CN203930411U

CN203930411U - 一种开关量采集转换电路

Info

Publication number: CN203930411U
Application number: CN201420249572.9U
Authority: CN
Inventors: 郑军; 李伟; 管博洲
Original assignee: Huangshan Guangyuan Photoelectric Technology Co Ltd; HUANGSHAN LONGCHENG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd; HUANGSHAN BEICHUAN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: Huangshan Guangyuan Photoelectric Technology Co Ltd; HUANGSHAN LONGCHENG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd; HUANGSHAN BEICHUAN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2024-05-14

Abstract

本实用新型涉及一种开关量采集转换电路，包括第一开关量采样单元、第二开关量采样单元、第一整形单元、第二整形单元、信号转换单元及单片机单元，第一、第二开关量采样单元分别经第一、第二整形单元和信号转换单元的第一、第二输入端相连，信号转换单元的一个输出端和单片机单元的一个输入端相连。两个开关量采样单元分别采集两路开关量传感器信号，经整形单元整形，再由信号转换单元将两路整形信号转换为一路信号，最后由单片机单元根据这一路信号判断出两个传感器的开关状态。本实用新型使单片机端口的占用量减少一半，从而可以使用只具备较少个I/O端口的单片机，导线用量少，简化连线，降低成本。

Description

一种开关量采集转换电路

技术领域

本实用新型涉及一种采集传感器开关量信号的传感器检测电路，尤其涉及一种减少单片机I/O端口的占用数的开关量采集转换电路。

背景技术

随着自动化设备和智能化设备的发展，为了实现各种功能很多设备上会使用多个传感器，以实现采集和控制。以麻将机为例，麻将机的位置检测电路，主要采用霍尔元件和光电传感器，每路传感器都要分别连到单片机的一个I/O口，或者通过端口扩展芯片8位并行输入串行输出移位寄存器（如74HC165芯片），实现对外部状态进行检测。由于麻将机的外部位置传感器众多，因此采用目前的位置检测电路需要使用具备更多个I/O端口的单片机，导致整机成本上升，就算使用扩展芯片，成本也还是很高。而且，每路外部传感器都需要有一根导线连到安装有单片机的主板上，导致导线用量大，成本大幅增加，并且连线复杂，安装和维修都不方便。

发明内容

本实用新型主要解决原有传感器检测电路中，一个传感器就得占用单片机的一个I/O端口，当有很多个传感器时，需要使用具备更多个I/O端口的单片机，导致整机成本大幅上升的技术问题；提供一种开关量采集转换电路，其能使单片机端口的占用量减少一半，可以选择使用具备较少个I/O端口的单片机，大大降低成本。

本实用新型同时解决原有传感器检测电路中，每路传感器都需要有一根导线连到安装有单片机的主板上，导线用量大，成本高，并且连线复杂，安装和维修都不方便的技术问题；提供一种开关量采集转换电路，其能使连接到安装有单片机的主板上的导线减少一半，导线用量少，降低成本，而且简化连线，确保安装和维修都很方便。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括第一开关量采样单元、第二开关量采样单元、第一整形单元、第二整形单元、信号转换单元及单片机单元，第一、第二开关量采样单元的输出端分别和第一、第二整形单元的输入端相连，第一、第二整形单元的输出端分别和所述的信号转换单元的第一输入端及第二输入端相连，信号转换单元的一个输出端和所述的单片机单元的一个输入端相连。第一开关量采样单元、第二开关量采样单元分别包括第一开关量传感器、第二开关量传感器，分别采集第一开关量传感器及第二开关量传感器的开关量信号，再分别输送给第一、第二整形单元，第一、第二整形单元分别对接收到的信号进行整形，整形后的信号都输送给信号转换单元，信号转换单元经过处理，将两路信号转换为一路信号并输送给单片机单元的一个输入端，最后由单片机单元根据这一个输入端接收到的采样值判断出两个传感器的开关状态，再进行后续的其它处理和控制。也就是说，两个开关量传感器的状态信号，只需占用单片机单元的一个I/O端口即可。两个开关量采样单元、两个整形单元和一个信号转换单元看成一组，那么当需要对十个传感器的开关量信号进行采集时，有五组上述这样的电路即可，五个信号转换单元共输出五路信号，五路信号分别连接到单片机单元的五个I/O端口，由单片机单元根据接收到的五个信号判断出十个开关量传感器的开关状态，也就是说，十个开关量传感器的状态信号，只需占用单片机单元的五个I/O端口即可。因此，使用本实用新型的开关量采集转换电路，能使单片机端口的占用量减少一半，故而可以选择使用具备较少个I/O端口的单片机，大大降低成本，而且使传感器连接到安装有单片机的主板上的导线也减少一半，导线用量少，简化连线，确保安装和维修都很方便。

作为优选，所述的第一开关量采样单元包括光电传感器U1、电阻R1、电阻R2和可变电阻W1，光电传感器U1的输入端的正极、输出端的正极均接电压VCC，光电传感器U1的输入端的负极经电阻R1接地，光电传感器U1的输出端的负极经电阻R2和可变电阻W1的一端相连，可变电阻W1的另一端和其活动端并接并且接地，电阻R2和可变电阻W1的并接点与所述的第一整形单元的输入端相连；所述的第二开关量采样单元包括光电传感器U2、电阻R8、电阻R9和可变电阻W2，光电传感器U2的输入端的正极、输出端的正极均接电压VCC，光电传感器U2的输入端的负极经电阻R9接地，光电传感器U2的输出端的负极经电阻R8和可变电阻W2的一端相连，可变电阻W2的另一端和其活动端并接并且接地，电阻R8和可变电阻W2的并接点与所述的第二整形单元的输入端相连。本技术方案中开关量传感器采用光电传感器，采集设备中相关部件的到位或不到位信号，当然也可采用霍尔元件等其它开关量传感器实现。

作为优选，所述的第一整形单元包括电阻R3、发光二极管LED1和三极管Q1，所述的第一开关量采样单元的输出端和三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极和发光二极管LED1的负极相连，发光二极管LED1的正极经电阻R3接电压VCC，三极管Q1的集电极和所述的信号转换单元的第一输入端相连；所述的第二整形单元包括电阻R7、发光二极管LED2和三极管Q2，所述的第二开关量采样单元的输出端和三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极和发光二极管LED2的负极相连，发光二极管LED2的正极经电阻R7接电压VCC，三极管Q2的集电极和所述的信号转换单元的第二输入端相连。整形单元对接收到的开关量波形进行整形，发光二极管LED1亮表示第一开关量采样单元无物体遮挡，发光二极管LED1不亮表示第一开关量采样单元有物体遮挡，发光二极管LED2亮表示第二开关量采样单元无物体遮挡，发光二极管LED2不亮表示第二开关量采样单元有物体遮挡，提示直观，便于设备调试。

作为优选，所述的信号转换单元包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1和二极管D1、二极管D2，所述的第一、第二整形单元的输出端分别和二极管D1的负极、二极管D2的负极相连，二极管D1的正极和电阻R4的一端相连，二极管D2的正极和电阻R6的一端相连，电阻R4的另一端、电阻R6的另一端及电阻R5的一端、电容C1的一端均并接到一起并且和所述的单片机单元的一个输入端相连，电阻R5的另一端接电压VCC，电容C1的另一端接地。二极管D1及二极管D2采用高速开关二极管。通过电容C1进行干扰滤波，通过二极管D1及二极管D2进行电流的隔离，通过电阻R4、电阻R5及电阻R6的不同阻值的调配，使两路开关信号转换为一路信号输出，而且这一路输出信号会随着两路输入信号的不同状态输出五种电平信号，从而和两个传感器的开关状态相对应。

作为优选，所述的单片机单元包括内置A/D转换电路的单片机U3，所述的信号转换单元的一个输出端和单片机U3的内置A/D转换电路的一个输入端相连。使用单片机的A/D采样口，将信号转换单元输送过来的摸拟信号转换成数字信号，再经单片机的分析、处理和运算，判断出两个传感器的开关状态。内置A/D转换电路的单片机，可采用R5F212B8SNFA LQFP64单片机（瑞萨）或SH88F516F QFP-44单片机（中颖）等等。当然，也可采用不带内置A/D转换电路的单片机，那么需要有一个外置的A/D转换电路，由其接收信号转换单元的输出信号，经转换后再将信号输送给单片机。但本技术方案的电路结构更加简单。

本实用新型的有益效果是：能将两路传感器开关量信号转换成一路信号输送给单片机，使单片机端口的占用量减少一半，从而可以选择使用只具备较少个I/O端口的单片机，大大降低成本。同时能使传感器连接到安装有单片机的主板上的导线减少一半，导线用量少，即降低成本，又简化连线，确保安装和维修都很方便。

附图说明

图1是本实用新型的一种电路原理连接结构框图。

图2是本实用新型的一种电路原理图。

图中1.第一开关量采样单元，2.第二开关量采样单元，3.第一整形单元，4. 第二整形单元，5.信号转换单元，6.单片机单元。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种开关量采集转换电路，如图1所示，包括第一开关量采样单元1、第二开关量采样单元2、第一整形单元3、第二整形单元4、信号转换单元5及单片机单元6，第一、第二开关量采样单元1、2的输出端分别和第一、第二整形单元3、4的输入端相连，第一、第二整形单元3、4的输出端分别和信号转换单元5的第一输入端及第二输入端相连，信号转换单元5的一个输出端和单片机单元6的一个输入端相连。

如图2所示，第一开关量采样单元1包括光电传感器U1、电阻R1、电阻R2和可变电阻W1；第二开关量采样单元2包括光电传感器U2、电阻R8、电阻R9和可变电阻W2；第一整形单元3包括电阻R3、发光二极管LED1和三极管Q1；第二整形单元4包括电阻R7、发光二极管LED2和三极管Q2；信号转换单元5包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1和二极管D1、二极管D2；单片机单元6包括内置A/D转换电路的单片机U3，本实施例中单片机采用R5F212B8SNFA LQFP64单片机。光电传感器U1的输入端的正极、输出端的正极均接电压VCC，光电传感器U1的输入端的负极经电阻R1接地，光电传感器U1的输出端的负极经电阻R2和可变电阻W1的一端相连，可变电阻W1的另一端和其活动端并接并且接地，电阻R2和可变电阻W1的并接点与第一整形单元3中三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极和发光二极管LED1的负极相连，发光二极管LED1的正极经电阻R3接电压VCC，三极管Q1的集电极和信号转换单元5中的二极管D1的负极相连。光电传感器U2的输入端的正极、输出端的正极均接电压VCC，光电传感器U2的输入端的负极经电阻R9接地，光电传感器U2的输出端的负极经电阻R8和可变电阻W2的一端相连，可变电阻W2的另一端和其活动端并接并且接地，电阻R8和可变电阻W2的并接点与第二整形单元4中三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极和发光二极管LED2的负极相连，发光二极管LED2的正极经电阻R7接电压VCC，三极管Q2的集电极和信号转换单元5中二极管D2的负极相连。二极管D1的正极和电阻R4的一端相连，二极管D2的正极和电阻R6的一端相连，电阻R4的另一端、电阻R6的另一端及电阻R5的一端、电容C1的一端均并接到一起并且和单片机U3的内置A/D转换电路的一个输入端相连，电阻R5的另一端接电压VCC，电容C1的另一端接地。

工作过程：由第一开关量采样单元采集第一路开关量信号给第一整形单元，由第二开关量采样单元采集第二路开关量信号给第二整形单元，第一整形单元及第二整形单元分别对接收到的信号进行整形，整形后的信号分别输送给信号转换单元，信号转换单元将两路信号转换为一路信号输送给单片机的内置A/D转换电路的一个输入端，这一个输入端接收到的采样值分成五种电平信号，五种电平信号根据信号转换单元决定的V1、V2、V3和V4四个电压值（0＜V1＜V2＜V3＜V4）进行划分，五种电平信号分别对应两路开关量信号的五种状态，经过单片机的分析、处理和运算，最后单片机根据这一个输入端接收到的采样值判断出两个光电传感器的开关状态，即：关关、关开、开关、开开和发生故障，然后再进行后续的其它处理和控制。发生故障时，单片机分别输出信号控制显示单元和报警单元，通过显示单元显示故障信息，通过报警单元启动报警。

V1、V2、V3和V4四个电压值由信号转换单元中电阻R4、电阻R5及电阻R6决定，即若选用的电阻R4、电阻R5及电阻R6的阻值改变，则V1、V2、V3和V4的值也会改变。假定单片机的工作电压为VDD，则S1=((R4×R6)/(R4×R5+R6×R5+R4×R6))×VDD，S2=(R6/(R6+R5))×VDD，S3=(R4/(R4+R5))×VDD，S4=VDD，而V4=（S4+S3）/2，V3=（S3+S2）/2，V2=（S2+S1）/2，V1=（S1+0）/2。举例说明：假定单片机的工作电压为VDD，电阻R4=1K ，电阻R5=10K，电阻R6=15K，则S1=（15/175）VDD，S2=（15/25）VDD，S3=（1/11）VDD，S4=VDD，再通过V4=（S4+S3）/2，V3=（S3+S2）/2，V2=（S2+S1）/2，V1=（S1+0）/2，获得V1、V2、V3和V4四个电压值。

本实用新型将两路传感器开关量信号转换成一路信号输送给单片机，使单片机端口的占用量减少一半，从而可以选择使用只具备较少个I/O端口的单片机，大大降低成本。同时能使传感器连接到安装有单片机的主板上的导线减少一半，导线用量少，既降低成本，又简化连线，确保安装和维修都很方便。

Claims

1. 一种开关量采集转换电路，其特征在于包括第一开关量采样单元（1）、第二开关量采样单元（2）、第一整形单元（3）、第二整形单元（4）、信号转换单元（5）及单片机单元（6），第一、第二开关量采样单元（1、2）的输出端分别和第一、第二整形单元（3、4）的输入端相连，第一、第二整形单元（3、4）的输出端分别和所述的信号转换单元（5）的第一输入端及第二输入端相连，信号转换单元（5）的一个输出端和所述的单片机单元（6）的一个输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种开关量采集转换电路，其特征在于所述的第一开关量采样单元（1）包括光电传感器U1、电阻R1、电阻R2和可变电阻W1，光电传感器U1的输入端的正极、输出端的正极均接电压VCC，光电传感器U1的输入端的负极经电阻R1接地，光电传感器U1的输出端的负极经电阻R2和可变电阻W1的一端相连，可变电阻W1的另一端和其活动端并接并且接地，电阻R2和可变电阻W1的并接点与所述的第一整形单元（3）的输入端相连；所述的第二开关量采样单元（2）包括光电传感器U2、电阻R8、电阻R9和可变电阻W2，光电传感器U2的输入端的正极、输出端的正极均接电压VCC，光电传感器U2的输入端的负极经电阻R9接地，光电传感器U2的输出端的负极经电阻R8和可变电阻W2的一端相连，可变电阻W2的另一端和其活动端并接并且接地，电阻R8和可变电阻W2的并接点与所述的第二整形单元（4）的输入端相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种开关量采集转换电路，其特征在于所述的第一整形单元（3）包括电阻R3、发光二极管LED1和三极管Q1，所述的第一开关量采样单元（1）的输出端和三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极和发光二极管LED1的负极相连，发光二极管LED1的正极经电阻R3接电压VCC，三极管Q1的集电极和所述的信号转换单元（5）的第一输入端相连；所述的第二整形单元（4）包括电阻R7、发光二极管LED2和三极管Q2，所述的第二开关量采样单元（2）的输出端和三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极和发光二极管LED2的负极相连，发光二极管LED2的正极经电阻R7接电压VCC，三极管Q2的集电极和所述的信号转换单元（5）的第二输入端相连。

4.根据权利要求1或2所述的一种开关量采集转换电路，其特征在于所述的信号转换单元（5）包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1和二极管D1、二极管D2，所述的第一、第二整形单元（3、4）的输出端分别和二极管D1的负极、二极管D2的负极相连，二极管D1的正极和电阻R4的一端相连，二极管D2的正极和电阻R6的一端相连，电阻R4的另一端、电阻R6的另一端及电阻R5的一端、电容C1的一端均并接到一起并且和所述的单片机单元（6）的一个输入端相连，电阻R5的另一端接电压VCC，电容C1的另一端接地。

5.根据权利要求3所述的一种开关量采集转换电路，其特征在于所述的信号转换单元（5）包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1和二极管D1、二极管D2，所述的第一、第二整形单元（3、4）的输出端分别和二极管D1的负极、二极管D2的负极相连，二极管D1的正极和电阻R4的一端相连，二极管D2的正极和电阻R6的一端相连，电阻R4的另一端、电阻R6的另一端及电阻R5的一端、电容C1的一端均并接到一起并且和所述的单片机单元（6）的一个输入端相连，电阻R5的另一端接电压VCC，电容C1的另一端接地。

6.根据权利要求1或2所述的一种开关量采集转换电路，其特征在于所述的单片机单元（6）包括内置A/D转换电路的单片机U3，所述的信号转换单元（5）的一个输出端和单片机U3的内置A/D转换电路的一个输入端相连。