CN111308195A - 一种用于复合频率信号测量的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及频率信号测量技术领域，尤其涉及一种用于复合频率信号测量的电路，包括接近开关型检测电路、电压幅值频率信号输入检测电路、晶体管频率信号输入检测电路和MCU，接近开关频率信号通过接近开关型检测电路处理后转换成TTL电平信号输出给MCU；电压幅值频率信号通过电压幅值频率信号输入检测电路转换成频率方波信号输出给MCU；晶体管频率信号通过晶体管频率信号输入检测电路转换成TTL电平信号输出给MCU。本发明适合大多数频率测量工业场合，解决了因频率幅值不固定、多信号输入类型而导致的测量误差或无法测量等问题，频率信号通过不同的端口输入，无需跳线即可匹配不同的信号类型，提高了产品的通用性，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及频率信号测量技术领域，尤其涉及一种用于复合频率信号测量的电路。
背景技术
随着工业智能仪表技术的飞速发展，在不同的工业场合，频率输入种类更加丰富，如：现场NAMUR接近开关型频率信号、晶体管(NPN或PNP)型频率信号、电压幅值频率信号输入等。因不同类型的频率信号其驱动电压和工作原理不一样，NAMUR型频率信号标准驱动电压为8.2V，ON状态下，电流≥2.1mA，OFF状态下，电流≦1.2mA；晶体管型频率信号常用驱动电压为24V，采用OC门输出高低电平；电压幅值频率信号为有源频率信号，一般由传感器直接输出交流频率信号。单一的频率(常规电压幅值)检测方法已经不能满足实际需求，集中表现为电压幅值检测技术方案适用面较窄，而且单一开发成本较高。
同时，目前的频率传感器信号检测容易受到现场尖峰脉冲干扰及传感器输出频率幅值的影响，通常的电路会依据现场的实际频率高、低电平范围定向设计。当传感器输出的频率幅值不在电路的设计范围之内时，将会导致检测电路测不准或测不到的问题。另外，多种类型的频率信号还需要不同的端口，甚至还需要跳线等，产品通用性差，开发成本高。
发明内容
本发明提供了一种用于复合频率信号测量的电路，自适应多种频率信号输入，通用性高，开发成本低。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种用于复合频率信号测量的电路，包括接近开关型检测电路、电压幅值频率信号输入检测电路、晶体管频率信号输入检测电路和MCU，接近开关频率信号通过接近开关型检测电路处理后转换成TTL电平信号输出给MCU；电压幅值频率信号通过电压幅值频率信号输入检测电路转换成频率方波信号输出给MCU；晶体管频率信号通过晶体管频率信号输入检测电路转换成TTL电平信号输出给MCU；MCU用于测量频率信号的周期从而得出频率值。
作为本发明的优化方案，接近开关型检测电路包括激励源、第一滤波电路、第一取样电路和第一比较电路，激励源用于为接近开关提供工作电源，接近开关频率信号经过第一滤波电路滤除其中的杂波后输出给第一取样电路，第一取样电路将滤除杂波的接近开关频率信号的幅值固定后输出给第一比较电路，第一比较电路用于将第一取样电路输出的信号转换成TTL电平信号输出给MCU。
作为本发明的优化方案，第一滤波电路为第一电容C1，第一取样电路为第一电阻R1，第一比较电路为第一比较器U1，接近开关频率信号经过第一电容C1滤除干扰信号，第一电阻R1将滤除干扰信号后的接近开关频率信号的幅值固定后输出给第一比较器U1的输入端进行处理后输出TTL电平信号。
作为本发明的优化方案，第一取样电路和第一比较电路之间设置有第二滤波电路。
作为本发明的优化方案，电压幅值频率信号输入检测电路包括端口保护电路、隔直电路、限幅电路、第二比较电路和整形电路，电压幅值频率信号经过端口保护电路保护后经过隔直电路去除直流分量，从隔直电路输出的信号再经过限幅电路钳位幅值电压，从限幅电路输出的信号经过第二比较电路将电压频率信号转换成TTL电平频率信号，最后经过整形电路转换成频率方波信号输出给MCU。
作为本发明的优化方案，端口保护电路包括第四电阻R4和第五电阻R5，隔直电路包括第四电容C4，限幅电路为第六电阻R6，第二比较电路为第二比较器U2，输入的电压幅值频率信号依次经过第四电阻R4和第五电阻R5限流后输入第四电容C4，第四电容C4对输入的信号去除直流分量后输出给第六电阻R6钳位幅值电压，从第六电阻R6输出的电压经过第二比较器U2将电压频率信号转换成TTL电平频率信号。
作为本发明的优化方案，限幅电路和第二比较电路之间设置有第三滤波电路。
作为本发明的优化方案，晶体管频率信号输入检测电路包括电压驱动电路、第三取样电路、PNP型比较电路和NPN型比较电路，电压驱动电路用于为晶体管提供工作电源，晶体管频率信号经第三取样电路后进入PNP型比较电路或NPN型比较电路。
作为本发明的优化方案，第三取样电路为第八电阻R8，PNP型比较电路为第三比较器U3，NPN型比较电路为第四比较器U4，晶体管频率信号经第八电阻R8转换为电压，第三比较器U3或第四比较器U4将第八电阻R8转换后的电压与本身预制的电压进行比较，从而判断晶体管为NPN型或PNP型，并输出TTL电平信号。
作为本发明的优化方案，第三取样电路和PNP型比较电路之间设置有第四滤波电路。
本发明具有积极的效果：1)本发明支持多种频率信号输入检测，自适应多种不同的频率输入信号类型；
2)本发明适合大多数频率测量工业场合，解决了因频率幅值不固定、多信号输入类型而导致的测量误差或无法测量等问题，频率信号通过不同的端口输入，无需跳线即可匹配不同的信号类型，实现一机多能的特点，减少了品种，提高了产品的通用性和减少了开发成本；
3)本发明既可同时支持多种频率信号输入检测，在非同时多种频率信号输入时，还可以通过复用端子减少端子数量，进一步降低了开发成本。
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为本发明的整体结构框图；
图2为接近开关型检测电路的结构框图；
图3为增加滤波电路的接近开关型检测电路的结构框图；
图4为接近开关型检测电路的电路原理图；
图5为电压幅值频率信号输入检测电路的结构框图；
图6为增加滤波电路的电压幅值频率信号输入检测电路的结构框图；
图7为电压幅值频率信号输入检测电路的电路原理图；
图8为晶体管频率信号输入检测电路的结构框图；
图9为增加滤波电路的晶体管频率信号输入检测电路的结构框图；
图10为晶体管频率信号输入检测电路的电路原理图。
其中：1、接近开关型检测电路，2、电压幅值频率信号输入检测电路，3、晶体管频率信号输入检测电路，11、激励源，12、第一滤波电路，13、第一取样电路，14、第一比较电路，15、第二滤波电路，21、端口保护电路，22、隔直电路，23、限幅电路，24、第二比较电路，25、整形电路，26、第三滤波电路，31、电压驱动电路，32、第三取样电路，33、PNP型比较电路，34、NPN型比较电路，35、第四滤波电路。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种用于复合频率信号测量的电路，包括接近开关型检测电路1、电压幅值频率信号输入检测电路2、晶体管频率信号输入检测电路3和MCU，接近开关频率信号通过接近开关型检测电路1处理后转换成TTL电平信号输出给MCU；电压幅值频率信号通过电压幅值频率信号输入检测电路2转换成频率方波信号输出给MCU；晶体管频率信号通过晶体管频率信号输入检测电路3转换成TTL电平信号输出给MCU；其中，MCU用于测量频率信号的周期并根据f＝1/T计算得出频率值。接近开关型检测电路1、电压幅值频率信号输入检测电路2、晶体管频率信号输入检测电路3三个电路分别工作，互相不干扰，通过不同的输入端口即可匹配不同的频率输入信号类型。
如图2所示，接近开关型检测电路1包括激励源11、第一滤波电路12、第一取样电路13和第一比较电路14，激励源11用于为接近开关提供工作电源，接近开关频率信号经过第一滤波电路12滤除其中的杂波后输出给第一取样电路13，第一取样电路13将滤除杂波的接近开关频率信号的幅值固定后输出给第一比较电路14，第一比较电路14用于将第一取样电路13输出的信号转换成TTL电平信号输出给MCU。如图3所示，第一取样电路13和第一比较电路14之间设置有第二滤波电路15。
如图4所示，第一滤波电路12为第一电容C1，第一取样电路13为第一电阻R1，第一比较电路14为第一比较器U1，接近开关频率信号经过第一电容C1滤除干扰信号，第一电阻R1将滤除干扰信号后的接近开关频率信号的幅值固定后输出给第一比较器U1的输入端，第一比较器U1进行处理后输出TTL电平信号。第二滤波电路15包括第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2和第三电容C3组成的二阶滤波电路。
如图5所示，电压幅值频率信号输入检测电路2包括端口保护电路21、隔直电路22、限幅电路23、第二比较电路24和整形电路25，电压幅值频率信号经过端口保护电路21保护后经过隔直电路22去除直流分量，从隔直电路22输出的信号再经过限幅电路23钳位幅值电压，从限幅电路23输出的信号经过第二比较电路24将电压频率信号转换成TTL电平频率信号，最后经过整形电路25转换成频率方波信号输出给MCU。如图6所示，限幅电路23和第二比较电路24之间设置有第三滤波电路26。
如图7所示，端口保护电路21包括第四电阻R4和第五电阻R5，隔直电路22包括第四电容C4，限幅电路23为第六电阻R6，第二比较电路24为第二比较器U2，输入的电压幅值频率信号依次经过第四电阻R4和第五电阻R5限流后输入第四电容C4，第四电容C4对输入的信号去除直流分量后输出给第六电阻R6钳位幅值电压，从第六电阻R6输出的电压经过第二比较器U2将电压频率信号转换成TTL电平频率信号。其中，第三滤波电路26包括第七电阻R7和第五电容C5。
如图8所示，晶体管频率信号输入检测电路3包括电压驱动电路31、第三取样电路32、PNP型比较电路33和NPN型比较电路34，电压驱动电路31用于为晶体管提供工作电源，晶体管频率信号经第三取样电路32后进入PNP型比较电路33或NPN型比较电路34。PNP型比较电路33或NPN型比较电路34分别预制不同的比较电压实现晶体管的NPN型号或PNP型号的辨别，如果频率电压为高值则NPN型比较电路34起作用，反之则PNP型比较电路33起作用。如图9所示，第三取样电路32和PNP型比较电路33之间设置有第四滤波电路35。
如图10所示，第三取样电路32为第八电阻R8，PNP型比较电路33为第三比较器U3，NPN型比较电路34为第四比较器U4，晶体管频率信号经第八电阻R8转换为电压，第三比较器U3或第四比较器U4将第八电阻R8转换后的电压与本身预制的电压进行比较后判断晶体管为NPN型或PNP型，并输出TTL电平信号。晶体管频率信号经过限流后，被第八电阻R8转换为电压，经过第九电阻R9和第六电容C6组成的第四滤波电路35滤波后，分别与后端的第三比较器U3或第四比较器U4进行比较，当晶体管型号为NPN型时，晶体管频率信号电压为高值，即高电平大于8V，第四比较器U4的预制电压为8V，所以与第四比较器U4比较；当晶体管型号为PNP型时，晶体管频率信号电压为低值，即高电平小于4V，第三比较器U3的预制电压为4V，所以与第三比较器U3比较；因为NPN型晶体管与PNP型晶体管比较电压有差异，测量时两者相互独立，互不干扰。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于复合频率信号测量的电路，其特征在于：包括接近开关型检测电路(1)、电压幅值频率信号输入检测电路(2)、晶体管频率信号输入检测电路(3)和MCU，接近开关频率信号通过接近开关型检测电路(1)处理后转换成TTL电平信号输出给MCU；电压幅值频率信号通过电压幅值频率信号输入检测电路(2)转换成频率方波信号输出给MCU；晶体管频率信号通过晶体管频率信号输入检测电路(3)转换成TTL电平信号输出给MCU；所述的MCU用于测量频率信号的周期从而得出频率值。
2.根据权利要求1所述的一种用于复合频率信号测量的电路，其特征在于：所述的接近开关型检测电路(1)包括激励源(11)、第一滤波电路(12)、第一取样电路(13)和第一比较电路(14)，所述的激励源(11)用于为接近开关提供工作电源，接近开关频率信号经过第一滤波电路(12)滤除其中的杂波后输出给第一取样电路(13)，所述的第一取样电路(13)将滤除杂波的接近开关频率信号的幅值固定后输出给第一比较电路(14)，所述的第一比较电路(14)用于将第一取样电路(13)输出的信号转换成TTL电平信号输出给MCU。
3.根据权利要求2所述的一种用于复合频率信号测量的电路，其特征在于：所述的第一滤波电路(12)为第一电容C1，所述的第一取样电路(13)为第一电阻R1，所述的第一比较电路(14)为第一比较器U1，接近开关频率信号经过第一电容C1滤除干扰信号，第一电阻R1将滤除干扰信号后的接近开关频率信号的幅值固定后输出给第一比较器U1的输入端进行处理后输出TTL电平信号。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于复合频率信号测量的电路，其特征在于：第一取样电路(13)和第一比较电路(14)之间设置有第二滤波电路(15)。
5.根据权利要求1所述的一种用于复合频率信号测量的电路，其特征在于：电压幅值频率信号输入检测电路(2)包括端口保护电路(21)、隔直电路(22)、限幅电路(23)、第二比较电路(24)和整形电路(25)，电压幅值频率信号经过端口保护电路(21)保护后经过隔直电路(22)去除直流分量，从隔直电路(22)输出的信号再经过限幅电路(23)钳位幅值电压，从限幅电路(23)输出的信号经过第二比较电路(24)将电压频率信号转换成TTL电平频率信号，最后经过整形电路(25)转换成频率方波信号输出给MCU。
6.根据权利要求5所述的一种用于复合频率信号测量的电路，其特征在于：所述的端口保护电路(21)包括第四电阻R4和第五电阻R5，所述的隔直电路(22)包括第四电容C4，所述的限幅电路(23)为第六电阻R6，所述的第二比较电路(24)为第二比较器U2，输入的电压幅值频率信号依次经过第四电阻R4和第五电阻R5限流后输入第四电容C4，第四电容C4对输入的信号去除直流分量后输出给第六电阻R6钳位幅值电压，从第六电阻R6输出的电压经过第二比较器U2将电压频率信号转换成TTL电平频率信号。
7.根据权利要求5或6所述的一种用于复合频率信号测量的电路，其特征在于：限幅电路(23)和第二比较电路(24)之间设置有第三滤波电路(26)。
8.根据权利要求1所述的一种用于复合频率信号测量的电路，其特征在于：晶体管频率信号输入检测电路(3)包括电压驱动电路(31)、第三取样电路(32)、PNP型比较电路(33)和NPN型比较电路(34)，所述的电压驱动电路(31)用于为晶体管提供工作电源，晶体管频率信号经第三取样电路(32)后进入PNP型比较电路(33)或NPN型比较电路(34)。
9.根据权利要求8所述的一种用于复合频率信号测量的电路，其特征在于：所述的第三取样电路(32)为第八电阻R8，所述的PNP型比较电路(33)为第三比较器U3，所述的NPN型比较电路(34)为第四比较器U4，晶体管频率信号经第八电阻R8转换为电压，第三比较器U3或第四比较器U4将第八电阻R8转换后的电压与本身预制的电压进行比较，从而判断晶体管为NPN型或PNP型，并输出TTL电平信号。
10.根据权利要求8或9所述的一种用于复合频率信号测量的电路，其特征在于：第三取样电路(32)和PNP型比较电路(33)之间设置有第四滤波电路(35)。
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| CN202010309300.3A CN111308195A (zh) | 2020-04-20 | 2020-04-20 | 一种用于复合频率信号测量的电路 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112345812A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-02-09 | 华东光电集成器件研究所 | 一种放大器信号幅频检测电路 |
| CN113702716A (zh) * | 2021-10-28 | 2021-11-26 | 西安热工研究院有限公司 | 一种多通道冗余频率计数板卡结构 |
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2020
- 2020-04-20 CN CN202010309300.3A patent/CN111308195A/zh active Pending
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