一通道下实现多路不同类型信号采集的技术效果。

Description

一种单通道多路信号采集电路

技术领域

本发明涉及信号采集技术领域，具体涉及一种单通道多路信号采集电路。

背景技术

在移动互联网的发展浪潮下，人工智能也日益为人类发挥着越来越重要的作用，在人工智能的感知层，传感器扮演着不可磨灭的作用，而传感器繁多的通讯信号类型给电路设计带来一定的复杂性。如何通过单一通道获取多路不同类型传感器的信号数据成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种单通道多路信号采集电路，解决现有技术中多路不同类型传感器的信号数据的采集需要通过多通道的复杂电路实现的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种单通道多路信号采集电路，包括电源电路、信号选通电路、接口选择电路、控制器以及至少两个传感器；

各所述传感器分别与所述电源电路电连接，各所述传感器分别与所述信号选通电路电连接，所述信号选通电路与所述接口选择电路电连接，所述接口选择电路与不同类型的数据接口电连接，并通过所述数据接口电连接不同类型的采集终端，各所述传感器、信号选通电路、接口选择电路以及电源电路均与所述控制器电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明中控制器与各传感器电连接，从而感知各传感器的接入与否。信号选通电路提供多条信号通道，控制器感知到某一传感器接入后，控制信号选通电路内的相应的信号通道导通，使得相应的传感器接入进行信号的采集传输，从而实现不同传感器采集的不同类型信号的选择性接通。另外，不同的传感器的信号类型不同，因此需要通过不同的接口与采集终端电连接。控制器控制接口选择电路内一通道接通，使得传感器与相应类型的数据接口电连接，使得传感器可以与相应的采集终端电连接，将其采集的数据传输至相应的采集终端。本发明通过单一通道实现了多个传感器所采集的多路不同类型信号的选择性采集，电路结构简单。

附图说明

图1是本发明提供的单通道多路信号采集电路一实施方式的电路结构图；

图2是本发明提供的传感器一实施方式的引脚结构示意图；

图3是本发明提供的传感器一实施方式的电路图；

图4是本发明提供的信号选通电路一实施方式的电路图；

图5是本发明提供的接口选择电路一实施方式的电路图；

图6是本发明提供的电源电路一实施方式的电路图。

附图标记：

1、电源电路，2、信号选通电路，3、接口选择电路，4、控制器，5、传感器，6、数据接口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明的实施例1提供了单通道多路信号采集电路，包括电源电路1、信号选通电路2、接口选择电路3、控制器4以及至少两个传感器5；

各所述传感器5分别与所述电源电路1电连接，各所述传感器5分别与所述信号选通电路2电连接，所述信号选通电路2与所述接口选择电路3电连接，所述接口选择电路3与不同类型的数据接口6电连接，并通过所述数据接口6电连接不同类型的采集终端，各所述传感器5、信号选通电路2、接口选择电路3以及电源电路1均与所述控制器4电连接。

通常一个采集终端需要采集的传感器5数据不只一路，如环境、气象、土壤等多种数据汇集到一个采集终端进行处理，所需要的传感器5的接入通道就会很多，为了节约控制器4的外设资源以降低成本，本实施例提供一种可同时接入多路不同类型传感器5同时只用消耗少量控制器4外设资源的方法。具体的，控制器4与各传感器5电连接，从而感知各传感器5的接入与否。信号选通电路2提供多条信号通道，控制器4感知到某一传感器5接入后，控制信号选通电路2内的相应的信号通道导通，使得相应的传感器5接入进行信号的采集传输，从而实现不同传感器5采集的不同类型信号的选择性接通。另外，不同的传感器5的信号类型不同，因此需要通过不同的接口与采集终端电连接。控制器4控制接口选择电路3内一通道接通，使得传感器5与相应类型的数据接口6电连接，使得传感器5可以与相应的采集终端电连接，将其采集的数据传输至相应的采集终端。本发明通过单一通道实现了多个传感器5所采集的多路不同类型信号的选择性采集，电路结构简单。

本发明实现单通道多路不同类型信号的采集，让控制器4能够简单方便的通过单一通道获取多路不同类型传感器5的信号数据。

优选的，如图2、图3所示，所述传感器5包括电源引脚、地引脚、信号引脚以及接入识别引脚；

所述传感器5的电源引脚与所述电源电路1电连接，所述传感器5的地引脚与接入识别引脚电连接，所述传感器5的接入识别引脚与所述控制器4电连接，所述传感器5的信号引脚与所述信号选通电路2电连接。

本实施例中将各传感器5的接口统一为五个引脚的接口，五个引脚分别为：电源引脚(VCC)、地引脚(GND)、第一信号引脚(SIG1)、第二信号2引脚(SIG2)、接入识别引脚(CHECK)。如图2，其中接入识别引脚(CHECK)是用于传感器5接入识别的，将传感器5的接入识别引脚(CHECK)与地引脚(GND)短接。当传感器5接入到信号选通电路2时接入识别引脚(CHECK)将会在信号选通电路2中产生一个下降沿的电平变化信号，此下降沿信号将以中断的方式让控制器4知道有传感器5接入，此方法以确保控制器4能高效的执行相应的动作。本实施例中信号引脚的数量为两个，应该理解的，信号引脚的数量还可以设置为其他数量，只要所有传感器5的接口规格相同即可。

优选的，所述信号选通电路2包括模拟开关芯片；

所述模拟开关芯片的地址引脚与所述控制器4电连接，所述模拟开关芯片的各输入引脚分别与各所述传感器5电连接，所述模拟开关芯片的输出引脚与所述接口选择电路3电连接。

具体的，控制器4通过控制地址引脚实现各输入引脚所连接的各传感器5选择性接入，使得其中一传感器5的采集信号传输至输出引脚所连接的接口选择电路3。模拟开关芯片的数量与传感器5的信号引脚的数量相等且一一对应，传感器5的各信号引脚与各模拟开关芯片一一对应电连接。

优选的，所述模拟开关芯片的型号为74HC4067，所述模拟开关芯片的S0引脚、S1引脚、S2引脚以及S3引脚分别与所述控制器4电连接，所述模拟开关芯片的Y0引脚、Y1引脚、Y2引脚、Y3引脚、Y4引脚、Y5引脚、Y6引脚、Y7引脚、Y8引脚、Y9引脚、Y10引脚、Y11引脚、Y12引脚、Y13引脚、Y14引脚以及Y15引脚分别与各所述传感器5电连接，所述模拟开关芯片的Z引脚与所述接口选择电路3电连接，所述模拟开关芯片的VCC引脚接电源，所述模拟开关芯片的GND引脚接地。

本实施例中选用型号为74HC4067的模拟开关芯片，这款模拟开关芯片是一路切十六路的模拟开关芯片。具体的，如图4所示，由于本实施例中传感器5的接口包括两个信号引脚，因此这里对应选择两片模拟开关芯片构成信号选通电路2；其中一片模拟开关芯片U5的S0引脚、S1引脚、S2引脚以及S3引脚分别与所述控制器4电连接，所述模拟开关芯片U5的Y0引脚、Y1引脚、Y2引脚、Y3引脚、Y4引脚、Y5引脚、Y6引脚、Y7引脚、Y8引脚、Y9引脚、Y10引脚、Y11引脚、Y12引脚、Y13引脚、Y14引脚以及Y15引脚分别与各所述传感器5的第一信号引脚(SIG1)电连接，所述模拟开关芯片U5的Z引脚与所述接口选择电路3电连接，所述模拟开关芯片U5的VCC引脚接电源，所述模拟开关芯片U5的GND引脚接地；另一片模拟开关芯片U6的S0引脚、S1引脚、S2引脚以及S3引脚分别与所述控制器4电连接，所述模拟开关芯片U6的Y0引脚、Y1引脚、Y2引脚、Y3引脚、Y4引脚、Y5引脚、Y6引脚、Y7引脚、Y8引脚、Y9引脚、Y10引脚、Y11引脚、Y12引脚、Y13引脚、Y14引脚以及Y15引脚分别与各所述传感器5的第二信号引脚(SIG2)电连接，所述模拟开关芯片U6的Z引脚与所述接口选择电路3电连接，所述模拟开关芯片U6的VCC引脚接电源，所述模拟开关芯片U6的GND引脚接地。

各路传感器5的第一信号引脚(SIG1)、第二信号引脚(SIG2)分别接到两片一路切十六路模拟开关芯片的0到15通道引脚上，两片一路切十六路模拟开关芯片可以通过四个地址引脚将0到15通道的任意一个通道切换到公共通道上，以此来实现单通道多路信号的传输问题。本实施例选用的模拟开关芯片是一路切十六路的，因此最多可以实现十六个传感器5所采集信号的选择性导通，如果要实现更多传感器5的选择性导通，可以选用其他切换路数更多的模拟开关芯片实现。

优选的，所述接口选择电路3包括选择开关芯片,所述选择开关芯片的地址引脚与所述控制器4电连接，所述选择开关芯片的输入引脚与所述信号选通电路2电连接，所述选择开关芯片的各输出引脚分别与各所述数据接口6电连接。

接口选择电路3的作用在于将单通道中接入的传感器5信号根据不同的传感器5类型来确定控制器4用什么数据接口6来处理传感器5数据。在仪器仪表常用的传感器5中，传感器5常用的通讯信号类型有，电流信号、电压信号、RS323信号、RS485信号、CAN信号等，为了节约控制器4的外设资源以降低成本，本实施例采用接口选择电路3实现可根据不同传感器5的通讯信号类型来调整当前通讯通道切换到对应的数据接口6。控制器4与传感器5电连接，用于检测传感器5的信号类型，控制器4与选择开关芯片的地址引脚电连接，用于控制选择开关芯片内与传感器5相匹配的数据接口6的通道导通，进而实现数据接口6的选择功能。

优选的，如图5所示，所述选择开关芯片的型号为74HC4052；

所述选择开关芯片的A引脚和B引脚分别与所述控制器4电连接，所述选择开关芯片的X引脚和Y引脚分别所述信号选通电路2电连接，所述选择开关芯片的X0引脚、Y0引脚、X1引脚、Y1引脚、X2引脚、Y2引脚、X3引脚以及Y3引脚分别与各所述数据接口6电连接，所述选择开关芯片的VCC引脚接电源，所述选择开关芯片的GND引脚接地，所述选择开关芯片的EN引脚接地。

本实施例中74HC4052为四通道两路的选择开关芯片，X引脚和Y引脚用于接收传感器5所采集的信号，控制器4通过通过A引脚和B引脚，使得X0引脚与Y0引脚、X1引脚与Y1引脚、X2引脚与Y2引脚、X3引脚与Y3引脚中的一路导通，X0引脚与Y0引脚、X1引脚与Y1引脚、X2引脚与Y2引脚、X3引脚与Y3引脚这四路分别电连接不同类型的数据接口6，实现数据接口6的选择。

优选的，所述数据接口6为UART接口，所述UART接口通过收发器与所述选择开关芯片电连接。

UART接口为异步收发接口，适用于采集终端与传感器5之间需要双向通信的情况，因此UART接口通过收发器与选择开关芯片电连接，通过收发器实现收、发双向通信。

具体的，如图5所示，本实施例中收发器选用型号为SP3485的收发芯片U2，选择开关芯片U3的VCC引脚接电源，选择开关芯片U3的VEE引脚、EN引脚以及GND引脚均接地，选择开关芯片U3的X引脚和Y引脚分别所述信号选通电路2电连接，所述选择开关芯片U3的X0引脚与收发芯片U2的A引脚电连接，所述选择开关芯片U3的Y0引脚与收发芯片U2的B引脚电连接，收发芯片U2的A引脚通过电阻R2与收发芯片U2的B引脚电连接，收发芯片U2的A引脚通过电阻R3接地，收发芯片U2的B引脚通过电阻R1接电源，收发芯片U2的VCC引脚接电源，收发芯片U2的RE引脚与收发芯片U2的DE引脚电连接，收发芯片U2的RO引脚与选择开关芯片U1的Y0引脚电连接，收发芯片U2的DI引脚与选择开关芯片U1的X0引脚电连接，选择开关芯片U1的A引脚和B引脚均与控制器4电连接，选择开关芯片U1的EN引脚和GND引脚均接地，所述选择开关芯片的VCC引脚接电源，所述选择开关芯片的GND引脚接地，选择开关芯片U1的X引脚和Y引脚分别与UART接口电连接，选择开关芯片U1的VEE引脚接地，选择开关芯片U1的VCC引脚接电源，所述选择开关芯片的EN引脚接地。

优选的，所述选择开关芯片的数量为多个，各所述选择开关芯片级联，所述信号选通电路2通过级联的多个所述选择开关芯片与各所述数据接口6电连接。

具体的，本实施例中采用两片选择开关芯片，如图5所示，选择开关芯片U3的X1引脚与选择开关芯片U4的X引脚电连接，选择开关芯片U3的Y1引脚与选择开关芯片U4的Y引脚电连接，选择开关芯片U4的VCC引脚接电源，选择开关芯片U4的VEE引脚、EN引脚以及GND引脚均接地，选择开关芯片U4的A引脚以及B引脚均与控制器4电连接，选择开关芯片U4的X1引脚和Y1引脚与一数据接口6电连接，选择开关芯片U4的X0引脚和Y0引脚与另一数据接口6电连接。

优选的，所述电源电路1包括多个不同输出电压的供电电源，还包括与所述供电电源一一对应的通断控制电路，所述供电电源与所述通断控制电路一一对应电连接，各所述通断控制电路均与所述控制器4电连接，各所述传感器5根据自身额定电压通过相应的通断控制电路与相应的供电电源电连接。

为适应目前市面上大部分传感器5的供电需求，本实施例提供多种不同输出电压的供电电源，同时通过通断控制电路控制相应供电电源的通断，为接入的传感器5提供合适的电源电压。

优选的，所述通断控制电路包括三极管、MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及二极管；

所述供电电源与所述MOS管的漏极电连接，所述MOS管的源极与所述二极管的阳极电连接，所述二极管的阴极与所述传感器5电连接，所述MOS管的漏极通过所述第一电阻与所述MOS管的栅极电连接，所述MOS管的栅极与所述三极管的集电极电连接，所述三极管的发射极通过所述第二电阻与所述三极管的基极电连接，所述三极管的基极通过所述第三电阻与所述控制器4电连接。

本实施例中提供了3.3V、5V、12V三种供电电源，具体的，如图6所示，3.3V供电电源与MOS管Q4的漏极电连接，所述MOS管Q4的源极与二极管D2的阳极电连接，所述二极管D3的阴极与所述传感器5电连接，所述MOS管Q4的漏极通过所述第一电阻R4与所述MOS管Q4的栅极电连接，所述MOS管Q4的栅极与所述三极管Q1的集电极电连接，所述三极管Q1的发射极通过所述第二电阻R7与所述三极管Q1的基极电连接，所述三极管Q1的基极通过所述第三电阻R10与所述控制器4电连接；5V供电电源与MOS管Q5的漏极电连接，所述MOS管Q5的源极与二极管D3的阳极电连接，所述二极管D3的阴极与所述传感器5电连接，所述MOS管Q5的漏极通过所述第一电阻R5与所述MOS管Q5的栅极电连接，所述MOS管Q5的栅极与所述三极管Q2的集电极电连接，所述三极管Q2的发射极通过所述第二电阻R8与所述三极管Q2的基极电连接，所述三极管Q2的基极通过所述第三电阻R11与所述控制器4电连接；12V供电电源与MOS管Q6的漏极电连接，所述MOS管Q6的源极与二极管D1的阳极电连接，所述二极管D1的阴极与所述传感器5电连接，所述MOS管Q6的漏极通过所述第一电阻R6与所述MOS管Q6的栅极电连接，所述MOS管Q6的栅极与所述三极管Q3的集电极电连接，所述三极管Q3的发射极通过所述第二电阻R9与所述三极管Q3的基极电连接，所述三极管Q3的基极通过所述第三电阻R12与所述控制器4电连接.控制器4通过三极管控制MOS管的通断来实现相应供电电源的通断。

具体的，本发明中信号选通电路2、接口选择电路3以及控制器4可由电源电路1进行供电，也可采用外部电源进行供电。由电源电路1供电时，不需要与通断控制电路电连接，直接与相应的供电电源电连接即可。

综上，本实施例提供的单通道多路信号采集电路中，控制器4可以通过接入识别引脚实时识别任意一个接入口的传感器5接入动作，控制器4根据对传感器5接入的检测在信号选通电路2中选择一路进行选通，即可实现多路传感器5信号通过单通道选择性传输的目的，多路传感器5只占用控制器4的单一通道，不会占用过多资源。控制器4还可检测传感器5的信号类型，根据信号类型选择性为传感器5配置多种数据接口6中任意一种。同时为传感器5接入多种不同供电电压，以适应不同种类的传感器5。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单通道多路信号采集电路，其特征在于，包括电源电路、信号选通电路、接口选择电路、控制器以及至少两个传感器；

各所述传感器分别与所述电源电路电连接，各所述传感器分别与所述信号选通电路电连接，所述信号选通电路与所述接口选择电路电连接，所述接口选择电路与不同类型的数据接口电连接，并通过所述数据接口电连接不同类型的采集终端，各所述传感器、信号选通电路、接口选择电路以及电源电路均与所述控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的单通道多路信号采集电路，其特征在于，所述传感器包括电源引脚、地引脚、信号引脚以及接入识别引脚；

所述传感器的电源引脚与所述电源电路电连接，所述传感器的地引脚与接入识别引脚电连接，所述传感器的接入识别引脚与所述控制器电连接，所述传感器的信号引脚与所述信号选通电路电连接。

3.根据权利要求1所述的单通道多路信号采集电路，其特征在于，所述信号选通电路包括模拟开关芯片；

所述模拟开关芯片的地址引脚与所述控制器电连接，所述模拟开关芯片的各输入引脚分别与各所述传感器电连接，所述模拟开关芯片的输出引脚与所述接口选择电路电连接。

4.根据权利要求3所述的单通道多路信号采集电路，其特征在于，所述模拟开关芯片的型号为74HC4067，所述模拟开关芯片的S0引脚、S1引脚、S2引脚以及S3引脚分别与所述控制器电连接，所述模拟开关芯片的Y0引脚、Y1引脚、Y2引脚、Y3引脚、Y4引脚、Y5引脚、Y6引脚、Y7引脚、Y8引脚、Y9引脚、Y10引脚、Y11引脚、Y12引脚、Y13引脚、Y14引脚以及Y15引脚分别与各所述传感器电连接，所述模拟开关芯片的Z引脚与所述接口选择电路电连接，所述模拟开关芯片的VCC引脚接电源，所述模拟开关芯片的GND引脚接地。

5.根据权利要求1所述的单通道多路信号采集电路，其特征在于，所述接口选择电路包括选择开关芯片,所述选择开关芯片的地址引脚与所述控制器电连接，所述选择开关芯片的输入引脚与所述信号选通电路电连接，所述选择开关芯片的各输出引脚分别与各所述数据接口电连接。

6.根据权利要求5所述的单通道多路信号采集电路，其特征在于，所述选择开关芯片的型号为74HC4052；

所述选择开关芯片的A引脚和B引脚分别与所述控制器电连接，所述选择开关芯片的X引脚和Y引脚分别所述信号选通电路电连接，所述选择开关芯片的X0引脚、Y0引脚、X1引脚、Y1引脚、X2引脚、Y2引脚、X3引脚以及Y3引脚分别与各所述数据接口电连接，所述选择开关芯片的VCC引脚接电源，所述选择开关芯片的GND引脚接地，所述选择开关芯片的EN引脚接地。

7.根据权利要求5所述的单通道多路信号采集电路，其特征在于，所述数据接口为UART接口，所述UART接口通过收发器与所述选择开关芯片电连接。

8.根据权利要求5所述的单通道多路信号采集电路，其特征在于，所述选择开关芯片的数量为多个，各所述选择开关芯片级联，所述信号选通电路通过级联的多个所述选择开关芯片与各所述数据接口电连接。

9.根据权利要求1所述的单通道多路信号采集电路，其特征在于，所述电源电路包括多个不同输出电压的供电电源，还包括与所述供电电源一一对应的通断控制电路，所述供电电源与所述通断控制电路一一对应电连接，各所述通断控制电路均与所述控制器电连接，各所述传感器根据自身额定电压通过相应的通断控制电路与相应的供电电源电连接。

10.根据权利要求9所述的单通道多路信号采集电路，其特征在于，所述通断控制电路包括三极管、MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及二极管；

所述供电电源与所述MOS管的漏极电连接，所述MOS管的源极与所述二极管的阳极电连接，所述二极管的阴极与所述传感器电连接，所述MOS管的漏极通过所述第一电阻与所述MOS管的栅极电连接，所述MOS管的栅极与所述三极管的集电极电连接，所述三极管的发射极通过所述第二电阻与所述三极管的基极电连接，所述三极管的基极通过所述第三电阻与所述控制器电连接。

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