CN220137570U - 一种传感器输出信号采集电路、电路板和变频水泵 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种传感器输出信号采集电路、电路板和变频水泵，涉及模拟信号采集技术领域，包括：输入信号采集电路、运算放大电路、判断识别电路和控制处理电路，输入信号采集电路用于与传感器采集电路连接；运算放大电路包括运算放大器，输入信号采集电路与运算放大器的正极输入端连接，运算放大器的负极输入端与输出端连接；判断识别电路的输入端与输入信号采集电路连接；控制处理电路包括主控模块，主控模块的ADC引脚与运算放大器的输出端连接，主控模块的IO引脚与判断识别电路的控制端连接，主控模块的IO引脚用于控制判断识别电路的导通状态。本申请能够通过同一个电路识别并采集不同类型的模拟输出信号，降低了电路生产成本。

Description

一种传感器输出信号采集电路、电路板和变频水泵

技术领域

本申请涉及模拟信号采集技术领域，特别涉及一种传感器输出信号采集电路、电路板和变频水泵。

背景技术

目前市场上使用的工业设备和家用设备，对压力的精确测量要求越来越高，应用面越来越广泛，并具有举足轻重的作用。无论是实际工业生产控制，比如空压机，还是日常生活当中，比如压力煲，其应用随处可见。如何做到有效精确可靠稳定地压力，这对实际工业生产控制能否高效有序安全生产具有重要意义。同时也说明精准的压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用。

目前市场上压力传感器输出信号有电压型模拟信号、电流型模拟信号等，对其输出信号的采集电路各种各样。有的产品中的采集电路只能做到单一地采集一种信号，不能同时兼容两种信号的采集。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种传感器输出信号采集电路、电路板和变频水泵，能够通过同一个电路识别并采集不同类型的模拟输出信号，降低了电路生产成本。

第一方面，本申请提供了一种传感器输出信号采集电路，包括：

输入信号采集电路，所述输入信号采集电路的输入端用于与传感器采集电路的输出端连接；其中，所述传感器采集电路为电压型传感器采集电路或电流型传感器采集电路；

运算放大电路，所述运算放大电路包括运算放大器，所述输入信号采集电路的输出端与所述运算放大器的正极输入端连接，所述运算放大器的负极输入端与所述运算放大器的输出端连接；

判断识别电路，所述判断识别电路的输入端与所述输入信号采集电路的输出端连接；

控制处理电路，所述控制处理电路包括主控模块，所述主控模块的ADC引脚与所述运算放大器的输出端连接，所述主控模块的IO引脚与所述判断识别电路的控制端连接，所述主控模块的IO引脚用于控制所述判断识别电路的导通状态。

根据本申请第一方面实施例的传感器输出信号采集电路，至少具有如下有益效果：本申请提供的传感器输出信号采集电路可兼容对电压型传感器和电流型传感器的输出信号进行采集，当输入信号采集电路与传感器采集电路连接时，通过控制处理电路控制判断识别电路的导通状态，即能判断传感器采集电路是采用什么类型的传感器对相应的感应数据进行采集。在信号采集的阶段，控制处理电路先控制判断识别电路截止，并通过ADC引脚感应在判断识别电路截止时间内是否能采集到从运算放大器输出的电压采集AD值，从而判断输入信号采集电路与哪一种类型的传感器采集电路连接，在一段时间后，主控模块通过IO引脚控制判断识别电路导通，并通过ADC引脚采集到从运算放大器输出的电压采集AD值以获取电压型传感器采集电路或电流型传感器采集电路的模拟输出信号。在判断识别电路导通状态为截止的时间段内，控制处理电路的ADC引脚若不能采集到从运算放大器输出的电压采集AD值，由于判断识别电路截止时，电流型传感器采集电路输出的模拟电流信号不能通过运算放大器，因此可判断输入信号采集电路与电流型传感器采集电路连接或传感器采集电路没有信号输出；在判断识别电路导通状态为截止的时间段内，控制处理电路的ADC引脚若能采集到从运算放大器输出的电压采集AD值，由于判断识别电路截止时，电压型传感器采集电路输出的模拟电压信号能够通过运算放大器，因此可判断输入信号采集电路与电压型传感器采集连接。本申请能够通过同一个电路识别并采集不同类型的模拟输出信号，降低了电路生产成本。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述判断识别电路包括开关管，所述开关管的输入端与所述输入信号采集电路的输出端连接，所述开关管的输出端接地，所述开关管的控制端与所述主控模块的IO引脚连接。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述判断识别电路还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻连接于所述开关管的控制端与所述主控模块的IO引脚之间，所述第二电阻的两端分别连接于所述开关管的控制端和输出端。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述输入信号采集电路包括信号输入连接端子和第三电阻，所述信号输入连接端子的输出端通过所述第三电阻与所述判断识别电路的输入端连接。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述输入信号采集电路还包括第四电阻、第五电阻和第一电容，所述信号输入连接端子的输出端依次通过所述第四电阻和所述第五电阻接地，所述运算放大器的正极输入端连接于所述第四电阻和所述第五电阻之间，所述第一电容并联设置于所述第五电阻的两端。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述运算放大电路还包括第六电阻和第七电阻，所述运算放大器的负极输入端通过所述第六电阻接地，所述运算放大器的负极输入端和输出端之间通过所述第七电阻连接。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述运算放大电路还包括第八电阻和第二电容，所述运算放大器的输出端通过所述第八电阻与所述主控模块的ADC引脚连接，所述第二电容的一端连接于所述第八电阻和所述主控模块的ADC引脚之间，所述第二电容的另一端接地。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述运算放大电路还包括第九电阻，所述输入信号采集电路的输出端与所述运算放大器的正极输入端之间通过所述第九电阻连接。

第二方面，本申请还提供了一种电路板，包括第一方面任意一项实施例所述的传感器输出信号采集电路。

第三方面，本申请还提供了一种变频水泵，包括第二方面实施例所述的电路板。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的附加方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术中的一些实施例的电压型传感器输出信号采集电路的示意图；

图2为现有技术中的一些实施例的电流型传感器输出信号采集电路的示意图；

图3为本申请的一些实施例的传感器输出信号采集电路的示意框图；

图4为本申请的一些实施例的传感器输出信号采集电路的示意图。

附图标号如下：

输入信号采集电路100；运算放大电路200；判断识别电路300；控制处理电路400；电压型传感器采集电路500；电流型传感器采集电路600。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

目前市场上使用的工业设备和家用设备，对压力的精确测量要求越来越高，应用面越来越广泛，并具有举足轻重的作用。无论是实际工业生产控制，比如空压机，还是日常生活当中，比如压力煲，其应用随处可见。如何做到有效精确可靠稳定地压力，这对实际工业生产控制能否高效有序安全生产具有重要意义。同时也说明精准的压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用。目前市场上压力传感器输出信号有电压型模拟信号、电流型模拟信号等，对其输出信号的采集电路各种各样。有的产品中的采集电路只能做到单一地采集一种信号，不能同时兼容两种信号的采集，如图1中提供的电压型传感器输出信号采集电路，其只能针对模拟电流信号进行采集，再如图2提供的电流型传感器输出信号采集电路，其只能针对模拟电压信号进行采集；如果需要兼容两种输出信号的采集，则会在应用的电路板增加PCB面积与元器件，或是一种输出信号的采集对应一款电路板，这无形增加了设计成本。

参照图3和图4，第一方面，本申请提供了一种传感器输出信号采集电路，包括：输入信号采集电路100、运算放大电路200、判断识别电路300和控制处理电路400，输入信号采集电路100的输入端用于与传感器采集电路的输出端连接；其中，传感器采集电路为电压型传感器采集电路500或电流型传感采集电路；运算放大电路200包括运算放大器IC3，输入信号采集电路100的输出端与运算放大器IC3的正极输入端连接，运算放大器IC3的负极输入端与运算放大器IC3的输出端连接；判断识别电路300的输入端与输入信号采集电路100的输出端连接；控制处理电路400包括主控模块，主控模块的ADC引脚与运算放大器IC3的输出端连接，主控模块的IO引脚与判断识别电路300的控制端连接，主控模块的IO引脚用于控制判断识别电路300的导通状态。在本实施例中，电压型传感器采集电路500输出的模拟电压信号的电压值在0.5-4.5V之间，电流传感器采集电路输出的模拟电流信号的电流值在4-20mA之间，在本申请对此不做限定。

本申请提供的传感器输出信号采集电路可兼容对电压型传感器和电流型传感器的输出信号进行采集，当输入信号采集电路100与传感器采集电路连接时，通过控制处理电路400控制判断识别电路300的导通状态，即能判断传感器采集电路是采用什么类型的传感器对相应的感应数据进行采集。在信号采集的阶段，控制处理电路400先控制判断识别电路300截止，并通过ADC引脚感应在判断识别电路300截止时间内是否能采集到从运算放大器IC3输出的电压采集AD值，从而判断输入信号采集电路100与哪一种类型的传感器采集电路连接，在一段时间后，控制处理电路400控制判断识别电路300导通，并采集到从运算放大器IC3输出的电压采集AD值以获取电压型传感器采集电路500或电流型传感器采集电路600的输出信号。在判断识别电路300导通状态为截止的时间段内，控制处理电路400的ADC引脚若不能采集到从运算放大器IC3输出的电压采集AD值，由于判断识别电路300截止时，电流型传感器采集电路600输出的模拟电流信号不能通过运算放大器IC3，因此可判断输入信号采集电路100与电流型传感器采集电路600连接或传感器采集电路没有信号输出；在判断识别电路300导通状态为截止的时间段内，控制处理电路400的ADC引脚若能采集到从运算放大器IC3输出的电压采集AD值，由于判断识别电路300截止时，电压型传感器采集电路500输出的模拟电压信号能够通过运算放大器IC3，因此可判断输入信号采集电路100与电压型传感器采集连接。本申请能够通过同一个电路识别并采集不同类型的模拟输出信号，降低了电路生产成本。

参照图4，可以理解的是，判断识别电路300包括开关管Q1，开关管Q1的输入端与输入信号采集电路100的输出端连接，开关管Q1的输出端接地，开关管Q1的控制端与主控模块的IO引脚连接。其中，开关管Q1可以为三极管，也可以为MOS管，在本申请对此不做限定。在本申请的实施例中，开关管Q1选用NPN型三极管，开关管Q1的输入端对应于NPN型三极管的集电极，开关管Q1的控制端对应于NPN型三极管的基极，开关管Q1的输出端对应于NPN型三极管的发射极。在信号采集的阶段，主控模块的IO引脚不对外输出电压，使得开关管Q1处于断开状态，则判断识别电路300为短路，主控模块通过ADC引脚感应在开关管Q1断开的时间内是否能够采集到从运算放大器IC3输出的电压采集AD值，从而判断输入信号采集电路100与哪种类型的传感器采集电路连接。一段时间后，主控模块的IO引脚对开关管Q1的控制端输出高电平，使得开关管Q1导通，以至于运算放大电路200在输出端的位置形成压降V1，此时无论输入信号采集电路100与何种类型的传感器采集电路连接，传感器采集电路的模拟输出信号均能通过运算放大器IC3，并通过主控模块的ADC引脚采集到从运算放大器IC3输出的电压采集AD值以获取电压型传感器采集电路500或电流型传感器采集电路600的模拟输出信号，此时，在开关管Q1导通后，若主控模块的ADC引脚未能感应到电压采集AD值，则表示电流型传感器采集电路600没有输出模拟电流信号或输入信号采集电路100没有连接传感器采集电路。

继续参照图4，可以理解的是，判断识别电路300还包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1连接于开关管Q1的控制端与主控模块的IO引脚之间，第二电阻R2的两端分别连接于开关管Q1的控制端和输出端。第一电阻R1对开关管Q1起到保护的作用，第二电阻R2为开关管Q1的控制端和输出端之间的偏置电阻，以保证在主控模块的IO引脚输出高电平时，开关管Q1能够保持导通状态，以至于运算放大电路200在输出端的位置形成压降V1。

继续参照图4，可以理解的是，输入信号采集电路100包括信号输入连接端子JP1和第三电阻R3，信号输入连接端子JP1的输出端通过第三电阻R3与判断识别电路300的输入端连接。在本申请的实施例中，信号输入连接端子JP1的第一端与电源端连接，信号输入连接端子JP1的第三端接地，信号输入连接端子JP1的第二端用于输出模拟输出信号，第三电阻R3对开关管Q1起到保护的作用。

继续参照图4，可以理解的是，输入信号采集电路100还包括第四电阻R4、第五电阻R5和第一电容C1，信号输入连接端子JP1的输出端依次通过第四电阻R4和第五电阻R5接地，运算放大器IC3的正极输入端连接于第四电阻R4和第五电阻R5之间，第一电容C1并联设置于第五电阻R5的两端。第四电阻R4和第五电阻R5能够对输出端的电压值进行分流，同时第五电阻R5和第一电容C1共同组成滤波电路，需要说明的是，第四电阻R4和第五电阻R5均为几十k级别的电阻，阻抗非常大，电流模拟信号不能够从这条通道流过。

继续参照图4，可以理解的是，运算放大电路200还包括第六电阻R6和第七电阻R7，运算放大器IC3的负极输入端通过第六电阻R6接地，运算放大器IC3的负极输入端和输出端之间通过第七电阻R7连接。通过第六电阻R6、第七电阻R7和运算放大器IC3共同组成同相放大器，以的比率对运算放大器IC3正极输入端的电平进行放大。

继续参照图4，可以理解的是，运算放大电路200还包括第八电阻R8和第二电容C2，运算放大器IC3的输出端通过第八电阻R8与主控模块的ADC引脚连接，第二电容C2的一端连接于第八电阻R8和主控模块的ADC引脚之间，第二电容C2的另一端接地。第八电阻R8和第二电容C2共同形成滤波电路，减少输出至主控模块IO引脚的电压采集AD值的干扰信号，以提高后续对电压采样AD值的分析精度，同时也能对主控模块起到保护作用。

继续参照图4，可以理解的是，运算放大电路200还包括第九电阻R9，输入信号采集电路100的输出端与运算放大器IC3的正极输入端之间通过第九电阻R9连接。通过第九电阻R9能够对运算放大器IC3起到保护的作用。

参照图3和图4，下面以一个具体的实施例对本申请提供的传感器输出信号采集电路作进一步详细的赘述。

开关管Q1的开断是受控制模块IC1控制，程度设定上电默认的状态是断开的状态。当A点有流过4-20mA的信号时，由于开关管Q1处于一个断开状态，电流信号不会从第三电阻R3流过。再谈另外一条电路流过通路，其为第四电阻R4、第五电阻R5和电源地组成的通路，由于这条通路上的第四电阻R4、第五电阻R5取值是几十k级别的电阻，阻抗非常大，电流信号不会从这条通道流过。再考虑另外一条通路，第四电阻R4与第九电阻R9，运算放大器IC3的同相输入端组成电流流过通路，由于运算放大器IC3的输入阻抗无穷大，这一条通路无法流过电流信号。

特别地强调，在开关管Q1没导通之前，控制处理电路400中的控制模块IC1采集不到电压信号，它在这个时候就会得到判断信息：信号输入连接端子JP1要么可能接了电流型传感器采集电路600，要么可能没有接到传感器采集电路，因为如果是接了电压型传感器，在开关管Q1没开通之前，控制模块IC1会采集到一个电压采样AD值的。

在上电完一段时间后，控制模块IC1会尝试给出控制高电平，开关管Q1导通，电流信号从第三电阻R3流过，产生压降V1，再被第四电阻R4与第五电阻R5分压得到V2，电压V2再经过输入信号运算放大电路200进行运算放大处理，得到电压信号V3并输入至控制处理电路400，控制模块IC1得到相应的电压采样AD值。另外地，若这个时候，开关管Q1已经导通，输入信号控制处理电路400仍然没有采集到电压信号，控制模块IC1会告知信息：信号输入连接端子JP1没有接到电流传感器采集电路或者电流型传感器采集电路600没有信号输出；

同样地，输入信号采集电路100当中的信号输入连接端子JP1与电压型传感器采集电路500当中的JP3端子对接时，信号输入连接端子JP1的第二引脚会输入一个电压型信号：0.5V-4.5V，当然，压降V1的大小值范围也在0.5V-4.5V之间，压降V1再被第四电阻R4和第五电阻R5分压得到V2，电压V2再经过输入信号运算放大电路200进行运算放大处理，得到电压信号V3并输入至控制处理电路400，控制模块IC1同样得到相应的电压采样AD值。特别地强调，开关管Q1处于断开状态，控制处理电路400中的控制模块IC1能够采集电压采样AD值，就会判断出信号输入连接端子JP1所连接的是电压型传感器采集电路500。

同时，为了安全需要，传感器组装在机器上之前，系统处于一个断电状态，也就是说避免系统已接了电源，再组装传感器。

第二方面，本申请还提供了一种电路板，包括第一方面任意一项实施例的传感器出书信号采集电路。其中在传感器输出信号采集电路中，其可兼容对电压型传感器和电流型传感器的输出信号进行采集，当输入信号采集电路100与传感器采集电路连接时，通过控制处理电路400控制判断识别电路300的导通状态，即能判断传感器采集电路是采用什么类型的传感器对相应的感应数据进行采集。在信号采集的阶段，控制处理电路400先控制判断识别电路300截止，并通过ADC引脚感应在判断识别电路300截止时间内是否能采集到从运算放大器IC3输出的电压采集AD值，从而判断输入信号采集电路100与哪一种类型的传感器采集电路连接，在一段时间后，主控模块通过IO引脚控制判断识别电路300导通，并通过ADC引脚采集到从运算放大器IC3输出的电压采集AD值以获取电压型传感器采集电路500或电流型传感器采集电路600的模拟输出信号。在判断识别电路300导通状态为截止的时间段内，控制处理电路400的ADC引脚若不能采集到从运算放大器IC3输出的电压采集AD值，由于判断识别电路300截止时，电流型传感器采集电路600输出的模拟电流信号不能通过运算放大器IC3，因此可判断输入信号采集电路100与电流型传感器采集电路600连接或传感器采集电路没有信号输出；在判断识别电路300导通状态为截止的时间段内，控制处理电路400的ADC引脚若能采集到从运算放大器IC3输出的电压采集AD值，由于判断识别电路300截止时，电压型传感器采集电路500输出的模拟电压信号能够通过运算放大器IC3，因此可判断输入信号采集电路100与电压型传感器采集连接。本申请能够通过同一个电路识别并采集不同类型的模拟输出信号，降低了电路生产成本。

第三方面，本申请还提供了一种变频水泵，包括第二方面实施例的电路板。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下，作出各种变化。

Claims (10)

1.一种传感器输出信号采集电路，其特征在于，包括：

输入信号采集电路，所述输入信号采集电路的输入端用于与传感器采集电路的输出端连接；其中，所述传感器采集电路为电压型传感器采集电路或电流型传感器采集电路；

运算放大电路，所述运算放大电路包括运算放大器，所述输入信号采集电路的输出端与所述运算放大器的正极输入端连接，所述运算放大器的负极输入端与所述运算放大器的输出端连接；

判断识别电路，所述判断识别电路的输入端与所述输入信号采集电路的输出端连接；

控制处理电路，所述控制处理电路包括主控模块，所述主控模块的ADC引脚与所述运算放大器的输出端连接，所述主控模块的IO引脚与所述判断识别电路的控制端连接，所述主控模块的IO引脚用于控制所述判断识别电路的导通状态。

2.根据权利要求1所述的传感器输出信号采集电路，其特征在于，所述判断识别电路包括开关管，所述开关管的输入端与所述输入信号采集电路的输出端连接，所述开关管的输出端接地，所述开关管的控制端与所述主控模块的IO引脚连接。

3.根据权利要求2所述的传感器输出信号采集电路，其特征在于，所述判断识别电路还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻连接于所述开关管的控制端与所述主控模块的IO引脚之间，所述第二电阻的两端分别连接于所述开关管的控制端和输出端。

4.根据权利要求1所述的传感器输出信号采集电路，其特征在于，所述输入信号采集电路包括信号输入连接端子和第三电阻，所述信号输入连接端子的输出端通过所述第三电阻与所述判断识别电路的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的传感器输出信号采集电路，其特征在于，所述输入信号采集电路还包括第四电阻、第五电阻和第一电容，所述信号输入连接端子的输出端依次通过所述第四电阻和所述第五电阻接地，所述运算放大器的正极输入端连接于所述第四电阻和所述第五电阻之间，所述第一电容并联设置于所述第五电阻的两端。

6.根据权利要求1所述的传感器输出信号采集电路，其特征在于，所述运算放大电路还包括第六电阻和第七电阻，所述运算放大器的负极输入端通过所述第六电阻接地，所述运算放大器的负极输入端和输出端之间通过所述第七电阻连接。

7.根据权利要求1所述的传感器输出信号采集电路，其特征在于，所述运算放大电路还包括第八电阻和第二电容，所述运算放大器的输出端通过所述第八电阻与所述主控模块的ADC引脚连接，所述第二电容的一端连接于所述第八电阻和所述主控模块的ADC引脚之间，所述第二电容的另一端接地。

8.根据权利要求1所述的传感器输出信号采集电路，其特征在于，所述运算放大电路还包括第九电阻，所述输入信号采集电路的输出端与所述运算放大器的正极输入端之间通过所述第九电阻连接。

9.一种电路板，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的传感器输出信号采集电路。

10.一种变频水泵，其特征在于，包括如权利要求9所述的电路板。