專利名稱：位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式領(lǐng)域，尤其涉及一種位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著科技的不斷進(jìn)步，使得智能機(jī)器的應(yīng)用越來越多，這些智能機(jī)器系統(tǒng)都具有類似的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括主控模塊1，用于對智能機(jī)器系統(tǒng)的各個組成部分實(shí)施自動控制；其他必要部件2，包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、復(fù)雜的機(jī)械裝置、人機(jī)接口等；功能模塊3，包括數(shù)量眾多且分散在智能機(jī)器系統(tǒng)多個區(qū)域的傳感器，如:圖像傳感器、距離傳感器、位置傳感器等，功能模塊與主控模塊相連，以便主控模塊獲取功能模塊內(nèi)傳感器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)。為了使智能機(jī)器更加靈活的移動，智能機(jī)器的體積通常都要求體積越小越好。在功能模塊3的眾多傳感器中，位置傳感器主要用于檢測被檢測物體到位或不到位。主要通過采用光學(xué)辦法檢測物體的位置，硬件結(jié)構(gòu)主要包括第一部分和第二部分，其中第一部分(A)是光發(fā)射端，第二部分(B)是光敏感端，光發(fā)射端A發(fā)射的光線照射到光敏感端B，光敏感端B將光線的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。當(dāng)光發(fā)射端A和光敏感端B之間的光路上無物體遮擋時，即被檢測的物體不在預(yù)定的位置時，光敏感端B輸出低電平電壓；當(dāng)A和B之間的光路被物體遮擋時，即被檢測的物體位于預(yù)定的位置時，光敏感端B輸出高電平電壓。因此位置傳感器也看為一種位置開關(guān)，當(dāng)被檢測的物體不在預(yù)定的位置時，光敏感端B輸出低電平電壓；當(dāng)被檢測的物體位于預(yù)定的位置時，光敏感端B輸出高電平電壓。位置開關(guān)也可以是一個具有導(dǎo)電觸點(diǎn)的開關(guān)，比如微動開關(guān)。智能機(jī)器為了實(shí)現(xiàn)自動控制，通常需要在功能模塊內(nèi)安裝數(shù)量眾多的位置開關(guān)，主控制器需要同時獲得這些位置開關(guān)的狀態(tài)，以便于準(zhǔn)確判斷被檢測物體到位或不到位。因此為了使主控模塊能夠獲取位置開關(guān)的狀態(tài)，需要在主控模塊和功能模塊內(nèi)部的位置開關(guān)之間建立有線連接，眾所周知，位置開關(guān)的數(shù)量越多，主控模塊與功能模塊之間的連接電纜根數(shù)就越多，電纜束直徑就越大。假設(shè)一個功能模塊內(nèi)部需要安裝50個位置開關(guān)，一般情況下每個位置開關(guān)有3條線(其中一條為電源線、一條為地線、一條為數(shù)據(jù)線)，總共150條線，如果這150條線全部需要連接至主控模塊，可知電纜束的直徑將會很大。在體積受到嚴(yán)格限制的機(jī)器中，不允許使用如此大直徑的電纜束。因此現(xiàn)有技術(shù)中有兩種方法，以便減少功能模塊和主控模塊之間電纜的條數(shù)，使得電纜束的直徑減小。如圖2所示，第一種方法為:在功能模塊內(nèi)部將全部的位置開關(guān)的電源線統(tǒng)一連接、將全部位置開關(guān)的地線統(tǒng)一連接，并將統(tǒng)一連接后的電源線和地線連接至主控模塊，即全部位置開關(guān)共享電源線和地線，并將各個位置開關(guān)的數(shù)據(jù)線一一連接至主控模塊。若位置開關(guān)的數(shù)量為N，使用該方法最少可將主控模塊與功能模塊之間的電纜線的數(shù)量減少至N+2 條。但使用該方法時，若位置開關(guān)的數(shù)量很多，由功能模塊連接至主控模塊的電纜根數(shù)仍然較多。
如圖3所示，第二種方法為:在第一種方法的基礎(chǔ)之上，在功能模塊內(nèi)部將所有位置開關(guān)的數(shù)據(jù)線統(tǒng)一連接至轉(zhuǎn)換器，使用轉(zhuǎn)換器將所有位置開關(guān)的狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，并將串行數(shù)據(jù)通過一條電纜線輸出至主控模塊，并將主控模塊發(fā)送至位置開關(guān)的命令通過一條電纜輸入至轉(zhuǎn)換器，并通過轉(zhuǎn)換器執(zhí)行主控模塊發(fā)送來的命令，將位置開關(guān)的狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)并回送給主控模塊。使用該方法可將多個位置開關(guān)的狀態(tài)信號順序輸出，且可以將電纜根數(shù)減少到4根左右。但使用方法二時，由于主控模塊使用串行讀取的辦法，獲取一次位置開關(guān)輸出信號耗費(fèi)的時間變長，實(shí)時性不好，另外串行讀取的辦法中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，而數(shù)字信號在同一個時刻只能承載一個位置開關(guān)的狀態(tài)信息，為了傳輸多個位置開關(guān)的狀態(tài)，就必須將多個位置開關(guān)的狀態(tài)信息按時間順序逐一傳送，要實(shí)現(xiàn)“按時間順序逐一傳送”的功能，一定要使用時序電路。因此轉(zhuǎn)換器必須內(nèi)置實(shí)現(xiàn)串/并轉(zhuǎn)換功能的電路板，此電路板主要由時序電路組成，而時序電路受到干擾后難以自行恢復(fù)，因此可能會向主控模塊發(fā)送錯誤的位置信號或者需要耗費(fèi)更多的時間進(jìn)行錯誤檢測和修正。因此現(xiàn)在急需一種方法既能減少主控模塊與功能模塊之間的電纜數(shù)量又能使主控模塊快速準(zhǔn)確的獲取各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸方法及系統(tǒng)，使用本方法既能減少主控模塊與功能模塊之間的電纜數(shù)量又能使主控模塊快速準(zhǔn)確的獲取各個位置開關(guān)的狀態(tài)信 號。本發(fā)明通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn):—種位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸系統(tǒng)，包括:信號輸出單元，用于輸出各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號；與所述信號輸出單元相連的第一轉(zhuǎn)換裝置，用于將大于閾值的狀態(tài)信號按預(yù)設(shè)規(guī)律，轉(zhuǎn)換為與所述大于閾值的狀態(tài)信號一一對應(yīng)的且電流值不為零的第一電流信號，并輸出所述第一電流信號中各個電流取和后的第二電流信號；第二轉(zhuǎn)換裝置，用于通過電纜接收所述第二電流信號，并將所述第二電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號；控制單元，用于接收所述數(shù)字電壓信號，還原各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。優(yōu)選的，所述第一轉(zhuǎn)換裝置包括:與編號為N的各個位置開關(guān)相連的，且自身相互并聯(lián)的各個轉(zhuǎn)換單兀，其中N=l、2、3……η，η為位置開關(guān)的數(shù)量；所述轉(zhuǎn)換單元包括:與編號為N位置開關(guān)相連的開關(guān)單元，用于接收并檢測所述位置開關(guān)的狀態(tài)信號，若所述狀態(tài)信號大于閾值，則導(dǎo)通；與所述開關(guān)單元相連的，與所述編號為N的位置開關(guān)相對應(yīng)的，阻值為R*ZM+N的電阻單元，用于若所述開關(guān)單元導(dǎo)通，則將大于所述閾值的狀態(tài)信號按所述預(yù)設(shè)規(guī)律，轉(zhuǎn)換為與所述大于閾值的狀態(tài)信號所對應(yīng)的且電流值不為零的第一電流信號，其中R為任意實(shí)數(shù)，Z為大于I的自然數(shù)，M、N為自然數(shù)。
優(yōu)選的，所述開關(guān)單元包括:MOSFET 固態(tài)開關(guān)；所述MOSFET的柵極分別與所述編號為N的位置開關(guān)的數(shù)據(jù)線相連；所述MOSFET的漏極分別與所述電阻單元相連；所述MOSFET的源極分別與地相連；所述柵極用于接收所述位置開關(guān)的狀態(tài)信號，若所述狀態(tài)信號大于所述閾值，則將所述源極與所述漏極導(dǎo)通。優(yōu)選的，所述電阻單元包括:與所述MOSFET的漏極相連，與編號為N的位置開關(guān)相對應(yīng)的，阻值為R*ZM+N的電阻，其中R為任意實(shí)數(shù)，Z為大于I的自然數(shù)，M、N為自然數(shù)；若所述開關(guān)單元導(dǎo)通，依據(jù)電源將大于所述閾值的狀態(tài)信號按所述預(yù)設(shè)規(guī)律，轉(zhuǎn)換為與所述大于閾值的狀態(tài)信號所對應(yīng)的且電流值不為零的第一電流信號。優(yōu)選的，所述第二轉(zhuǎn)換裝置包括:一端與電源正極相連，一端與所述電纜相連的電流轉(zhuǎn)電壓單元，用于接收所述第二電流信號，并將所述第二電流信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號；與所述電流轉(zhuǎn)電壓單元相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號。優(yōu)選的，控制單元包括:第一計(jì)算單元，用于接收所述數(shù)字電壓信號，計(jì)算各個位置開關(guān)數(shù)字狀態(tài)信號的和值；第二計(jì)算單元，用于將所述數(shù)字狀態(tài)信號的和值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)值，依據(jù)所述二進(jìn)制數(shù)值的位，還原所述各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。優(yōu)選的，所述R*Zm+n中Z為2。優(yōu)選的，所述第二轉(zhuǎn)換裝置包括:電流傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器；其中，所述電流傳感器的一端所述電源的正極相連，一端與所述電纜相連；所述電流傳感器的輸入端接收所述第二電流信號；所述電流傳感器的輸出端輸出所述模擬電壓信號。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括:運(yùn)算放大器；所述運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述電源相連；所述運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述電纜相連；所述運(yùn)算放大器用于對所述模擬電壓信號進(jìn)行放大，并由輸出端進(jìn)行輸出?！N位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸方法，包括:接收各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號；將大于閾值的狀態(tài)信號按預(yù)設(shè)規(guī)律，轉(zhuǎn)換為與所述大于閾值的狀態(tài)信號一一對應(yīng)的且電流值不為零的第一電流信號；將第一電流信號中各個電流的和值作為第二電流信號；將所述第二電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號；
將所述數(shù)字電壓信號還原各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。本發(fā)明有以下有益效果:本發(fā)明公開了一種位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸系統(tǒng)，包括:信號輸出單元、第一轉(zhuǎn)換裝置、第二轉(zhuǎn)換裝置和控制單元，由信號輸出單元輸出各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號，并通過第一轉(zhuǎn)換裝置將并行的狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為并行的第一電流信號，將第一電流信號中的各個電流取和后，合并為串行的第二電流信號，通過電纜直接傳輸?shù)诙娏餍盘?，并?jīng)過第二轉(zhuǎn)換裝置及控制單元還原各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。本發(fā)明中將各個位置開關(guān)輸出的并行狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為并行的第一電流信號，由并行的第一電流信號取和得到串行的第二電流信號，并通過電纜傳輸至主控模塊后，還原各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。本發(fā)明沒有采用時序電路的形式，因而不會受到時序電路的影響，抗干擾能力強(qiáng)，從而能夠使主控模塊快速準(zhǔn)確的獲取各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號；且通過電纜傳輸?shù)诙娏餍盘枺钌倏梢酝ㄟ^一根電纜實(shí)現(xiàn)，因此可將主控模塊和功能模塊之間電纜束的直徑縮小至最小。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為智能機(jī)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中主控模塊與功能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中又一主控模塊與功能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例公開的位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例公開的位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸系統(tǒng)中第一轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例公開的位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸系統(tǒng)中第一轉(zhuǎn)換裝置的電路示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例公開的位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸系統(tǒng)中第二轉(zhuǎn)換裝置的電路示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例公開的位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸系統(tǒng)的電路示意圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例公開的位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸系統(tǒng)中位置開關(guān)狀態(tài)與A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系的示意圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例公開的位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明公開了一種位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸系統(tǒng)，如圖4所示，包括:信號輸出單元100，用于輸出各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號；在功能模塊內(nèi)部，信號輸出單元可以在接收控制單元的命令后，同時輸出各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號，或信號輸出單元自身按某一時間間隔定時的發(fā)送各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號。位置開關(guān)的狀態(tài)信號有兩種狀態(tài)，當(dāng)光發(fā)射端A和光敏感端B之間的光路上無物體遮擋時，即被檢測的物體不在預(yù)定的位置時，光敏感端B輸出低電平電壓；當(dāng)A和B之間的光路被物體遮擋時，即被檢測的物體位于預(yù)定的位置時，光敏感端B輸出高電平電壓。位置開關(guān)用于檢測被檢測物體到位與不到位，在實(shí)際情況下實(shí)施時，當(dāng)光敏感端B輸出的電壓大于某一閾值時，則認(rèn)為所述狀態(tài)信號為高電平電壓，當(dāng)小于所述閾值時，則認(rèn)為所述狀態(tài)信號為低電平電壓，閾值的大小可以根據(jù)具體情況而定，在此不做限定。第一轉(zhuǎn)換裝置200，與所述信號輸出單元相連，用于將大于閾值的狀態(tài)信號按預(yù)設(shè)規(guī)律，轉(zhuǎn)換為與所述大于閾值的狀態(tài)信號一一對應(yīng)且電流值不為零的第一電流信號，并輸出所述第一電流信號與所述的取和后的第二電流信號；在功能模塊內(nèi)部，如圖5所示，第一轉(zhuǎn)換裝置200，包括:與編號為N的各個位置開關(guān)一一相連的，且自身相互并聯(lián)的各個轉(zhuǎn)換單元201，其中N為自然數(shù)，N=l、2、3、……η，η為位置開關(guān)的數(shù)量；轉(zhuǎn)換單元201，包括:開關(guān)單元2011與電阻單元2012。其中，開關(guān)單元2011，與編號為N位置開關(guān)相連，用于接收并檢測所述位置開關(guān)的狀態(tài)信號，若所述狀態(tài)信號大于閾值，則導(dǎo)通，若所述狀態(tài)信號小于閾值，則不導(dǎo)通；電阻單元2012，與所述開關(guān)單元相連，與所述編號為N的位置開關(guān)相對應(yīng)，阻值為R*ZM+N，用于若所述開關(guān)單元導(dǎo)通，則將大于所述閾值的狀態(tài)信號按所述預(yù)設(shè)規(guī)律，轉(zhuǎn)換為與所述大于閾值的狀態(tài)信號所對應(yīng)的且電流值不為零的第一電流信號，其中R為任意實(shí)數(shù)，Z為大于I的自然數(shù)，M、N為自然數(shù)。位置開關(guān)的編號N是人為按位置開關(guān)的順序，按自然數(shù)依次遞增或者遞減的方式將各個位置開關(guān)進(jìn)行編號，將各個位置開關(guān)的編號設(shè)為N，N為自然數(shù)。如圖5所示，因各個轉(zhuǎn)換單元為并聯(lián)連接，由電路理論可知，各個轉(zhuǎn)換單元兩端的電壓是相同的，當(dāng)各個位置開關(guān)發(fā)送狀態(tài)信號后，各個開關(guān)單元檢測所述各個狀態(tài)信號，當(dāng)狀態(tài)信號大于閾值時，則會導(dǎo)通開關(guān)單元，電阻單元在相同電壓、阻值不同的情況下，將狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為狀態(tài)信號一一對應(yīng)的且電流值不為零的第一電流信號，當(dāng)狀態(tài)信號小于閾值時，則不會導(dǎo)通所述開關(guān)單元，因電路處于斷開狀態(tài)，故轉(zhuǎn)換為電流值為零。當(dāng)開關(guān)單元導(dǎo)通時，由于電阻單元的電阻是呈指數(shù)不斷變化的，例如:編號為I的阻值為R*ZM+1，編號為2的阻值為R*ZM+2，編號為3的阻值為R*ZM+3，Z的冪指數(shù)以位置開關(guān)的編號N遞增的順序依次增長，直至最后一個電阻單元，以此類推，編號為N的阻值為R*Zm+n，因各個轉(zhuǎn)換單元相互并聯(lián)，電路兩端的電壓是一致的，各個電阻單元的阻值不同，因此當(dāng)各個轉(zhuǎn)換單元導(dǎo)通時，各個轉(zhuǎn)換單元上的電流是不同的。各個導(dǎo)通 的轉(zhuǎn)換單元電流按電阻依次遞增的順序，電流依次遞減，在各個轉(zhuǎn)換單元的并聯(lián)支路匯合時，自動將各個支路的電流取和，即將電流為零的各個轉(zhuǎn)換單元和電流不為零的各個轉(zhuǎn)換單元的中的電流取和，將各個轉(zhuǎn)換單元的電流和值作為第二電流信號，并將第二電流信號通過電纜進(jìn)行輸出。
第二轉(zhuǎn)換裝置300，用于通過電纜接收所述第二電流信號，并將所述第二電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號；第二轉(zhuǎn)換裝置300包括:電流轉(zhuǎn)電壓單元301和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元302。其中，電流轉(zhuǎn)電壓單元301，一端與電源正極相連，一端與所述電纜相連，用于接收所述第二電流信號，并將所述第二電流信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元302，與所述電流轉(zhuǎn)電壓單元相連，用于將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為所述數(shù)字電壓信號。功能模塊中第一轉(zhuǎn)換裝置200將狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為第二電流信號通過電纜傳輸至主控模塊后，在主控模塊內(nèi)部，電流轉(zhuǎn)電壓單元301接收所述第二電流信號，并將第二電流信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元302將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為所述數(shù)字電壓信號?？刂茊卧?00，用于接收所述數(shù)字電壓信號，還原各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。控制單元400包括:第一計(jì)算單元401和第二計(jì)算單元402。其中，第一計(jì)算單元401，用于接收所述數(shù)字電壓信號，計(jì)算所述各個位置開關(guān)數(shù)字狀態(tài)信號的和值；第二計(jì)算單402，用于將所述數(shù)字狀態(tài)信號的和值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)值，依據(jù)所述二進(jìn)制數(shù)值的位，還原所述各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。本發(fā)明中在功能模塊端:將各個位置開關(guān)輸出的并行狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為并行的第一電流信號，將并行的第一電流信號取和得到串行的第二電流信號，通過電纜發(fā)送第二電流信號，在主控模塊端通過第二轉(zhuǎn)換裝置和控制單元還原出各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。避免了采用時序電路的方式，因而不會受到時序電路的影響，抗干擾能力強(qiáng)，且能夠使主控模塊快速準(zhǔn)確的獲取各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號；且通過電纜傳輸?shù)诙娏餍盘枺钌倏梢酝ㄟ^一根電纜實(shí)現(xiàn)，因此可將主控模塊和功能模塊之間電纜束的直徑縮小至最小。進(jìn)一步的,如圖6所示,所述開關(guān)單元2011包括:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor, M0SFET,簡稱固態(tài)開關(guān))；所述MOSFET的柵極分別與所述編號為N的位置開關(guān)的數(shù)據(jù)線相連；所述MOSFET的漏極分別與所述電阻單元相連；所述MOSFET的源極分別地相連；所述柵極用于接收所述位置開關(guān)的狀態(tài)信號，若所述狀態(tài)信號大于所述閾值，則將所述源極與所述漏極導(dǎo)通。MOSFET的柵極與編號為N的數(shù)據(jù)線相連，接收位置開關(guān)由數(shù)據(jù)線輸出的狀態(tài)信號，當(dāng)狀態(tài)信號大于MOSFET的導(dǎo)通閥值時，便可使源極與漏極導(dǎo)通，進(jìn)而導(dǎo)通M0SFET，所有MOSFET的源極共同接地。因此在本發(fā)明中閾值為MOSFET的導(dǎo)通閥值，以使MOSFET識別位置開關(guān)輸出的是高電平電壓還是低電平電壓，需要說明的是，在本發(fā)明中低電平電壓明顯比MOSFET的導(dǎo)通閥值低，因此不會使MOSFET導(dǎo)通。如圖6所示,所述電阻單元2012包括:與所述MOSFET的漏極相連，與編號為N的位置開關(guān)相對應(yīng)的，阻值為R*ZM+N的電阻，其中R為任意實(shí)數(shù)，Z為大于I的自然數(shù)，M、N為自然數(shù)；若所述開關(guān)單元導(dǎo)通，根據(jù)電源將大于所述閾值的狀態(tài)信號按所述預(yù)設(shè)規(guī)律，轉(zhuǎn)換為與所述大于閾值的狀態(tài)信號所對應(yīng)的且電流值不為零的第一電流信號。與位置開關(guān)N相連的電阻單元，編號為RN，設(shè)置各個電阻單元的電阻為R*Zm+n，N為各個位置開關(guān)的編號，因各個位置開關(guān)的編號不同，因此各個電阻單元的電阻不同，各個開關(guān)單元導(dǎo)通后，電阻非常小，可近似為零，因此電阻單元與開關(guān)單元相連的一端可以近似看為與地直接相連，所有的電阻單元的另一端共同與電纜相連，因此各個電阻單元相互并聯(lián)，兩端的電壓是一致的，因此當(dāng)開關(guān)單元導(dǎo)通后，與導(dǎo)通開關(guān)單元相連的電阻單元中的電流是各不相同的，與沒有導(dǎo)通開關(guān)單元相連的電阻單元中電流近似為零。如圖7所示，電流轉(zhuǎn)電壓單元301包括:一端所述電源的正極相連，一端與所述電纜相連的電流傳感器；所述電流傳感器的輸入端接收所述第二電流信號；所述電流傳感器的輸出端輸出所述模擬電壓信號。電流轉(zhuǎn)電壓單元，包括為電流傳感器、電阻，運(yùn)算放大器等，只要能將第二電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號即可，在此不做限定。模數(shù)轉(zhuǎn)換單元包括:A/D 轉(zhuǎn)換器；所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述電流傳感器相連，用于接收所述模擬電壓信號；所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端輸出所述數(shù)字電壓信號。用于將電流轉(zhuǎn)電壓單兀輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號。如圖7所示，本系統(tǒng)還包括:運(yùn)算放大器；所述運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述電源相連；所述運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述電纜相連；所述運(yùn)算放大器用于對所述模擬電壓信號進(jìn)行放大，并由輸出端進(jìn)行輸出；運(yùn)算放大器的同相輸入端與電源相連，反相輸入端與電流傳感器相連，放大倍數(shù)A=IOO,并由輸出端輸出放大之后的模擬電壓信號，因電流傳感器輸出的電壓信號非常小，為了滿足A/D轉(zhuǎn)換器的需求，采用運(yùn)算放大器將其放大。增加所述運(yùn)算放大器之后，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元包括:A/D 轉(zhuǎn)換器；所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，用于接收所述模擬電壓信號；A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端接收運(yùn)算放大器輸出的電壓，并在所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端輸出所述模擬電壓信號，并在A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓輸入端輸入電壓為3.3V的電壓，以使模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號。本發(fā)明上述部分，僅介紹了位置開關(guān)的狀態(tài)信號由功能模塊至主控模塊的傳送過程。本發(fā)明還可以在功能模塊與主控模塊之間傳送其它類型的數(shù)字信號。在數(shù)字信號的發(fā)送端，由信號輸出單元輸出各個數(shù)字信號，并通過第一轉(zhuǎn)換裝置將并行的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為并行的第一電流信號，將第一電流信號中的各個電流取和后得到第二電流信號，并通過電纜將第二電流信號傳送給數(shù)字信號接收端；在數(shù)字信號的接收端，經(jīng)過第二轉(zhuǎn)換裝置及控制單元還原各個數(shù)字信號的值。通過電纜傳輸?shù)诙娏餍盘?，最少可以通過一根電纜實(shí)現(xiàn)，因此可將數(shù)字信號發(fā)送端和數(shù)字信號接收端之間電纜束的直徑縮小至最小。
上面介紹了本發(fā)明理論的情況，下面將本發(fā)明應(yīng)用至具體的場景中。如圖8所示，為本發(fā)明具體應(yīng)用場景實(shí)施例，包括:設(shè)各個位置開關(guān)的編號為1、2......N,與位置開關(guān)相連的MOSFET編號為
DU D2……DN，與各個MOSFET——相連的電阻單元Rl、R2……RN，根據(jù)上文的敘述可知，RN=R*Z腳。在本實(shí)施例中設(shè)R=Rz=IK Ω , Z=2, M=O ;可得RN=Rz*2n............公式(I)其中N為自然數(shù)。各個電阻的比例關(guān)系為:R1:R2......:RN=2:4......2N，其中 Rl=Rz^1, R2=Rz*22......RN=Rz*2n0在本實(shí)施例中，編號為Dl、D2……DN的MOSFET，其導(dǎo)通電阻分別是Ron_l、Ron_2......Ron_N，其截至狀態(tài)的電阻分別是 Roff_l、Roff_2、......Roff_N。當(dāng)位置開關(guān)輸出高電平電壓時MOSFET導(dǎo)通，由圖可知，各個轉(zhuǎn)換單元的并聯(lián)之后的電路與電阻Rs相串聯(lián)，在具體實(shí)施時，Rs非常小，在本實(shí)施例中為1Ω，因此將電源V2的值作為各個轉(zhuǎn)換單元的并聯(lián)時兩端的電壓，則得各個轉(zhuǎn)換單元中的電流為IN_on=V2/(RN+Ron_N);在具體實(shí)施時，MOSFET的導(dǎo)通電阻Ron_N遠(yuǎn)小于Rl RN中值最小的一個，因此忽略Ron_N的值對IN_on的影響，即IN_on=V2/RN............公式(2)當(dāng)位置開關(guān)輸出電壓為低時，MOSFET截至，IN_off=V2/ (RN+Roff_N)。在具體實(shí)施時，MOSFET關(guān)斷時的電阻Roff_N遠(yuǎn)大于RO Rn中值最大的一個，因此忽略MOSFET截止時的電流，即IN_off=0............公式(3)在本實(shí)施例中，采用KN表示位置開關(guān)的狀態(tài):KN=1時，表示位置開關(guān)輸出高電平電壓；ΚΝ=0時,表不位置開關(guān)輸出低電平電壓。由公式(I)、公式(2)和公式(3)可以得出以下關(guān)系:
權(quán)利要求
1.一種位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括: 信號輸出單元，用于輸出各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號； 與所述信號輸出單元相連的第一轉(zhuǎn)換裝置，用于將大于閾值的狀態(tài)信號按預(yù)設(shè)規(guī)律，轉(zhuǎn)換為與所述大于閾值的狀態(tài)信號一一對應(yīng)的且電流值不為零的第一電流信號，并輸出所述第一電流信號中各個電流取和后的第二電流信號； 第二轉(zhuǎn)換裝置，用于通過電纜接收所述第二電流信號，并將所述第二電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號； 控制單元，用于接收所述數(shù)字電壓信號，還原各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)換裝置包括: 與編號為N的各個位置開關(guān)一一相連的，且自身相互并聯(lián)的各個轉(zhuǎn)換單元，其中N=l、2、3……η，η為位置開關(guān)的數(shù)量； 所述轉(zhuǎn)換單元包括: 與編號為N位置開關(guān)相連的開關(guān)單元，用于接收并檢測所述位置開關(guān)的狀態(tài)信號，若所述狀態(tài)信號大于閾值，則導(dǎo)通； 與所述開關(guān)單元相連的，與所述編號為N的位置開關(guān)相對應(yīng)的，阻值為R*ZM+N的電阻單元，用于若所述開關(guān)單元導(dǎo)通，則將大于所述閾值的狀態(tài)信號按所述預(yù)設(shè)規(guī)律，轉(zhuǎn)換為與所述大于閾值的狀態(tài)信號所對應(yīng)的且電流值不為零的第一電流信號，其中R為任意實(shí)數(shù)，Z為大于I的自然數(shù)，M 、N為自然數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)單元包括: MOSFET固態(tài)開關(guān)； 所述MOSFET的柵極分別與所述編號為N的位置開關(guān)的數(shù)據(jù)線相連； 所述MOSFET的漏極分別與所述電阻單元相連； 所述MOSFET的源極分別與地相連； 所述柵極用于接收所述位置開關(guān)的狀態(tài)信號，若所述狀態(tài)信號大于所述閾值，則將所述源極與所述漏極導(dǎo)通。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電阻單元包括: 與所述MOSFET的漏極相連，與編號為N的位置開關(guān)相對應(yīng)的，阻值為R*ZM+N的電阻，其中R為任意實(shí)數(shù)，Z為大于I的自然數(shù)，M、N為自然數(shù)； 若所述開關(guān)單元導(dǎo)通，依據(jù)電源將大于所述閾值的狀態(tài)信號按所述預(yù)設(shè)規(guī)律，轉(zhuǎn)換為與所述大于閾值的狀態(tài)信號所對應(yīng)的且電流值不為零的第一電流信號。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二轉(zhuǎn)換裝置包括: 一端與電源正極相連，一端與所述電纜相連的電流轉(zhuǎn)電壓單元，用于接收所述第二電流信號，并將所述第二電流信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號； 與所述電流轉(zhuǎn)電壓單元相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，控制單元包括: 第一計(jì)算單元，用于接收所述數(shù)字電壓信號，計(jì)算各個位置開關(guān)數(shù)字狀態(tài)信號的和值； 第二計(jì)算單元，用于將所述數(shù)字狀態(tài)信號的和值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)值，依據(jù)所述二進(jìn)制數(shù)值的位，還原所述各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。
7.如權(quán)利要求2或4所述系統(tǒng)，其特征在于，所述R*ZM+N中Z為2。
8.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二轉(zhuǎn)換裝置包括: 電流傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器； 其中，所述電流傳感器的一端所述電源的正極相連，一端與所述電纜相連； 所述電流傳感器的輸入端接收所述第二電流信號； 所述電流傳感器的輸出端輸出所述模擬電壓信號。
9.如權(quán)利要求5或8所 述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 運(yùn)算放大器； 所述運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述電源相連； 所述運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述電纜相連； 所述運(yùn)算放大器用于對所述模擬電壓信號進(jìn)行放大，并由輸出端進(jìn)行輸出。
10.一種位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸方法，其特征在于，包括: 接收各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號； 將大于閾值的狀態(tài)信號按預(yù)設(shè)規(guī)律，轉(zhuǎn)換為與所述大于閾值的狀態(tài)信號一一對應(yīng)的且電流值不為零的第一電流信號； 將第一電流信號中各個電流的和值作為第二電流信號； 將所述第二電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號； 將所述數(shù)字電壓信號還原各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸系統(tǒng)，包括信號輸出單元、第一轉(zhuǎn)換裝置、第二轉(zhuǎn)換裝置和控制單元。由信號輸出單元輸出各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號，并通過第一轉(zhuǎn)換裝置將并行的狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為并行的第一電流信號，將第一電流信號中的各個電流取和后得到第二電流信號，并經(jīng)過第二轉(zhuǎn)換裝置及控制單元還原各個位置開關(guān)的數(shù)字狀態(tài)信號。本發(fā)明還公開了一種位置開關(guān)狀態(tài)信號傳輸方法。本發(fā)明沒有采用時序電路的形式，因而不會受到時序電路的影響，從而能夠使主控模塊快速準(zhǔn)確的獲取各個位置開關(guān)的狀態(tài)信號；且通過電纜傳輸?shù)诙娏餍盘枺钌倏梢酝ㄟ^一根電纜實(shí)現(xiàn)，因此可將主控模塊和功能模塊之間電纜束的直徑縮小至最小。
文檔編號G05B19/418GK103176461SQ20131006988
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者高平 申請人:廣州廣電運(yùn)通金融電子股份有限公司