開(kāi)關(guān)量、頻率量以及模擬電壓量復(fù)用輸入端口的采樣裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)量、頻率量以及模擬電壓量復(fù)用輸入端口的采樣裝置，屬于控制系統(tǒng)的輸入采樣【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的裝置中設(shè)計(jì)了用作開(kāi)關(guān)量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入端口的保護(hù)二極管D1、輸入濾波電容C1和下拉電阻R1，以及開(kāi)關(guān)量與頻率量共用采樣端口，即單片機(jī)輸入端口，模擬電壓量的采樣端口，即單片機(jī)的AD采樣端口，從而實(shí)現(xiàn)了在復(fù)用控制器輸入端口的條件下對(duì)三類(lèi)輸入量的采樣。本發(fā)明使應(yīng)用該裝置的控制器提高了通用性，并有利于減小控制板的尺寸、進(jìn)而減小控制器的體積。
【專(zhuān)利說(shuō)明】開(kāi)關(guān)量、頻率量以及模擬電壓量復(fù)用輸入端口的采樣裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)的輸入采樣【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種開(kāi)關(guān)量、頻率量以及模擬電壓量復(fù)用輸入端口的采樣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)控制、工程機(jī)械控制、汽車(chē)電子中存在大量的開(kāi)關(guān)量、頻率量、模擬電壓量信號(hào)需要采集。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)量主要由以下種類(lèi)的輸入產(chǎn)生，如行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、壓力繼電器、過(guò)濾器堵塞報(bào)警信號(hào)、控制按鈕(一般有緊急停止、手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)/停止等)、電接點(diǎn)壓力表等。開(kāi)關(guān)量的高電平一般為5-36VDC，低電平一般為0-2VDC。因此控制系統(tǒng)只需采集當(dāng)前輸入狀態(tài)即可判斷當(dāng)前開(kāi)關(guān)是否觸發(fā)。頻率量相比開(kāi)關(guān)量而言，是快速變化的量，其變化的頻率一般是幾赫茲至幾萬(wàn)頻茲，因此控制系統(tǒng)采樣時(shí)重點(diǎn)是高低電平的切換速率，通過(guò)兩個(gè)電平之間的切換時(shí)間來(lái)測(cè)量頻率量。頻率量的應(yīng)用十分廣泛，在實(shí)際應(yīng)用中主要有轉(zhuǎn)速信號(hào)(如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、車(chē)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)等)、流量信號(hào)(主要是蝸輪流量傳感器輸入信號(hào))、編碼器角度信號(hào)等。對(duì)于模擬電壓量信號(hào)主要是指0-5VDC的電壓量信號(hào),主要為滑動(dòng)電位器的輸出、各類(lèi)傳感器的輸出。
[0003]以上三種輸入量基本代表了控制系統(tǒng)所要采集的輸入量，目前對(duì)這三類(lèi)輸入量的單獨(dú)采集的方法原理較成熟。但為實(shí)現(xiàn)控制器的通用性和減小控制器的體積，最好的方法是實(shí)現(xiàn)三種輸入量的共用輸入端口，輸入哪種量，控制器就采集哪種輸入量。但由于三種輸入量的之間的差距較大，因此難以實(shí)現(xiàn)三種量的復(fù)合輸入采樣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:如何設(shè)計(jì)一種開(kāi)關(guān)量、頻率量以及模擬電壓量復(fù)用輸入端口的采樣裝置。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種開(kāi)關(guān)量、頻率量以及模擬電壓量復(fù)用輸入端口的采樣裝置，所述裝置包括:保護(hù)二極管D1、濾波電容Cl、下拉電阻R1、電平轉(zhuǎn)換元件Q1、下拉電阻R3、限流電阻R2、上拉電阻R4，以及限流電阻R6 ;其中，
[0008]保護(hù)二極管Dl的一端、濾波電容Cl的一端，以及下拉電阻Rl的一端三者與地線(xiàn)連接；保護(hù)二極管Dl的另一端、濾波電容Cl的另一端，以及下拉電阻Rl的另一端三者連接在一起，且作為開(kāi)關(guān)量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入端口 ；
[0009]所述下拉電阻Rl的另一端分別與限流電阻R2以及限流電阻R6的一端連接；所述限流電阻R2的另一端與電平轉(zhuǎn)換元件Ql的第一端連接；電平轉(zhuǎn)換元件Ql的第二端與電源VCC連接；電平轉(zhuǎn)換元件Ql的第三端與下拉電阻R3的一端連接，且連接至單片機(jī)的I/O 口 ；所述下拉電阻R3的另一端與地線(xiàn)連接；所述限流電阻R6的一端還通過(guò)所述上拉電阻R4連接所述電源VCC ；[0010]所述限流電阻R6的另一端連接至單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口 AD 口。
[0011]優(yōu)選地，所述裝置還包括電容C2，電容C2的一端與所述單片機(jī)的AD 口連接，另一端與地線(xiàn)連接。
[0012]優(yōu)選地，所述裝置還包括下拉電阻R5，所述限流電阻R6的一端通過(guò)所述下拉電阻R5連接地線(xiàn)。
[0013]優(yōu)選地，所述單片機(jī)的I/O 口為具有輸入捕捉功能的I/O 口。
[0014]優(yōu)選地，所述電平轉(zhuǎn)換元件管Ql為PNP三極管。
[0015](三)有益效果
[0016]本發(fā)明的裝置中設(shè)計(jì)了用作開(kāi)關(guān)量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入端口的保護(hù)二極管D1、輸入濾波電容Cl和下拉電阻R1，以及開(kāi)關(guān)量與頻率量共用采樣端口，即單片機(jī)輸入端口，模擬電壓量的采樣端口，即單片機(jī)的AD采樣端口，從而實(shí)現(xiàn)了在復(fù)用控制器輸入端口的條件下對(duì)三類(lèi)輸入量的采樣。本發(fā)明使應(yīng)用該裝置的控制器提高了通用性，并有利于減小控制板的尺寸、進(jìn)而減小控制器的體積。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明第一種實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2為本發(fā)明第二種實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3為本發(fā)明第三種實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種開(kāi)關(guān)量、頻率量以及模擬電壓量復(fù)用輸入端口的采樣裝置，所述裝置包括:保護(hù)二極管D1、濾波電容Cl、下拉電阻R1、電平轉(zhuǎn)換元件Q1、下拉電阻R3、限流電阻R2、上拉電阻R4、以及限流電阻R6 ;其中，
[0022]保護(hù)二極管Dl的一端、濾波電容Cl的一端，以及下拉電阻Rl的一端三者與地線(xiàn)連接；保護(hù)二極管Dl的另一端、濾波電容Cl的另一端，以及下拉電阻Rl的另一端三者連接在一起，且作為開(kāi)關(guān)量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入端口 ；保護(hù)二極管Dl對(duì)于輸入的非正常的高電壓進(jìn)行吸收釋放，對(duì)電路實(shí)現(xiàn)保護(hù)；濾波電容Cl濾除高頻干擾；
[0023]所述下拉電阻Rl的另一端分別與限流電阻R2以及限流電阻R6的一端連接；所述限流電阻R2的另一端與電平轉(zhuǎn)換元件Ql的第一端連接；電平轉(zhuǎn)換元件Ql的第二端與電源VCC連接；電平轉(zhuǎn)換元件Ql的第三端與下拉電阻R3的一端連接，且連接至單片機(jī)的I/O 口 ；所述下拉電阻R3的另一端與地線(xiàn)連接；所述限流電阻R6的一端還通過(guò)所述上拉電阻R4連接所述電源VCC ；
[0024]所述限流電阻R6的另一端連接至單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口 AD 口。
[0025]如圖2所示，在第二種實(shí)施例中，在第一種實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述裝置還包括電容C2，電容C2的一端與所述單片機(jī)的AD 口連接，另一端與地線(xiàn)連接。
[0026]如圖3所示，在第三種實(shí)施例中，在第二種實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述裝置還包括下拉電阻R5，所述限流電阻R6的一端通過(guò)所述下拉電阻R5連接地線(xiàn)。[0027]本發(fā)明實(shí)施例中，所述電平轉(zhuǎn)換元件Ql為PNP三極管，圖1?圖3中電平轉(zhuǎn)換元件Ql的端口 I為基極，端口 2為發(fā)射極，端口 3為集電極。
[0028]下面以第三種實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的工作原理。
[0029](I)開(kāi)關(guān)量輸入模式。開(kāi)關(guān)信號(hào)從端口進(jìn)入后，經(jīng)保護(hù)二極管D1、輸入濾波電容Cl、下拉電阻Rl后，一部分經(jīng)限流電阻R2進(jìn)入電平轉(zhuǎn)換元件Q1，使電平符合單片機(jī)輸入電平要求。當(dāng)輸入的開(kāi)關(guān)量為高電平時(shí)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換元件Ql轉(zhuǎn)換后成為低電平；當(dāng)開(kāi)關(guān)量為低電平時(shí)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換元件Ql轉(zhuǎn)換后為高電平。轉(zhuǎn)換后的電平在下拉電阻R3的作用下，進(jìn)入單片機(jī)的I/O 口，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)量的采樣。
[0030](2)頻率量輸入模式。頻率信號(hào)從端口進(jìn)入后，經(jīng)保護(hù)二極管D1、輸入濾波電容Cl、下拉電阻Rl后，一部分經(jīng)限流電阻R2進(jìn)入電平轉(zhuǎn)換元件Q1，使電平符合單片機(jī)輸入電平要求。當(dāng)輸入的開(kāi)關(guān)量為高電平時(shí)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換元件Ql轉(zhuǎn)換后成為低電平；當(dāng)開(kāi)關(guān)量為低電平時(shí)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換元件Ql轉(zhuǎn)換后為高電平。轉(zhuǎn)換后的電平在下拉電阻R3的作用下，進(jìn)入單片機(jī)的I/O 口，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)頻率量的采樣。由于開(kāi)關(guān)量采樣與頻率量采樣共用單片機(jī)的I/O 口，因此選用的I/O 口一定要能夠兼容開(kāi)關(guān)量與頻率量的采樣，可以利用具有輸入捕捉功能的I/O 口。
[0031 ] (3 )模擬電壓量輸入模式。模擬電壓信號(hào)從端口進(jìn)入后，經(jīng)保護(hù)二極管D1、輸入濾波電容Cl、下拉電阻Rl后，一部分經(jīng)限流電阻R6進(jìn)入單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換端口，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬電壓量的采樣。電容C2的作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，與電阻R6組成阻容濾波器。當(dāng)輸入端口浮置時(shí)，上拉電阻R4、下拉電阻R5，起到提供固定值的模擬量的作用。
[0032]由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的裝置中設(shè)計(jì)了用作開(kāi)關(guān)量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入端口的保護(hù)二極管D1、輸入濾波電容Cl和下拉電阻R1，以及開(kāi)關(guān)量與頻率量共用采樣端口，即單片機(jī)輸入端口，模擬電壓量的采樣端口，即單片機(jī)的AD采樣端口，從而實(shí)現(xiàn)了在復(fù)用控制器輸入端口的條件下對(duì)三類(lèi)輸入量的采樣。本發(fā)明使應(yīng)用該裝置的控制器提高了通用性，并有利于減小控制板的尺寸、進(jìn)而減小控制器的體積。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種開(kāi)關(guān)量、頻率量以及模擬電壓量復(fù)用輸入端口的采樣裝置，其特征在于，所述裝置包括:保護(hù)二極管D1、濾波電容Cl、下拉電阻R1、電平轉(zhuǎn)換元件Q1、下拉電阻R3、限流電阻R2、上拉電阻R4，以及限流電阻R6 ;其中， 保護(hù)二極管Dl的一端、濾波電容Cl的一端，以及下拉電阻Rl的一端三者與地線(xiàn)連接；保護(hù)二極管Dl的另一端、濾波電容Cl的另一端，以及下拉電阻Rl的另一端三者連接在一起，且作為開(kāi)關(guān)量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入端口 ； 所述下拉電阻Rl的另一端分別與限流電阻R2以及限流電阻R6的一端連接；所述限流電阻R2的另一端與電平轉(zhuǎn)換元件Ql的第一端連接；電平轉(zhuǎn)換元件Ql的第二端與電源VCC連接；電平轉(zhuǎn)換元件Ql的第三端與下拉電阻R3的一端連接，且連接至單片機(jī)的I/O 口 ；所述下拉電阻R3的另一端與地線(xiàn)連接；所述限流電阻R6的一端還通過(guò)所述上拉電阻R4連接所述電源VCC; 所述限流電阻R6的另一端連接至單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口 AD 口。
2.如權(quán)利要求1所述的采樣裝置，其特征在于，所述裝置還包括電容C2，電容C2的一端與所述單片機(jī)的AD 口連接,另一端與地線(xiàn)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的采樣裝置，其特征在于，所述裝置還包括下拉電阻R5，所述限流電阻R6的一端通過(guò)所述下拉電阻R5連接地線(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1所述的采樣裝置，其特征在于，所述單片機(jī)的I/O口為具有輸入捕捉功能的I/O 口。
5.如權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的采樣裝置，其特征在于，所述電平轉(zhuǎn)換元件管Ql為PNP三極管。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK103713551SQ201310713131
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】宋慧新, 潘云杰, 金昊龍, 馬明, 王超 申請(qǐng)人:中國(guó)北方車(chē)輛研究所