CN220730304U - 一种开关量信号的采集电路及电梯控制器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种开关量信号的采集电路及电梯控制器。本申请的开关量信号的采集电路，包括多路电压采集电路，分别采集多路开关量电压信号；多路分压电路，与多路电压采集电路一一对应设置，分压电路的第一端与对应的电压采集电路电连接，其中，多路分压电路的第二端电连接以形成第一输出端；多个开关电路，与多路分压电路一一对应设置，开关电路分别与对应的分压电路的第一端及对应的电压采集电路电连接，并配置为基于对应的电压采集电路输出的开关量电压信号控制对应的分压电路的分压回路的通断，以调节第一输出端的模拟电压信号。本申请能够仅通过一个信号采集端口就能同时采集多路外部开关量信号的接入情况，减少信号采集对硬件资源的消耗。

Description

一种开关量信号的采集电路及电梯控制器

技术领域

本申请涉及电子技术领域，特别是涉及一种开关量信号的采集电路及电梯控制器。

背景技术

目前各类工业控制系统中，往往需要采集外部的各类高低压信号，目前主流的采集方法是利用各类处理电路上多个独立的通用输入输出(General-purpose Input/Output，GPIO)管脚来采集电平，处理电路可以通过读取GPIO管脚上的高低电平来判读外部信号的状态，控制系统中的软件程序可以基于此判断结果做出进一步判断及控制动作，从而实现控制系统的对应功能。

利用处理电路上多个独立的GPIO管脚可以实现对多路外部信号的采集，但当面临外部信号数量较多的场景，尤其是需要对多路外部信号同时进行采集处理时，信号采集对处理电路的硬件管脚资源消耗非常大，容易占用其他关键硬件资源。

实用新型内容

本申请提供了一种开关量信号的采集电路及电梯控制器，本申请能够提高通过一个模拟信号采集多路开关量信号的准确性和便利性，且能够仅通过一个信号采集端口就能同时采集多路外部开关量信号的接入情况，减少信号采集对硬件资源的消耗。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种开关量信号的采集电路，该采集电路包括多路电压采集电路，分别采集多路开关量电压信号；多路分压电路，与多路电压采集电路一一对应设置，分压电路的第一端与对应的电压采集电路电连接，其中，多路分压电路的第二端电连接以形成第一输出端；多个开关电路，与多路分压电路一一对应设置，开关电路分别与对应的分压电路的第一端及对应的电压采集电路电连接，并配置为基于对应的电压采集电路输出的开关量电压信号控制对应的分压电路的分压回路的通断，以调节第一输出端的模拟电压信号。

其中，开关电路包括：开关控制元件，开关控制元件的第一通信端与分压电路的第一端电连接，开关控制元件的控制端与对应的电压采集电路电连接，开关控制元件的第二通信端接地。

其中，采集电路还包括第一分压电阻，分压电路包括第二分压电阻，其中，第一分压电阻的一端接入供电电压，第二分压电阻的一端作为分压电路的第二端与第一分压电阻的另一端电连接，第二分压电路的另一端作为分压电路的第一端与开关控制元件的第一通信端电连接；其中，每个分压电路中的第二分压电阻的阻值不同。

其中，电压采集电路包括：比较电路，比较电路的第一输入端作为采集电路的输入端配置为接入电压采集电路输出的开关量电压信号，比较电路的第二输入端接入基准电压，比较电路的输出端与对应的开关电路电连接。

其中，电压采集电路还包括：隔离电路，串接在比较电路的第一输入端。

其中，开关电路包括：NPN型三极管，采集电路还包括第一分压电阻，分压电路包括第二分压电阻，电压采集电路包括比较电路；其中，比较电路的正向输入端配置为接入开关量电压信号，比较电路的负向输入端接入基准电压，比较电路的输出端与对应的NPN型三极管的基极电连接，NPN型三极管的发射极接地，NPN型三极管的集电极与第二分压电阻的一端电连接，第二分压电阻的另一端与第一分压电阻的一端电连接，第一分压电阻的另一端接入供电电压，且第一分压电阻的一端作为第一输出端输出模拟电压信号。

其中，电压采集电路还包括光耦隔离电路，光耦隔离电路的输入端作为采集电路的输入端接入开关量电压信号，光耦隔离电路的输出端与比较电路的正向输入端电连接。

其中，采集电路还包括：模数转换电路，模数转换电路与第一输出端电连接，配置为对模拟电压信号进行模数转换，以得到数字电压信号。

其中，采集电路还包括：处理电路，与模数转换电路电连接，配置为基于数字电压信号确定多路电压采集电路是否接入开关量电压信号。

其中，模数转换电路与处理电路集成设置于同一处理芯片上。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种电梯控制器，该电梯控制器包括上述采集电路。

本申请的有益效果是：本申请提供的开关量信号的采集电路，该采集电路包括多路电压采集电路，分别采集多路开关量电压信号；多路分压电路，与多路电压采集电路一一对应设置，分压电路的第一端与对应的电压采集电路电连接，其中，多路分压电路的第二端电连接以形成第一输出端；多个开关电路，与多路分压电路一一对应设置，开关电路分别与对应的分压电路的第一端及对应的电压采集电路电连接，并配置为基于对应的电压采集电路输出的开关量电压信号控制对应的分压电路的分压回路的通断，以调节第一输出端的模拟电压信号。通过上述方式，本实施例的开关量信号的采集电路可以通过多路电压采集电路采集多路开关量电压信号，并通过多路分压电路将采集的多路或者单路开关量电压信号转换成一个模拟电压信号，即多路分压电路的第二端电连接形成的第一输出端输出的模拟电压信号；且本申请的每个电压采集电路通过对应的开关电路与对应的分压电路电连接，使得开关电路基于电压采集电路接入开关量电压信号的情况来控制分压电路分压回路的通断，进而能够调节第一输出端的模拟电压信号，因为分压回路的通断会使得整个多路分压电路的分压不同，从而使得第一输出端的模拟电压信号发生变化，又因为多路分压回路的通断由各自对应的开关电路控制，而开关电路基于开关量电压信号来控制分压回路的通断，所以可以根据模拟电压信号的实时值还原得到多路分压电路的通断组合，进而能够得到多路开关量电压信号的输入组合，即通过读取模拟电压信号的实时数值能够判断外部的多路开关量信号的组合输入状态，进而能够使得后续的处理电路仅通过一个信号采集端口就能同时采集多路外部开关量电压信号的接入情况，即能够减少信号采集对处理电路的硬件管脚资源的消耗，增加采集电路的应用范围。因此，本申请能够使得后续的处理电路仅通过一个信号采集端口就能同时采集多路外部开关量电压信号的接入情况，能够减少信号采集对处理电路的硬件管脚资源的消耗，增加采集电路的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。其中：

图1是本申请采集电路第一实施例的电路结构示意图；

图2是本申请采集电路第二实施例的电路结构示意图；

图3是本申请采集电路第三实施例的电路结构示意图；

图4是本申请采集电路第四实施例的电路结构示意图；

图5是本申请采集电路第五实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。根据本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图覆盖不排他的包含。

需要说明的是，当某一元件固定于另一个元件，包括将该元件直接固定于该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件固定于该另一个元件。当一个元件连接另一个元件，包括将该元件直接连接到该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其他元件连接到该另一个元件。

本申请首先提出一种开关量信号的采集电路，如图1所示，图1是本申请采集电路第一实施例的电路结构示意图。本实施例的采集电路包括：多路电压采集电路100、多路分压电路200、多个开关电路300，其中，多路电压采集电路100分别采集多路开关量电压信号DI；多路分压电路200与多路电压采集电路100一一对应设置，分压电路200的第一端与对应的电压采集电路100电连接，其中，多路分压电路200的第二端电连接以形成第一输出端；多个开关电路300与多路分压电路200一一对应设置，开关电路300分别与对应的分压电路200的第一端及对应的电压采集电路100电连接，并配置为基于对应的电压采集电路100输出的开关量电压信号DI控制对应的分压电路200的分压回路的通断，以调节第一输出端的模拟电压信号，通过模拟电压信号可以得到多路开关量电压信号的输入情况。

具体地，在一应用场景中，采集电路通过多路电压采集电路100采集多路的开关量信号DI，每一路电压采集电路100输出对应的开关量电压信号DI的采集电压，并将采集电压传递至对应的开关电路300。可以预先为开关电路300配置通断关系，使得开关电路300可以基于对应的电压采集电路100输出的采集电压来控制开关电路300的通断，进而控制对应的分压回路的通断，进而能够使得第一输出端的模拟电压信号能够基于多路电压采集电路100各自接入的开关量电压信号DI的接入情况的不同而改变，进而能够在第一输出端的模拟电压信号与多路电压采集电路100的多个开关量信号DI的多种不同的接入组合情况之间建立对应关系，进而能够基于第一输出端的单个模拟电压信号就可以采集到多路开关量信号的接入状态。

通过上述方式，本实施例的开关量信号的采集电路可以通过多路电压采集电路100采集多路开关量电压信号DI，并通过多路分压电路200将采集的多路或者单路开关量电压信号DI转换成一个模拟电压信号，即多路分压电路200的第二端电连接形成的第一输出端输出的模拟电压信号；且本申请的每个电压采集电路100通过对应的开关电路300与对应的分压电路200电连接，使得开关电路300基于电压采集电路100接入开关量电压信号DI的情况来控制分压电路200分压回路的通断，进而能够调节第一输出端的模拟电压信号。因为分压回路的通断会使得整个多路分压电路200的分压不同，从而使得第一输出端的模拟电压信号发生变化，又因为多路分压回路的通断由各自对应的开关电路300控制，而开关电路300基于开关量电压信号DI来控制分压回路的通断，所以可以根据模拟电压信号的实时值还原得到多路分压电路200的通断组合，进而能够得到多路开关量电压信号DI的输入组合，即通过读取模拟电压信号的实时数值能够判断外部的多路开关量信号的组合输入状态，进而能够使得后续的处理电路仅通过一个信号采集端口就能同时采集多路外部开关量电压信号DI的接入情况，能够减少采集电路对硬件资源的消耗，增加采集电路的应用范围。

可选地，本实施例输入的开关量信号可以是直流低压信号，在其他实施例中不做限定，例如，输入的开关量信号还可以是交流低压信号、直流高压信号、或交流高压信号等；该开关量信号可以是数字量电压信号，还可以是模拟量电压信号。

可选地，本实施例的采集电路还包括：模数转换电路400，模数转换电路400与第一输出端电连接，配置为对模拟电压信号进行模数转换，以得到数字电压信号。

具体地，在一应用场景中，模数转换电路400与本实施例中的第一输出端电连接，模数转换电路400可以将第一输出端输出的模拟电压信号进行模数转换，从而得到数字电压信号。

通过模数转换电路400对模拟电压信号进行模数转换，能够得到数字电压信号，并与处理电路500进行数字化处理，基于预存的数字电压信号与多路开关量电压信号DI的接入组合之间的对应关系，进而得到外部多路开关量电压信号DI的输入状态。

可选地，本实施例的采集电路还包括：处理电路500，该处理电路500与模数转换电路400电连接，配置为基于数字电压信号确定多路电压采集电路100是否接入开关量电压信号DI，即多路开关量电压信号DI的接入状态。

具体地，在一应用场景中，处理电路500可以基于数字电压信号与多路开关量电压信号DI的不同接入组合之间的对应关系，确定多路电压采集电路100是否接入了开关量电压信号DI，即处理电路500能够基于从模数转换电路400得到的数字电压信号及预设的上述对应关系还原出外部多路开关量信号DI的接入状态。

在本申请的其他实施例中，也可以针对采集电路做类似改进，不再赘述。

可选地，本实施例的模数转换电路400与处理电路500集成设置于同一处理芯片上。

模数转换电路400与处理电路500集成在同一处理芯片上，能够提高采集电路的集成性。该处理芯片可以是微控制单元(MicrocontrollerUnit，MCU)，微处理器单元(MicroProcessor Unit，MPU)，或者是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)。该处理芯片可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。该处理芯片还可以是通用处理芯片、数字信号处理芯片(DigitalSignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现场可编辑逻辑门阵列(Filed Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理芯片可以是微处理器单元或者该处理芯片也可以是任何常规的处理芯片等。

本实施例仅在MCU外设置一个模拟信号采集端口，通过MCU的一个模拟信号采集端口就能实现多路外部开关量信号的同时采集，能够减少对微处理器的硬件管脚资源消耗。

例如，在一具体应用场景中，采集电路一共包括五路电压采集电路及对应的开关电路、对应的分压电路，当第一路电压采集电路及对应的开关电路、对应的分压电路与第二路电压采集电路及对应的开关电路、对应的分压电路接入分压网络时，第一输出端输出的模拟电压信号输出至模数转换电路经转换后得到的数字电压信号为11000,11000表示本采集电路中第一路与第二路导通接入，第三路、第四路、第五路未接入；当第二路电压采集电路及对应的开关电路、对应的分压电路与第四路电压采集电路及对应的开关电路、对应的分压电路接入分压网络时，第一输出端输出的模拟电压信号输出至模数转换电路经转换后得到的数字电压信号为01010,01010表示本采集电路中第二路与第四路导通接入，第一路、第三路、第五路未接入。

可选地，本实施例的开关电路300包括：开关控制元件，开关控制元件的第一通信端与分压电路200的第一端电连接，开关控制元件的控制端与对应的电压采集电路100电连接，开关控制元件的第二通信端接地。

本实施例通过开关控制元件实现开关电路300，结构简单，控制简单易实现。

具体地，当开关电路300导通时，对应的分压电路200并入整个分压网络。多路开关电路300可以构成多种不同的通断组合，多种不同的通断组合可以形成多种不同的总分压电阻值并入分压网络，以使得第一输出端输出不同的模拟电压信号。

在其他实施例中，开关电路还可以包括分压元件、分流元件等电路元件来辅助调节或转换开关控制元件的输入量或输出量。

其中，本实施例的开关控制元件可以包括金属—氧化物—半导体(Metal-Oxide-Semiconductor，mos)场效应晶体管或三级管等开关管，或者包括光耦、继电器等光控制开关件。

在另一实施例中，如图2所示，本实施例的采集电路还包括第一分压电阻R1，分压电路200包括第二分压电阻R2，其中，第一分压电阻R1的一端接入供电电压Vcc，第二分压电阻R2的一端作为分压电路200的第二端与第一分压电阻R1的另一端电连接，第二分压电路200的另一端作为分压电路200的第一端与开关控制元件的第一通信端电连接；其中，每个分压电路200中的第二分压电阻R2的阻值不同。

这种设置方式使得第一分压电阻R1的一端接入供电电压Vcc，每个分压电路200对应的第二分压电阻R2的一端均与第一分压电阻R1的另一端电连接，每个第二分压电阻R2的另一端电连接对应的开关控制元件，能够由开关控制元件实现对对应分压电路200的通断控制，进而能够控制对应的第二分压电阻R2是否接入第一分压电阻R1的分压回路。

进一步地，本实施例中，每个分压电路200中的第二分压电阻R2的阻值不同。这种设置方式能够使得在多路分压电路200以不同的组合接入分压回路时，多个第二分压电阻R2的并联电阻值不同，使得第一输出端处的电压值不同，即能够使得多路开关量电压信号D1的不同的接入组合使第一输出端输出的不同的模拟电压信号，进而能够提高对多路开关量电压信号D1的多种不同的接入组合判断的准确性，即能够提高对多路开关量电压信号DI的不同的接入状态判断的准确性。

在本申请的其他实施例中，也可以针对上述其它实施例的采集电路做类似改进，不再赘述。

在另一实施例中，如图3所示，电压采集电路包括：比较电路110，比较电路110的第一输入端作为采集电路的输入端配置为接入电压采集电路输出的开关量电压信号DI，比较电路110的第二输入端接入基准电压，比较电路110的输出端与对应的开关电路300电连接。

具体地，在一应用场景中，比较电路110将电压采集电路输出的开关量电压信号DI与预先设定的基准电压进行比较，将比较结果输出至对应的开关电路300。

可选地，本实施例的电压采集电路还包括：隔离电路120，串接在比较电路110的第一输入端。

具体地，在一应用场景中，隔离电路120将开关量电压信号DI处理后输入比较电路110的第一输入端，隔离电路120的设置能够减少外部开关量信号与采集电路之间的电气隔离，进而能够提高采集电路的安全性，降低采集电路的故障率。

本申请进一步提出一种开关量信号的采集电路，如图4所示，图4是本申请采集电路第四实施例的电路结构示意图。本实施例的开关电路包括：NPN型三极管，采集电路还包括第一分压电阻R1，分压电路包括第二分压电阻Ra，电压采集电路包括比较电路110；其中，比较电路110的正向输入端配置为接入开关量电压信号DI，比较电路110的负向输入端接入基准电压Vcc2，比较电路110的输出端与对应的NPN型三极管的基极b电连接，NPN型三极管的发射极e接地，NPN型三极管的集电极c与第二分压电阻Ra的一端电连接，第二分压电阻Ra的另一端与第一分压电阻R1的一端电连接，第一分压电阻R1的另一端接入供电电压Vcc1，且第一分压电阻R1的一端作为第一输出端输出模拟电压信号。

由于比较电路110的输出端与对应NPN型三极管的基准电压Vcc2电连接，因此可以通过比较电路110的比较结果来控制三极管发射极e与集电极c的通断，进而控制对应分压回路的通断。

可选地，比较电路110的负向输入端与基准电压Vcc2之间可以接入分压电阻，具体不做限定。

在其他实施例中，开关电路还可以是PNP型三极管，其中PNP型三极管的集电极接地，发射极与第二分压电阻的一端电连接。

在其他实施例中，开关电路还可以是金属—氧化物—半导体(Metal-Oxide-Semiconductor，mos)场效应晶体管、光电耦合开关等其他电路元件来实现开关功能。

本申请进一步提出一种开关量信号的采集电路，如图5所示，图5是本申请采集电路第五实施例的电路结构示意图。本实施例的电压采集电路还包括光耦隔离电路121，光耦隔离电路121的输入端作为采集电路的输入端接入开关量电压信号DI，光耦隔离电路121的输出端与比较电路110的正向输入端电连接。

具体地，在一应用场景中，光耦隔离电路121将接入的开关量电压信号DI经过光耦隔离转换后再接入比较电路110的正向输入端，能够减少外部开关量信号对采集电路的影响，对采集电路起到一定的保护作用。

本申请进一步提出一种电梯控制器，包括上述采集电路。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种开关量信号的采集电路，其特征在于，包括：

多路电压采集电路，分别采集多路开关量电压信号；

多路分压电路，与所述多路电压采集电路一一对应设置，所述分压电路的第一端与对应的所述电压采集电路电连接，其中，所述多路分压电路的第二端电连接以形成第一输出端；

多个开关电路，与所述多路分压电路一一对应设置，所述开关电路分别与对应的所述分压电路的第一端及对应的所述电压采集电路电连接，并配置为基于对应的所述电压采集电路输出的开关量电压信号控制对应的所述分压电路的分压回路的通断，以调节所述第一输出端的模拟电压信号。

2.根据权利要求1所述的采集电路，其特征在于，所述开关电路包括：

开关控制元件，所述开关控制元件的第一通信端与所述分压电路的第一端电连接，所述开关控制元件的控制端与对应的所述电压采集电路电连接，所述开关控制元件的第二通信端接地。

3.根据权利要求2所述的采集电路，其特征在于，所述采集电路还包括第一分压电阻，所述分压电路包括第二分压电阻，其中，所述第一分压电阻的一端接入供电电压，所述第二分压电阻的一端作为所述分压电路的第二端与所述第一分压电阻的另一端电连接，所述第二分压电阻的另一端作为所述分压电路的第一端与所述开关控制元件的第一通信端电连接；

其中，每个所述分压电路中的所述第二分压电阻的阻值不同。

4.根据权利要求1所述的采集电路，其特征在于，所述电压采集电路包括：

比较电路，所述比较电路的第一输入端作为所述采集电路的输入端配置为接入所述电压采集电路输出的开关量电压信号，所述比较电路的第二输入端接入基准电压，所述比较电路的输出端与对应的所述开关电路电连接。

5.根据权利要求4所述的采集电路，其特征在于，所述电压采集电路还包括：

隔离电路，串接在所述比较电路的第一输入端。

6.根据权利要求1所述的采集电路，其特征在于，所述开关电路包括：NPN型三极管，所述采集电路还包括第一分压电阻，所述分压电路包括第二分压电阻，所述电压采集电路包括比较电路；

其中，所述比较电路的正向输入端配置为接入所述开关量电压信号，所述比较电路的负向输入端接入基准电压，所述比较电路的输出端与对应的所述NPN型三极管的基极电连接，所述NPN型三极管的发射极接地，所述NPN型三极管的集电极与所述第二分压电阻的一端电连接，所述第二分压电阻的另一端与所述第一分压电阻的一端电连接，所述第一分压电阻的另一端接入供电电压，且所述第一分压电阻的一端作为所述第一输出端输出所述模拟电压信号。

7.根据权利要求6所述的采集电路，其特征在于，所述电压采集电路还包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路的输入端作为所述采集电路的输入端接入所述开关量电压信号，所述光耦隔离电路的输出端与所述比较电路的正向输入端电连接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的采集电路，其特征在于，所述采集电路还包括：

模数转换电路，所述模数转换电路与所述第一输出端电连接，配置为对所述模拟电压信号进行模数转换，以得到数字电压信号。

9.根据权利要求8所述的采集电路，其特征在于，所述采集电路还包括：

处理电路，与所述模数转换电路电连接，配置为基于所述数字电压信号确定所述多路电压采集电路是否接入开关量电压信号。

10.根据权利要求9所述的采集电路，其特征在于，所述模数转换电路与所述处理电路集成设置于同一处理芯片上。

11.一种电梯控制器，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的采集电路。