CN208459828U - 开关信号采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种开关信号采集电路，所述采集电路包括开关单元、信号转换单元、开关切换单元和控制及信号采集单元，开关单元包括第一开关和第二开关，第一开关的一端接地，第一开关的另外一端接连接信号转换单元的第一端，第二开关的一端接电源正极，另外一端连接信号转换单元的第一端，第一开关和第二开关为互斥关系，信号转换单元的第二端与开关切换单元连接，开关切换单元与控制及信号采集单元连接。这种采集电路的优点在于：对于高有效和低有效开关信号采用一种采集电路采集，同时实现了多路开关信号的采集。

Description

开关信号采集电路

技术领域

本实用新型涉及一种采集电路，具体而言，涉及一种开关信号采集电路。

背景技术

伴随着传统汽车对环境的污染问题愈来愈突出，作为一种零污染，高效率，续航里程长的氢燃料电池被广泛应用于汽车领域。燃料电池控制器作为燃料电池汽车的一个关键零部件，其数字量开关目前对于高有效和低有效的开关信号采集电路是两种不同的采集电路，两种不同采集电路的通用型不强；或者是采用专用的集成电路芯片进行采集，这些智能芯片成本高、采购周期长，无法满足低成本的要求。

目前，开关信号采集电路采用两种不同的采集电路或者专用集成电路芯片采集，其缺点是：采集电路的通用型不强，如果信号有变化，需要调整硬件电路；采用专用集成电路芯片的方案，其成本非常高，而且芯片都是从国外进口，采购周期长，需要大量备货；如果方案变更，导致备货芯片大量积压，无法满足批量生产

综上所述，需要一种新型开关信号采集电路，其能够克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种新型开关信号采集电路，用于克服现有技术的缺陷。本实用新型的目的通过以下方案得以实现。

本实用新型的一个实施方式提供了一种开关信号采集电路，其中所述开关信号采集电路包括开关单元、信号转换单元、开关切换单元和控制及信号采集单元，开关单元包括第一开关和第二开关，第一开关的一端接地，第一开关的另外一端接连接信号转换单元的第一端，第二开关的一端接电源正极，另外一端连接信号转换单元的第一端，第一开关和第二开关为互斥关系，信号转换单元的第二端与开关切换单元连接，开关切换单元与控制及信号采集单元连接，信号转换单元用于将开关单元的三种不同状态转为控制及信号采集单元可识别的三种不同幅值信号，开关切换单元用于开关单元的多路复用，控制及信号采集单元用于控制开关单元的多路复用并采集开关信号。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的开关信号采集电路，其中所述信号转换单元包括两个并联的第一三极管和第二三极管、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻和电容，第一分压电阻、第二分压电阻和电容的一端相互连接并与开关单元连接，电容的另一端接地，第一三极管的第一极通过第四分压电阻与电源正极连接，第一三极管的第一极还通过第一分压电阻与开关单元连接，第五分压电阻一端连接电源正极另外一端连接第一三极管的第二极，第一三极管的第三极与第六分压电阻和第七分压电阻的一端连接，第六分压电阻的另一端与第二三极管的第三极连接，第七分压电阻的另外一端接地，第二三极管的第一极通过第三分压电阻接地，第二三极管的第一极还通过第二分压电阻与开关单元连接，第二三极管的第二极接地，第七分压电阻未接地的一端与开关切换单元连接，第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻用于分压、限流和防止误导通，电容用于吸收开关单元闭合瞬间的抖动信号。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的开关信号采集电路，其中所述开关切换单元包括多路复用器，控制及信号采集单元包括单片机，多路复用器的输入端与信号转换单元的第二端相连接，多路复用器的输出端与单片机的AD接口相连接，多路复用器的多个控制接口与单片机的多个I/O接口相连接。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的开关信号采集电路，其中所述第一三极管为PNP型三极管，第二三极管为NPN型三极管，三极管的第一端为基极，三极管的第二端为发射极，三极管的第三端为集电极。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的开关信号采集电路，其中第一开关和第二开关都处于无效状态时，通过第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻的分压及电流限制，第一三极管的发射极与基极的电势差达到使其开启的幅值，第一三极管处于饱和导通状态；同时，第二三极管的发射极与基极的电势差也达到使其开启的幅值，第二三极管处于饱和导通状态；忽略三极管导通时发射极与集电极的压降，此时通过第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻的分压，单片机采集到的电压幅值表示两开关都处于断开的状态。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的开关信号采集电路，其中当第一开关断开、第二开关闭合时，电容吸收开关闭合瞬间的抖动信号，通过第二分压电阻、第三分压电阻的分压及电流限制，此时第二三极管的发射极与基极的电势差达到使其开启的幅值，第二三极管处于饱和导通状态；而第一三极管的发射极与基极的电势差没有达到使其开启的幅值，第一三极管处于关闭状态；忽略三极管导通时发射极与集电极的压降，此时通过第六分压电阻、第七分压电阻的分压，单片机采集到的电压幅值表示第一开关断开、第二开关闭合的状态。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的开关信号采集电路，其中当第二开关断开、第一开关闭合时，电容吸收开关闭合瞬间的抖动信号，通过第一分压电阻、第四分压电阻的分压及电流限制，此时第一三极管的发射极与基极的电势差达到使其开启的幅值，第一三极管处于饱和导通状态；而第二三极管的发射极与基极的电势差没有达到使其开启的幅值，第二三极管处于关闭状态；忽略三极管导通时发射极与集电极的压降，此时通过电阻第六分压电阻、第七分压电阻的分压，单片机采集到的电压幅值表示开关断开、开关闭合的状态。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的开关信号采集电路，其中所述多路复用器包括多个输入接口，开关信号的多路复用时，不同的开关信号接入多路复用器的输入接口，某个输入接口与输出接口导通的状态是通过多路复用器的控制接口的二进制状态来控制，单片机通过给多路复用器的控制接口赋不同的值，控制某个输入接口与输出接口导通，从而实现开关信号的切换。

本实用新型的开关信号采集电路的优点在于：对于高有效和低有效开关信号采用一种采集电路采集，如果信号由高变为低或者相反，原来的采集电路不作任何调整即可采集信号，极大地方便了控制器的应用；采用多路复用器来实现多个开关信号的切换，占用单片机的接口资源少，同时实现了多路开关信号的采集，大大降低了控制器的成本。

本实用新型的开关信号采集电路的优点还在于：整个驱动单元采用常用的分离器件实现，具有封装小、发热量低和成本低的特点，可广泛应用在燃料电池车等领域的需要有保护功能的驱动方面。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：

图1示出了根据本实用新型一个实施方式的开关信号采集电路结构示意图。

具体实施方式

图1和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本实用新型的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

图1示出了根据本实用新型一个实施方式的开关信号采集电路结构示意图。如图1所示，所述开关信号采集电路包括开关单元1、信号转换单元2、开关切换单元3和控制及信号采集单元4，开关单元1包括第一开关SW1和第二开关SW2，第一开关SW1的一端接地，第一开关SW1的另外一端接连接信号转换单元2的第一端，第二开关SW2的一端接电源正极，另外一端连接信号转换单元2的第一端，第一开关SW1和第二开关SW2为互斥关系，即第一开关SW1和第二开关SW2不能同时处于接通状态，信号转换单元2的第二端与开关切换单元3连接，开关切换单元3与控制及信号采集单元4连接，信号转换单元2用于将开关单元1的三种不同状态(第一开关SW1和第二开关SW2同时断开、第一开关SW1接地、第二开关SW2接通电源正极)转为控制及信号采集单元4可识别的三种不同幅值信号，开关切换单元3用于开关单元1的多路复用，控制及信号采集单元4用于控制开关单元1的多路复用并采集开关信号。

具体而言，如图1所示，所述信号转换单元2包括两个并联的三极管Q201、Q202、六个分压电阻R201、R202、R203、R204、R205、R206、R207和电容C101，分压电阻R201、分压电阻R202和电容C101的一端相互连接并与开关单元1连接，电容C101的另一端接地，三极管Q201的第一极通过分压电阻R204与电源正极连接，三极管Q201的第一极还通过分压电阻R201与开关单元1连接，分压电阻R205一端连接电源正极另外一端连接三极管Q201的第二极，三极管Q201的第三极与分压电阻R206和分压电阻R207的一端连接，分压电阻R206的另一端与三极管Q202的第三极连接，分压电阻R207的另外一端接地，三极管Q202的第一极通过分压电阻R203接地，三极管Q202的第一极还通过分压电阻R202与开关单元1连接，三极管Q202的第二极接地，分压电阻R207未接地的一端与开关切换单元3连接，分压电阻R201、R202、R203、R204、R205、R206、R207用于分压、限流和防止误导通，电容C101用于吸收开关单元1闭合瞬间的抖动信号。

具体而言，如图1所示，所述开关切换单元3包括多路复用器U201，控制及信号采集单元4包括单片机MCU，多路复用器U201的输入端Xn与信号转换单元2的第二端相连接，多路复用器U201的输出端Y与单片机MCU的AD接口相连接，多路复用器U201的控制接口A、B、C、D与单片机MCU的接口I/O1、2、3、4相连接。

具体而言，如图1所示，所述三极管Q201为PNP型三极管，三极管Q202为NPN型三极管，三极管的第一端为基极，三极管的第二端为发射极，三极管的第三端为集电极。

第一开关SW1和第二开关SW2都处于无效状态时，通过分压电阻R201、R202、R203和R204的分压及电流限制，三极管Q201的发射极与基极的电势差达到使其开启的幅值，三极管Q201处于饱和导通状态；同时，三极管Q202的发射极与基极的电势差也达到使其开启的幅值，三极管Q202处于饱和导通状态；忽略三极管导通时发射极与集电极的压降，此时通过分压电阻R205、R206及R207的分压，单片机采集到的电压幅值表示两开关都处于断开的状态。

当第一开关SW1断开、第二开关SW2闭合时，电容C101吸收开关闭合瞬间的抖动信号，通过分压电阻R202、R203的分压及电流限制，此时三极管Q202的发射极与基极的电势差达到使其开启的幅值，三极管Q202处于饱和导通状态；而三极管Q201的发射极与基极的电势差没有达到使其开启的幅值，三极管Q201处于关闭状态；忽略三极管导通时发射极与集电极的压降，此时通过电阻R206、R207的分压，单片机采集到的电压幅值表示第一开关SW1断开、第二开关SW2闭合的状态。

当第二开关SW2断开、第一开关SW1闭合时，电容C101吸收开关闭合瞬间的抖动信号，通过分压电阻R201、R204的分压及电流限制，此时三极管Q201的发射极与基极的电势差达到使其开启的幅值，三极管Q201处于饱和导通状态；而三极管Q202的发射极与基极的电势差没有达到使其开启的幅值，三极管Q202处于关闭状态；忽略三极管导通时发射极与集电极的压降，此时通过分压电阻R205、R207的分压，单片机采集到的电压幅值表示开关SW2断开、开关SW1闭合的状态。

开关信号的多路复用时，所述多路复用器U201包括多个输入接口(X1-X16)，不同的开关信号接入多路复用器的输入接口(X1-X16)，某个输入接口Xn与输出接口Y导通的状态是通过多路复用器U201的控制接口(A、B、C、D)的二进制状态来控制，单片机MCU通过给多路复用器U201的控制接口(A、B、C、D)赋不同的值，控制某个输入接口Xn与输出接口Y导通，从而实现开关信号的切换。

本实用新型的开关信号采集电路的优点在于：对于高有效和低有效开关信号采用一种采集电路采集，如果信号由高变为低或者相反，原来的采集电路不作任何调整即可采集信号，极大地方便了控制器的应用；采用多路复用器来实现多个开关信号的切换，占用单片机的接口资源少，同时实现了多路开关信号的采集，大大降低了控制器的成本。

当然应意识到，虽然通过本实用新型的示例已经进行了前面的描述，但是对本实用新型做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本实用新型宽广范围内。因此，尽管本实用新型已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。

Claims (8)

1.一种开关信号采集电路，所述开关信号采集电路包括开关单元、信号转换单元、开关切换单元和控制及信号采集单元，其特征在于，开关单元包括第一开关和第二开关，第一开关的一端接地，第一开关的另外一端接连接信号转换单元的第一端，第二开关的一端接电源正极，另外一端连接信号转换单元的第一端，第一开关和第二开关为互斥关系，信号转换单元的第二端与开关切换单元连接，开关切换单元与控制及信号采集单元连接，信号转换单元用于将开关单元的三种不同状态转为控制及信号采集单元可识别的三种不同幅值信号，开关切换单元用于开关单元的多路复用，控制及信号采集单元用于控制开关单元的多路复用并采集开关信号。

2.如权利要求1所述的开关信号采集电路，其特征在于，所述信号转换单元包括两个并联的第一三极管和第二三极管、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻和电容，第一分压电阻、第二分压电阻和电容的一端相互连接并与开关单元连接，电容的另一端接地，第一三极管的第一极通过第四分压电阻与电源正极连接，第一三极管的第一极还通过第一分压电阻与开关单元连接，第五分压电阻一端连接电源正极另外一端连接第一三极管的第二极，第一三极管的第三极与第六分压电阻和第七分压电阻的一端连接，第六分压电阻的另一端与第二三极管的第三极连接，第七分压电阻的另外一端接地，第二三极管的第一极通过第三分压电阻接地，第二三极管的第一极还通过第二分压电阻与开关单元连接，第二三极管的第二极接地，第七分压电阻未接地的一端与开关切换单元连接，第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻用于分压、限流和防止误导通，电容用于吸收开关单元闭合瞬间的抖动信号。

3.如权利要求1所述的开关信号采集电路，其特征在于，所述开关切换单元包括多路复用器，控制及信号采集单元包括单片机，多路复用器的输入端与信号转换单元的第二端相连接，多路复用器的输出端与单片机的AD接口相连接，多路复用器的多个控制接口与单片机的多个I/O接口相连接。

4.如权利要求2所述的开关信号采集电路，其特征在于，所述第一三极管为PNP型三极管，第二三极管为NPN型三极管，三极管的第一端为基极，三极管的第二端为发射极，三极管的第三端为集电极。

5.如权利要求4所述的开关信号采集电路，其特征在于，第一开关和第二开关都处于无效状态时，通过第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻的分压及电流限制，第一三极管的发射极与基极的电势差达到使其开启的幅值，第一三极管处于饱和导通状态；同时，第二三极管的发射极与基极的电势差也达到使其开启的幅值，第二三极管处于饱和导通状态；忽略三极管导通时发射极与集电极的压降，此时通过第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻的分压，单片机采集到的电压幅值表示两开关都处于断开的状态。

6.如权利要求4所述的开关信号采集电路，其特征在于，当第一开关断开、第二开关闭合时，电容吸收开关闭合瞬间的抖动信号，通过第二分压电阻、第三分压电阻的分压及电流限制，此时第二三极管的发射极与基极的电势差达到使其开启的幅值，第二三极管处于饱和导通状态；而第一三极管的发射极与基极的电势差没有达到使其开启的幅值，第一三极管处于关闭状态；忽略三极管导通时发射极与集电极的压降，此时通过第六分压电阻、第七分压电阻的分压，单片机采集到的电压幅值表示第一开关断开、第二开关闭合的状态。

7.如权利要求4所述的开关信号采集电路，其特征在于，当第二开关断开、第一开关闭合时，电容吸收开关闭合瞬间的抖动信号，通过第一分压电阻、第四分压电阻的分压及电流限制，此时第一三极管的发射极与基极的电势差达到使其开启的幅值，第一三极管处于饱和导通状态；而第二三极管的发射极与基极的电势差没有达到使其开启的幅值，第二三极管处于关闭状态；忽略三极管导通时发射极与集电极的压降，此时通过电阻第六分压电阻、第七分压电阻的分压，单片机采集到的电压幅值表示开关断开、开关闭合的状态。

8.如权利要求3所述的开关信号采集电路，其特征在于，所述多路复用器包括多个输入接口，开关信号的多路复用时，不同的开关信号接入多路复用器的输入接口，某个输入接口与输出接口导通的状态是通过多路复用器的控制接口的二进制状态来控制，单片机通过给多路复用器的控制接口赋不同的值，控制某个输入接口与输出接口导通，从而实现开关信号的切换。