CN204287414U - 一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路。包括由继电器通道单元阵列而成M行×N列的被检阵列；同行的继电器通道单元的检测信号输入端串联连接后作为行检测端，各个行检测端分别各自连接到串入并出移位寄存器的M路输出端上，控制器的逐行扫描信号输入到串入并出移位寄存器中；同列的继电器通道单元的检测信号输出端串联连接作为列检测端，各个列检测端分别各自连接到并入串出移位寄存器的N路输入端上，并入串出移位寄存器的反馈信号连接到控制器。本实用新型采用阵列式继电器状态检测方式，与传统检测方式相比，功耗小，布线简单，干扰小，可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种继电器检测电路，特别是涉及一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路。
背景技术
扫描开关在计量测试行业应用广泛，尤其适用于对标准热电偶和标准铂电阻、工作用热电偶和热电阻、直流小信号的测量转换。其主要原理是通过控制信号控制继电器的通断，以达到切换测试通道的目的。继电器动作依赖驱动器驱动，但是在多路扫描开关中由于需要驱动的继电器数量较多，在驱动指定继电器动作时可能会引起其它继电器的误动作，所以必须依靠继电器状态检测电路来确保继电器动作的准确性。如图1所示，当前多路扫描开关常用的磁保持式继电器状态检测方式为：两个继电器为一组，同组的两个继电器的检测通道相互并联。当继电器组两个继电器均闭合时，发光二极管D1正常发光。当继电器组中任一继电器断开时，发光二极管D1被短路，发光二极管D1不能正常发光。以双通道16路四线扫描开关为例，内部包含128个磁保持式继电器。如以图1所示方式进行检测则一共需要64个发光二极管及其附属的限流电阻等器件，导致布线复杂，电路工作效率较低。当电源接通时，不管继电器状态如何都有电流流过限流电阻，所以工作电流较大，功耗偏高。此外，由于继电器状态检测电路与控制器等共用同一电源容易造成信号干扰，不利于系统稳定工作。
实用新型内容
为解决上述电路功耗较大，连线复杂，信号易被干扰等不足，本实用新型提供了一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路。
本实用新型解决上述问题所采取的技术方案为：
本实用新型包括由继电器通道单元阵列而成M行×N列的被检阵列、串入并出移位寄存器和并入串出移位寄存器；位于同一行的所有继电器通道单元的检测信号输入端串联连接后作为行检测端，各个行检测端分别各自连接到串入并出移位寄存器的M路输出端上，控制器输出端的逐行扫描信号输入到串入并出移位寄存器的输入端中；位于同一列的所有继电器通道单元的检测信号输出端串联连接作为列检测端，各个列检测端分别各自连接到并入串出移位寄存器的N路输入端上，并入串出移位寄存器输出端输出的反馈信号连接到控制器输入端。
所述的继电器通道单元是由至少一个继电器组成的。
所述的继电器通道单元由一个继电器组成：继电器的一个动触点引出端作为检测信号输入端，位于该动触点引出端同一侧的静触点引出端作为检测信号输出端；或者是，继电器的一个动触点引出端作为检测信号输出端，位于该动触点引出端同一侧的静触点引出端作为检测信号输入端。
所述的继电器通道单元由包含有至少两个的多个继电器组成，多个继电器的待检测通道依次串联，位于其中一端的一个继电器的静触点引出端作为检测信号输入端，位于另一端的一个继电器的静触点引出端作为检测信号输出端，继电器的绕组高端、绕组低端作为继电器动作控制端。
所述的继电器是常开型、常闭型或者转换型的普通电磁继电器或磁保持式继电器。
所述的串入并出寄存器与并入串出寄存器为CMOS型或TTL型。
所述的控制器与串入并出移位寄存器采用不同电源进行供电，串入并出移位寄存器和并入串出移位寄存器采用相同电源进行供电。
所述的串入并出寄存器与控制器之间、并入串出寄存器与控制器之间各串接有一个隔离光耦。
本实用新型其有益效果为：
采用本实用新型，对于检测多个数量的磁保持式继电器只需要一串入并出移位寄存器和一并入串出移位寄存器，大大减少成本与布线难度。
本实用新型在继电器状态检测电路工作时，工作电流小，功耗低。在继电器状态检测电路不工作时，可将继电器状态检测电路电源关闭，实现较低功耗与零干扰。
本实用新型通过光耦实现控制器与继电器状态检测电路间的电气隔离，增加系统稳定性。
附图说明
图1为传统现有扫描开关磁保持式继电器状态检测电路结构示意图。
图2为本实用新型继电器通道单元由普通电磁继电器构成的连接示意图。
图3为本实用新型继电器通道单元由磁保持式继电器构成的连接示意图。
图4为本实用新型电路的连接结构示意图。
图5为本实用新型实施例继电器通道单元阵列结构示意图。
图中：1、控制器，2、隔离光耦，3、串入并出移位寄存器，4、行检测端，5、被检阵列，6、列检测端，7、并出串入移位寄存器，8、继电器状态检测电路电源，9、控制器电源，10、检测信号输入端，11、检测信号输出端，12、动触点引出端，13、静触点引出端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图4所示，本实用新型包括由继电器通道单元阵列而成M行×N列的被检阵列5、串入并出移位寄存器3和并入串出移位寄存器7；位于同一行的所有继电器通道单元的检测信号输入端10串联连接后作为行检测端4，位于不同行的继电器通道单元的各个行检测端4分别各自连接到串入并出移位寄存器3的M路输出端上，控制器1输出端产生的逐行扫描信号输入到串入并出移位寄存器3的输入端中；位于同一列的所有继电器通道单元的检测信号输出端11串联连接作为列检测端6，位于不同列的继电器通道单元的各个列检测端6分别各自连接到并入串出移位寄存器7的N路输入端上，并入串出移位寄存器7输出端输出的反馈信号连接到控制器1输入端。
如图4所示，若干个继电器通道单元按阵列方式排列组成M行×N列型阵列5，其中第I行(1=<I<=M)的所有继电器通道单元的检测信号输入端10连接至位于同一行的第I行检测端4；第J列(1=<J<=N)的所有继电器通道单元的检测信号输出端11连接至位于同一列的第J列检测端6。控制器1产生的逐行扫描信号与串入并出移位寄存器3相连，串入并出移位寄存器3的M路输出端与被检阵列5的M路行检测端4一一对应相连，被检阵列5的N路列检测端6的反馈信号与并入串出移位寄存器7的N路输入端一一对应相连，并入串出移位寄存器7的反馈信号输出端与控制器1相连。
上述继电器通道单元是由一个或者多个继电器组成的。
继电器通道单元可由一个继电器组成：继电器的一个动触点引出端12作为检测信号输入端10，位于该动触点引出端12同一侧的静触点引出端13作为检测信号输出端11；或者是，继电器的一个动触点引出端12作为检测信号输出端11，位于该动触点引出端12同一侧的静触点引出端13作为检测信号输入端10。
继电器通道单元也可由包含有至少两个的多个继电器组成，多个继电器以信号通道的方式依次串联，位于其中一端的一个继电器的静触点引出端13作为检测信号输入端10，位于另一端的一个继电器的静触点引出端13作为检测信号输出端11，继电器的绕组高端、绕组低端作为继电器动作控制端。
例如图2或者图3所示，优选的继电器通道单元由两个继电器组成，两个继电器的动触点引出端12串联，其中一个继电器的静触点引出端13作为检测信号输入端10，另一个继电器的静触点引出端13作为检测信号输出端11，图2是两个普通电磁继电器构成的继电器通道单元，图3是两个磁保持式继电器构成的继电器通道单元。
继电器是常开型、常闭型或者转换型的普通电磁继电器或磁保持式继电器。
串入并出寄存器3与并入串出寄存器7为CMOS型或TTL型。
控制器1与串入并出移位寄存器3采用不同电源进行供电，串入并出移位寄存器3和并入串出移位寄存器7采用相同电源进行供电。继电器状态检测电路电源8为串入并出移位寄存器3和并入串出移位寄存器7供电，控制器电源9为控制器1供电，控制器电源9与继电器状态检测电路电源8相互独立，继电器状态检测电路电源8可单独关闭。
串入并出寄存器3与控制器1之间、并入串出寄存器7与控制器1之间各串接有一个隔离光耦2，以减少电气干扰。
本实用新型的工作原理如下：
本实用新型采用阵列的方式将继电器通道单元连接在一起，以逐行扫描的方式检测继电器状态。以图4中第一行继电器状态检测为例，控制器产生串行逐行扫描信号，经过串入并出移位寄存器之后，转换成并行信号。此时第1行检测端上为逻辑信号“1”，其他行检测端上为逻辑信号“0”。若第一行继电器中某一继电器通道单元的两个继电器同时闭合，那么该继电器通道单元对应的列检测端输出逻辑信号“1”，而同一行中其他继电器通道单元对应的列检测端均输出逻辑信号“0”。并入串出移位寄存器将各个列检测端的信号转换成串行数据反馈给控制器，从而完成单行继电器状态检测。同理，其他行的继电器状态检测相类似。当所有行的继电器状态检测完毕之后，控制器根据之前得到的数据判断继电器是否有误动作。如果反馈结果与预期结果不一致，则需要复位所有继电器，之后重新闭合对应通道的继电器，再次检测，直至动作结果正确为止。由此来确保通道切换的准确性。此外控制器电源与继电器状态检测电路电源相互独立，在继电器状态检测电路工作时，工作电流小，功耗低。在继电器状态检测电路不工作时，可将继电器状态检测电路电源关闭，实现较低功耗与零干扰。
本实用新型的实施例及其具体实施工作过程：
以双通道16路四线扫描开关为例，该扫描开关包含控制器、隔离光耦、串入并出移位寄存器、并入串出移位寄存器、继电器阵列与电源管理模块。其中控制器选用STC公司生产的IAP15F2K61S2型单片机；继电器选用日本松下公司生产的TX2-L2-5V型双线圈磁保持式继电器；串入并出移位寄存器选用TI公司生产的CD74HC164高速CMOS逻辑8位串行输入/并行输出移位寄存器；并入串出移位寄存器选用TI公司生产的CD74HC165高速CMOS逻辑8位并行输入/串行输出移位寄存器；隔离光耦选用日本东芝公司生产的TLP521-4型四路独立光耦。控制器电源管理芯片与继电器状态检测电路电源管理芯片均选用TI公司生产的TPS7A4901线性稳压器；扫描开关采用6V直流电压适配器供电。
扫描开关拥有两个输出通道分别为通道A与通道B，16个输入通道分别为通道1~通道16，每一个通道包含4条线程。以切换至A1通道为例，通过控制继电器通断，使得通道A与通道1的四条线程相互导通，而其他A路通道不导通。由于通道切换共有A1~A16，B1~B16共计32个选择，所以需要128个磁保持式继电器，每次继电器动作完毕后都需要检测这128个继电器的状态。选用的双线圈磁保持式继电器内部包含左右两个独立开关，且两个独立开关的动作是同步的。所以将其中一路开关作为扫描开关的信号通道，另一路作为检测通道。该扫描开关中属于同一通道的四个继电器控制逻辑相同，这里将其中两个接四线电阻电压高低端的继电器组成一个继电器通道单元将另外两个接四线电阻电流高低端的继电器组成另一个继电器通道单元。按照这种方式，128个继电器共组成64个继电器通道单元。以一个继电器通道单元为最小单位，按图5的方式排列成一个8行×8列的继电器通道单元阵列。该8行×8列的继电器单元阵列拥有8个行检测端口，8个列检测端口。
继电器具体检测方式如下：以切换至A1通道为例，A1通道对应的两个继电器单元分别连接至第1行检测端、第1列控制端与第1行检测端、第2列控制端。检测时采用逐行扫描的形式进行。首先对第一行继电器通道单元进行检测，控制器输出8位串行行检测信号01111111，由于光耦对于逻辑电平的反向作用，使得串入并出移位寄存器的输入信号为10000000。经过串入并出移位寄存器后第1行检测端上为逻辑信号“1”，其他行检测端上为逻辑信号“0”。所以当A1通道对应的两个继电器单元均闭合时，将在第1列检测端与第2列检测端输出逻辑信号“1”，而其他继电器通道单元对应的列检测端均输出逻辑信号“0”。并入串出移位寄存器将8个列检测端的信号转换成串行数据11000000反馈给控制器，从而完成单行继电器状态检测。同理，其他行的继电器状态检测相类似。当所有行的继电器状态检测完毕之后，控制器根据之前得到的数据判断继电器是否有误动作。以切换至A1通道为例，继电器动作正确情况下反馈回的8组串行数据应该分别是11000000、00000000、00000000、00000000、00000000、00000000、00000000、00000000。如果反馈结果与上述结果不一致，则需要复位所有继电器，之后重新闭合对应通道的继电器，再次检测，直至动作结果正确为止。由此来确保通道切换的准确性。
当继电器状态检测完毕后关闭状态检测电路电源，以减少能耗与干扰。实际测试得，双通道16路四线扫描开关的最大瞬时电流为0.5A，最大瞬时功耗为3.5W，检测完毕后，仪器进入待机模式，待机功耗0.4W。
由此，本实用新型实现了双通道16路四线扫描开关内部128个继电器的检测只需要一片串入并出移位寄存器和一片并入串出移位寄存器，大大减少成本与布线难度，工作电流小，功耗低，具有突出显著的技术效果。
上述具体实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1. 一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路，其特征在于：包括由继电器通道单元阵列而成M行×N列的被检阵列（5）、串入并出移位寄存器（3）和并入串出移位寄存器（7）；
位于同一行的所有继电器通道单元的检测信号输入端（10）串联连接后作为行检测端（4），各个行检测端（4）分别各自连接到串入并出移位寄存器（3）的M路输出端上，控制器（1）输出端的逐行扫描信号输入到串入并出移位寄存器（3）的输入端中；位于同一列的所有继电器通道单元的检测信号输出端（11）串联连接作为列检测端（6），各个列检测端（6）分别各自连接到并入串出移位寄存器（7）的N路输入端上，并入串出移位寄存器（7）输出端输出的反馈信号连接到控制器（1）输入端。
2. 根据权利要求1所述的一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路，其特征在于：所述的继电器通道单元是由至少一个继电器组成的。
3. 根据权利要求2所述的一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路，其特征在于：所述的继电器通道单元由一个继电器组成：继电器的一个动触点引出端（12）作为检测信号输入端（10），位于该动触点引出端（12）同一侧的静触点引出端（13）作为检测信号输出端（11）；或者是，继电器的一个动触点引出端（12）作为检测信号输出端（11），位于该动触点引出端（12）同一侧的静触点引出端（13）作为检测信号输入端（10）。
4. 根据权利要求2所述的一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路，其特征在于：所述的继电器通道单元由包含有至少两个的多个继电器组成，多个继电器的待检测通道依次串联，位于其中一端的一个继电器的静触点引出端（13）作为检测信号输入端（10），位于另一端的一个继电器的静触点引出端（13）作为检测信号输出端（11），继电器的绕组高端、绕组低端作为继电器动作控制端。
5. 根据权利要求1～4任一所述的一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路，其特征在于：所述的继电器是常开型、常闭型或者转换型的普通电磁继电器或磁保持式继电器。
6. 根据权利要求1所述的一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路，其特征在于：所述的串入并出寄存器（3）与并入串出寄存器（7）为CMOS型或TTL型。
7. 根据权利要求1所述的一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路，其特征在于：所述的控制器（1）与串入并出移位寄存器（3）采用不同电源进行供电，串入并出移位寄存器（3）和并入串出移位寄存器（7）采用相同电源进行供电。
8. 根据权利要求1所述的一种适用于扫描开关内部继电器的阵列式状态检测电路，其特征在于：所述的串入并出寄存器（3）与控制器（1）之间、并入串出寄存器（7）与控制器（1）之间各串接有一个隔离光耦（2）。
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