CN211043589U - 干湿节点通用采集电路 - Google Patents

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本实用新型涉及一种干湿节点通用采集电路,包括控制开关、外接端子和二极管,控制开关的控制结构输入端连接电源正极,输出端连接二极管阳极,二极管阴极连接外接端子,外接端子连接电源负极,并用于连接干节点或湿节点,控制开关的被控制结构的输入端作为电路输出端连接控制器电源,输出端接地。控制结构在干节点为闭合状态,或湿节点的电压值小于预设阈值时处于通电状态,被控制结构在控制结构处于通电状态时导通,电路输出端为低电平。反之,电路输出端为高电平。该干湿节点通用采集电路能实现干接点或湿节点信号采集,针对不同的节点都可以通过电路输出端的高低电平信号反映节点的状态并反馈至控制器,无需跳线,无需人工操作,实用性强,使用便捷。

Description

干湿节点通用采集电路
技术领域
本实用新型涉及自动化控制技术领域,特别是涉及一种干湿节点通用采集电路。
背景技术
随着控制设备的自动化程度越来越高,控制系统需要检测和控制的现场变量也越来越多,尤其是各种隔离型开关量的检测与控制,通常需要把反映被控对象的各种隔离型开关量输入到计算机或控制器中的应用接口。
目前市面上的隔离型开关量输入都能支持干节点和湿节点信号,干节点具有闭合和断开的2种状态,2个节点之间没有极性,可以互换,湿节点具有电压差,2个接点之间有极性不能反接。传统的开关信号采集电路使用时,用户通过跳线为每个输入通道选择采用干接点还是湿接点输入,信号选择需要通过开箱跳线实现,需要人工操作,使用不便捷。
实用新型内容
基于此,有必要针对传统的开关信号采集电路使用不便捷的问题,提供一种干湿节点通用采集电路。
一种干湿节点通用采集电路,包括控制开关、外接端子和二极管,所述控制开关包括控制结构和被控制结构,所述控制结构的输入端用于连接电源正极,所述控制结构的输出端连接所述二极管的阳极,所述二极管的阴极连接所述外接端子,所述外接端子用于连接电源负极,并用于连接干节点或湿节点,所述被控制结构的输入端用于连接控制器的电源引脚,所述被控制结构的输入端作为电路输出端,用于连接所述控制器的采集引脚,所述被控制结构的输出端接地;所述控制结构在所述干节点为闭合状态,或所述湿节点的电压值小于预设阈值时处于通电状态,所述被控制结构在所述控制结构处于通电状态时导通。
上述干湿节点通用采集电路,当外接端子为断开的干节点时,控制开关的控制结构断开,被控制结构也断开,与控制器电源连接的电路输出端为高电平,当外接端子为闭合的干节点时,电流从电源的正极依次流经控制结构、二极管、外接端子和电源负极,控制结构导通,被控制结构也导通,与被控制结构的输出端连接的电路输出端为低电平;当外接端子为电压值大于预设阈值的湿节点时,二极管反向截止,控制开关的控制结构断开,被控制结构也断开,与控制器电源连接的电路输出端为高电平,当外接端子为电压值小于预设阈值的湿节点时,二极管导通,电流从电源的正极依次流经控制结构、二极管、外接端子和电源负极,控制结构导通,被控制结构也导通,与被控制结构的输出端连接的电路输出端为低电平。当外接端子为干接点或湿节点时,该干湿节点通用采集电路都能实现信号采集,针对不同的节点都可以通过电路输出端的高低电平信号反映节点的状态并反馈至控制器,无需跳线,无需人工操作,实用性强,使用便捷。
附图说明
图1为一个实施例中干湿节点通用采集电路的结构图;
图2为另一个实施例中干湿节点通用采集电路的结构图;
图3为又一个实施例中干湿节点通用采集电路的结构图。
具体实施方式
为了使本实用新型目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下通过实施例,并结合附图,对本实用新型进行更加全面的描述。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
在一个实施例中,请参见图1,提供一种干湿节点通用采集电路,包括控制开关110、外接端子120和二极管D1,控制开关110包括控制结构和被控制结构,控制结构的输入端用于连接电源正极V+,控制结构的输出端连接二极管D1的阳极,二极管D1的阴极连接外接端子120,外接端子120用于连接电源负极V-,并用于连接干节点或湿节点,被控制结构的输入端用于连接控制器的电源引脚VDD,被控制结构的输入端作为电路输出端,用于连接控制器的采集引脚,被控制结构的输出端接地。控制结构在干节点为闭合状态,或湿节点的电压值小于预设阈值时处于通电状态,被控制结构在控制结构处于通电状态时导通,电流从电源的正极依次流经控制结构、二极管D1、外接端子120和电源负极V-,与被控制结构的输出端连接的电路输出端为低电平。控制结构在干节点为断开状态,或湿节点的电压值大于或等于预设阈值时处于不通电状态,被控制结构在控制结构处于不通电状态时断开,与控制器电源引脚VDD连接的电路输出端为高电平。当外接端子120为干接点或湿节点时,该干湿节点通用采集电路都能实现信号采集,针对不同的节点都可以通过电路输出端的高低电平信号反映节点的状态并反馈至控制器,无需跳线,无需人工操作,实用性强,使用便捷。
具体地,外接端子120用于连接干节点或湿节点,干节点是无源输入节点,只有闭合和断开两种状态,导通时为逻辑0,断开为逻辑1,湿节点为有源输入节点,湿节点的电压范围并不是唯一的,常用的湿节点的电压范围是直流0~30V,比较标准的是直流24V,此时0-5V为湿节点的逻辑0,5-30V为湿节点的逻辑1。二极管D1用于限制电流方向,电流只能从控制结构的输出端流向外接端子120,二极管D1还用于提供压降,如当控制结构的输入端接入的电压大小为24V时,二极管D1提供的压降为5V左右。预设阈值的取值并不是唯一的,可根据湿节点的电压范围决定,当湿节点的电压范围为0~30V时,预设阈值为5V,当湿节点的电压值大于或等于5V时,与外接端子120为断开的干节点时的情况相同,二极管D1反向截止,控制开关110的控制结构断开,被控制结构也断开,与控制器电源引脚VDD连接的电路输出端为高电平,此时为逻辑1。当湿节点的电压值小于5V时,与外接端子120为闭合的干节点时的情况相同,二极管D1导通,电流从电源的正极V+依次流经控制结构、二极管D1、外接端子120和电源负极V-,控制结构导通,被控制结构也导通,与被控制结构的输出端连接的电路输出端为低电平,此时为逻辑0,逻辑电平的不同可以反映外接端子120的不同状态,并通过电路输出端反馈至控制器的采集引脚,控制器的具体类型并不是唯一的,例如可以为单片机,单片机的电源引脚连接被控制结构的输入端,单片机的采集引脚连接电路输出端,用于采集输入的信号。控制开关110的类型并不是唯一的,例如可以为继电器、断路器或光耦等,只要本领域技术人员认为可以实现即可。与控制结构的输入端连接的电源的类型并不是唯一的,例如可以为隔离电源,隔离电源正极连接控制结构的输入端,隔离电源的负极连接外接端子120,隔离电源的输出电压作为控制结构的输入电压,隔离电源的输出电压并不是唯一的,例如可以为24V或12V等,可根据实际需求决定,隔离电源用在干湿节点通用采集电路之前,可以减少干扰,提高干湿节点通用采集电路的可靠性。
在一个实施例中,如图3所示,控制开关110为光耦合器U1,控制结构为发光器,被控制结构为受光器。耦合器以光为媒介传输电信号,对输入、输出电信号有良好的隔离作用,应用在干湿节点通用采集电路中可以提高干湿节点通用采集电路的抗干扰能力。
具体地,光耦合器U1包括发光器和受光器,发光器和受光器的具体类型均不是唯一的,以发光器为红外线发光二极管D1,受光器为光敏半导体管为例,红外线发光二极管D1的阳极作为输入端连接电源正极V+,红外线发光二极管D1的阴极作为输出端连接二极管D1阳极,光敏半导体管的输入端连接控制器的电源引脚VDD,光敏半导体管的输出端接地,当红外线发光二极管D1的阳极从电源正极V+处接入电流并流通至红外线发光二极管D1的阴极时,红外线发光二极管D1发出光线,光敏半导体管接收光线之后产生光电流,从输出端流出,实现电-光-电的转换。光耦合器U1以光为媒介把输入端信号耦合到输出端,具有体积小、无触点、寿命长、抗干扰能力强等优点,应用在干湿节点通用采集电路中可以提高电路的工作性能。可以理解,在其他实施例中,发光器和受光器也可以为其他类型的器件,只要能实现相应的功能即可。
在一个实施例中,请参见图2,干湿节点通用采集电路还包括第一稳压器130,第一稳压器130的输入端用于连接电源正极V+,第一稳压器130的输出端连接控制结构的输出端。第一稳压器130可以使输出电压稳定,具体型号可根据实际需求决定。第一稳压器130的结构并不是唯一的,例如可以包括调压电路、控制电路、及伺服电机,当输入电压或负载变化时,控制电路进行取样、比较、放大,然后驱动伺服电机转动,使调压器碳刷的位置改变,通过自动调整线圈匝数比,从而保持输出电压的稳定,起到保护电路的作用。
在一个实施例中,如图3所示,第一稳压器130为稳压管Z1。稳压管Z1直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻,在临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,电流可在很大范围内变化而电压基本不变,从而起到稳压作用。稳压管Z1的选型可以参考控制开关110如光耦合器U1的参数,以使电路正常工作。稳压管Z1作为第一稳压器130结构简单,使用成本较低。可以理解,在其他实施例中,第一稳压器130也可以为其他结构,只要本领域技术人员认为可以实现即可。
在一个实施例中,请参见图2,干湿节点通用采集电路还包括第二稳压器140,控制结构的输出端通过第二稳压器140连接二极管D1,第二稳压器140的输出端连接二极管D1的阳极,第二稳压器140的输入端连接控制结构的输出端。第二稳压器140可以使输出电压稳定,具体可使控制结构输出端与二极管D1之间的电压稳定,避免二极管D1被击穿,起到保护电路的作用。第二稳压器140的结构并不是唯一的,例如可以包括调压电路、控制电路、及伺服电机,当输入电压或负载变化时,控制电路进行取样、比较、放大,然后驱动伺服电机转动,使调压器碳刷的位置改变,通过自动调整线圈匝数比,从而保持输出电压的稳定,起到保护电路的作用。
在一个实施例中,继续参照图3,第二稳压器140为稳压管Z2。稳压管Z2直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻,在临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,电流可在很大范围内变化而电压基本不变,从而起到稳压作用。稳压管Z2作为第二稳压器140,其选型可以参考控制开关110如光耦合器U1的参数,电源如隔离电源、湿节点逻辑电平及二极管D1的压降,以使电路正常工作。稳压管Z2作为第二稳压器140结构简单,使用成本较低。可以理解,在其他实施例中,第二稳压器140也可以为其他结构,只要本领域技术人员认为可以实现即可。
在一个实施例中,请参见图2,干湿节点通用采集电路还包括限流电阻R1,限流电阻R1一端用于连接电源正极V+,另一端连接控制结构的输入端。限流电阻R1用于电源正极V+和控制结构的输入端之间,可以限制所在支路电流的大小,以防止电流过大烧坏控制开关110。限流电阻R1的型号不同,限制后的电流大小也不一样,在本实施例中,可以根据控制开关110的启动电流选择对应型号的限流电阻R1,例如当控制开关110为启动电流为2mA的光耦合器U1时,限流电阻R1应选择输出后的电流在2mA以上的型号的电阻,以保证光耦合器U1的正常工作。可以理解,在其他实施例中,也可以采用其他具有限流作用的器件或电路结构,只要本领域技术人员认为可以实现即可。
在一个实施例中,请参见图2,干湿节点通用采集电路还包括上拉电阻R2,上拉电阻R2一端用于连接控制器的电源引脚VDD,另一端连接电路输出端。上拉电阻R2通过一个电阻将电路输出端处的信号钳位在高电平,同时起到限流的作用,具体地,在被控制结构断开时,电路输出端处的输出信号经上拉电阻R2上拉为高电平,与被控制结构导通时电路输出端的低电平状态区分开来,还能提高电路输出端信号的噪声容限,增强抗干扰能力。
在一个实施例中,请参见图2,干湿节点通用采集电路还包括滤波器150,滤波器150一端连接电路输出端,另一端接地。滤波器150连接被控制结构的两端,可以对电路输出端中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除,得到一个特定频率的电源信号,或消除一个特定频率的电源信号,以提高信号的信噪比。具体地,滤波器150的结构并不是唯一的,例如可以包括电容滤波电路、电感滤波电路、倒L型滤波电路、LC滤波电路和RC型滤波电路等,可根据实际需求选择。
在一个实施例中,如图3所示,滤波器150为电容C1。电容C1安装在被控制结构的两端,不仅使电源直流输出平滑稳定,降低了交变脉动电流对被控制结构的影响,同时还可吸收被控制结构工作过程中产生的电流波动和由电源串入的干扰,使得工作性能更加稳定。电容C1的类型和容量有多种,可根据具体需求选择对应的容量,在本实施例中,选择容量为0.1μF的瓷片电容C1,具有使用温度较高,比容量大,耐潮湿性好,介质损耗较小等优点,可以提高干湿节点通用采集电路的工作稳定性。
为了更好地理解上述实施例,以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中,请参见图3,干湿节点通用采集电路包括电阻R1,电阻R2,二极管D1,光耦U1,稳压管Z1,稳压管Z2,电容C1,外接端子X1,隔离电源正极+24V,隔离电源负极COM,MCU电源VCC,MCU地GND和MCU输入信号DI_INO,光耦U1包括作为发光器的发光二极管和作为受光器的光敏半导体管,发光二极管的阳极连接光耦U1的引脚1,光耦U1的引脚1通过电阻R1连接隔离电源正极,发光二极管的阴极连接光耦U1的引脚2,光耦U1的引脚2连接稳压管Z2的阴极,稳压管Z2的阳极连接二极管D1的阳极,二极管D1的阴极连接外接端子X1,外接端子X1还连接隔离电源负极COM,稳压管Z1的阳极连接稳压管Z2的阴极,稳压管Z1的阴极连接隔离电源正极,光敏半导体管的集电极连接光耦U1的引脚4,光耦U1的引脚4通过电阻R2连接MCU电源VCC,电阻R2与光耦U1的引脚4的公共端为电路输出端,电路输出端之间的信号为输入信号DI_INO,光敏半导体管的发射极连接光耦U1的引脚3,光耦U1的引脚3接地,光耦U1的引脚3与电路输出端之间连接有电容C1。电路中电阻R1、稳压管Z1、稳压管Z2、二极管D1、外接端子X1、光耦U1的前级组成隔离前级电路,稳压管Z1的选型需要参考光耦U1的参数,稳压管Z2的选型需要参考隔离电源、湿节点逻辑电平及D1的压降。电阻R2、电容C1、光耦U1的次级组成隔离后端电路,电阻R2的选型参考光耦U1的参数。
具体地,当节点为干节点时,只有闭合和断开两种状态,导通时为逻辑0,断开为逻辑1。当外接端子X1的1、2脚为断开状态时,光耦U1的3、4脚处于开路状态,输入信号DI_IN0经电阻R2上拉为高电平。当外接端子X1的1、2脚为闭合状态时,电流从隔离电源+24V开始流经电阻R1,光耦U1的1、2脚,稳压管Z2,二极管D1之后流向COM端,此时光耦U1的3、4脚相当于短接状态,输入信号DI_IN0与MCU地GND短路处于低电平状态。
当节点为湿节点时,常用的湿节点的电压范围是直流0~30V,比较标准的是直流24V,此时0-5V为湿节点的逻辑0,5-30V为湿节点的逻辑1。外接端子X1的1、2脚接入5-30VDC,此时二极管D1被反向截止,光耦U1的3、4脚为开路状态,输入信号DI_IN0经电阻R2上拉为高电平。当外接端子X1的1、2脚接入0-3VDC时,二极管D1的正向电压大于反向电压,二极管D1处于导通状态,电流从隔离电源+24V开始流经电阻R1,光耦U1的1、2脚,稳压管Z2,二极管D1之后流向COM端,此时光耦U1的3、4脚相当于短接状态,输入信号DI_IN0与MCU地GND短路处于低电平状态。该干湿节点通用采集电路解决了现有节点干湿不通用的难点,电路实施简单,不需要增加额外硬件,可有效降低成本,具有较强的易用性和实用性。
上述干湿节点通用采集电路,当外接端子120为断开的干节点时,控制开关110的控制结构断开,被控制结构也断开,与控制器电源连接的电路输出端为高电平,当外接端子120为闭合的干节点时,电流从电源的正极依次流经控制结构、二极管D1、外接端子120和电源负极,控制结构导通,被控制结构也导通,与被控制结构的输出端连接的电路输出端为低电平;当外接端子120为电压值大于预设阈值的湿节点时,二极管D1反向截止,控制开关110的控制结构断开,被控制结构也断开,与控制器电源连接的电路输出端为高电平,当外接端子120为电压值小于预设阈值的湿节点时,二极管D1导通,电流从电源的正极依次流经控制结构、二极管D1、外接端子120和电源负极,控制结构导通,被控制结构也导通,与被控制结构的输出端连接的电路输出端为低电平。当外接端子120为干接点或湿节点时,该干湿节点通用采集电路都能实现信号采集,针对不同的节点都可以通过电路输出端的高低电平信号反映节点的状态并反馈至控制器,无需跳线,无需人工操作,实用性强,使用便捷。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种干湿节点通用采集电路,其特征在于,包括控制开关、外接端子和二极管,所述控制开关包括控制结构和被控制结构,所述控制结构的输入端用于连接电源正极,所述控制结构的输出端连接所述二极管的阳极,所述二极管的阴极连接所述外接端子,所述外接端子用于连接电源负极,并用于连接干节点或湿节点,所述被控制结构的输入端用于连接控制器的电源引脚,所述被控制结构的输入端作为电路输出端,用于连接所述控制器的采集引脚,所述被控制结构的输出端接地;所述控制结构在所述干节点为闭合状态,或所述湿节点的电压值小于预设阈值时处于通电状态,所述被控制结构在所述控制结构处于通电状态时导通。
2.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述控制开关为光耦合器,所述控制结构为发光器,所述被控制结构为受光器。
3.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,还包括第一稳压器,所述第一稳压器的输入端用于连接所述电源正极,所述第一稳压器的输出端连接所述控制结构的输出端。
4.根据权利要求3所述的电路,其特征在于,所述第一稳压器为稳压管。
5.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,还包括第二稳压器,所述控制结构的输出端通过所述第二稳压器连接所述二极管,所述第二稳压器的输出端连接所述二极管的阳极。
6.根据权利要求5所述的电路,其特征在于,所述第二稳压器为稳压管。
7.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,还包括限流电阻,所述限流电阻一端用于连接电源正极,另一端连接所述控制结构的输入端。
8.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,还包括上拉电阻,所述上拉电阻一端用于连接控制器的电源引脚,另一端连接所述电路输出端。
9.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,还包括滤波器,所述滤波器一端连接所述电路输出端,另一端接地。
10.根据权利要求9所述的电路,其特征在于,所述滤波器为电容。
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CN112783042A (zh) * 2020-12-31 2021-05-11 瑞斯康达科技发展股份有限公司 一种信号采集电路及采集方法
CN113556119A (zh) * 2021-09-18 2021-10-26 成都万创科技股份有限公司 一种防误接可切换式隔离型数字输入电路

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