CN213126208U - 一种信号切换装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及计量测试技术领域，其目的在于提供一种信号切换装置及系统。所采用的技术方案是：一种信号切换装置，包括切换电路、控制电路、输出接口电路、输入接口电路和电源电路；控制电路与切换电路的受控端电连接，输出接口电路与切换电路的输出端电连接，输入接口电路与切换电路的输入端电连接，切换电路、控制电路、输出接口电路和输入接口电路均与电源电路电连接。一种信号切换系统，包括上述任一项的信号切换装置，还包括与信号切换装置的输入端电连接的外部输出设备、与信号切换装置的输出端电连接的外部输入设备和与信号切换装置的受控端电连接的上位机。本实用新型可实现信号源的信号切换，结构简单。

Description

一种信号切换装置及系统

技术领域

本实用新型涉及计量测试技术领域，特别是涉及一种信号切换装置及系统。

背景技术

在计量测试技术领域，常见的信号源通常仅有一个通道，通常需要使用信号切换装置对不同类型的信号进行切换控制，从而实现不同输入设备及输出设备之间的交互。然而，现有技术中，信号切换装置的结构较为复杂，存在精度不稳定等缺陷。

发明内容

为了至少在一定程度解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种信号切换装置及系统。

本实用新型采用的技术方案是：

一种信号切换装置，包括切换电路、控制电路、输出接口电路、输入接口电路和电源电路；所述控制电路与切换电路的受控端电连接，所述输出接口电路与切换电路的输出端电连接，所述输入接口电路与切换电路的输入端电连接，所述切换电路、控制电路、输出接口电路和输入接口电路均与电源电路电连接。

优选地，所述控制电路采用型号为PCA9698的扩展芯片实现。

优选地，所述切换电路包括输出切换电路，所述输出切换电路设置有多个，任一所述输出切换电路均包括第一电阻、第五电阻、第一三极管、第一电磁继电器和第一二极管；所述第一三极管的基极通过第一电阻与控制电路电连接，所述第一三极管的基极还通过第五电阻与第一三极管的发射极电连接，第一三极管的发射极与第五电阻的结合点接地，所述第一三极管的源极与第一电磁继电器的线圈的一端电连接，所述第一电磁继电器的线圈的另一端与电源电路电连接，所述第一二极管与第一电磁继电器的线圈并联连接，所述第一电磁继电器的开关的一端与输出接口电路的电源引脚电连接，所述第一电磁继电器的开关的另一端与输出接口电路的信号输出引脚电连接。

进一步优选地，所述切换电路还包括输入切换电路，所述输入切换电路设置有多个，任一所述输入切换电路均包括第十三电阻、第十六电阻、第三三极管、第二电磁继电器和第三二极管；所述第三三极管的基极通过第十三电阻与控制电路电连接，所述第三三极管的基极还通过第十六电阻与第三三极管的发射极电连接，第三三极管的发射极与第十六电阻的结合点接地，所述第三三极管的源极与第二电磁继电器的线圈的一端电连接，所述第二电磁继电器的线圈的另一端与电源电路电连接，所述第三二极管与第二电磁继电器的线圈并联连接，所述第二电磁继电器的开关的一端与输入接口电路的任一信号输入电连接，所述第二电磁继电器的开关的另一端与输入接口电路的另一信号输入引脚电连接。

进一步优选地，所述输入接口电路和输出接口电路均采用harting连接器实现。

优选地，所述电源电路包括电源输入模块和滤波模块，所述电源输入模块的输出端与滤波模块的输入端电连接，所述滤波模块的输出端与切换电路、控制电路、输出接口电路和输入接口电路的电源接口电连接。

进一步优选地，所述滤波模块包括第一滤波模块和第二滤波模块，所述第一滤波模块的输入端与电源输入模块的输出端电连接，所述第一滤波模块的输出端与第二滤波模块的输入端电连接，所述第二滤波模块的输出端与切换电路、控制电路、输出接口电路和输入接口电路的电源接口电连接。

一种信号切换系统，包括上述任一项所述的信号切换装置，还包括与信号切换装置的输入端电连接的外部输出设备、与信号切换装置的输出端电连接的外部输入设备和与信号切换装置的受控端电连接的上位机。

优选地，所述信号切换装置设置有多个，多个信号切换装置的受控端均与上位机电连接，任一信号切换装置的输入端与外部输出设备电连接，该信号切换装置的输出端与另一信号切换装置的输入端电连接，另一信号切换装置的输出端与外部输入设备电连接。

本实用新型的有益效果集中体现在，可实现信号源的信号切换，结构简单。具体地，本实用新型在实施过程中，输出接口电路与外部输入设备电连接，输入接口电路与外部输出设备电连接，外部输出设备可通过输入接口电路向切换电路输入源信号，控制电路可控制切换电路进行信号的切换，以将由外部输出设备输出的信号源切换为不同的输出信号，然后将转换的信号通过输出接口电路输出至外部输入设备，由此实现信号源的切换，从而实现不同输入设备及输出设备之间的交互，其整体结构简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型中信号切换装置的控制框图；

图2是本实用新型中控制电路的电路原理图；

图3是本实用新型中输出切换电路的电路原理图；

图4是本实用新型中输出接口电路的电路原理图；

图5是本实用新型中输入切换电路的电路原理图；

图6是本实用新型中输入接口电路的电路原理图；

图7是本实用新型中电源输入模块的电路原理图；

图8是本实用新型中第一滤波模块和第二滤波模块的电路原理图；

图9是本实用新型中信号切换系统的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元，并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”，“相邻”对“直接相邻”等等)。

应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1：

本实施例提供一种信号切换装置，如图1所示，包括切换电路、控制电路、输出接口电路、输入接口电路和电源电路；所述控制电路与切换电路的受控端电连接，所述输出接口电路与切换电路的输出端电连接，所述输入接口电路与切换电路的输入端电连接，所述切换电路、控制电路、输出接口电路和输入接口电路均与电源电路电连接。

本实施例可实现信号源的信号切换，结构简单。具体地，本实施例在实施过程中，输出接口电路与外部输入设备电连接，输入接口电路与外部输出设备电连接，外部输出设备可通过输入接口电路向切换电路输入源信号，控制电路可控制切换电路进行信号的切换，以将由外部输出设备输出的信号源切换为不同的输出信号，然后将转换的信号通过输出接口电路输出至外部输入设备，由此实现信号源的切换，从而实现不同输入设备及输出设备之间的交互，其整体结构简单。

本实施例中，如图2所示，所述控制电路采用型号为PCA9698的扩展芯片U1实现。该扩展芯片的数据输入采用I²C总线通讯协议，输出为多路通用I/O口，可使用两根数据线输入，以得到多个可控的I/O信号。

PCA9698是56脚的CMOS器件，能够实现I2C/SMBus应用中40位通用GPIO的扩展。改进的特性包括4000pF的驱动能力、5V I/O口、工作电流低于1mA、单独的I/O口配置、400kHzI2C总线时钟频率和更小的封装形式。当应用中需要额外的I/O口来连接ACPI(“高级配置与电源接口“这是英特尔、微软和东芝共同开发的一种电源管理标准)电源开关、传感器、按钮、LED、风扇等时，可使用I/O扩展器件实现简单的解决方案。

本实施例中，如图3所示，所述切换电路包括输出切换电路，所述输出切换电路设置有多个，任一所述输出切换电路均包括第一电阻R1、第五电阻R5、第一三极管Q1、第一电磁继电器K1和第一二极管D1；所述第一三极管Q1的基极通过第一电阻R1与控制电路电连接，所述第一三极管Q1的基极还通过第五电阻R5与第一三极管Q1的发射极电连接，第一三极管Q1的发射极与第五电阻R5的结合点接地，所述第一三极管Q1的源极与第一电磁继电器K1的线圈的一端电连接，所述第一电磁继电器K1的线圈的另一端与电源电路电连接，所述第一二极管D1与第一电磁继电器K1的线圈并联连接，所述第一电磁继电器K1的开关的一端与输出接口电路的电源引脚电连接，所述第一电磁继电器K1的开关的另一端与输出接口电路的信号输出引脚电连接。

需要说明的是，输出切换电路适配设置有多个，多个输出切换电路构成切换阵列，便于将同一类型的信号源转换为不同类型的输出信号，由此实现对多个信号的切换，通道数多，功能多样。同时，输出切换电路采用隔离控制切换的方式，使得信号的传递过程全部由板载走线和镀金连接器完成，实现了极低的信号传输线阻，信号的传输损耗在1/1000左右，损耗率低。

本实施例中，如图4所示，所述输出接口电路采用高密度harting连接器，配合排母连接器实现。

本实施例中，如图5所示，所述切换电路还包括输入切换电路，所述输入切换电路设置有多个，任一输入切换电路均包括第十三电阻R13、第十六电阻R16、第三三极管Q3、第二电磁继电器K2和第三二极管D3；所述第三三极管Q3的基极通过第十三电阻R13与控制电路电连接，所述第三三极管Q3的基极还通过第十六电阻R16与第三三极管Q3的发射极电连接，第三三极管Q3的发射极与第十六电阻R16的结合点接地，所述第三三极管Q3的源极与第二电磁继电器K2的线圈的一端电连接，所述第二电磁继电器K2的线圈的另一端与电源电路电连接，所述第三二极管D3与第二电磁继电器K2的线圈并联连接，所述第二电磁继电器K2的开关的一端与输入接口电路的任一信号输入电连接，所述第二电磁继电器K2的开关的另一端与输入接口电路的另一信号输入引脚电连接。

如图6所示，所述输入接口电路采用型号为0973 296 6801的harting连接器实现。

本实施例中，型号为0973 296 6801的连接器为大电流harting连接器，其电流一般可达到1.5安培，密度较高，适合用于中小功率的输入输出信号设备。应当理解的是，输入接口电路也可采用其他高密度harting连接器，配合排母连接器实现，输入接口电路还可采用双排镀金排针连接器、DB37连接器、32P魏德米勒连接器实现，用以连接不同类型的外部输出设备。

应当理解的是，输出切换电路和输入切换电路均可同时用作输入切换和输出切换，在使用时，输出接口电路或输入接口电路均可连接同时具备信号输入及信号输出的设备，以供该设备的信号输入及信号输出的切换，由此适应于不同的测试计量场合。

需要说明的是，输出切换电路和输入切换电路均选用电磁继电器和三极管等元器件实现，控制电路采用扩展芯片实现，使得信号切换装置的综合成本低，同时制造难度降低。

本实施例中，所述电源电路包括电源输入模块和滤波模块，所述电源输入模块的输出端与滤波模块的输入端电连接，所述滤波模块的输出端与切换电路、控制电路、输出接口电路和输入接口电路的电源接口电连接。本实施例中，电源输入模块的电路原理图如图7所示，电源输入模块的输入端接通+24V直流电，然后输入至滤波模块内。

如图8所示，所述滤波模块包括第一滤波模块和第二滤波模块，所述第一滤波模块的输入端与电源输入模块的输出端电连接，所述第一滤波模块的输出端与第二滤波模块的输入端电连接，所述第二滤波模块的输出端与切换电路、控制电路、输出接口电路和输入接口电路的电源接口电连接。需要说明的是，第一滤波模块和第二滤波模块均可起到电源滤波及降压的作用，第一滤波模块可将由电源输入模块输入的电压转换为+5V直流电，第二滤波模块可将由第一滤波模块输入的电压进一步转换为+3.3V的直流电，以供切换电路、控制电路、输出接口电路和输入接口电路供电。

实施例2：

本实施例公开一种信号切换系统，如图9所示，包括实施例1中的信号切换装置，还包括与信号切换装置的输入端电连接的外部输出设备、与信号切换装置的输出端电连接的外部输入设备和与信号切换装置的受控端电连接的上位机。

应当理解的是，本实施例中，外部输出设备可为标准输入输出信号设备，如采用OMEGA品牌的模拟和数字输出信号调节器/变送器实现；外部输入设备可为适用于多通道AO信号、多通道RTD信号及多通道TC信号等信号的输入输出设备，也可为工业现场输入输出设备。

本实施例中，所述信号切换装置设置有多个，多个信号切换装置的受控端均与上位机电连接，任一信号切换装置的输入端与外部输出设备电连接，该信号切换装置的输出端与另一信号切换装置的输入端电连接，另一信号切换装置的输出端与外部输入设备电连接。

需要说明的是，信号切换装置设置多个，可增加信号通道数，从而便于适配多个外部输出设备和/或外部输入设备。

以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (9)

1.一种信号切换装置，其特征在于：包括切换电路、控制电路、输出接口电路、输入接口电路和电源电路；所述控制电路与切换电路的受控端电连接，所述输出接口电路与切换电路的输出端电连接，所述输入接口电路与切换电路的输入端电连接，所述切换电路、控制电路、输出接口电路和输入接口电路均与电源电路电连接。

2.根据权利要求1所述的一种信号切换装置，其特征在于：所述控制电路采用型号为PCA9698的扩展芯片实现。

3.根据权利要求1所述的一种信号切换装置，其特征在于：所述切换电路包括输出切换电路，所述输出切换电路设置有多个，任一所述输出切换电路均包括第一电阻、第五电阻、第一三极管、第一电磁继电器和第一二极管；所述第一三极管的基极通过第一电阻与控制电路电连接，所述第一三极管的基极还通过第五电阻与第一三极管的发射极电连接，第一三极管的发射极与第五电阻的结合点接地，所述第一三极管的源极与第一电磁继电器的线圈的一端电连接，所述第一电磁继电器的线圈的另一端与电源电路电连接，所述第一二极管与第一电磁继电器的线圈并联连接，所述第一电磁继电器的开关的一端与输出接口电路的电源引脚电连接，所述第一电磁继电器的开关的另一端与输出接口电路的信号输出引脚电连接。

4.根据权利要求3所述的一种信号切换装置，其特征在于：所述切换电路还包括输入切换电路，所述输入切换电路设置有多个，任一所述输入切换电路均包括第十三电阻、第十六电阻、第三三极管、第二电磁继电器和第三二极管；所述第三三极管的基极通过第十三电阻与控制电路电连接，所述第三三极管的基极还通过第十六电阻与第三三极管的发射极电连接，第三三极管的发射极与第十六电阻的结合点接地，所述第三三极管的源极与第二电磁继电器的线圈的一端电连接，所述第二电磁继电器的线圈的另一端与电源电路电连接，所述第三二极管与第二电磁继电器的线圈并联连接，所述第二电磁继电器的开关的一端与输入接口电路的任一信号输入电连接，所述第二电磁继电器的开关的另一端与输入接口电路的另一信号输入引脚电连接。

5.根据权利要求4所述的一种信号切换装置，其特征在于：所述输入接口电路和输出接口电路均采用harting连接器实现。

6.根据权利要求1所述的一种信号切换装置，其特征在于：所述电源电路包括电源输入模块和滤波模块，所述电源输入模块的输出端与滤波模块的输入端电连接，所述滤波模块的输出端与切换电路、控制电路、输出接口电路和输入接口电路的电源接口电连接。

7.根据权利要求6所述的一种信号切换装置，其特征在于：所述滤波模块包括第一滤波模块和第二滤波模块，所述第一滤波模块的输入端与电源输入模块的输出端电连接，所述第一滤波模块的输出端与第二滤波模块的输入端电连接，所述第二滤波模块的输出端与切换电路、控制电路、输出接口电路和输入接口电路的电源接口电连接。

8.一种信号切换系统，其特征在于：包括权利要求1至7任一项所述的信号切换装置，还包括与信号切换装置的输入端电连接的外部输出设备、与信号切换装置的输出端电连接的外部输入设备和与信号切换装置的受控端电连接的上位机。

9.根据权利要求8所述的一种信号切换系统，其特征在于：所述信号切换装置设置有多个，多个信号切换装置的受控端均与上位机电连接，任一信号切换装置的输入端与外部输出设备电连接，该信号切换装置的输出端与另一信号切换装置的输入端电连接，另一信号切换装置的输出端与外部输入设备电连接。

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