CN203070014U - 一种基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路，该电路对多路传感器的信号采集和信号通电时间进行控制，实现单路控制转换。传感器通电控制电路的输入端为MCU的通电控制IO口，输出端为传感器的电源端。传感器通电控制电路功能是实现MCU对多路传感器电源的通断控制。传感器多路采集电路的输入端为多路传感器的信号输出端，电路的输出端为MCU的一个通用IO口。多路采集电路的功能是将多路传感器的输出电流信号，按顺序地转换为电压信号。转换后的电压信号传送给A/D转换电路，经过A/D转换的信号为数字信号，直接传送到MCU的IO口。本实用新型的控制电路，能够控制传感器的通电，有效地提高损耗性传感器的寿命，降低了后期维护成本。

Description

一种基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种及物联网应用领域，具体的说是一种基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路。 

背景技术

随着物联网技术的普遍应用，人们可以实时监测越来越多的环境参数，这些环境参数由传感器采集，将非电信号的物理量转换为电信号。电信号可以是模拟信号，或是数字信号，因此传感器可分为模拟传感器和数字传感器。模拟传感器又可分为电流传感器和电压传感器。电流传感器在实际工程应用中占有很大的比例。工程应用中，电流传感器产生的电流信号需要再经一定的调理芯片转换为电压信号，转换后的电压信号再经A/D转换电路转换为数字信号传送给MCU(微处理器)，从而实现对多种被测量的测量。但是这种调理芯片的成本高且占用大量的MCU硬件资源，当被测量逐渐增多时，采集电路的设计成本将非常高。而且从设计成本来考虑，传感器采集电路的成本占有相当大的比例。此外，随着被测量种类的增加，一些损耗性的传感器(如电化学传感器)也用于测量被测量，这类传感器的成本很高、使用寿命短，直接影响着物联网监测设备的使用寿命和后期维护成本。综合上述两点可知，降低传感器采集电路设计成本和延长损耗性传感器使用寿命，已成为降低物联网设备设计成本、促进物联网技术应用推广亟待解决的问题。 

发明内容

本实用新型的目的是在于提供基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路，降低物联网设备的设计成本和维护成本。 

本实用新型多路采集单路转换的控制电路的优点在于：这种基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路，能够控制传感器的通电，有效地提高损耗性传感器的寿命，降低了后期维护成本。同时，又能够实现一个调理芯片对多路传感器的数据采集和转换，大大地降低了设计的成本。 

本实用新型的一种基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路，所述多路采集单路转换的控制电路包括有传感器通电控制电路和传感器多路采集控制电路： 

所述的传感器通电控制电路的信号输入端与MCU的通电控制IO口连接，传感器通电控制电路的信号输出端与传感器的电源端连接； 

所述的传感器多路采集电路的信号输入端分别与多路传感器的信号输出端连接，传感器多路采集电路的信号输出端与MCU的另一个通用IO口连接。 

所述的传感器通电控制电路用于实现MCU对多路传感器电源的通断控制。 

所述的传感器多路采集电路用于实现将多路传感器的输出电流信号，按传感器编号顺序地转换为电压信号；转换后的电压信号传送给A/D转换电路，经模数转换的信号为数字电压信号；该数字电压信号直接传送到MCU中。 

附图说明

图1是本实用新型的多路采集单路转换的控制电路的结构框图。 

图1A是本实用新型的多路采集单路转换的另一控制电路的结构框图。 

图2A是本实用新型中传感器通电控制电路中第一NPN型三极管的电路原理图。 

图2B是本实用新型中传感器通电控制电路中第二NPN型三极管的电路原理图。 

图2C是本实用新型中传感器通电控制电路中第三NPN型三极管的 电路原理图。 

图2D是本实用新型中传感器通电控制电路中第四NPN型三极管的电路原理图。 

图2E是本实用新型中传感器通电控制电路中两个P沟道MOS开关的电路原理图。 

图3是本实用新型中传感器多路采集电路的电路原理图。 

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。 

参见图1所示，针对传感器采集电路设计成本高和损耗性传感器寿命短的问题，本实用新型提供一种控制电路对传感器的信号采集和传感器的通电时间进行控制的多路采集单路转换的控制电路。所述多路采集单路转换的控制电路包括有传感器通电控制电路和传感器多路采集控制电路。 

所述的传感器通电控制电路的信号输入端与MCU的通电控制IO口连接，传感器通电控制电路的信号输出端与传感器的电源端连接。 

传感器通电控制电路功能是：实现MCU对多路传感器电源的通断控制。 

所述的传感器多路采集电路的信号输入端分别与多路传感器(即图1中第1个传感器、第2个传感器、第n个传感器)的信号输出端连接，传感器多路采集电路的信号输出端与MCU的另一个通用IO口(即除与传感器通电控制电路连接的IO口以外)连接。 

传感器多路采集电路的功能是：将多路传感器的输出电流信号，按传感器编号顺序地转换为电压信号；转换后的电压信号传送给A/D转换电路，经模数转换(即A/D转换)的信号为数字电压信号；该数字电压信号直接传送到MCU中。 

参见图1A所示，现在许多MCU处理器芯片都内嵌有A/D转换电路，所以视MCU的情况决定是否需要外接一A/D转换电路，若MCU已有A/D 转换，则本实用新型中的多路采集电路输出的信号直接就传送给MCU。 

图2A、图2B、图2C、图2D和图2E中符号说明如下：Q1～Q4为9013的NPN型三极管，U1～U2为P沟道MOS开关，型号为SI9947DY，三极管的基极B与MCU的PA1～PA4相连。三极管集电极C(即四个三极管集电极C输出信号端子分别记为PWR-S1、PWR-S2、PWR-S3、PWR-S4)分别与MOS开关U1，U2相连，MOS开关U1，U2的SVCC端为传感器所需电压端，MOS开关U1，U2的SVCC-1、SVCC-2、SVCC-3、SVCC-4分别与多个传感器的电源线连接。 

图3中符号说明如下：U3是型号为CD4501的多路模拟开关，U3的工作电压为5V，U3的输入端IN0、IN1、IN2、IN3分别连接多个传感器的信号输出口端，即SS-1端子、SS-2端子、SS-3端子、SS-4端子。U3的A端子、B端子、C端子连接MCU的PCO端子、PC1端子、PC2端子。U3的OUT端子接U4(RCV420为电流转电压的转换芯片)的+IN端，同时也连接着电阻Re1的第1引脚和C1的第1引脚，Re1和C1的第2引脚共同接地，RCV420的第14引脚接A/D转换电路。 

针对本实用新型特定例子所需的传感器通电控制电路，如图2A、图2B、图2C、图2D和图2E所示。它主要包括四个三极管、四个型号为SI9947DY的MOS开关。电路中有5个电源，分别为SVCC、SVCC-1、SVCC-2、SVCC-3、SVCC-4，SVCC由外部供电电路提供，SVCC-1、SVCC-2、SVCC-3、SVCC-4为传感器工作提供电压，连接到四个传感器的四个电源线上。电路中元件的连接关系为：四个三极管的基极B分别经电阻连接MCU的四个通用I/O口上，即图中的PA1、PA2、PA3、PA4。三极管的集电极C连接到MOS开关SI9947DY的第2或第4引脚，三极管的发射极接地MOS开关SI9947DY的第3引脚接到电源SVCC上，第5、6或7、8引脚接到传感器的电源端口SVCC-1、SVCC-2、SVCC-3、SVCC-4，SVCC-1、SVCC-2、SVCC-3、SVCC-4分别连接到了4个传感器各自的电源线上。若MCU的控制引脚PA1为高电平时，三极管导通，三极管的 集电极由高电平变成了低电平，从而U1(SI9947DY)的第2引脚也为低电平，由于U1(SI9947DY)的第2引脚接通的是MOS管的栅极，因此MOS管导通，U1(SI9947DY)的第1引脚与U1(SI9947DY)的第7、8引脚导通，SVCC-1与SVCC导通，从而为第一路传感器供电。同理，若MCU的I/O控制PA2为高电平时，经三极管和MOS管的导通，第二路传感器工作。因此，在对MCU编程时，对MCU的PA1～PA4循环置1，便可周期性的开通各路传感器，从而有效地延长传感器的寿命，降低后期维护成本。 

针对本实用新型特定例子所需的传感器多路采集控制电路，如图3所示。它包括2个芯片，分别是型号为CD4501的多路模拟开关，型号为RCV420的电流转电压的转换芯片，3个电阻和1个电容。CD4501的输入端IN0～IN3接SS-1～SS-4，SS-1～SS-4为传感器的信号输出口，为电流信号。CD4501的A、B、C连接MCU的PC0～PC2，PC0～PC2用于编码选通CD4501的各路输入。若MCU的控制引脚PC0～PC2的电平为001，即PC0为高电平，PC1、PC2为低电平时，则CD4501的IN1被选通，传感器的电流信号SS-2进入IN1，从CD4501的OUT输出，此时仍为电流信号。信号首先经过电阻Re1与电容C1组成的RC滤波电路，滤波电路将电流信号进行滤波，去除干扰信号。滤波后的电流信号然后进入RCV420，RCV420为高精度的电流电压转换芯片，将输入的电流信号准确地转化为一定的电压信号，例如当电流信号为4～20mA对应的转换电压为0～5V的电压信号。经过RCV420转换的电压信号即可供给A/D转换电路，最后传输给MCU。这样传感器信号SS-2就被采集并转换完成。由此可知，当PC0～PC2的电平分别为000、001、010、011时，传感器信号SS-1、SS-2、SS-3、SS-4分别被采集到MCU。因此，在对MCU编程时，对MCU的PC0～PC2按照000、001、010、011赋值时，便可周期性的采集各路传感器，仅用一个调理芯片RCV420即可采集多路传感器信号，大大地降低设计成本。 

本实用新型设计的一种基于电流传感器的多路采集单路转换的控制 电路，该电路对多路传感器的信号采集和信号通电时间进行控制，实现单路控制转换。传感器通电控制电路的输入端为MCU的通电控制IO口，输出端为传感器的电源端。传感器通电控制电路功能是实现MCU对多路传感器电源的通断控制。传感器多路采集电路的输入端为多路传感器的信号输出端，电路的输出端为MCU的一个通用IO口。多路采集电路的功能是将多路传感器的输出电流信号，按顺序地转换为电压信号。转换后的电压信号传送给A/D转换电路，经过A/D转换的信号为数字信号，直接传送到MCU的IO口。本实用新型的控制电路，能够控制传感器的通电，有效地提高损耗性传感器的寿命，降低了后期维护成本。 

Claims (7)

1.一种基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路，其特征在于：所述多路采集单路转换的控制电路包括有传感器通电控制电路和传感器多路采集控制电路：

所述的传感器通电控制电路的信号输入端与MCU的通电控制IO口连接，传感器通电控制电路的信号输出端与传感器的电源端连接；

所述的传感器多路采集电路的信号输入端分别与多路传感器的信号输出端连接，传感器多路采集电路的信号输出端与MCU的另一个通用IO口连接。

2.根据权利要求1所述的基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路，其特征在于：所述的传感器通电控制电路用于实现MCU对多路传感器电源的通断控制。

3.根据权利要求1所述的基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路，其特征在于：所述的传感器多路采集电路用于实现将多路传感器的输出电流信号，按传感器编号顺序地转换为电压信号；转换后的电压信号传送给A/D转换电路，经模数转换的信号为数字电压信号；该数字电压信号直接传送到MCU中。

4.根据权利要求1所述的基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路，其特征在于：所述的传感器通电控制电路中各端子的连接关系为：四个三极管的基极B分别经电阻连接MCU的PA1端子、PA2端子、PA3端子、PA4端子，三极管的集电极C连接到MOS开关的第2或第4引脚，三极管的发射极接地；MOS开关的第3引脚接到电源SVCC上，第5、6或7、8引脚接到传感器的电源端口SVCC-1、SVCC-2、SVCC-3、SVCC-4，SVCC-1、SVCC-2、SVCC-3、SVCC-4分别连接到了4个传感器各自的电源线上。

5.根据权利要求1或者4所述的基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路，其特征在于：在传感器通电控制电路中，若MCU的控制引脚PA1为高电平时，三极管导通，三极管的集电极由高电平变成了低电平，从而U1的第2引脚也为低电平，由于U1的第2引脚接通的是MOS管的栅极，因此MOS管导通，U1的第1引脚与U1的第7、8引脚导通，SVCC-1与SVCC导通，从而为第一路传感器供电；同理，若MCU的I/O控制PA2为高电平时，经三极管和MOS管的导通，第二路传感器工作；因此，在对MCU编程时，对MCU的PA1～PA4循环置1，便可周期性的开通各路传感器。

6.根据权利要求1所述的基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路，其特征在于：所述的传感器多路采集控制电路包括型号为CD4501的多路模拟开关，型号为RCV420的电流转电压的转换芯片，3个电阻和1个电容；CD4501的输入端INO～IN3接SS-1～SS-4，SS-1～SS-4为传感器的信号输出口，为电流信号；CD4501的A、B、C连接MCU的PC0～PC2，PC0～PC2用于编码选通CD4501的各路输入。

7.根据权利要求1或者6所述的基于电流传感器的多路采集单路转换的控制电路，其特征在于：在传感器多路采集控制电路中若MCU的控制引脚PC0～PC2的电平为001，即PC0为高电平，PC1、PC2为低电平时，则CD4501的INl被选通，传感器的电流信号SS-2进入IN1，从CD4501的OUT输出，此时仍为电流信号；信号首先经过电阻Re1与电容C1组成的RC滤波电路，滤波电路将电流信号进行滤波，去除干扰信号；滤波后的电流信号然后进入RCV420，RCV420为高精度的电流电压转换芯片，将输入的电流信号准确地转化为电压信号，经过RCV420转换的电压信号即可供给A/D转换电路，最后传输给MCU。

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