CN216901378U - 一种电路接点数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电路接点数据采集装置，包括数据采集电路数据采集电路包括MCU工作电路以及分别与MCU工作电路连接的接点数据采集电路、电源电路、辅助电路，接点数据采集电路包括高速光耦采集芯片、正接口回路、负接口回路，正接口回路包括依次串联的正回路电阻、正回路二极管、正接口，正接口的一侧并联有正回路双向瞬态二极管；负接口回路包括依次串联的负回路电阻、负回路二极管、负接口，负接口的一侧并联有负回路双向瞬态二极管；正回路二极管与负回路二极管反向设置，正接口回路的输入端与电源电路连接，负接口回路的输出端与高速光耦采集芯片连接；本实用新型具有对电路接点数据进行高效可控化采集的功能。

Description

一种电路接点数据采集装置

技术领域

本实用新型属于电路数据采集装置的技术领域，具体涉及一种电路接点数据采集装置。

背景技术

为了对电路进行实时监控，需要对电路中的接点出口数据进行检测采集。传统的电路接点数据采集时通过人工观察显示屏上接点的动作情况，然后根据接点动作情况人工计算接点矩阵值并将计算的矩阵值与定制单上的标定值进行比对。但是上述传统的接点数据检测方法存在如下缺点：

首先是显示屏中显示的接点动作情况可能与实际接点的动作情况不符或者显示屏中显示的接点动作情况难以与实际的接点开关进行一一对应，这就造成后续进行接点矩阵值计算时难以将矩阵值与接点开关对应，即不知道计算的矩阵制应对应哪一个接点。同时，通过人为计算采集接点数据存在工作量大、容易漏检错检的情况，因此急需一种能够自动高效对接点数据进行采集的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电路接点数据采集装置，实现对电路接点处的数据进行高效可控化采集。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种电路接点数据采集装置，包括数据采集电路以及与数据采集电路连接的数据传输接口，所述数据采集电路包括MCU工作电路以及分别与MCU工作电路连接的接点数据采集电路、电源电路、辅助电路，所述接点数据采集电路包括高速光耦采集芯片、正接口回路、负接口回路，所述正接口回路包括依次串联的正回路电阻、正回路二极管、正接口，所述正接口的一侧并联有正回路双向瞬态二极管；所述负接口回路包括依次串联的负回路电阻、负回路二极管、负接口，所述负接口的一侧并联有负回路双向瞬态二极管；所述正回路二极管与负回路二极管反向设置，所述正接口回路的输入端与电源电路连接，所述负接口回路的输出端与高速光耦采集芯片连接，所述负回路电阻的一侧并联设置有负回路电容构成RC滤波电路。

进行接点数据采集时，将正接口与接点的正端连接，将负接口与接点的负端连接，此时正接口与负接口导通形成回路。电源电路提供的系统电压从正接口回路的输入端输入并依次经过正回路电阻、正回路二极管、负回路二极管、负回路电阻输出至高速光耦采集芯片，通过高速光耦采集芯片对接点处的强电回路与包含内部信号的弱电回路进行隔离，然后对接点数据进行高效采集。采集的信息交互至MCU工作电路，同时通过MCU工作电路识别接点，进而将采集的数据与接点对应，不会出现错检漏检。辅助电路则是根据实际需要的无线数据传输、在线调试、数据储存等功能设置相应的电路与MCU工作电路进行交互。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述MCU工作电路包括单片机、主时钟晶振回路、实时时钟晶振回路，所述主时钟晶振回路通过主时钟引脚与单片机连接，所述实时时钟晶振回路通过实时时钟引脚与单片机连接。

单片机中预先内置有接点数据矩阵值计算程序，接点数据采集电路将采集的接点数据传输至单片机，单片机根据接收的数据高效计算接点对应的矩阵值，不仅提高了运算效率，同时间运算结果与接点一一对应。

需要进一步说明的是，上述内置在单片机中的算法是电力数据采集领域中的常规算法，且不是本实用新型的改进点，故不对上述算法进行赘述。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述主时钟晶振回路包括依次并联的主时钟晶振、主时钟电阻、主时钟电容组，所述主时钟电容组包括依次串联的第一主时钟电容与第二主时钟电容。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述实时时钟晶振回路包括相互并联的实时时钟晶振与实时时钟电容组，所述实时时钟电容组包括依次串联的第一实时时钟电容与第二实时时钟电容。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述电源回路包括主电源电路、电源调节电路、备用电源切换电路，所述主电源电路包括电源输出端与运放跟随电路，所述主电源电路的电源输出端与电源调节电路的输入端连接，所述主电源电路的运放跟随电路的输出端与MCU工作电路连接；所述电源调节电路的输出端分别与高速光耦采集芯片、MCU工作电路、备用电源切换电路的输入端连接，备用电源切换电路输出端与运放跟随电路连接。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述主电源电路包括电源接口、采样电阻、电荷计数器、运算放大器，所述电源接口与采样电阻的输入端之间设置有滤波保护电路，所述采样电阻的一侧并联有电荷计数器，所述电荷计数器的输出端与MCU工作电路连接；所述采样电阻的输出端设置有运算放大器，运算放大器的输出端与MCU工作电路连接。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述电源调节电路包括线性调压器、第一滤波电容、第二滤波电容，所述线性调压器的输入端与主电源电路的电源输出端连接，所述线性调压器的输出端的一侧依次并联设置有第一滤波电容与第二滤波电容。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述备用电源切换电路包括备用电池组、双向二极管，所述双向二极管的第一输入端与备用电池组的输出端连接，所述双向二极管的第二输入端与电源调节电路的输出端连接，所述备用电池组的输出端与双向二极管的第一输入端之间并联设置有分压电阻。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述辅助电路包括按键输入电路、无线通信电路、在线调试电路、液晶显示电路、存储电路，所述按键输入电路与单片机的按键引脚连接，所述无线通信电路通过SPI接口与单片机连接，所述在线调试电路与单片机的调试引脚连接，所述液晶显示电路通过SPI接口与单片机连接，所述存储电路与单片机的存储引脚连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本实用新型通过设置接点数据采集电路，通过接点数据采集电路中的正接口与负接口分别与接点的正端与负端连接，进而使得正接口与负接口导通，使得系统电压依次经过正回路电阻、正回路二极管、负回路二极管、负回路电阻，最终输出至高速光耦采集芯片，进而实现对接点处的强电回路与包含内部信号的弱电回路进行隔离，然后接点数据进行高效采集，大大提高了接点数据采集的效率，同时避免了人工运算，通过单片机中内置的算法对接点数据矩阵值进行高效计算，有效避免了漏检错检；同时通过单片机将接点与数据一一对应，解决了传统接点数据检测中数据与实际接点难以对应的问题。

附图说明

图1为数据采集电路的电路原理框图；

图2为MCU工作电路的电路图；

图3为接点数据采集电路的电路图；

图4为主电源电路的电路图；

图5为5V的电源调节电路的电路图；

图6为3.3V的电源调节电路的电路图；

图7为备用电源切换电路的电路图；

图8为按键输入电路的电路图；

图9为无线通信电路的电路图；

图10为在线调试电路的电路图；

图11为液晶显示电路的电路图；

图12为存储电路的电路图。

其中：1-MCU工作电路；2-接点数据采集电路；3-电源电路；4-辅助电路；11-单片机；12-主时钟晶振回路；13-实时时钟晶振回路；21-高速光耦采集芯片；22-正接口回路；23-负接口回路。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的一种电路接点数据采集装置，如图1和图3所示，包括数据采集电路以及与数据采集电路连接的数据传输接口，所述数据采集电路包括MCU工作电路1以及分别与MCU工作电路1连接的接点数据采集电路2、电源电路3、辅助电路4，所述接点数据采集电路2包括高速光耦采集芯片21、正接口回路22、负接口回路23，所述正接口回路22包括依次串联的正回路电阻R24、正回路二极管D11、正接口，所述正接口的一侧并联有正回路双向瞬态二极管；所述负接口回路23包括依次串联的负回路电阻R30、负回路二极管D23、负接口，所述负接口的一侧并联有负回路双向瞬态二极管；所述正回路二极管与负回路二极管反向设置，所述正接口回路22的输入端与电源电路3连接，所述负接口回路23的输出端与高速光耦采集芯片21连接，所述负回路电阻的一侧并联设置有负回路电容构成RC滤波电路。

电源电路3用于向MCU工作电路1、接点数据采集电路2、辅助电路4进行供电，辅助电路4包括无线数据传输、按键输入、在线调试等功能性电路，各功能性电路分别与MCU工作电路1连接。接点数据采集电路2用于与接点进行连接，正接口回路22中的正接口与负接口回路23中负接口与待采集数据的接口的正负两端分别连接，此时正接口与负接口导通。正接口回路22的输入端与电源电路3连接以引入9V的采样电压，正接口与负接口导通后，采样电压依次经过正回路电阻R24、正回路二极管D11、负回路二极管D23、负回路电阻R30之后输入至高速光耦采集芯片21进行数据采样。

正回路电阻R24、负回路电阻R30的阻值依据高速光耦采集芯片21的额定采样电流以及与负回路电容C32构成的RC滤波电路来计算得出，正回路双向瞬态二极管D17、负回路双向瞬态二极管D29为双向瞬态二极管，用于防止装置外部误接入带电回路造成高电压侵入设备、损坏元器件，正回路二极管D11、负回路二极管D23反向串联，用于防止外部过电压、低电压侵入设备造成短路。高速光耦采集芯片21及其外部电路实现将外部的强电回路与内部信号处理的弱电回路进行隔离，防止接线时误接入带电回路造成元器件损坏，也可以实现从外部采样电压9V至采样电压5V的电平变换。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图2所示，所述MCU工作电路1包括单片机11、主时钟晶振回路12、实时时钟晶振回路13，所述主时钟晶振回路12通过主时钟引脚与单片机11连接，所述实时时钟晶振回路13通过实时时钟引脚与单片机11连接。

所述主时钟晶振回路12包括依次并联的主时钟晶振、主时钟电阻、主时钟电容组，所述主时钟电容组包括依次串联的第一主时钟电容与第二主时钟电容。

所述实时时钟晶振回路13包括相互并联的实时时钟晶振与实时时钟电容组，所述实时时钟电容组包括依次串联的第一实时时钟电容与第二实时时钟电容。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，所述电源回路3包括主电源电路、电源调节电路、备用电源切换电路，所述主电源电路包括电源输出端与运放跟随电路，所述主电源电路的电源输出端与电源调节电路的输入端连接，所述主电源电路的运放跟随电路的输出端与MCU工作电路1连接；所述电源调节电路的输出端分别与高速光耦采集芯片21、MCU工作电路1、备用电源切换电路的输入端连接，所述备用电源切换电路输出端与运放跟随电路连接。

主电源电路用于提供9V的系统电压，主电源电路的电源输出端输出9V的电压，主电源电路的运放跟随电路向MCU工作电路1输出采样电压，方便MCU工作电路1对主电源电路进行电压监控与低电压报警。电源调节电路的输入端与主电源电路的输出端连接，通过电源调节电路将9V的系统电压转换为5V或3.3V的电压分别输出至高速光耦采集芯片21、MCU工作电路1、备用电源切换电路，备用电源切换电路包括备用电源，备用电源切换电路在备用电源以及来自于电源调节电路的3.3V电压之间进行切换，以保证对运放跟随电路进行供电。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，所述主电源电路包括电源接口、采样电阻、电荷计数器、运算放大器，所述电源接口与采样电阻的输入端之间设置有滤波保护电路，所述采样电阻的一侧并联有电荷计数器，所述电荷计数器的输出端与MCU工作电路1连接；所述采样电阻的输出端设置有运算放大器，所述运算放大器的输出端与MCU工作电路1连接。

如图4所示，滤波保护电路包括：恢复保险丝F2、防反接二极管D4、瞬态抑制二极管D3、低频滤波电容C4、高频滤波电容C5。自恢复保险丝F2用于防止电路内部短路，防反接二极管D4用于当电源反接时反向电流由防反接二极管D4流回电源，保护内部电路不被击穿损坏；瞬态抑制二极管D3用于防止外部过电压或低电压的侵入损坏设备；低频滤波电容C4、高频滤波电容C5分别滤除低频、高频噪声，保证电源干净无纹波。

电荷计数芯片LTC4150与采样电阻R3以及外围电阻R6、外围电阻R7、外围电容C7构成电荷计数器，用于统计流过采样电阻R3的电荷量的大小，进而对电池的充、放电量进行估算，方便对进行电源管理。分压电阻R4、分压电阻R8用于将9V电源进行分压并输入由运算放大器LM358构成的电压跟随器，电压跟随器的输出接入单片机11的AD接口，用于对电池电压进行采样，方便单片机11进行电池电压监视和低电压报警等功能。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上做进一步优化，如图5和图6所示，所述电源调节电路包括线性调压器、第一滤波电容、第二滤波电容，所述线性调压器的输入端与主电源电路的电源输出端连接，所述线性调压器的输出端的一侧依次并联设置有第一滤波电容与第二滤波电容。

如图5所示，为5V的电源调节电路，5V的电源调节电路中的线性调压器从主电源电路输出端取9V的电压，通过线性调压器L7805将9V的电压线性调压至5V，给运算放大器LM358以及高速光耦采集芯片21供电。

如图6所示，为3.3V的电源调节电路，3.3V的电源调节电路中的线性调压器从主电源电路输出端取9V的电压，通过线性调压器L7805将9V的电压线性调压至3.3V，给单片机11以及辅助电路4供电。

本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例1-5任一项的基础上做进一步优化，如图7所示，所述备用电源切换电路包括备用电池组、双向二极管，所述双向二极管的第一输入端与备用电池组的输出端连接，所述双向二极管的第二输入端与电源调节电路的输出端连接，所述备用电池组的输出端与双向二极管的第一输入端之间并联设置有分压电阻。

备用电源切换电路的功能：用于给单片机11提供3.3V的备用电源，备用电源切换电路的电源输入由3.3V的备用电池组以及来自于3.3V的电源调节电路的系统电压组成，通过双向二极管自动选择，当系统电压断开消失后，通过双向二极管切换，自动将备用电池组切换给单片机11使用，分压电阻R20、分压电阻R23用于分压，将备用电池组的电压分压后输入运算放大器LM358，并用于对备用电池组的电压进行监视。

本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。

实施例7：

本实施例在上述实施例1-6任一项的基础上做进一步优化，所述辅助电路4包括按键输入电路、无线通信电路、在线调试电路、液晶显示电路、存储电路，所述按键输入电路与单片机11的按键引脚连接，所述无线通信电路通过SPI接口与单片机11连接，所述在线调试电路与单片机11的调试引脚连接，所述液晶显示电路通过SPI接口与单片机11连接，所述存储电路与单片机11的存储引脚连接。

如图8所示，按键输入电路包括上、下、左、右、确认、取消共计六个按键，将按键的状态输入单片机11，用于人机交互，实现操作人员对系统的设置、查看等功能。

如图9所示，无线通信电路采用无线射频芯片的方案实现主机、从机的通讯，无线射频芯片通过SPI接口与单片机11进行连接，主机通过无线通讯将各个从机采集的出口接点状态进行收集并计算跳闸矩阵。

如图10所示，在线调试电路与单片机11连接，用于程序的下载以及程序在线仿真。

如图11所示，液晶显示电路采用7针的SPI接口与单片机11实现通讯，主要用于对OLED液晶显示器进行控制，方便进行人机交互。

如图12所示，存储电路用于对采集的数据与单片机11进行交互以进行存储，方便试验人员进行数据的回看和分析。

本实施例的其他部分与上述实施例1-6任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电路接点数据采集装置，包括数据采集电路以及与数据采集电路连接的数据传输接口，其特征在于，所述数据采集电路包括MCU工作电路(1)以及分别与MCU工作电路(1)连接的接点数据采集电路(2)、电源电路(3)、辅助电路(4)，所述接点数据采集电路(2)包括高速光耦采集芯片(21)、正接口回路(22)、负接口回路(23)，所述正接口回路(22)包括依次串联的正回路电阻、正回路二极管、正接口，所述正接口的一侧并联有正回路双向瞬态二极管；所述负接口回路(23)包括依次串联的负回路电阻、负回路二极管、负接口，所述负接口的一侧并联有负回路双向瞬态二极管；所述正回路二极管与负回路二极管反向设置，所述正接口回路(22)的输入端与电源电路(3)连接，所述负接口回路(23)的输出端与高速光耦采集芯片(21)连接，所述负回路电阻的一侧并联设置有负回路电容构成RC滤波电路。

2.根据权利要求1所述的一种电路接点数据采集装置，其特征在于，所述MCU工作电路(1)包括单片机(11)、主时钟晶振回路(12)、实时时钟晶振回路(13)，所述主时钟晶振回路(12)通过主时钟引脚与单片机(11)连接，所述实时时钟晶振回路(13)通过实时时钟引脚与单片机(11)连接。

3.根据权利要求2所述的一种电路接点数据采集装置，其特征在于，所述主时钟晶振回路(12)包括依次并联的主时钟晶振、主时钟电阻、主时钟电容组，所述主时钟电容组包括依次串联的第一主时钟电容与第二主时钟电容。

4.根据权利要求2所述的一种电路接点数据采集装置，其特征在于，所述实时时钟晶振回路(13)包括相互并联的实时时钟晶振与实时时钟电容组，所述实时时钟电容组包括依次串联的第一实时时钟电容与第二实时时钟电容。

5.根据权利要求2-4任一项所述的一种电路接点数据采集装置，其特征在于，所述电源电路(3)包括主电源电路、电源调节电路、备用电源切换电路，所述主电源电路包括电源输出端与运放跟随电路，所述主电源电路的电源输出端与电源调节电路的输入端连接，所述主电源电路的运放跟随电路的输出端与MCU工作电路(1)连接；所述电源调节电路的输出端分别与高速光耦采集芯片(21)、MCU工作电路(1)、备用电源切换电路的输入端连接，所述备用电源切换电路输出端与运放跟随电路连接。

6.根据权利要求5所述的一种电路接点数据采集装置，其特征在于，所述主电源电路包括电源接口、采样电阻、电荷计数器、运算放大器，所述电源接口与采样电阻的输入端之间设置有滤波保护电路，所述采样电阻的一侧并联有电荷计数器，所述电荷计数器的输出端与MCU工作电路(1)连接；所述采样电阻的输出端设置有运算放大器，所述运算放大器的输出端与MCU工作电路(1)连接。

7.根据权利要求5所述的一种电路接点数据采集装置，其特征在于，所述电源调节电路包括线性调压器、第一滤波电容、第二滤波电容，所述线性调压器的输入端与主电源电路的电源输出端连接，所述线性调压器的输出端的一侧依次并联设置有第一滤波电容与第二滤波电容。

8.根据权利要求5所述的一种电路接点数据采集装置，其特征在于，所述备用电源切换电路包括备用电池组、双向二极管，所述双向二极管的第一输入端与备用电池组的输出端连接，所述双向二极管的第二输入端与电源调节电路的输出端连接，所述备用电池组的输出端与双向二极管的第一输入端之间并联设置有分压电阻。

9.根据权利要求2-4任一项所述的一种电路接点数据采集装置，其特征在于，所述辅助电路(4)包括按键输入电路、无线通信电路、在线调试电路、液晶显示电路、存储电路，所述按键输入电路与单片机(11)的按键引脚连接，所述无线通信电路通过SPI接口与单片机(11)连接，所述在线调试电路与单片机(11)的调试引脚连接，所述液晶显示电路通过SPI接口与单片机(11)连接，所述存储电路与单片机(11)的存储引脚连接。

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