CN112367074B - 一种单套接口多功能隔离信号处理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单套接口多功能隔离信号处理电路，包括：电源端口、第一信号端口、第二信号端口和接地端口；供电电源，连接电源端口；信号处理电路、第一电阻、第一开关、第二开关和第三开关，信号处理电路包括第一输入端和第二输入端；第一开关和第一电阻串联连接于信号处理电路的第一输入端和第二输入端之间；第二开关连接于第一信号端口和信号处理电路的第二输入端之间，第三开关连接于第二信号端口和信号处理电路的第二输入端之间；控制器，连接信号处理电路的输出端，并控制第一开关、第二开关和第三开关的导通或者关断。本发明公开的一种单套接口多功能隔离信号处理电路，解决了多功能信号处理电路模块体积大、接口多的问题，实现电路模块小型化、简单化的效果。

Description

一种单套接口多功能隔离信号处理电路

技术领域

本发明实施例涉及自动控制领域，尤其涉及一种单套接口多功能隔离信号处理电路。

背景技术

在工业生产过程中，实现自动控制的前提是将工业生产过程的工艺参数、工况逻辑和设备运行状况等物理量经过传感器或变送器转变为计算机可以识别的电信号或逻辑量。控制系统使用的自动化控制器特别是船用控制器在使用时往往需要采集或者输出多种信号，例如：毫伏(mV)信号、0～5V电压信号、1～5V电压信号、0～10mA电流信号、4～20mA电流信号、电阻信号。

为了在控制系统中兼顾多种输入输出需求，同时满足不同系统的差异化要求，目前常见的控制系统设计是对多种单一功能的模块进行组合，以满足不同数量输入输出信号的需求。

这种模块化电路设计虽然能控制系统的信号需求，但单一功能的模块简单组合的方式往往会导致接口过剩以及大电流信号损坏关键器件，同时控制器和模块组合的尺寸也会变大，不适合用于空间有限的车船等生产场所。

发明内容

本发明提供一种单套接口多功能隔离信号处理电路，以满足输入输出不同类型控制信号需要不同的接线方式，同时能有效减小电路板的尺寸，减少电路板接口的数量。

本发明实施例提供了一种单套接口多功能隔离信号处理电路，包括：

电源端口、第一信号端口、第二信号端口和接地端口；

供电电源，连接电源端口；

信号处理电路、第一电阻、第一开关、第二开关和第三开关，信号处理电路包括第一输入端和第二输入端；第一开关和第一电阻串联连接于信号处理电路的第一输入端和第二输入端之间；第二开关连接于第一信号端口和信号处理电路的第二输入端之间，第三开关连接于第二信号端口和信号处理电路的第二输入端之间；

控制器，连接信号处理电路的输出端，并控制第一开关、第二开关和第三开关的导通或者关断。

可选地，单套接口多功能隔离信号处理电路还包括第四开关；第四开关连接于电源端口和供电电源之间；第四开关的导通和关断受控制器控制。

可选地，信号处理电路包括放大器、模数转换电路和隔离电路；

放大器的第一输入端和第二输入端分别作为信号处理电路的第一输入端和第二输入端；模转换电路连接于放大器的输出端和隔离电路的输入端之间，隔离电路的输出端作为信号处理电路的输出端。

可选地，电源端口连接传感器的第一端，第一信号端口连接传感器的第二端，第二信号端口连接接地端口；

控制器控制第一开关和第四开关导通、第二开关和第三开关关断。

可选地，第一信号端口连接传感器的第一端，第二信号端口连接外部供电电源的负极，传感器的第二端连接外部供电电源的正极；

控制器控制第一开关导通、第二开关以及第三开关关断。

可选地，电源端口连接传感器的第一端，第一信号端口连接传感器的第一端，第二信号端口连接接地端口，接地端口连接传感器的第二端

控制器控制第一开关和第四开关导通、第二开关和第三开关关断。

可选地，电源端口连接外部开关的第一端，第一信号端口连接外部开关的第二端，第二信号端口连接接地端口；

控制器控制第二开关和第四开关导通、第一开关和第三开关关断。

可选地，第一信号端口连接外部开关的第一端，第二信号端口连接外部供电电源的负极，外部开关的第二端连接外部供电电源的正极；

控制器控制第二开关导通、第一开关和第三开关关断。

可选地，电源端口连接外部开关的第一端，第一信号端口和接地端口分别连接外部开关的第一端和第二端，第二信号端口连接接地端口；

控制器控制第二开关和第四开关导通、第一开关以及第三开关关断。

可选地，电源端口和接地端口分别连接外部负载的两端；

控制器通过控制第四开关的导通或者关断输出信号。

可选地，第一信号端口连接外部供电电源的正极，第二信号端口连接外部负载的第二端，外部供电电源的负极连接外部负载的第一端；控制器通过控制第二开关的导通或者关断输出信号。

本发明通过控制器控制多个开关的导通和关断组合来切换电路的不同接法，配合不同的外电路可以实现对多种类型信号的处理，采用这一套可切换功能的简单电路替代了以往多种单一功能的电路组合模块，解决了多功能信号处理电路模块体积大、接口多的问题，实现电路模块小型化、简单化的效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种单套接口多功能隔离信号处理电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的一种接线方式示意图；

图3为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图；

图4为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图；

图5为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图；

图6为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图；

图7为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图；

图8为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图；

图9为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供的一种单套接口多功能隔离信号处理电路，图1为本发明实施例提供的一种单套接口多功能隔离信号处理电路的结构示意图。参见图1，该单套接口多功能隔离信号处理电路包括：电源端口101、第一信号端口102、第二信号端口103和接地端口104；供电电源105，连接电源端口101；信号处理电路106、第一电阻107、第一开关108、第二开关109和第三开关110，信号处理电路106包括第一输入端111和第二输入端112；第一开关108和第一电阻107串联连接于信号处理电路106的第一输入端111和第二输入端112之间；第二开关109连接于第一信号端口102和信号处理电路106的第二输入端112之间，第三开关110连接于第二信号端口103和信号处理电路106的第二输入端112之间；控制器113，连接信号处理电路的输出端118，并控制第一开关108、第二开关109和第三开关110的导通或者关断。

可选地，单套接口多功能隔离信号处理电路还包括第四开关117；第四开关117连接于电源端口101和供电电源105之间；第四开关117的导通和关断受控制器113控制。其中，电源端口101是连接了供电电源105，为外部电路提供电源的端口。电源端口101可以直接连接供电电源105，也可以通过第四开关117间接连接供电电源105。例如供电电源105的供电电压为24V,供电电源105正极经第四开关117与电源端口101连接，提供24V电源；第一信号端口102连接信号处理电路的第一输入端111、第一电阻107的第一端、和第二开关109的第一端，第一电阻107的第二端连接第一开关108的第一端，第一信号端口102为信号处理电路106输入信号的端口；第二信号端口103通过第三开关110分别与第二开关109的第二端、第一开关108的第二端以及信号处理电路106的第二输入端112连接；接地端口104是连接着接地端的端口；信号处理电路106的输出端与控制器113相连，例如与控制器113的Gpio接口连接，信号处理电路106用于对输入信号进行处理并输送至控制器113；第一开关108、第二开关109和第三开关110为电子开关，阻抗很低，温度变化小，第一开关108、第二开关109和第三开关110的导通和关断状态受控制器113控制。。

本发明实施例通过控制器控制开关的导通和关断，从而改变单套接口多功能隔离信号处理电路的接法，配合不同的外电路，用一套可切换功能的简单电路替代了多种单一功能的电路组合模块，实现对多种类型信号的处理解决了多功能信号处理电路模块体积大、接口多的问题，实现电路模块小型化、简单化的效果。

可选地，信号处理电路106包括放大器114、模数转换电路115和隔离电路116；放大器114的第一输入端和第二输入端分别作为信号处理电路106的第一输入端111和第二输入端112；所模数转换电路115连接于放大器114的输出端和隔离电路116的输入端之间，隔离电路116的输出端作为信号处理电路106的输出端。

其中，放大器114是将输入的信号放大的装置，包括第一输入端、第二输入端和输出端，放大器114的第一输入端和第二输入端分别作为信号处理电路106的第一输入端111和第二输入端112；模数转换电路115是将连续变化的模拟量转换为离散的数字信号的电路，模数转换电路115的输入端连接放大器114的输出端，模数转换电路115的输出端连接隔离电路116；隔离电路116设置于模数转换电路115和Gpio接口之间，对到达控制器113的信号进行隔离，抑制信号中的噪声干扰。另外，电子开关和控制器之间也通过隔离电路进行连接，隔离电路可以滤除电子开关和控制器之间所传输信号的噪声干扰。本发明实施例通过设置信号处理电路对输入控制器的信号进行放大、模数转换以及隔离噪声处理，提高了在采集模拟量信号时控制器113的可靠性。

在上述实施例中，可选地，控制器113改变四个开关不同的通断组合，配合不同的外电路，可以切换单套接口多功能隔离信号处理电路的不同功能，下面就其中的几种不同功能的单套接口多功能隔离信号处理电路的接线方式进行说明，但不作为对本发明的限定。

图2为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的一种接线方式示意图。参见图2，在本发明实施例单套接口多功能隔离信号处理电路的一种接线方式示意图中，可选地，电源端口101连接传感器201的第一端，第一信号端口102连接传感器201的第二端，第二信号端口103连接接地端口104；控制器113控制第一开关108、第三开关110和第四开关117导通，第二开关109关断。

其中，电源端口101连接的供电电源105给传感器201提供24V电源；控制器113连接信号处理电路106的输出端，采集信号处理电路106输出的信号；传感器201可以输出4-20mA电流模拟量信号，信号经过第一信号端口102进入放大器114进行信号的放大，然后进入模数转换电路115，模数转换电路115将模拟信号转换为数字信号并输出至隔离电路116，隔离电路116把模拟信号中的噪声干扰滤除并通过Goip接口将信号传输至控制器113进行采集。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单套接口多功能隔离信号处理电路的接线方式，配合适当的外电路接线，使单套接口多功能隔离信号处理电路起到接收模拟量输入的功能，并通过隔离电路隔离信号噪声，达到了电路体积小、功能多、处理器更安全的效果。

图3为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图。参见图3，在本发明实施例单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图中，可选地，第一信号端口102连接传感器的第二端303，第二信号端口103连接外部供电电源301的负极，传感器的第一端302连接外部供电电源301的正极；控制器113控制第一开关108和第三开关110导通，第二开关109第三开关110关断。

其中，外部供电电源301给传感器201提供24V电源；控制器113经Gpio接口连接信号处理电路106的输出端，采集信号处理电路106输出的信号；传感器201可以输出4-20mA电流模拟量信号，信号经过第一信号端口102进入放大器114进行信号的放大，然后进入模数转换电路115，将模拟信号转换为数字信号并输出至隔离电路116，隔离电路116将模拟信号中的噪声干扰滤除并通过Goip接口将信号传输至控制器113进行采集。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单套接口多功能隔离信号处理电路的接线方式，配合适当的外电路接线，使单套接口多功能隔离信号处理电路起到接收模拟量输入的功能，并通过隔离电路隔离信号噪声，达到了电路体积小、功能可转换、处理器更安全的效果。

图4为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图。参见图4，在本发明实施例单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图中，可选地，电源端口101连接传感器的第一端302，第一信号端口102连接传感器的第二端303，第二信号端口103连接接地端口104，接地端口104连接传感器的第三端401；控制器113控制第一开关108、第三开关110和第四开关117导通，第二开关109第三开关110关断。

其中，电源端口101连接的供电电源105给传感器201提供24V电源；控制器113经Gpio接口连接信号处理电路106的输出端，采集信号处理电路106输出的信号；传感器201可以输出4-20mA电流模拟量信号，信号经过第一信号端口102进入放大器114进行信号的放大，然后进入模数转换电路115，将模拟信号转换为数字信号并输出至隔离电路116，隔离电路116将模拟信号中的噪声干扰滤除并通过Goip接口将信号传输至控制器113进行采集。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单套接口多功能隔离信号处理电路的接线方式，配合适当的外电路接线，使单套接口多功能隔离信号处理电路起到接收模拟量输入的功能，并通过隔离电路隔离信号噪声，达到了电路体积小、功能多、体积小、处理器更安全的效果。

图5为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图。参见图5，在本发明实施例单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图中，可选地，电源端口101连接传感器的第一端302，第一信号端口102连接传感器的第二端303，第二信号端口103连接接地端口104；控制器113控制第二开关109第三开关110和第四开关117导通，第一开关108和第二开关109、第三开关110关断。

其中，电源端口101连接的供电电源105给传感器201提供24V电源；控制器113经Gpio接口连接信号处理电路106的输出端，采集信号处理电路106输出的开关量信号；传感器201输出24V开关量信号，经第一信号端口102进入放大器114的第一输入端111，经模数转换电路115和隔离电路116，隔离电路116将开关量信号中的噪声滤除并通过Gpio接口将开关量信号传输至到控制器113进行采集。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单套接口多功能隔离信号处理电路的接线方式，配合无外部供电电源301的外电路接线，使单套接口多功能隔离信号处理电路起到接收24V开关量信号输入的功能，并通过隔离电路隔离开关量信号噪声，达到了电路体积小、功能多、体积小、处理器更安全的效果。

图6为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图。参见图6，在本发明实施例单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图中，可选地，第一信号端口102连接传感器的第二端303，第二信号端口103连接外部供电电源301的负极，传感器的第一端302连接外部供电电源301的正极；控制器113控制第三开关110导通，第一开关108和第二开关109关断。

其中，外部供电电源301的正极连接传感器的第一端302，给传感器201提供24V电源；控制器113经Gpio接口连接信号处理电路106的输出端，采集信号处理电路106输出的开关量信号；传感器的第二端303输出24V开关量信号，经第一信号端口102进入放大器114的第一输入端111，经模数转换电路115和隔离电路116，隔离电路116将开关量信号中的噪声干扰滤除并通过Gpio接口将开关量信号传输至到控制器113进行采集。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单套接口多功能隔离信号处理电路的接线方式，配合有外部电源供电的外电路接线，使单套接口多功能隔离信号处理电路起到接收24V开关量信号输入的功能，并通过隔离电路隔离开关量信号噪声，达到了电路体积小、功能多、体积小、处理器更安全的效果。

图7为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图。参见图7，在本发明实施例单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图中，可选地，电源端口101连接外部开关的第一端，第一信号端口102和接地端口104分别连接外部开关的第一端和第二端，第二信号端口103连接接地端口104；控制器113控制第三开关110和第四开关117导通、第一开关108以及第二开关109关断。

其中，电源端口101连接传感器的第一端302，电源端口101连接供电电源105给传感器201提供24V电源；控制器113经Gpio接口连接信号处理电路106的输出端，采集信号处理电路106输出的开关量信号；第一信号端连接传感器的第一端302，传感器201输出24V开关量信号，经第一信号端口102进入放大器114的第一输入端111，经模数转换电路115和隔离电路116，隔离电路116将开关量信号中的噪声干扰滤除并通过Gpio接口将开关量信号传输至到控制器113进行采集。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单套接口多功能隔离信号处理电路的接线方式，配合无外部供电电源301的外电路接线，使单套接口多功能隔离信号处理电路起到接收24V开关量信号输入的功能，并通过隔离电路隔离开关量信号噪声，达到了电路体积小、功能多、体积小、处理器更安全的效果。

图8为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图。参见图8，在本发明实施例单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图中，可选地，电源端口101和接地端口104分别连接外部负载801的两端；控制器113通过控制第四开关117的导通或者关断输出信号。

其中，电源端口101连接供电电源105为电路供电；控制器113可以控制第四开关117的导通或者关断向外部负载801输出24V开关量信号，并可以控制输出开关量的频率和占空比来完成脉冲宽度调制输出。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单套接口多功能隔离信号处理电路的接线方式，配合适当的外电路接线，使单套接口多功能隔离信号处理电路起到输出24V开关量信号的功能，并通过隔离电路滤除传输信号的噪声干扰，达到了电路体积小、功能多、体积小、处理器更安全的效果。

图9为本发明实施例提供的单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图。参见图8，在本发明实施例单套接口多功能隔离信号处理电路的另一种接线方式示意图中，可选地，第一信号端口102连接外部供电电源301的正极，第二信号端口103连接外部负载801的第二端，外部供电电源301的负极连接外部负载801的第一端；控制器113控制第三开关110导通，第一开关108关断；控制器113通过控制第二开关109的导通或者关断输出信号。

其中，外部供电电源301为电路供电；控制器113可以控制第二开关109的导通或者关断向外部负载801输出24V开关量信号，并可以控制第二开关109输出开关量的频率和占空比来完成脉冲宽度调制输出。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单套接口多功能隔离信号处理电路的接线方式，配合有外部供电电源的外电路接线，使单套接口多功能隔离信号处理电路起到输出24V开关量信号的功能，并通过隔离电路滤除传输信号的噪声干扰，达到了电路体积小、功能多、体积小、处理器更安全的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种单套接口多功能隔离信号处理电路，其特征在于，包括：

电源端口、第一信号端口、第二信号端口和接地端口；

供电电源，连接所述电源端口；

信号处理电路、第一电阻、第一开关、第二开关和第三开关，所述信号处理电路包括第一输入端和第二输入端；所述第一开关和所述第一电阻串联连接于所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端之间；第一信号端口连接信号处理电路的第一输入端、第一电阻的第一端、和第二开关的第一端，第一电阻的第二端连接第一开关的第一端；所述第二开关连接于所述第一信号端口和所述信号处理电路的第二输入端之间，所述第三开关连接于所述第二信号端口和所述信号处理电路的第二输入端之间；

控制器，连接所述信号处理电路的输出端，并控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的导通或者关断。

2.根据权利要求1所述的单套接口多功能隔离信号处理电路，其特征在于，还包括第四开关；所述第四开关连接于所述电源端口和所述供电电源之间；所述第四开关的导通和关断受所述控制器控制。

3.根据权利要求2所述的单套接口多功能隔离信号处理电路，其特征在于，所述信号处理电路包括放大器、模数转换电路和隔离电路；

所述放大器的第一输入端和第二输入端分别作为所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端；所模数转换电路连接于所述放大器的输出端和所述隔离电路的输入端之间，所述隔离电路的输出端作为所述信号处理电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的单套接口多功能隔离信号处理电路，其特征在于，所述电源端口连接传感器的第一端，所述第一信号端口连接传感器的第二端，所述第二信号端口连接所述接地端口；

所述控制器控制所述第一开关、第三开关和第四开关导通，第二开关关断。

5.根据权利要求1所述的单套接口多功能隔离信号处理电路，其特征在于，所述第一信号端口连接传感器的第一端，所述第二信号端口连接外部供电电源的负极，传感器的第二端连接外部供电电源的正极；

所述控制器控制所述第一开关、第三开关导通，第二开关关断。

6.根据权利要求3所述的单套接口多功能隔离信号处理电路，其特征在于，所述电源端口连接传感器的第一端，所述第一信号端口连接传感器的第二端，所述第二信号端口连接所述接地端口，所述接地端口连接传感器的第三端；

所述控制器控制所述第一开关、第三开关和第四开关导通，第二开关关断。

7.根据权利要求3所述的单套接口多功能隔离信号处理电路，其特征在于，所述电源端口连接外部传感器的第一端，所述第一信号端口连接外部传感器的第二端，所述第二信号端口连接所述接地端口；

所述控制器控制所述第三开关和第四开关导通，第一开关和第二开关关断。

8.根据权利要求3所述的单套接口多功能隔离信号处理电路，其特征在于，所述第一信号端口连接外部传感器的第二端，所述第二信号端口连接外部供电电源的负极，外部传感器的第一端连接外部供电电源的正极；

所述控制器控制所述第三开关导通，第一开关和第二开关关断。

9.根据权利要求3所述的单套接口多功能隔离信号处理电路，其特征在于，所述电源端口连接外部传感器的第一端，所述第一信号端口和所述接地端口分别连接外部传感器的第二端和第三端，所述第二信号端口连接所述接地端口；

所述控制器控制所述第三开关和第四开关导通，第一开关以及第二开关关断。

10.根据权利要求3所述的单套接口多功能隔离信号处理电路，其特征在于，所述电源端口和所述接地端口分别连接外部负载的两端；

所述控制器通过控制第四开关的导通或者关断输出信号。

11.根据权利要求3所述的单套接口多功能隔离信号处理电路，其特征在于，所述第一信号端口连接外部供电电源的正极，所述第二信号端口连接外部负载的第二端，外部供电电源的负极连接外部负载的第一端；

所述控制器控制所述第三开关导通，第一开关关断；

所述控制器通过控制所述第二开关的导通或者关断输出信号。