CN205176540U - 一种高温信号控制开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于自动控制领域，提供了一种高温信号控制开关，包括单片机与运算放大器，所述单片机的输出端口与运算放大器的使能端通过导线连接，单片机输出端口输出的逻辑电平控制运算放大器的接通与断开。本实验新型中的运算放大器能够在高温环境中进行信号的切换，不会使输入的电压信号发生变化，输出失调极低，而且其自身功耗较小，作为开关在控制系统中使用时能降低系统功耗损失，减少系统误差。

Description

一种高温信号控制开关

技术领域

本实用新型属于自动控制领域，尤其涉及一种高温信号控制开关。

背景技术

在自动控制系统中，开关主要是完成信号链路中的信号切换功能，目前主要是采用模拟开关实现对信号链路的关断或者打开。

但是，模拟开关一般是采用MOS(MetalOxideSemiconductor，金属氧化物半导体)管的开关方式进行信号控制，由于MOS管存在一个漏集电流，在工作时对控制系统中输入信号的电压值有一定损耗，随着电路的传送会使电压信号发生变化，容易导致系统误差过大。

实用新型内容

本实用新型提供一种高温信号控制开关，旨在解决模拟开关对信号进行控制时会使输入的电压信号发生变化，容易导致系统误差过大的问题。

本实用新型是这样实现的，一种高温信号控制开关，所述高温信号控制开关包括:

运算放大器：具有控制端、同相输入端、反相输入端以及输出端；

单片机：具有输入端口与输出端口，输入端口接收外部的电压信号，并经过内部程序将其转化为逻辑电平，输出端口将逻辑电平进行输出，并将其作为高温信号控制开关的控制信号；

所述单片机的输出端口与所述运算放大器的控制端口通过导线连接，所述单片机输出端口输出的逻辑电平通过导线传送至所述运算放大器的控制端口，用于控制所述运算放大器的接通与断开；

所述运算放大器的工作温度范围为-40℃～+150℃。

在本实用新型实施例中，单片机的输出端口与运算放大器的使能端口连接，单片机接收外界输入的电压信号，根据输入的电压信号的变化情况来控制输出逻辑高电平或者低电平，从而控制运算放大器的接通或者断开，实现对信号链路的信号切换功能，使运算放大器达到开关的作用。运算放大器能够在高温环境中控制信号，不会使输入的电压信号发生变化，而且其自身功耗较小，失调极低，作为开关在控制系统中使用时能降低系统的功耗损失，减少系统误差。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的高温信号控制开关的结构示意图；

图2是本实用新型第二实施例提供的高温信号控制开关的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型实施例中，单片机的输出端口与运算放大器的使能端口连接，单片机输入端口接收外部的输入电压信号，并经过内部程序将其转化为逻辑电平，输出端口将逻辑电平进行输出，从而控制运算放大器的接通或者断开，实现对信号链路的信号切换功能，使运算放大器达到开关的作用。运算放大器能够在高温环境中控制信号，不会使输入的电压信号发生变化，而且其自身功耗较小，失调极低，作为开关在控制系统中使用时能降低系统的功耗损失，减少系统误差。

图1示出了本实用新型第一实施例提供的高温信号控制开关的结构，为了便于说明，仅示出与本实用新型相关的部分。

在本实用新型实施例中，高温信号控制开关包括单片机与运算放大器。

本实用新型实施例中的运算放大器具有控制端Enable、同相输入端V+、反相输入端V-以及输出端Out，运算放大器的工作温度范围为-40℃～+150℃。

本实用新型实施例中的单片机具有输入端口I/O(Input/Output，输入/输出)与输出端口GPIO(GeneralPurposeInputOutput，通用输入/输出)，输入端口I/O接收外部的输入电压信号，并通过内部程序将输入电压信号转化为逻辑电平，逻辑电平通过输出端口GPIO传送至运算放大器的控制端口Enable，作为控制信号来控制运算放大器的接通与断开。

本实用新型实施例中的单片机的输出端口GPIO与运算放大器的使能端口Enable通过导线连接，用于根据输出端口输出的逻辑电平信号来控制运算放大器的接通与断开。

作为本实用新型的一个实施例，运算放大器的输出端Out与反相输入端V-连接，用于作为电压跟随器。

电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1，其输出电压与输入电压是相同的。电压跟随器的显著特点就是，输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有在前级的输出电阻中存在部分损耗，就需要电压跟随器来从中进行缓冲，减少信号的损耗。而且电压跟随器提高了输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证。在本实用新型的实施例中将运算放大器的输出端Out与反相输入端V-连接，用于作为电压跟随器使用，可以最大限度的减少输入电压信号的衰减，可以有效的降低信号的损耗，从而降低系统的功耗。

作为本实用新型的另一实施例，运算放大器的同相输入端V+与信号采集系统连接，当运算放大器处于接通状态时，信号采集系统采集的信号可以通过运算放大器的同相输入端V+传送至运算放大器的输出端Out进行输出。

作为本实用新型的一个实施例，运算放大器的输出端Out与数据采集器连接，当运算放大器处于接通状态时，运算放大器将信号采集系统发送的信号传送至数据采集器中。

在本实用新型实施例中，单片机通过I/O端口接收外部的输入电压信号，根据输入电压信号的变化情况来控制GPIO输出高电平“1”或者低电平“0”，从而控制运算放大器的关断或者打开，实现对信号链路的信号切换功能，使运算放大器达到开关的作用。

当单片机的输出端口GPIO输出为“1”时，运算放大器的使能端口Enable接收到高电平“1”，运算放大器处于接通状态，此时运算放大器同相输入端V+接收的信号可以通过运算放大器到达输出端Out，可以使信号通过时无衰减。

当单片机的输出端口GPIO输出为“0”时，运算放大器的使能端口接收到低电平“0”，运算放大器处于断开状态，此时运算放大器输入端V+接收的信号不能通过运算放大器到达输出端Out。

本实用新型实施例中的运算放大器采用的是斩波稳零运算放大器，其具有最低的失调和漂移性能。斩波稳零放大器可提供低于5uV的失调电压，而且不会出现明显的失调漂移，低功耗运放，其在通用运放的基础上大降低了功耗，可以用于对功耗有限制的场所，例如手持设备。同时，斩波稳零运算放大器具有静态功耗低、工作电压可以低到接近电池电压、在低电压下还能保持良好的电气性能。

本实用新型实施例中的低功耗运放的工作温度范围在-40℃～+150℃，可以保证在高温情况下对信号稳定的控制，同时降低应用成本。

本实用新型中的运算放大器只是对被控制信号做一个引导转接作用。将输入端的信号转到输出端，不会消耗信号本身的能量。当不需要信号时，单片机输出端口GPIO输出的信号可以让运算放大器进入关闭模式，这样信号就无法由运算放大器的输入端到达输出端进行输出。此时运算放大器没有功耗消耗。

图2为本实用新型第二实施例提供的高温信号控制开关的结构。

本实用新型实施例中，如图2所示，单片机的输出端口GPIO分别与4个运算放大器K1、K2、K3、K4的使能端口KZ1、KZ2、KZ3、KZ4通过导线连接，单片机作为控制端，用于根据输出端口GPIO输出的逻辑高电平“1”或逻辑低电平“0”控制运算放大器(K1、K2、K3、K4)的接通与断开。

本实用新型实施例中的运算放大器的直流电源正极VCC接有+5V电压，直流电源负极GND接地，运算放大器K1、K2、K3、K4的信号输入端S1b、S2b、S3b、S4b分别接收输入电压信号，输入电压信号可以无衰减地通过运算放大器，并通过运算放大器的信号输出端Db进行输出。

作为本实用新型的一个实施例，单片机与电压控制装置连接，电压控制装置将电压信号传送至单片机，单片机接收电压信号，并根据电压信号选择相应的一个运算放大器处于接通状态，同时使其他3个运算放大器处于断开状态，经过一定时间后，将接通状态的运算放大器转换为断开状态，并根据内部程序控制其他3个处于断开状态中相应的一个运算放大器由断开状态转换为接通状态。

单片机上电时，检测输入电压Vin与预先设置的参考电压Vref差值范围，根据输入电压Vin的变化情况控制GPIO的输出信号，输入电压为0.5～2.5V(伏特)。

当Vin-Vref<0.2V时，单片机输出端口P端口输出的信号为“1000”，此时运算放大器的使能端口KZ1为逻辑高电平，KZ2、KZ3、KZ4均为逻辑低电平，K1接通，K2、K3、K4均断开，经过一段延时T后，单片机输出端口P端口输出的信号为“0100”，运算放大器的使能端口KZ2变为逻辑高电平，KZ1、KZ3、KZ4均为逻辑低电平，K2接通，K1、K3、K4均断开。

当Vin-Vref>0.2V时，单片机输出端口P端口输出的信号为“0010”，此时运算放大器的使能端口KZ3为逻辑高电平，KZ1、KZ2、KZ4均为逻辑低电平，K3接通，K1、K2、K4均断开，经过一段延时T后，单片机输出端口P端口输出的信号为“0001”，此时运算放大器的使能端口KZ4变为逻辑高电平，KZ1、KZ2、KZ3均为逻辑低电平，K4接通，K1、K2、K3均断开。

单片机上电后，系统运行时检测输入电压Vin相对于预先设置的参考电压Vref的变化情况，根据输入电压Vin的变化情况控制GPIO的输出信号。

当Vin由小于a(Vref-0.2V)变为大于b(Vref+0.2V)时，单片机输出端口P端口输出的信号为“0010”，此时运算放大器的使能端口KZ3为逻辑高电平，KZ1、KZ2、KZ4均为逻辑低电平，K3接通，K1、K2、K4均断开，经过一段延时T后，单片机输出端口P端口输出的信号为“0001”，运算放大器的使能端口KZ4变为逻辑高电平，KZ1、KZ2、KZ3均为逻辑低电平，K4接通，K1、K2、K3均断开。

当Vin由大于b(Vref+0.2V)变为小于a(Vref-0.2V)时，单片机输出端口P端口输出的信号为“1000”，此时运算放大器的使能端口KZ1为逻辑高电平，KZ2、KZ3、KZ4均为逻辑低电平，K1接通，K2、K3、K4均断开，经过一段延时T后，运算放大器的使能端口KZ2变为逻辑高电平，KZ1、KZ3、KZ4均为逻辑低电平，K2接通，K1、K3、K4均断开。

当Vin＝|Vref±0.2V|时，单片机输出端口P端口输出信号保持当前状态，此时运算放大器的使能端口的逻辑电平不变，运算放大器保持当前工作状态不变。

本实用新型中的实施例中的高温信号控制开关可以对输入的信号进行定时的控制，单片机根据检测到的输入电压信号，使输出端口GPIO控制运放的接通与断开，使运算放大器作为开关控制信号的输出，当运算放大器输入端的信号转到输出端时，不会消耗信号本身的能量，同时可以保证在高温情况下对信号稳定的控制，降低应用的成本。

在本实用新型实施例中，单片机的输出端口与运算放大器的使能端口连接，单片机输入端口接收外部的输入电压信号，并经过内部程序将其转化为逻辑电平，输出端口将逻辑电平进行输出，从而控制运算放大器的接通或者断开，实现对信号链路的信号切换功能，使运算放大器实现开关的作用。运算放大器能够在高温环境中控制信号，不会使输入的电压信号发生变化，而且其自身功耗较小，作为开关在控制系统中使用时能降低系统功耗损失，减少系统误差。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高温信号控制开关，其特征在于，所述高温信号控制开关包括:

运算放大器：包括控制端、同相输入端、反相输入端以及输出端；

单片机：包括输入端口与输出端口，输入端口接收外部的电压信号，并经过内部程序将其转化为逻辑电平，输出端口将逻辑电平进行输出，并将其作为高温信号控制开关的控制信号；

所述单片机的输出端口与所述运算放大器的控制端口通过导线连接，所述单片机输出端口输出的逻辑电平通过导线传送至所述运算放大器的控制端口，用于控制所述运算放大器的接通与断开。

2.如权利要求1所述的高温信号控制开关，其特征在于，所述运算放大器的工作温度范围为-40℃～+150℃。

3.如权利要求1或2所述的高温信号控制开关，其特征在于，所述运算放大器的输出端与反相输入端连接，用于作为电压跟随器。

4.如权利要求3所述的高温信号控制开关，其特征在于，所述运算放大器的同相输入端与信号采集系统连接，所述运算放大器的输出端与数据采集器连接，当所述运算放大器处于接通状态时，所述信号采集系统的信号可以通过所述运算放大器的同相输入端传送至与所述运算放大器的输出端连接的所述数据采集器。

5.如权利要求4所述的高温信号控制开关，其特征在于，所述运算放大器的数量为4个；

所述单片机的输出端口分别与4个运算放大器的使能端口连接，用于根据输出端口输出的逻辑电平信号来控制运算放大器的接通与断开。

6.如权利要求5所述的高温信号控制开关，其特征在于，所述单片机与电压控制装置连接，所述电压控制装置将电压信号传送至所述单片机，所述单片机接收所述电压信号，并根据电压信号选择一个相应的运算放大器处于接通状态，同时使其他3个运算放大器处于断开状态，经过一定时间后，将接通状态的运算放大器转换为断开状态，并根据内部程序控制其他3个处于断开状态中相应的一个运算放大器由断开状态转换为接通状态。