專利名稱:開關(guān)量輸入電路及具有其的水質(zhì)監(jiān)測采集裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種開關(guān)量輸入電路及具有其的水質(zhì)監(jiān)測采集裝置，該開關(guān)量輸入電路包括至少一路開關(guān)量輸入端，每路開關(guān)量輸入端均經(jīng)并聯(lián)設(shè)置的第一支路和第二支路連接至信號調(diào)理單元；信號調(diào)理單元的輸出端連接控制器；其中，第一支路包括電流電壓轉(zhuǎn)換單元及耦合切換單元；第二支路包括有源無源切換單元；信號調(diào)理單元用于對接收的信號進行差分放大處理并將處理后的信號傳遞給控制器以供控制器采集。通過將開關(guān)量輸入端經(jīng)第一支路、第二支路連接至信號調(diào)理單元，能夠兼容無源開關(guān)量信號、有源電流開關(guān)量信號、有源電壓開關(guān)量信號的采集，采集的開關(guān)量信號的范圍較大。
【專利說明】開關(guān)量輸入電路及具有其的水質(zhì)監(jiān)測采集裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及開關(guān)量信號采集領(lǐng)域，特別地，涉及一種開關(guān)量輸入電路。此外，本實用新型還涉及一種包括上述開關(guān)量輸入電路的水質(zhì)監(jiān)測采集裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的開關(guān)量分為有源開關(guān)量和無源開關(guān)量，其中，無源開關(guān)量是指無電信號的通與斷，比如繼電器觸點的通與斷等，有源開關(guān)量又可分為電壓開關(guān)量，比如0-5V、-10?1V ;電流開關(guān)量，比如0-20mA。水質(zhì)監(jiān)測站內(nèi)的自動化監(jiān)測設(shè)備較多，空間較大，布線也較遠，數(shù)采儀需對多種開關(guān)量信號進行采集以獲取全面的水質(zhì)監(jiān)測信息，其中，數(shù)采儀在對電壓開關(guān)量信號進行采集時，開關(guān)量信號的驅(qū)動電流不能太大，否則會使其有很大的衰減從而造成開關(guān)量信號失真導(dǎo)致誤采。且監(jiān)測站內(nèi)的電磁干擾較大，要求開關(guān)量輸入電路有一定的抗電磁干擾能力，同時，要求數(shù)采儀能對電流開關(guān)量和無源開關(guān)量信號進行采集。
[0003]申請?zhí)枮镃N 200910181797.1的專利文獻公開了一種開關(guān)量輸入電路，該文獻采用采用光耦進行信號隔離與電平轉(zhuǎn)換，在一定程度上提高了抗干擾能力，但開關(guān)量信號必須輸入至光耦初級，且要求驅(qū)動電流較大，才能使光耦正常工作，這種設(shè)計對于距離遠、線損較大、驅(qū)動能力弱的電壓開關(guān)量信號的采集失效。
[0004]申請?zhí)枮镃N 201210587422.5的專利文獻公開了一種開關(guān)量輸入電路及控制器，該文獻采用運放作為比較器，能對高電壓開關(guān)量信號進行電平轉(zhuǎn)換，改變Uth電壓值，即可設(shè)置開關(guān)信號的閥值。申請?zhí)枮镃N 201320572986.0的專利文獻公開了開關(guān)量輸入與輸出擴展模塊，通過二極管Dl的單向?qū)щ娦赃M行電平轉(zhuǎn)換。當輸入為O時，Dl正極強制拉到低電平，輸出為低電平；當輸入為高電平時，Dl截止，輸出為高電平。這兩篇文獻都采用比較器或二極管來進行電平轉(zhuǎn)換，外部的電壓開關(guān)量信號直接接到了開關(guān)量信號輸入端，且必須共地，這就會大大增加外部的電磁干擾對內(nèi)部電路的影響，從而導(dǎo)致電路的工作不穩(wěn)定性。
[0005]現(xiàn)有的開關(guān)量輸入電路都不能兼容有源開關(guān)量和無源開關(guān)量的采集，采集的信號范圍有限，且采集信號防外部電磁干擾的能力較弱。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型提供了一種開關(guān)量輸入電路及具有其的水質(zhì)監(jiān)測采集裝置，以解決現(xiàn)有的開關(guān)量輸入電路采集信號范圍有限的技術(shù)問題。
[0007]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種開關(guān)量輸入電路，包括至少一路用于導(dǎo)入開關(guān)量信號的開關(guān)量輸入端，每路開關(guān)量輸入端均經(jīng)并聯(lián)設(shè)置的第一支路和第二支路連接至信號調(diào)理單元；信號調(diào)理單元的輸出端連接控制器；其中，
[0009]第一支路包括:
[0010]電流電壓轉(zhuǎn)換單元，用于將開關(guān)量信號中的有源電流開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換為有源電壓開關(guān)量信號；
[0011]耦合切換單元，用于將開關(guān)量信號中的有源電壓開關(guān)量信號或者電流電壓轉(zhuǎn)換單元生成的有源電壓開關(guān)量信號輸出至信號調(diào)理單元；
[0012]第二支路包括:
[0013]有源無源切換單元，用于將開關(guān)量信號中的無源開關(guān)量信號輸出至信號調(diào)理單元;
[0014]信號調(diào)理單元，用于對接收的信號進行差分放大處理并將處理后的信號傳遞給控制器以供控制器采集。
[0015]進一步地，電流電壓轉(zhuǎn)換單元，包括串接的限流電阻和切換開關(guān)。
[0016]進一步地，耦合切換單元包括光電耦合器，光電耦合器的控制端與控制器的輸出端連接，以受控制器的輸出信號控制；光電耦合器的輸出端與信號調(diào)理單元的輸入端連接。
[0017]進一步地，開關(guān)量輸入端為多路，多路開關(guān)量輸入端分別經(jīng)相應(yīng)的第一支路、第二支路連接至信號調(diào)理單元；
[0018]光電耦合器的控制端分別連接至控制器的輸出端以受控制器的輸出信號控制。
[0019]進一步地，信號調(diào)理單元包括運算放大器，運算放大器的同相輸入端設(shè)有接地的分壓電阻、輸出端與反相輸入端之間設(shè)有反饋電阻，運算放大器的輸出端經(jīng)分壓電路連接至控制器。
[0020]進一步地，運算放大器采用正負雙電源供電式運算放大器。
[0021]進一步地，運算放大器的同相輸入端與反相輸入端之間串接有雙向抑制二極管。
[0022]根據(jù)本實用新型的另一方面，還提供了一種水質(zhì)監(jiān)測采集裝置，包括上述的開關(guān)量輸入電路。
[0023]本實用新型具有以下有益效果:
[0024]本實用新型開關(guān)量輸入電路通過將開關(guān)量輸入端經(jīng)第一支路、第二支路連接至信號調(diào)理單元，且第一支路上設(shè)置電流電壓轉(zhuǎn)換單元和耦合切換單元，第二支路上設(shè)置有源無源切換單元，能夠兼容無源開關(guān)量信號、有源電流開關(guān)量信號、有源電壓開關(guān)量信號的采集，采集的開關(guān)量信號的范圍較大。
[0025]本實用新型水質(zhì)監(jiān)測采集裝置，通過采用上述的開關(guān)量輸入電路，可以滿足水質(zhì)監(jiān)測過程中多種開關(guān)量信號的實時采集，集成度高。
[0026]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本實用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。

【附圖說明】

[0027]構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0028]圖1是本實用新型優(yōu)選實施例開關(guān)量輸入電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本實用新型優(yōu)選實施例中電流電壓轉(zhuǎn)換單元、耦合切換單元和有源無源切換單元的電路示意圖；
[0030]圖3是本實用新型優(yōu)選實施例中信號調(diào)理單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]附圖標記說明:
[0032]10、開關(guān)量輸入端；21、電流電壓轉(zhuǎn)換單元；22、耦合切換單元；
[0033]23、有源無源切換單元；30、信號調(diào)理單元；40、控制器。

【具體實施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0035]參照圖1，本實用新型的優(yōu)選實施例提供一種開關(guān)量輸入電路，包括至少一路用于導(dǎo)入開關(guān)量信號的開關(guān)量輸入端10，每路開關(guān)量輸入端10均經(jīng)并聯(lián)設(shè)置的第一支路和第二支路連接至信號調(diào)理單元30 ;信號調(diào)理單元30的輸出端連接控制器40 ;其中，
[0036]第一支路包括:
[0037]電流電壓轉(zhuǎn)換單元21，用于將開關(guān)量信號中的有源電流開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換為有源電壓開關(guān)量信號；
[0038]耦合切換單元22，用于將開關(guān)量信號中的有源電壓開關(guān)量信號或者電流電壓轉(zhuǎn)換單元21生成的有源電壓開關(guān)量信號輸出至信號調(diào)理單元30 ;
[0039]第二支路包括:
[0040]有源無源切換單元23，用于將開關(guān)量信號中的無源開關(guān)量信號輸出至信號調(diào)理單元30 ；
[0041]信號調(diào)理單元30，用于對接收的信號進行差分放大處理并將處理后的信號傳遞給控制器40以供控制器40采集。
[0042]在實際應(yīng)用中，若某開關(guān)量輸入端10輸入為無源開關(guān)量信號，則有源無源切換單元23將接入內(nèi)部的電壓信號導(dǎo)出給信號調(diào)理單元30后進行采集；若開關(guān)量輸入端10輸入為有源電壓開關(guān)量信號時，直接經(jīng)耦合切換單元22輸出給信號調(diào)理單元30后進行采集；若某開關(guān)量輸入端10輸入為有源電流開關(guān)量信號時，則電流電壓轉(zhuǎn)換單元21接入，將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號再送耦合切換單元22輸出給信號調(diào)理單元30后進行采集。本實施例中，耦合切換單元22作為模擬切換器件受控制器40控制，在任何時刻，多路通道中只有一路接通至信號調(diào)理電路30，進行差分放大后送控制器40采樣。
[0043]本實施例開關(guān)量輸入電路，可以滿足多種開關(guān)量信號的實時采集，包括對無源開關(guān)量信號、有源電流開關(guān)量信號、有源電壓開關(guān)量信號的采集，采集的開關(guān)量信號的范圍較大。
[0044]本實施例中，可選地，耦合切換單元22采用光電耦合器，光電耦合器的控制端與控制器40的輸出端連接，以受控制器40的輸出信號控制；光電耦合器的輸出端與信號調(diào)理單元30的輸入端連接。優(yōu)選地，開關(guān)量輸入端10為多路，多路開關(guān)量輸入端10分別經(jīng)相應(yīng)的第一支路、第二支路連接至信號調(diào)理單元30 ;多路光電耦合器的控制端分別連接至控制器40的輸出端以受控制器40的輸出信號控制。本實施例通過采用多路開關(guān)量輸入端10，可以擴展開關(guān)量輸入電路的采集通道，實現(xiàn)多通道開關(guān)量信號的采集，其中，多路光電耦合器受控制器的驅(qū)動信號輪回循環(huán)導(dǎo)通，以在任何時刻，多路通道中只有一路接通至信號調(diào)理電路30，進行差分放大后送控制器40采樣。
[0045]可選地，本實施例中，電流電壓轉(zhuǎn)換單元21，包括串接的限流電阻和切換開關(guān)，通過控制切換開關(guān)的導(dǎo)通與否以實現(xiàn)電流電壓轉(zhuǎn)換單元21接入的控制，從而實現(xiàn)對有源電流開關(guān)量信號進行電流電壓轉(zhuǎn)換。
[0046]在具體實施例中，電流電壓轉(zhuǎn)換單元21、耦合切換單元22和有源無源切換單元23的電路不意圖如圖2所不:
[0047]若一通道為無源開關(guān)量輸入時，將開關(guān)SI斷開，開關(guān)S2閉合，輸入電路的電壓信號接入。當該通道無源開關(guān)量斷開為O時，“INPUT1+”端為Vcc，“INPUT1-”端為0，通過光耦Ul切換后送至信號調(diào)理單元輸入端的電壓為Vcc ;當該通道無源開關(guān)量閉合為I時，“INPUT1+”端和“INPUT1-”端都為0，通過光耦Ul切換后送至信號調(diào)理單元輸入端的電壓為OV0
[0048]若一通道為有源電流開關(guān)量輸入時，將開關(guān)SI閉合，開關(guān)S2斷開，輸入電路的電流流過電阻R4轉(zhuǎn)換為電壓，直接通過光耦切換后送信號調(diào)理單元。
[0049]若一通道為有源電壓開關(guān)量輸入時，將開關(guān)S1、S2斷開，電壓直接通過光耦切換后送信號調(diào)理單元。
[0050]控制器通過輪循輸出“(^此_1”、“(^此_2”端的高低電平使三極管Q1、Q2的輪循導(dǎo)通，通過控制作為模擬開關(guān)的光耦通電與否來實現(xiàn)多通道開關(guān)量信號的輪循切換。輪流使開關(guān)量輸入端信號接入至信號調(diào)理單元進行電平轉(zhuǎn)換。使用光耦來對多路開關(guān)量信號進行切換也保證了多路開關(guān)量信號的獨立性，使得不會相互進行干擾。
[0051]可選地，參照圖3，本實施例中，信號調(diào)理單元30包括運算放大器U3，運算放大器U3的同相輸入端設(shè)有接地的分壓電阻R15、輸出端與反相輸入端之間設(shè)有反饋電阻R11，運算放大器的輸出端經(jīng)分壓電路連接至控制器40。優(yōu)選地，運算放大器U3輸出的差分放大信號經(jīng)R14、R16分壓后送控制器40進行電壓采樣。根據(jù)應(yīng)用場合，運算放大器U3可選差模共模電壓耐壓較高的運放，一般保護電壓可達±500V，R12、R13也可適當選較大電阻，這樣可增強信號調(diào)理差分電路的抗外部干擾和保護能力。通過選擇Rll、R12、R13、R15阻值可改變信號調(diào)理差分放大電路的放大倍數(shù)。運算放大器U3采用正負雙電源供電式運算放大器，這樣就允許外部電壓開關(guān)量信號可以是反向電壓，通過R14、R16分壓后的VADC端電壓為負壓，控制器對VADC端負壓采樣即可。優(yōu)選地，運算放大器U3的同相輸入端與反相輸入端之間串接有雙向抑制二極管D1，以保護運算放大器U3不受外部過高電壓損壞。
[0052]本實施例通過對外部無源開關(guān)量進行電信號的接入，對外部有源電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，對外部有源直流電壓信號進行光耦隔離、輪循切換后進行差分放大處理，最后送控制器采樣，可實現(xiàn)對多通道、高壓、弱驅(qū)動能力、正負極性、干擾較大開關(guān)量信號進行采集。
[0053]根據(jù)本實用新型的另一方面，還提供了一種水質(zhì)監(jiān)測采集裝置，包括上述實施例的開關(guān)量輸入電路。通過采用上述實施例的開關(guān)量輸入電路，可以滿足水質(zhì)監(jiān)測過程中多種開關(guān)量信號的實時采集，集成度高。
[0054]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)量輸入電路，其特征在于，包括至少一路用于導(dǎo)入開關(guān)量信號的開關(guān)量輸入端(10)，每路所述開關(guān)量輸入端(10)均經(jīng)并聯(lián)設(shè)置的第一支路和第二支路連接至信號調(diào)理單元(30);所述信號調(diào)理單元(30)的輸出端連接控制器(40);其中， 所述第一支路包括: 電流電壓轉(zhuǎn)換單元(21)，用于將所述開關(guān)量信號中的有源電流開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換為有源電壓開關(guān)量信號； 耦合切換單元(22)，用于將所述開關(guān)量信號中的有源電壓開關(guān)量信號或者所述電流電壓轉(zhuǎn)換單元(21)生成的有源電壓開關(guān)量信號輸出至所述信號調(diào)理單元(30); 所述第二支路包括: 有源無源切換單元(23)，用于將所述開關(guān)量信號中的無源開關(guān)量信號輸出至所述信號調(diào)理單元(30)； 所述信號調(diào)理單元(30)，用于對接收的信號進行差分放大處理并將處理后的信號傳遞給所述控制器(40)以供所述控制器(40)采集。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)量輸入電路，其特征在于， 所述電流電壓轉(zhuǎn)換單元(21)，包括串接的限流電阻和切換開關(guān)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)量輸入電路，其特征在于， 所述耦合切換單元(22)包括光電耦合器，所述光電耦合器的控制端與所述控制器(40)的輸出端連接，以受所述控制器(40)的輸出信號控制；所述光電耦合器的輸出端與所述信號調(diào)理單元(30)的輸入端連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)量輸入電路，其特征在于， 所述開關(guān)量輸入端(10)為多路，多路所述開關(guān)量輸入端(10)分別經(jīng)相應(yīng)的所述第一支路、所述第二支路連接至所述信號調(diào)理單元(30); 所述光電耦合器的控制端分別連接至所述控制器(40)的輸出端以受所述控制器(40)的輸出信號控制。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的開關(guān)量輸入電路，其特征在于， 所述信號調(diào)理單元(30)包括運算放大器，所述運算放大器的同相輸入端設(shè)有接地的分壓電阻、輸出端與反相輸入端之間設(shè)有反饋電阻，所述運算放大器的輸出端經(jīng)分壓電路連接至所述控制器(40)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)量輸入電路，其特征在于， 所述運算放大器采用正負雙電源供電式運算放大器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)量輸入電路，其特征在于， 所述運算放大器的所述同相輸入端與所述反相輸入端之間串接有雙向抑制二極管。8.一種水質(zhì)監(jiān)測采集裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1至7任一所述的開關(guān)量輸入電路。
【文檔編號】G01N33-18GK204272074SQ201420784799
【發(fā)明者】張權(quán), 蔡志, 謝飛 [申請人]力合科技（湖南）股份有限公司