CN207851191U - 一种用于信号接地故障的检测电路 - Google Patents

Abstract

一种用于信号接地故障的检测电路，包括第一检测单元、第二检测单元和单片机，第一检测单元和第二检测单元分别采用分压电路、电压比较器作为检测通道，当被测信号的VCC端或者GND端与大地端连接时，第一检测单元和第二检测单元的输出端都会产生相应电平的检测信号。此外，单片机能够识别该检测信号并依据检测信号的电平状态判断对应指示灯的点亮状态，从而通过指示灯就可了解检测信号的VCC端或者GND端是否处于信号接地故障状态，利于技术人员一一检测电子设备的各信号通讯状态，并快速找到处于接地故障情况下的被测信号，进而为检修电子设备提供便利手段。

Description

一种用于信号接地故障的检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种用于信号接地故障的检测电路。

背景技术

在电子通信系统中，为保证信号的通信质量和设备的运行稳定性，一般将信号地和大地进行隔离，如果电子装置中信号线和大地误连接，则会严重影响信号的通信质量，甚至引起电子装置工作不正常的现象。导致信号线与大地连接的情况有很多，诸如导线绝缘层破裂、连线端口松落等，一旦发生此情况就很难对接地点进行定位，这是因为大地是所有电子装置的主要参考电平，信号线接触大地时并不会引起信号的明显异常。在消防报警控制系统中，如果消防报警控制系统的信号线与大地误连接，那么，系统就不能正常接收到报警信号以及发出火警消息，将会导致延误火情的严重后果，因此，找出信号接地故障将利于确保消防报警控制系统处于稳定工作状态。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何检测信号的接地故障。为解决上述问题，本实用新型提供了一种用于信号接地故障的检测电路。该检测电路包括第一检测单元、第二检测单元和控制器。

一种用于信号接地故障的检测电路，包括：第一检测单元、第二检测单元和控制器；所述第一检测单元包括第一电压比较器、第一分压模块和第二分压模块，所述第一电压比较器的阳极输入端和阴极输入端分别与所述第一分压模块的分压输出端和所述第二分压模块的分压输出端连接，所述第一电压比较器的输出端与所述控制器的信号输入引脚连接，所述第一分压模块的两个总压输入端分别与被测信号的VCC端和GND端连接，所述第二分压模块的两个总压输入端分别与被测信号的VCC端和所述第二检测单元连接；所述第二检测单元包括第二电压比较器、第三分压模块和第四分压模块，所述第一电压比较器的阳极输入端和阴极输入端分别与所述第三分压模块的分压输出端和所述第三分压模块的分压输出端连接，所述第二电压比较器的输出端与所述控制器的信号输入引脚连接，所述第三分压模块的两个总压输入端分别与所述第一检测单元和被测信号的GND端连接，所述第四分压模块的两个总压输入端分别与被测信号的VCC端和GND端连接。

所述第一分压模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的串联接触点连接所述第一电压比较器的阳极输入端，所述第一电阻的另一端接被测信号的GND端，所述第二电阻的另一端连接被测信号的VCC端。

所述第二分压模块包括第三电阻、第四电阻、第一极性电容和开关二极管，所述第三电阻的两端分别连接大地端和被测信号的VCC端，所述第四电阻的两端分别连接大地端和所述第一电压比较器的阴极输入端，所述第一极性电容的正极和负极分别与所述第一电压比较器的阴极和被测信号的GND端连接，所述开关二极管的正极和负极分别与大地端和所述第三分压模块连接。

所述第三分压模块包括第六电阻、第七电阻、开关二极管和储能电感，所述第六电阻的一端既与所述第二电压比较器的阳极输入端连接又通过所述第二极性电容与被测信号的GND端连接，所述第六电阻的另一端既通过所述第七电阻与被测信号的GND端连接又通过串联的储能电感与所述开关二极管的负极连接。

所述第四分压模块包括第五电阻和第八电阻，所述第五电阻和所述第八电阻的串联接触点连接所述第二电压比较器的阴极输入端，所述第五电阻的另一端接被测信号的VCC端，所述第八电阻的另一端连接被测信号的GND端。

所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端以串联或者并联形式连接于所述控制器的信号输入引脚；当串联连接时，所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端连接于所述控制器的一信号输入引脚并通过一保护电阻连接于所述控制器的供电端；当并联连接时，所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端分别连接于所述控制器的两个信号输入引脚并通过两个保护电阻分别连接于所述控制器的供电端。

该用于信号接地故障的检测电路，还包括指示灯；当所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端以串联形式连接于所述控制器的信号输入引脚时，所述指示灯通过一分压电阻连接于所述控制器的信号输出引脚，用于指示所述第一电压比较器和所述第二电压比较器的检测信号状态；当所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端以并联形式连接于所述控制器的两个信号输入引脚时，所述指示灯为两个，这两个指示灯通过两个分压电阻分别连接于所述控制器的两个信号输出引脚，用于分别指示所述第一电压比较器和所述第二电压比较器的检测信号状态。

所述被测信号的电压范围是2～36V，所述控制器的供电范围是3～7V。

上述实施例提供的一种用于信号接地故障的检测电路，包括第一检测单元、第二检测单元和控制器，第一检测单元和第二检测单元分别采用分压电路、电压比较器作为检测通道，当大地端与检测信号的VCC端或者GND端连接时，第一检测单元和第二检测单元的输出端都会产生相应电平的检测信号。此外，控制器能够识别该检测信号并依据检测信号的电平状态判断指示灯的点亮状态，从而通过指示灯就可了解检测信号的VCC端或者GND端是否处于信号接地故障状态，利于技术人员一一检测电子设备的各信号通讯状态，并快速找到处于接地故障情况下的检测信号，进而为检修电子设备提供便利手段。

附图说明

图1为实施例一信号接地故障检测电路；

图2为另一个实施例的信号接地故障检测电路。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

电压比较器，电压比较器是对多路输入信号进行鉴别与比较的器件，通过比较输入信号的大小判断输出信号的电平状态。比如LM393芯片，该芯片包括两路电压比较通道，每一路电压比较通道具有以一个阳极输入端、一个阴极输入端和一个输出端，当阳极输入端的电压大于或等于该阴极输入端的电压时，则输出端处于高电平输出状态，反之，该输出端处于低电平输出状态。

实施例一、一种信号接地故障的检测电路，如图1所示。

在本实施例中，信号接地故障检测电路包括第一检测单元101、第二检测单元103和控制器105。所要检测的被测信号(图中未标出)具有高电平VCC和低电平GND(被测信号的VCC和GND在图中已标出)。

在本实施例中，被测信号应当满足电压范围是2～36V的直流信号(即VCC的范围是2～36V)，超出该电压范围的信号处于强度过小或者强度过大状态，会对该检测电路造成损坏。控制器105为通用型单片机、PLC或者其它微型控制器，其工作电压应满足标准范围3～7V(即MCU_VCC的范围是3～7V)。

在本实施例中，第一检测单元101包括第一电阻R15、第二电阻R16、第三电阻R17、第四电阻R18、第一极性电容C15、开关二极管D14和第一电压比较器1011。其中，第一电阻R15和第二电阻R16构成了第一分压模块，第三电阻R17、第四电阻R18、第一极性电容C15和开关二极管D14构成了第二分压模块。

第一电阻R15和第二电阻R16的串联接触点连接第一电压比较器1011的阳极输入端，第一电阻R15的另一端连接被测信号的GND端，第二电阻R16的另一端连接被测信号的VCC端。第三电阻R17的两端分别连接被测信号的VCC端和大地端1010，第四电阻R18的两端分别连接大地端1010和第一电压比较器1011的阴极输入端，第一极性电容C15的正极连接第一电压比较器1011的阴极，第一极性电容C15的负极连接被测信号的GND端。第一电压比较器1011的正负供电端分别连接被测信号的VCC端和GND端。

在本实施例中，第二检测单元103包括第五电阻R27、第六电阻R28、第七电阻R29、第八电阻R30、第二极性电容C17、储能电感L6和第二电压比较器1031。其中第六电阻R28、第七电阻R29、第二极性电容C17、储能电感L6构成第三分压模块，第五电阻R27和第八电阻R30构成第四分压模块。

第五电阻R28和第八电阻R30的串联接触点连接第二电压比较器1031的阴极输入端，第五电阻R27的另一端接被测信号的VCC端，第八电阻R30的另一端连接被测信号的GND端。第六电阻R28的一端连接第二电压比较器1031的阳极输入端，该端通过第二极性电容C17与被测信号的GND端连接，第六电阻R28的另一端通过第七电阻R29连接于被测信号的GND端，通过串联的储能电感L6和开关二极管D14连接于大地端1010，开关二极管D14的正极连接于大地端1010。第二电压比较器1031的正负供电端分别连接被测信号的VCC端和GND端。

第一电压比较器1011的输出端和第二电压比较器1031的输出端以串联形式连接于控制器105，第一电压比较器1011的输出端和第二电压比较器1031的输出端连接于控制器105的信号输入引脚RC5并通过保护电阻R20连接于单片机的MCU_VCC端。本实施例的检测电路还包括指示灯LED1，指示灯LED1通过分压电阻R100连接于控制器105的信号输出引脚RC4，该指示灯LED1用于指示第一电压比较器1011和第二电压比较器1031的检测信号状态。电压比较器、指示灯与控制器105的连接引脚可以为任一I/O引脚，所连接的引脚只要具有信号输入或输出功能即可，具体引脚编号不做限制。

在本实施例中，开关二极管D14和储能电感L6分别起到了电流单向流过、抑制电流波动的作用，利于第一检测单元101和第二检测单元103之间的电信号稳定传输效果。第一电压比较器1011和第二电压比较器1031选用LM393型电压比较芯片，由于LM393本身具有两个电压比较通道，因此，第一电压比较器1011和第二电压比较器1031的功能可以在一个LM393上实现。第一电压笔器1011和第二电压比较器1031的输出端短接，且通过保护电阻R20连接控制器105的MCU_VCC端，因此，无论第一电压比较器1011还是第二电压比较器1031的输出端处于高电平输出状态时，该输出端的电压与MCU_VCC端的电压相同，即输出高电平，其输出端处于低电平输出状态时，MCU_VCC端与被测信号的GND端连接，则该输出端的电压等同于GND端电压，即输出低电平。

在本实施例中，第一电阻R15和第二电阻R16的阻值同为330K，第五电阻R27和第八电阻R30的阻值分别为330K、110K，第三电阻R17和第七电阻R29的阻值分别为330K、220K。按照电阻分压原理，第一电阻R15和第二电阻R16的串联接触处的电压为0.5VCC，即第一电压比较器1011的阳极输入端3的电压为0.5VCC；第五电阻R27和第八电阻R30的串联接触处的电压为0.25VCC，即第二电压比较器1031的阴极输入端6的电压为0.25VCC；第三电阻R17和第七电阻R29的等同接触点处的电压为0.4VCC(由于开关二极管D14的压降较小，约为0.7V，因此，本实施例中忽略了此压降)，即大地端1010相对于被测信号的VCC端的电压为0.4VCC。而且，第四电阻R18和第六电阻R28仅起到了过流保护作用，未产生电压降，因此，第一电压比较器1011的阴极输入端2和第二电压比较器1031的阳极输入端5的电压都等同于大地端1010的电压，即为0.4VCC。

在本实施例中，当该检测电路处于正常状态下(即大地端1010未与被测信号的VCC端或者GND端连接)，第一电压比较器1011的阳极输入端3和阴极输入端2的电压相差+0.1VCC，第二电压比较器1031的阳极输入端5和阴极输入端6的电压相差+0.15VCC，因此，第一电压比较器1011的输出端1和第二电压比较器的输出端7都处于高电平状态，控制器105的RC5引脚也处于高电平(该高电平等于MCU_VCC端的电平)，控制器105识别到RC5引脚为高电平时，控制其RC4引脚输出低电平，指示灯LED1处于灯灭状态，说明被测信号的VCC端或者GND端未处于接大地状态，该被测信号的通讯状态正常。

在本实施例中，当该检测电路处于VCC端短接大地端时，相当于图1中的被测信号VCC端和大地端1010短接。此时，第一电压比较器101的阴极输入端2和第二电压比较器103的阳极输入端5的电压为VCC端电压，则第一电压比较器1011的阳极输入端3和阴极输入端2的电压相差-0.5VCC，第二电压比较器1031的阳极输入端5和阴极输入端6的电压相差+75VCC。因此，第一电压比较器1011的输出端1处于低电平状态，而第二电压比较器1031的输出端2都处于高电平状态，控制器105的RC5引脚处于低电平(该低电平等于GND端的电平)，控制器105识别到RC5引脚为低电平时，控制其RC4引脚输出高电平，指示灯LED1处于灯亮状态，说明被测信号的VCC处于接大地状态，该被测信号的处于接地故障。

在本实施例中，当该检测电路处于GND端短接大地端时，相当于图1中的被测信号GND端和大地端1010短接。此时，第一电压比较器101的阴极输入端2和第二电压比较器103的阳极输入端5的电压为GND端电压，则第一电压比较器1011的阳极输入端3和阴极输入端2的电压相差+0.5VCC，第二电压比较器1031的阳极输入端5和阴极输入端6的电压相差-0.75VCC。因此，第一电压比较器1011的输出端1处于高电平状态，而第二电压比较器1031的输出端7处于低电平状态，控制器105的RC5引脚处于低电平(该低电平等于GND端的电平)，控制器105识别到RC5引脚为低电平时，控制其RC4引脚输出高电平，指示灯LED1处于灯亮状态，说明被测信号的GND端处于接大地状态，该被测信号的处于接地故障。

为便于说明上述实施例中关于信号接地故障的判断过程，将上述判断标准归纳入表1。表1中1端、2端、3端、5端、6端和7端是指图1中第一电压比较器1011和第二电压比较器1031的输出端或者阳极/阴极输入端。

在本实施例中，无论被测信号的GND端和VCC端哪一个短接大地端，单片机都将在信号输入引脚接收到低电平信号，从而控制指示灯处于灯亮状态。由于指示灯只有一个，所以本实施例的检测电路只能判断被测信号处于信号接地故障，不能判断为哪一种故障。

在另一个实施例中，为进一步地判断被测信号处于GND端短接大地端和VCC端短接大地端的哪一种情况，将第一电压比较器1011的输出端和第二电压比较器1031的输出端以并联形式连接于控制器105的两个信号输入引脚，见图2。第一电压比较器1011的输出端连接于控制器105的RA4引脚，第二电压比较器1031的输出端连接于控制器105的RA3引脚，指示灯LED1通过分压电阻R100连接控制器105的RC4引脚以指示GND短接状态，指示灯LED2通过分压电阻R101连接于控制器105的RC5引脚以指示VCC短接状态。当被测信号未与大地端1010连接时，控制器105的RA4和RA3引脚均处于高电平状态(即MCU_VCC)，则指示灯LED1、指示灯LED2均处于灯灭状态。当被测信号的VCC端短接于大地端1010时，控制器105的RA4引脚处于低电平，而RA3引脚处于高电平，则指示灯LED1处于灯灭、指示灯LED2处于灯亮状态。当被测信号GND端短接于大地端1010时，控制器105的RA4引脚处于高电平，而RA3引脚处于低电平状态，则指示灯LED1处于灯亮、指示灯LED2处于灯灭状态。

表1

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (6)

1.一种用于信号接地故障的检测电路，其特征在于，包括：第一检测单元、第二检测单元和控制器；

所述第一检测单元包括第一电压比较器、第一分压模块和第二分压模块，所述第一电压比较器的阳极输入端和阴极输入端分别与所述第一分压模块的分压输出端和所述第二分压模块的分压输出端连接，所述第一电压比较器的输出端与所述控制器的信号输入引脚连接，所述第一分压模块的两个总压输入端分别与被测信号的VCC端和GND端连接，所述第二分压模块的两个总压输入端分别与被测信号的VCC端和所述第二检测单元连接；

所述第二检测单元包括第二电压比较器、第三分压模块和第四分压模块，所述第一电压比较器的阳极输入端和阴极输入端分别与所述第三分压模块的分压输出端和所述第三分压模块的分压输出端连接，所述第二电压比较器的输出端与所述控制器的信号输入引脚连接，所述第三分压模块的两个总压输入端分别与所述第一检测单元和被测信号的GND端连接，所述第四分压模块的两个总压输入端分别与被测信号的VCC端和GND端连接。

2.如权利要求1所述的一种用于信号接地故障的检测电路，其特征在于，

所述第一分压模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的串联接触点连接所述第一电压比较器的阳极输入端，所述第一电阻的另一端接被测信号的GND端，所述第二电阻的另一端连接被测信号的VCC端；

所述第二分压模块包括第三电阻、第四电阻、第一极性电容和开关二极管，所述第三电阻的两端分别连接大地端和被测信号的VCC端，所述第四电阻的两端分别连接大地端和所述第一电压比较器的阴极输入端，所述第一极性电容的正极和负极分别与所述第一电压比较器的阴极和被测信号的GND端连接，所述开关二极管的正极和负极分别与大地端和所述第三分压模块连接；

所述第三分压模块包括第六电阻、第七电阻、第二极性电容和储能电感，所述第六电阻的一端既与所述第二电压比较器的阳极输入端连接又通过所述第二极性电容与被测信号的GND端连接，所述第六电阻的另一端既通过所述第七电阻与被测信号的GND端连接又通过串联的储能电感与所述开关二极管的负极连接；

所述第四分压模块包括第五电阻和第八电阻，所述第五电阻和所述第八电阻的串联接触点连接所述第二电压比较器的阴极输入端，所述第五电阻的另一端接被测信号的VCC端，所述第八电阻的另一端连接被测信号的GND端。

3.如权利要求1所述的一种用于信号接地故障的检测电路，其特征在于，所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端以串联或者并联形式连接于所述控制器的信号输入引脚；

当串联连接时，所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端连接于所述控制器的一信号输入引脚并通过一保护电阻连接于所述控制器的供电端；

当并联连接时，所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端分别连接于所述控制器的两个信号输入引脚并通过两个保护电阻分别连接于所述控制器的供电端。

4.如权利要求3所述的一种用于信号接地故障的检测电路，其特征在于，还包括指示灯；

当所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端以串联形式连接于所述控制器的信号输入引脚时，所述指示灯通过一分压电阻连接于所述控制器的信号输出引脚，用于指示所述第一电压比较器和所述第二电压比较器的检测信号状态；

当所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端以并联形式连接于所述控制器的两个信号输入引脚时，所述指示灯为两个，这两个指示灯通过两个分压电阻分别连接于所述控制器的两个信号输出引脚，用于分别指示所述第一电压比较器和所述第二电压比较器的检测信号状态。

5.如权利要求1至4任一项所述的一种用于信号接地故障的检测电路，其特征在于，所述被测信号的电压范围是2～36V。

6.如权利要求1至4任一项所述的一种用于信号接地故障的检测电路，其特征在于，所述控制器的供电范围是3～7V。