CN114779704A - 一种具有电压保护功能的单键多用方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有电压保护功能的单键多用方法及装置，涉及仪器仪表应用技术领域；本发明当按键信号、电源控制信号和外置电源适配器的电压信号中至少有一个为高电平时，使能电源芯片的使能端，以控制电源芯片输出电源输出信号；当检测到电源输出信号对应的电压值不处于设定的电压范围内时，失能电源芯片的使能端，以控制电源芯片停止输出电源输出信号，实现电压保护的功能。本发明采用较少的分离元器件，实现了电压保护功能，简单、可靠、使用的元器件少、成本低，有效降低了仪器的生产成本。

Description

一种具有电压保护功能的单键多用方法及装置

技术领域

本发明涉及仪器仪表应用技术领域，尤其涉及一种具有电压保护功能的单键多用方法及装置。

背景技术

目前，随着工业技术的发展，各种仪器仪表被广泛使用，特别是气体检测报警仪在矿业、化工及其它行业的应用，由于气体检测报警仪使用环境比较特殊，因此，要求报警仪具备安全、稳定、小巧、按键少、功能多的特点，为此，行业技术人员为了实现单键多用的功能，提出了不同的开机电路、按键使用电路、电压保护电路，现有技术使用高集成度、高精度、高价格的芯片或者相关器件实现电压保护的功能，这样使得使用现有技术的气体检测报警仪的成本较高。

发明内容

为了解决现有使用高集成度、高精度、高价格的芯片实现电压保护功能，导致气体检测报警仪生产成本较高的问题，本发明提供了一种具有电压保护功能的单键多用方法及装置。

基于上述目的，本发明的一种具有电压保护功能的单键多用方法，包括以下步骤：

获取按键信号、电源控制信号和外置电源适配器的电压信号；当所述按键信号、所述电源控制信号和所述外置电源适配器的电压信号中至少有一个为高电平时，使能电源芯片的使能端，以控制电源芯片输出电源输出信号；

获取所述电源输出信号对应的电压值，当所述电源输出信号对应的电压值不处于设定的电压范围内时，失能所述电源芯片的使能端，以控制所述电源芯片停止输出电源输出信号。

本发明的一种具有电压保护功能的单键多用装置，包括：

窗口电压保护电路，用于输入电源输出信号，输出电压保护信号；当所述电源输出信号对应的电压值不处于设定的电压范围内时，所述电压保护信号为低电平；

电源输出电路，用于输入所述电压保护信号、按键信号和电源控制信号，输出电源输出信号；所述电源输出电路包括或门逻辑模块，按键信号和电源控制信号经过或门逻辑模块后接入电源芯片的使能端；所述电源芯片的使能端还连接有所述电压保护信号；当所述电压保护信号为低电平时，所述电源芯片的使能端为低电平；

单片机处理模块，用于输入所述电源输出信号，并根据所述电源输出信号输出单片机控制信号；

电源控制信号模块，用于输入所述单片机控制信号，输出所述电源控制信号；

按键检测电路，包括按键和开关管，所述按键串设于所述开关管的控制电路上，用于控制开关管的通断；当按键按下时，所述按键信号为高电平。

上述方案具有以下有益效果：本发明具有电压保护功能的单键多用方法及装置，通过检测电源输出信号对应的电压值不处于设定的电压范围内时，失能电源芯片的使能端，以控制电源芯片停止输出电源输出信号，实现电压保护的功能，本发明采用较少的分离元器件，实现了电压保护功能，简单、可靠、使用的元器件少、成本低，有效降低了仪器的生产成本。

可选的，所述按键检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和开关管，所述第一电阻、所述第三电阻和所述开关管的控制端串联，所述按键串设于所述第一电阻和所述第三电阻之间；所述第二电阻的一端连接于所述按键和所述电三电阻之间，所述第二电阻的另一端接地；所述单片机处理模块与所述开关管的输入端连接，以检测所述开关管的输入端的电平高低。

可选的，所述窗口电压保护电路包括第一运算放大器、第二运算放大器和与门逻辑模块；

所述第一运算放大器的正输入端输入窗口下边沿信号；所述第一运算放大器的负输入端连接所述电源输出信号的分压电路输出端；所述第二运算放大器的负输入端输入窗口上边沿信号，所述第二运算放大器的正输入端连接所述电源输出信号的分压电路输出端；所述第一运算放大器输出第一比较信号，所述第二运算放大器输出第二比较信号；

所述与门逻辑模块的第一输入端输入所述第一比较信号，所述与门逻辑模块的第二输入端输入所述第二比较信号，所述与门逻辑模块输出端连接所述电源芯片的使能端。

可选的，所述电路还包括外置电源适配器检测电路，所述外置电源适配器检测电路包括第四电阻、第五电阻和第六电阻，所述第四电阻的一端输入外置电源适配器的电压信号，所述第四电阻的另一端分别与所述第五电阻的一端、所述第六电阻的一端和二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述电源芯片的使能端连接，所述第六电阻的另一端接地，所述第五电阻的另一端输出适配器检测信号。

可选的，所述电源芯片为RS3236-3.0V。

可选的，所述开关管为三极管S9013。

可选的，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的型号为LM324，所述与门逻辑模块为芯片BAT54A。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明方法实施例提供的一种具有电压保护功能的单键多用方法的流程图；

图2是本发明装置实施例提供的一种具有电压保护功能的单键多用装置的原理图；

图3是本发明装置实施例提供的一种具有电压保护功能的单键多用装置的电路图；

图4是本发明装置实施例提供的一种按键检测电路图；

图5是本发明装置实施例提供的一种窗口电压保护电路图；

图6是本发明装置实施例提供的一种电源输出电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

具有电压保护功能的单键多用方法实施例：

如图1所示，提供一种具有电压保护功能的单键多用方法，包括以下步骤：

步骤S101，获取按键信号、电源控制信号和外置电源适配器的电压信号；当所述按键信号、所述电源控制信号和所述外置电源适配器的电压信号中至少有一个为高电平时，使能电源芯片的使能端，以控制电源芯片输出电源输出信号。

其中，按键信号通过按键接通电池电源和三极管的控制端的控制电路得到，当按键按下时，按键处的电平变为高电平；电源控制信号则是由单片机处理模块输出的信号，电源控制信号的电平高低则是通过检测电源芯片的电源输出信号得到，当检测到电源输出信号为高电平时，输出的电源控制信号也为高电平；外置电源适配器的电压信号是由外置电源适配器是否接入决定，当外置电源适配器接入时，外置电源适配器的电压信号为高电平。

获取上述按键信号、电源控制信号和外置电源适配器的电压信号之后，判断三个信号之中是否存在高电平信号，若存在，则使能电源芯片的使能端，以控制电源芯片输出电源输出信号。

步骤S102，获取所述电源输出信号对应的电压值，当所述电源输出信号对应的电压值不处于设定的电压范围内时，失能所述电源芯片的使能端，以控制所述电源芯片停止输出电源输出信号。

正常情况下，电源输出电路稳定输出电源输出信号，若所述电源输出信号对应的电压值不处于设定的电压范围内时，可判定为此时电源输出电路出现异常，失能所述电源芯片的使能端，以控制所述电源芯片停止输出电源输出信号，从而实现电压保护的功能。

具有电压保护功能的单键多用装置实施例：

本实施例提供一种如图2所示的具有电压保护功能的单键多用装置结构，该具有电压保护功能的单键多用装置包括：

窗口电压保护电路，用于输入电源输出信号，输出电压保护信号；当所述电源输出信号对应的电压值不处于设定的电压范围内时，所述电压保护信号为低电平；

电源输出电路，用于输入所述电压保护信号、按键信号和电源控制信号，输出电源输出信号；所述电源输出电路包括或门逻辑模块，按键信号和电源控制信号经过或门逻辑模块后接入电源芯片的使能端；所述电源芯片的使能端还连接有所述电压保护信号；当所述电压保护信号为低电平时，所述电源芯片的使能端为低电平；

单片机处理模块，用于输入所述电源输出信号，并根据所述电源输出信号输出单片机控制信号；

电源控制信号模块，用于输入所述单片机控制信号，输出所述电源控制信号；

按键检测电路，包括按键和开关管，所述按键串设于所述开关管的控制电路上，用于控制开关管的通断。

下面结合上述具有电压保护功能的单键多用装置的各个元器件的具体连接方式和工作原理进行说明，参见图3，为本实施例提供的一种具有电压保护功能的单键多用装置的电路，包括以下电路：

参见图4为本发明提供的一种按键检测电路2，所述按键检测电路2包括按键S1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和三极管Q1，所述电阻R1的一端连接电池电源BAT，所述电阻R1的另一端连接所述按键S1的一端，所述按键S1的另一端分别连接所述电阻R3的一端和所述电阻R2的一端，并输出按键信号S1_C，所述电阻R2的另一端接地，所述电阻R3的另一端连接所述三极管Q1的基极(即上述开关管的控制端)，以控制所述三极管Q1的通断，所述三极管Q1的集电极(即上述开关管的输入端)输出所述按键检测信号S1_E，所述三极管Q1的发射极接地。

上述按键检测电路2的工作过程为：正常情况下，按键信号S1_C为低电平，按键检测信号S1_E为高电平，当按键S1按下时，按键信号S1_C为高电平，同时，三极管Q1的基极为高电平，三极管Q1导通，按键检测信号S1_E变为低电平，当按键松开后，按键检测信号S1_E又变为高电平，这个高电平、低电平的变化，可以用于后级单片机系统对按键功能的检测。

参见图5为本发明提供的一种窗口电压保护电路1，该电路包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、与门逻辑模块D3、电阻R9、电阻R10电阻R11、电阻R12和电阻R13；所述电阻R11的一端连接电池电源，所述电阻R11的另一端连接所述电阻R12，并输出窗口电压的下边沿信号；所述电阻R12的另一端连接所述电阻R13，并输出窗口电压的上边沿信号，所述电阻R13的另一端接地。

所述电阻R9的一端输入电源信号VS，所述电阻R9的另一端连接所述电阻R10的一端，并输出参考电压信号SA；

所述运算放大器U1A的正输入端输入所述窗口电压的下边沿信号VRMIN，所述运算放大器U1A的负输入端连接所述运算放大器U1B的正输入端，并输入所述电压参考信号SA(即运算放大器U1A的负输入端连接电源输出信号VS的分压电路输出端，分压电路由R9和R10构成，分压电路的输出端位于R9和R10之间)，所述运算放大器U1B的负输入端输入所述窗口电压的上边沿信号VRMAX；所述运算放大器U1A输出第一比较信号RB至所述与门逻辑模块D3的第一输入端，所述运算放大器U1B输出第二比较信号RA至所述与门逻辑模块D3的第二输入端，所述与门逻辑模块D3输出电压保护信号CA。

上述窗口电压保护电路1的工作原理分析如下：

电源信号VS经过电阻R9和电阻R10分压形成参考信号SA，电池电源信号BAT经电阻R11、电阻R12和电阻R13分压后行成窗口下边沿信号VRMIN和窗口上边沿信号VRMAX，参考信号SA与窗口上边沿信号VRMAX、窗口下边沿信号VRMIN通过运算放大器U1A和运算放大器U1B进行比较，形成第二比较信号RA和第一比较信号RB；如果第二比较信号SA大于第一比较信号VRMIN且小于窗口电压的上边沿信号VRMAX，则第二比较信号RA和第一比较信号RB同时为高电平，第二比较信号RA和第一比较信号RB同时为高电平经过与门逻辑模块D3之后，输出的电压保护信号CA也为高电平，该电压保护信号CA用于使能电源芯片，使得电源信号VS正常输出。

当参考信号SA小于窗口电压的下边沿信号VRMIN或者大于窗口电压的上边沿信号VRMAX时，第二比较信号RA和第一比较信号RB中有一个为低电平，经过与门逻辑模块D3之后，输出的电压保护信号CA为低电平，失能电源芯片，使得电源信号VS停止输出，从而实现电压保护的功能。上述设定的电压范围对应于使参考信号SA处于VRMIN和VRMAX之间的VS的电压范围。

参见图6，为本发明提供的一种电源输出电路4，该电源输出电路4包括电源芯片U1、或门逻辑模块D1、二极管D2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、和电阻R17；单片机处理模块5输出单片机控制信号CPU_C，所述单片机控制信号CPU_C经过电阻R5之后输入所述或门逻辑模块D1，所述按键信号S1_C也输入值或门逻辑模块D1，所述或门逻辑模块D1输出电源控制信号至所述电源芯片U1的使能端EN，用于控制电源芯片U1输出电源信号VS。

上述电源输出电路4还包括外置适配器电压检测电路，所述外置适配器电压检测电路包括电阻R6、电阻R7和电阻R8，所述电阻R7的一端输入外置电源适配器的电压信号PV，所述电阻R7的另一端分别与所述电阻R6的一端和所述电阻R8的一端连接，并输出适配器电压信号PA，经过二极管D2之后输入所述电源芯片U1的使能端EN，用于控制电源芯片U1输出电源信号VS，电阻R8的另一端接地，所述电阻R6的另一端输出适配器检测信号PE至单片机处理模块，所述电源芯片U1的电源输入端输入电池电源BAT，所述电源芯片U1的使能端EN和电源芯片U1的接地端G之间串联电阻R17。

通过上述分析可知，当输出电源信号VS变大时，窗口电源保护电路1能够检测到输出电源信号VS异常，并拉低电源芯片使能端EN的电平，从而使得电源芯片U1停止输出电源输出信号VS，起到电压保护的作用。

按键检测电路2输出的按键信号S1_C可控制电源芯片U1输出电源输出信号VS，按键检测电路2输出的按键检测信号S1_E输入至单片机处理模块5，根据其电平变化以实现其他按键功能，从而实现单键多用的功能，降低气体检测报警仪的生产成本。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有电压保护功能的单键多用方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取按键信号、电源控制信号和外置电源适配器的电压信号；当所述按键信号、所述电源控制信号和所述外置电源适配器的电压信号中至少有一个为高电平时，使能电源芯片的使能端，以控制电源芯片输出电源输出信号；

获取所述电源输出信号对应的电压值，当所述电源输出信号对应的电压值不处于设定的电压范围内时，失能所述电源芯片的使能端，以控制所述电源芯片停止输出电源输出信号。

2.一种具有电压保护功能的单键多用装置，其特征在于，包括：

窗口电压保护电路，用于输入电源输出信号，输出电压保护信号；当所述电源输出信号对应的电压值不处于设定的电压范围内时，所述电压保护信号为低电平；

电源输出电路，用于输入所述电压保护信号、按键信号和电源控制信号，输出电源输出信号；所述电源输出电路包括或门逻辑模块，按键信号和电源控制信号经过或门逻辑模块后接入电源芯片的使能端；所述电源芯片的使能端还连接有所述电压保护信号，当所述电压保护信号为低电平时，所述电源芯片的使能端为低电平；

单片机处理模块，用于输入所述电源输出信号，并根据所述电源输出信号输出单片机控制信号；

电源控制信号模块，用于输入所述单片机控制信号，输出所述电源控制信号；

按键检测电路，包括按键和开关管，所述按键串设于所述开关管的控制电路上，用于控制开关管的通断；当按键按下时，所述按键信号为高电平。

3.根据权利要求2所述的具有电压保护功能的单键多用装置，其特征在于，所述按键检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和开关管，所述第一电阻、所述第三电阻和所述开关管的控制端串联，所述按键串设于所述第一电阻和所述第三电阻之间；所述第二电阻的一端连接于所述按键和所述电三电阻之间，所述第二电阻的另一端接地；所述单片机处理模块与所述开关管的输入端连接，以检测所述开关管的输入端的电平高低。

4.根据权利要求2所述的具有电压保护功能的单键多用装置，其特征在于，所述窗口电压保护电路包括第一运算放大器、第二运算放大器和与门逻辑模块；

所述第一运算放大器的正输入端输入窗口下边沿信号；所述第一运算放大器的负输入端连接所述电源输出信号的分压电路输出端；所述第二运算放大器的负输入端输入窗口上边沿信号，所述第二运算放大器的正输入端连接所述电源输出信号的分压电路输出端；所述第一运算放大器输出第一比较信号，所述第二运算放大器输出第二比较信号；

所述与门逻辑模块的第一输入端输入所述第一比较信号，所述与门逻辑模块的第二输入端输入所述第二比较信号，所述与门逻辑模块输出端连接所述电源芯片的使能端。

5.根据权利要求2所述的具有电压保护功能的单键多用装置，其特征在于，所述电路还包括外置电源适配器检测电路，所述外置电源适配器检测电路包括第四电阻、第五电阻和第六电阻，所述第四电阻的一端输入外置电源适配器的电压信号，所述第四电阻的另一端分别与所述第五电阻的一端、所述第六电阻的一端和二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述电源芯片的使能端连接，所述第六电阻的另一端接地，所述第五电阻的另一端输出适配器检测信号。

6.根据权利要求2所述的具有电压保护功能的单键多用装置，其特征在于，所述电源芯片为RS3236-3.0V。

7.根据权利要求2所述的具有电压保护功能的单键多用装置，其特征在于，所述开关管为三极管S9013。

8.根据权利要求2所述的具有电压保护功能的单键多用装置，其特征在于，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的型号为LM324，所述与门逻辑模块为芯片BAT54A。

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