TWI403908B - 數位介面感測裝置 - Google Patents

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Description

數位介面感測裝置
本發明係關於一種數位介面感測裝置。
習知被動感測元件的設計應用，如偵測環境溫度/溼度等的感測計，其架構是利用特殊被動感測元件，該特殊被動感測元件會隨著週遭環境溫度及溼度的變化，其阻抗或電容的特性也會隨之變動。當有一個輸入電壓到該特殊被動元件後，其輸出的類比電壓會隨著週遭環境的溫度及溼度不同，產生不同的電壓值，透過此變動的類比電壓值獲得實際溫度/溼度的值。一般會使用被動感測元件設計的特色是成本低的優勢。然，有一缺點就是輸出的變動類比電壓值是經由線纜傳送至後端的監視器監控端換算與監控，而線纜本身有電阻與電容性的問題，線纜內阻主要會隨線纜長度增加而增加，故當類比訊號經由線纜傳送後，訊號衰減的問題就會影響到偵測數據，應用上會受線纜的限制。此外不同廠商製作的線纜，其電氣特性會不同；當針對A廠商的線纜特性，來調整感測計的準確度後，將線纜換成B廠商時，往往會造成原本調整好的準確度會有失真的問題，因此需要再投入相當的人力及時間來調整感測計的準確度。
因此就有所謂的數位傳輸方式解決上述問題，而在數位傳輸方式又與監視器的接收有關，看監視器所能接收的介面有哪些，目前以RS-232/RS-422介面對於線纜的抗衰減能力及抗雜訊能力較強，較多被拿來應用。但目前的一種數位介面感測計只配有一種介面類型，如RS-232或RS-422介面，兩者不能通用。
鑒於上述內容，有必要提供一種數位介面感測裝置，可同時支持兩種傳輸介面。
一種數位介面感測裝置，包括：一被動感測元件，用於感測外部類比訊號；一類比偵測電路，用於偵測由該被動感測元件感測到的類比訊號；一類比/數位轉換器，用於接收該類比訊號並將其轉換成數位訊號，還用於接收一時鐘訊號及一數據索取訊號，並在接收到該數據索取訊號後發送該數位訊號；一數據線纜；及一介面切換電路，包括一多工器及一RS-422收發器，該RS-422收發器連接在該類比/數位轉換器與該多工器之間，用於實現TLL訊號與RS-422訊號之間的切換，該多工器用於在該類比/數位轉換器與該數據線纜之間選擇性的接收及發送RS-232及RS-422訊號。
相較習知技術，該數位介面感測裝置透過該介面切換電路切換RS-232介面及RS-422介面，從而使該數據線纜與該類比/數位轉換器之間可選擇性地應用RS-232介面及RS-422介面，有效地提高了設備的兼容性。
100‧‧‧數位介面感測裝置
10‧‧‧被動感測元件
20‧‧‧類比偵測電路
30‧‧‧類比/數位轉換器
40‧‧‧介面切換電路
50‧‧‧數據線纜
60‧‧‧監視器
V1‧‧‧第一電壓源
V2‧‧‧第二電壓源
K‧‧‧單刀雙擲開關
D‧‧‧穩壓二極體
Q1、Q2‧‧‧場效應電晶體
R1-R4‧‧‧電阻
U1‧‧‧RS-422收發器
U2‧‧‧多工器
K1、K2‧‧‧開關
圖1係本發明數位介面感測裝置較佳實施方式與一監視器的電路示意圖。
請參考圖1，本發明數位介面感測裝置100的較佳實施方式包括至少一被動感測元件10、一類比偵測電路20、一類比/數位轉換器30、一介面切換電路40及一數據線纜50。該被動感測元件10用於感測外部類比訊號，如應用兩被動感測元件10分別偵測外界環境的溫度及溼度訊號。該類比偵測電路20用於偵測由該被動感測元件10感測到的類比訊號，並將其傳輸給該類比/數位轉換器30，該類比/數位轉換器30將接收到的類比訊號轉換成數位訊號後傳述給該介面切換電路40。由於該類比偵測電路20及類比/數位轉換器30均為習知電路，故此處不再給出具體結構。
該介面切換電路40用於接收經該類比/數位轉換器30轉換後的數位訊號，並根據需要切換不同的通訊介面將數位訊號輸出給外部的監視器60。本實施方式中，該通訊介面包括RS-232介面及RS-422介面。該介面切換電路40包括一第一電壓源V1(如12V)、一第二電壓源V2(如3.3V)、一單刀雙擲 開關K、一穩壓二極體D、兩作為電開關的場效應電晶體Q1及Q2、四個電阻R1-R4、一RS-422收發器U1、一多工器U2、兩開關K1及K2。其它實施方式中，該單刀雙擲開關K也可以選用其他類型的控制開關。
該第一電壓源V1連接至該單刀雙擲開關K的一擲點b，該第二電壓源V2連接至該單刀雙擲開關K的另一擲點c，該單刀雙擲開關K的刀部a透過該電阻R1連接至該場效應電晶體Q1的汲極，該場效應電晶體Q1的源極接地，該場效應電晶體Q1的閘極連接至該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA，該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA連接至該穩壓二極體D的陰極，該穩壓二極體D的陽極接地。該類比/數位轉換器30的時鐘引腳SCL連接至該場效應電晶體Q2的汲極，該第二電壓源V2透過該電阻R2連接至該場效應電晶體Q2的汲極，該場效應電晶體Q2的源極接地，該場效應電晶體Q2的閘極連接至該數據線纜50的第一導線51。
該RS-422收發器U1的第一輸入端DI連接至該場效應電晶體Q1的汲極，該RS-422收發器U1的第一電壓端DE透過電阻R3連接至該第二電壓源V2，該RS-422收發器U1的第二電壓端RE透過電阻R4接地，該RS-422收發器U1的第一輸出端RO連接至該場效應電晶體Q1的閘極。該多工器U2的第一數據端I1連接至該場效應電晶體Q1的汲極，該多工器U2的第二數據端I2連接至該場效應電晶體Q1的閘極，該多工器U2的第三及第四數據端I3及I4分別連接至該RS-422收發器U1的第二及第三輸出端Y 及Z，該多工器U2的第五及第六數據端I5及I6分別連接至該RS-422收發器U1的第二及第三輸入端B及A。該多工器U2的第七至第十二數據端I7-I12分別連接至該數據線纜50的第二至第六導線52-57。該多工器U2的第一選通端S1連接至該第二電壓源V2並透過該開關K1接地，該多工器U2的第二及第三選通端S2及S3連接至該第二電壓源V2並透過該開關K2接地。
工作時，將該數據線纜50連接至該監視器60的通訊介面上，如果該監視器60的通訊介面為RS-232通訊介面，則將該開關K1打開，將該開關K2閉合，此時該多工器U2的第一數據端I1與第七數據端I7接通，該多工器U2的第二數據端I2與第八數據端I8接通，而其他數據端之間未接通，即此時該數據線纜50的第一導線51作為時鐘訊號數據線，第二及第三導線52及53分別作為RS-232接收及發送數據訊號線。將該單刀雙擲開關K的刀部a與擲點b接通，此時該場效應電晶體Q1及Q2均導通，該第一電壓端V1的電壓符合RS-232通訊介面的電壓準位。
偵測時，該監視器60將透過該數據線纜50的第一導線51持續發送時鐘訊號，該類比/數位轉換器30的時鐘引腳SCL將接收到該監視器60發送的時鐘訊號。當監視器60向該類比/數位轉換器30索取數據時，監視器60透過該數據線纜50的第三導線53發送數據索取訊號並經由該多工器U2的第八數據端I8與第二數據端I2發送給該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA，並且此時由於該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA透過穩壓 訊號為3.3V的穩壓二極體D接地，故該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA的電壓準位始終保持3.3V，有效防止過電壓損壞該類比/數位轉換器30。待該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA接收到該索取訊號後，該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA將轉換的數位訊號經該場效應電晶體Q1及該多工器U2的第一數據端I1與第七數據端I7回傳給該監視器60，從而實現該監視器60與該類比/數位轉換器30之間的RS-232介面通訊。
如果該監視器60的通訊介面為RS-422通訊介面，則將該開關K2打開，將該開關K1閉合，此時該多工器U2的第三數據端I3與第九數據端I9接通，該多工器U2的第四數據端I4與第十數據端I10接通，該多工器U2的第五數據端I5與第十一數據端I11接通，該多工器U2的第六數據端I6與第十二數據端I12接通，而其他數據端之間未接通，即此時該數據線纜50的第一導線51作為時鐘訊號數據線，第四及第五導線54及55分別作為RS-422正負接收數據訊號線，第六及第七導線56及57分別作為RS-422正負發送數據訊號線。將該單刀雙擲開關K的刀部a與擲點c接通，此時該場效應電晶體Q1及Q2均導通，該第二電壓端V2的電壓符合RS-422通訊介面的電壓準位。
偵測時，該監視器60將透過該數據線纜50的第一導線51持續發送時鐘訊號，該類比/數位轉換器30的時鐘引腳SCL將接收到該監視器60發送的時鐘訊號。當監視器60向該類比/數位轉換器30索取數據時，監視器60透過該數據線纜50的第六及 第七導線56及57發送數據索取訊號並經由該多工器U2的第十一、十二數據端I11、I12與第五、六數據端I5、I6發送給該RS-422收發器U1，並經該RS-422收發器U1轉換成TLL準位訊號給該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA。待該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA接收到該索取訊號後，該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA將轉換的數位訊號經該場效應電晶體Q1給到該RS-422收發器U1，並經該RS-422收發器U1轉換成正負RS-422準位訊號給該多工器U2，並經該多工器U2的第三、四數據端I3、I4與第九、十數據端I9、I10回傳給該監視器60，從而實現該監視器60與該類比/數位轉換器30之間的RS-422介面通訊。
本發明數位介面感測裝置100透過該介面切換電路40切換RS-232介面及RS-422介面，從而使該監視器60與該類比/數位轉換器30之間可選擇性地應用RS-232介面及RS-422介面，有效地提高了設備的兼容性。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
100‧‧‧數位介面感測裝置
10‧‧‧被動感測元件
20‧‧‧類比偵測電路
30‧‧‧類比/數位轉換器
40‧‧‧介面切換電路
50‧‧‧數據線纜
60‧‧‧監視器
V1‧‧‧第一電壓源
V2‧‧‧第二電壓源
K‧‧‧單刀雙擲開關
D‧‧‧穩壓二極體
Q1、Q2‧‧‧場效應電晶體
R1-R4‧‧‧電阻
U1‧‧‧RS-422收發器
U2‧‧‧多工器
K1、K2‧‧‧開關

Claims (5)

  1. 一種數位介面感測裝置，包括：一被動感測元件，用於感測外部類比訊號；一類比偵測電路，用於偵測由該被動感測元件感測到的類比訊號；一類比/數位轉換器，用於接收該類比訊號並將其轉換成數位訊號，還用於接收一時鐘訊號及一數據索取訊號，並在接收到該數據索取訊號後發送該數位訊號；一數據線纜；及一介面切換電路，包括一多工器及一RS-422收發器，該RS-422收發器連接在該類比/數位轉換器與該多工器之間，用於實現TLL訊號與RS-422訊號之間的切換，該多工器用於在該類比/數位轉換器與該數據線纜之間選擇性的接收及發送RS-232及RS-422訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之數位介面感測裝置，其中該介面切換電路還包括第一及第二電壓源、一控制開關、第一及第二電開關、第一及第二開關，該第一及第二電壓源透過該控制開關連接至該第一電開關的第一端，該控制開關可選擇性的電性連接該第一及第二電壓源與該第一電開關的第一端，該第一電開關的第二端接地，該第一電開關的控制端連接至該類比/數位轉換器的數據引腳，該類比/數位轉換器的時鐘引腳連接至該第二電開關的第一端，該第二電壓源連接至 該第二電開關的第一端，該第二電開關的第二端接地，該第二電開關的控制端連接至該數據線纜的第一導線，該RS-422收發器的第一輸入端連接至該第一電開關的第一端，該RS-422收發器的第一輸出端連接至該第一電開關的控制端，該多工器的第一數據端連接至該第一電開關的第一端，該多工器的第二數據端連接至該第一電開關的控制端，該多工器的第三及第四數據端分別連接至該RS-422收發器的第二及第三輸出端，該多工器的第五及第六數據端分別連接至該RS-422收發器的第二及第三輸入端，該多工器的第七至第十二數據端分別連接至該數據線纜的第二至第六導線，該多工器的第一選通端連接至該第二電壓源並透過該第一開關接地，該多工器的第二及第三選通端連接至該第二電壓源並透過該第二開關接地。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之數位介面感測裝置，其中該介面切換電路還包括一穩壓二極體，該類比/數位轉換器的數據引腳連接至該穩壓二極體的陰極，該穩壓二極體的陽極接地。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之數位介面感測裝置，其中該控制開關為一單刀雙擲開關。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之數位介面感測裝置，其中該第一及該第二電開關均為場效應電晶體，該第一端、該第二端、該控制端分別對應汲極、源極、閘極。
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