一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路，包括第一開關(guān)量采樣單元、第二開關(guān)量采樣單元、第一整形單元、第二整形單元、信號轉(zhuǎn)換單元及單片機(jī)單元，第一、第二開關(guān)量采樣單元分別經(jīng)第一、第二整形單元和信號轉(zhuǎn)換單元的第一、第二輸入端相連，信號轉(zhuǎn)換單元的一個輸出端和單片機(jī)單元的一個輸入端相連。兩個開關(guān)量采樣單元分別采集兩路開關(guān)量傳感器信號，經(jīng)整形單元整形，再由信號轉(zhuǎn)換單元將兩路整形信號轉(zhuǎn)換為一路信號，最后由單片機(jī)單元根據(jù)這一路信號判斷出兩個傳感器的開關(guān)狀態(tài)。本實用新型使單片機(jī)端口的占用量減少一半，從而可以使用只具備較少個I/O端口的單片機(jī)，導(dǎo)線用量少，簡化連線，降低成本。
【專利說明】一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種采集傳感器開關(guān)量信號的傳感器檢測電路，尤其涉及一種減少單片機(jī)I/o端口的占用數(shù)的開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著自動化設(shè)備和智能化設(shè)備的發(fā)展，為了實現(xiàn)各種功能很多設(shè)備上會使用多個傳感器，以實現(xiàn)采集和控制。以麻將機(jī)為例，麻將機(jī)的位置檢測電路，主要采用霍爾元件和光電傳感器，每路傳感器都要分別連到單片機(jī)的一個I/o 口，或者通過端口擴(kuò)展芯片8位并行輸入串行輸出移位寄存器(如74HC165芯片)，實現(xiàn)對外部狀態(tài)進(jìn)行檢測。由于麻將機(jī)的外部位置傳感器眾多，因此采用目前的位置檢測電路需要使用具備更多個I/O端口的單片機(jī)，導(dǎo)致整機(jī)成本上升，就算使用擴(kuò)展芯片，成本也還是很高。而且，每路外部傳感器都需要有一根導(dǎo)線連到安裝有單片機(jī)的主板上，導(dǎo)致導(dǎo)線用量大，成本大幅增加，并且連線復(fù)雜，安裝和維修都不方便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型主要解決原有傳感器檢測電路中，一個傳感器就得占用單片機(jī)的一個I/o端口，當(dāng)有很多個傳感器時，需要使用具備更多個I/o端口的單片機(jī)，導(dǎo)致整機(jī)成本大幅上升的技術(shù)問題；提供一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路，其能使單片機(jī)端口的占用量減少一半，可以選擇使用具備較少個I/o端口的單片機(jī)，大大降低成本。
[0004]本實用新型同時解決原有傳感器檢測電路中，每路傳感器都需要有一根導(dǎo)線連到安裝有單片機(jī)的主板上，導(dǎo)線用量大，成本高，并且連線復(fù)雜，安裝和維修都不方便的技術(shù)問題；提供一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路，其能使連接到安裝有單片機(jī)的主板上的導(dǎo)線減少一半，導(dǎo)線用量少，降低成本，而且簡化連線，確保安裝和維修都很方便。
[0005]本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:本實用新型包括第一開關(guān)量采樣單元、第二開關(guān)量采樣單元、第一整形單元、第二整形單元、信號轉(zhuǎn)換單元及單片機(jī)單元，第一、第二開關(guān)量采樣單元的輸出端分別和第一、第二整形單元的輸入端相連，第一、第二整形單元的輸出端分別和所述的信號轉(zhuǎn)換單元的第一輸入端及第二輸入端相連，信號轉(zhuǎn)換單元的一個輸出端和所述的單片機(jī)單元的一個輸入端相連。第一開關(guān)量采樣單元、第二開關(guān)量采樣單元分別包括第一開關(guān)量傳感器、第二開關(guān)量傳感器，分別采集第一開關(guān)量傳感器及第二開關(guān)量傳感器的開關(guān)量信號，再分別輸送給第一、第二整形單元，第一、第二整形單元分別對接收到的信號進(jìn)行整形，整形后的信號都輸送給信號轉(zhuǎn)換單元，信號轉(zhuǎn)換單元經(jīng)過處理，將兩路信號轉(zhuǎn)換為一路信號并輸送給單片機(jī)單元的一個輸入端，最后由單片機(jī)單元根據(jù)這一個輸入端接收到的采樣值判斷出兩個傳感器的開關(guān)狀態(tài)，再進(jìn)行后續(xù)的其它處理和控制。也就是說，兩個開關(guān)量傳感器的狀態(tài)信號，只需占用單片機(jī)單元的一個I/O端口即可。兩個開關(guān)量采樣單元、兩個整形單元和一個信號轉(zhuǎn)換單元看成一組，那么當(dāng)需要對十個傳感器的開關(guān)量信號進(jìn)行采集時，有五組上述這樣的電路即可，五個信號轉(zhuǎn)換單元共輸出五路信號，五路信號分別連接到單片機(jī)單元的五個I/o端口，由單片機(jī)單元根據(jù)接收到的五個信號判斷出十個開關(guān)量傳感器的開關(guān)狀態(tài)，也就是說，十個開關(guān)量傳感器的狀態(tài)信號，只需占用單片機(jī)單元的五個I/o端口即可。因此，使用本實用新型的開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路，能使單片機(jī)端口的占用量減少一半，故而可以選擇使用具備較少個I/O端口的單片機(jī)，大大降低成本，而且使傳感器連接到安裝有單片機(jī)的主板上的導(dǎo)線也減少一半，導(dǎo)線用量少，簡化連線，確保安裝和維修都很方便。
[0006]作為優(yōu)選，所述的第一開關(guān)量采樣單元包括光電傳感器U1、電阻R1、電阻R2和可變電阻W1，光電傳感器Ul的輸入端的正極、輸出端的正極均接電壓VCC，光電傳感器Ul的輸入端的負(fù)極經(jīng)電阻Rl接地，光電傳感器Ul的輸出端的負(fù)極經(jīng)電阻R2和可變電阻Wl的一端相連，可變電阻Wl的另一端和其活動端并接并且接地，電阻R2和可變電阻Wl的并接點(diǎn)與所述的第一整形單元的輸入端相連；所述的第二開關(guān)量采樣單元包括光電傳感器U2、電阻R8、電阻R9和可變電阻W2，光電傳感器U2的輸入端的正極、輸出端的正極均接電壓VCC，光電傳感器U2的輸入端的負(fù)極經(jīng)電阻R9接地，光電傳感器U2的輸出端的負(fù)極經(jīng)電阻R8和可變電阻W2的一端相連，可變電阻W2的另一端和其活動端并接并且接地，電阻R8和可變電阻W2的并接點(diǎn)與所述的第二整形單元的輸入端相連。本技術(shù)方案中開關(guān)量傳感器采用光電傳感器，采集設(shè)備中相關(guān)部件的到位或不到位信號，當(dāng)然也可采用霍爾元件等其它開關(guān)量傳感器實現(xiàn)。
[0007]作為優(yōu)選，所述的第一整形單元包括電阻R3、發(fā)光二極管LEDl和三極管Q1，所述的第一開關(guān)量采樣單元的輸出端和三極管Ql的基極相連，三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的集電極和發(fā)光二極管LEDl的負(fù)極相連，發(fā)光二極管LEDl的正極經(jīng)電阻R3接電壓VCC，三極管Ql的集電極和所述的信號轉(zhuǎn)換單元的第一輸入端相連；所述的第二整形單元包括電阻R7、發(fā)光二極管LED2和三極管Q2，所述的第二開關(guān)量采樣單元的輸出端和三極管Q2的基極相連，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的集電極和發(fā)光二極管LED2的負(fù)極相連，發(fā)光二極管LED2的正極經(jīng)電阻R7接電壓VCC，三極管Q2的集電極和所述的信號轉(zhuǎn)換單元的第二輸入端相連。整形單元對接收到的開關(guān)量波形進(jìn)行整形，發(fā)光二極管LEDl亮表示第一開關(guān)量采樣單元無物體遮擋，發(fā)光二極管LEDl不亮表示第一開關(guān)量采樣單元有物體遮擋，發(fā)光二極管LED2亮表示第二開關(guān)量采樣單元無物體遮擋，發(fā)光二極管LED2不亮表示第二開關(guān)量采樣單元有物體遮擋，提示直觀，便于設(shè)備調(diào)試。
[0008]作為優(yōu)選，所述的信號轉(zhuǎn)換單元包括電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容Cl和二極管D1、二極管D2，所述的第一、第二整形單元的輸出端分別和二極管Dl的負(fù)極、二極管D2的負(fù)極相連，二極管Dl的正極和電阻R4的一端相連，二極管D2的正極和電阻R6的一端相連，電阻R4的另一端、電阻R6的另一端及電阻R5的一端、電容Cl的一端均并接到一起并且和所述的單片機(jī)單元的一個輸入端相連，電阻R5的另一端接電壓VCC，電容Cl的另一端接地。二極管Dl及二極管D2采用高速開關(guān)二極管。通過電容Cl進(jìn)行干擾濾波，通過二極管Dl及二極管D2進(jìn)行電流的隔離，通過電阻R4、電阻R5及電阻R6的不同阻值的調(diào)配，使兩路開關(guān)信號轉(zhuǎn)換為一路信號輸出，而且這一路輸出信號會隨著兩路輸入信號的不同狀態(tài)輸出五種電平信號，從而和兩個傳感器的開關(guān)狀態(tài)相對應(yīng)。
[0009]作為優(yōu)選，所述的單片機(jī)單元包括內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路的單片機(jī)U3，所述的信號轉(zhuǎn)換單元的一個輸出端和單片機(jī)U3的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路的一個輸入端相連。使用單片機(jī)的A/D采樣口，將信號轉(zhuǎn)換單元輸送過來的摸擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)單片機(jī)的分析、處理和運(yùn)算，判斷出兩個傳感器的開關(guān)狀態(tài)。內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路的單片機(jī)，可采用R5F212B8SNFALQFP64單片機(jī)(瑞薩)或SH88F516F QFP-44單片機(jī)(中穎)等等。當(dāng)然，也可采用不帶內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路的單片機(jī)，那么需要有一個外置的A/D轉(zhuǎn)換電路，由其接收信號轉(zhuǎn)換單元的輸出信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換后再將信號輸送給單片機(jī)。但本技術(shù)方案的電路結(jié)構(gòu)更加簡單。
[0010]本實用新型的有益效果是:能將兩路傳感器開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換成一路信號輸送給單片機(jī)，使單片機(jī)端口的占用量減少一半，從而可以選擇使用只具備較少個I/o端口的單片機(jī)，大大降低成本。同時能使傳感器連接到安裝有單片機(jī)的主板上的導(dǎo)線減少一半，導(dǎo)線用量少，即降低成本，又簡化連線，確保安裝和維修都很方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型的一種電路原理連接結(jié)構(gòu)框圖。
[0012]圖2是本實用新型的一種電路原理圖。
[0013]圖中1.第一開關(guān)量采樣單元，2.第二開關(guān)量采樣單元，3.第一整形單元，4.第二整形單元，5.信號轉(zhuǎn)換單元，6.單片機(jī)單元。

【具體實施方式】
[0014]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0015]實施例:本實施例的一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路，如圖1所示，包括第一開關(guān)量采樣單元1、第二開關(guān)量采樣單元2、第一整形單元3、第二整形單元4、信號轉(zhuǎn)換單元5及單片機(jī)單元6，第一、第二開關(guān)量采樣單元1、2的輸出端分別和第一、第二整形單元3、4的輸入端相連，第一、第二整形單兀3、4的輸出端分別和信號轉(zhuǎn)換單兀5的第一輸入端及第二輸入端相連，信號轉(zhuǎn)換單元5的一個輸出端和單片機(jī)單元6的一個輸入端相連。
[0016]如圖2所示，第一開關(guān)量采樣單元I包括光電傳感器U1、電阻R1、電阻R2和可變電阻Wl ;第二開關(guān)量米樣單兀2包括光電傳感器U2、電阻R8、電阻R9和可變電阻W2 ;第一整形單元3包括電阻R3、發(fā)光二極管LEDl和三極管Ql ;第二整形單元4包括電阻R7、發(fā)光二極管LED2和三極管Q2 ;信號轉(zhuǎn)換單元5包括電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容Cl和二極管Dl、二極管D2 ;單片機(jī)單元6包括內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路的單片機(jī)U3，本實施例中單片機(jī)采用R5F212B8SNFA LQFP64單片機(jī)。光電傳感器Ul的輸入端的正極、輸出端的正極均接電壓VCC，光電傳感器Ul的輸入端的負(fù)極經(jīng)電阻Rl接地，光電傳感器Ul的輸出端的負(fù)極經(jīng)電阻R2和可變電阻Wl的一端相連，可變電阻Wl的另一端和其活動端并接并且接地，電阻R2和可變電阻Wl的并接點(diǎn)與第一整形單元3中三極管Ql的基極相連，三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的集電極和發(fā)光二極管LEDl的負(fù)極相連，發(fā)光二極管LEDl的正極經(jīng)電阻R3接電壓VCC，三極管Ql的集電極和信號轉(zhuǎn)換單元5中的二極管Dl的負(fù)極相連。光電傳感器U2的輸入端的正極、輸出端的正極均接電壓VCC，光電傳感器U2的輸入端的負(fù)極經(jīng)電阻R9接地，光電傳感器U2的輸出端的負(fù)極經(jīng)電阻R8和可變電阻W2的一端相連，可變電阻W2的另一端和其活動端并接并且接地，電阻R8和可變電阻W2的并接點(diǎn)與第二整形單元4中三極管Q2的基極相連，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的集電極和發(fā)光二極管LED2的負(fù)極相連，發(fā)光二極管LED2的正極經(jīng)電阻R7接電壓VCC，三極管Q2的集電極和信號轉(zhuǎn)換單元5中二極管D2的負(fù)極相連。二極管Dl的正極和電阻R4的一端相連，二極管D2的正極和電阻R6的一端相連，電阻R4的另一端、電阻R6的另一端及電阻R5的一端、電容Cl的一端均并接到一起并且和單片機(jī)U3的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路的一個輸入端相連，電阻R5的另一端接電壓VCC，電容Cl的另一端接地。
[0017]工作過程:由第一開關(guān)量采樣單元采集第一路開關(guān)量信號給第一整形單元，由第二開關(guān)量采樣單元采集第二路開關(guān)量信號給第二整形單元，第一整形單元及第二整形單元分別對接收到的信號進(jìn)行整形，整形后的信號分別輸送給信號轉(zhuǎn)換單元，信號轉(zhuǎn)換單元將兩路信號轉(zhuǎn)換為一路信號輸送給單片機(jī)的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路的一個輸入端,這一個輸入端接收到的米樣值分成五種電平信號，五種電平信號根據(jù)信號轉(zhuǎn)換單兀決定的V1、V2、V3和V4四個電壓值(O < Vl < V2 < V3 < V4)進(jìn)行劃分，五種電平信號分別對應(yīng)兩路開關(guān)量信號的五種狀態(tài)，經(jīng)過單片機(jī)的分析、處理和運(yùn)算，最后單片機(jī)根據(jù)這一個輸入端接收到的采樣值判斷出兩個光電傳感器的開關(guān)狀態(tài)，即:關(guān)關(guān)、關(guān)開、開關(guān)、開開和發(fā)生故障，然后再進(jìn)行后續(xù)的其它處理和控制。發(fā)生故障時，單片機(jī)分別輸出信號控制顯示單元和報警單元，通過顯示單元顯示故障信息，通過報警單元啟動報警。
[0018]V1、V2、V3和V4四個電壓值由信號轉(zhuǎn)換單元中電阻R4、電阻R5及電阻R6決定，即若選用的電阻R4、電阻R5及電阻R6的阻值改變，則V1、V2、V3和V4的值也會改變。假定單片機(jī)的工作電壓為 VDDjlJ SI= ((R4XR6)/(R4XR5+R6XR5+R4XR6)) XVDD, S2=(R6/(R6+R5)) X VDD, S3= (R4/(R4+R5)) X VDD, S4=VDD，而 V4= (S4+S3) /2，V3= (S3+S2) /2，V2=(S2+SD/2, Vl= (Sl+0)/2。舉例說明:假定單片機(jī)的工作電壓為VDD，電阻R4=1K，電阻R5=10K，電阻 R6=15K，則 SI= (15/175) VDD, S2= (15/25) VDD, S3= (1/11) VDD，S4=VDD，再通過 V4= (S4+S3)/2，V3= (S3+S2) /2, V2= (S2+S1) /2, Vl= (S1+0)/2，獲得 V1、V2、V3 和V4四個電壓值。
[0019]本實用新型將兩路傳感器開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換成一路信號輸送給單片機(jī)，使單片機(jī)端口的占用量減少一半，從而可以選擇使用只具備較少個I/o端口的單片機(jī)，大大降低成本。同時能使傳感器連接到安裝有單片機(jī)的主板上的導(dǎo)線減少一半，導(dǎo)線用量少，既降低成本，又簡化連線，確保安裝和維修都很方便。
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路，其特征在于包括第一開關(guān)量采樣單元(I)、第二開關(guān)量采樣單元(2)、第一整形單元(3)、第二整形單元(4)、信號轉(zhuǎn)換單元(5)及單片機(jī)單元(6)，第一、第二開關(guān)量采樣單元(1、2)的輸出端分別和第一、第二整形單元(3、4)的輸入端相連，第一、第二整形單元(3、4)的輸出端分別和所述的信號轉(zhuǎn)換單元(5)的第一輸入端及第二輸入端相連，信號轉(zhuǎn)換單元(5)的一個輸出端和所述的單片機(jī)單元(6)的一個輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的第一開關(guān)量采樣單兀(I)包括光電傳感器U1、電阻R1、電阻R2和可變電阻Wl,光電傳感器Ul的輸入端的正極、輸出端的正極均接電壓VCC，光電傳感器UI的輸入端的負(fù)極經(jīng)電阻Rl接地，光電傳感器Ul的輸出端的負(fù)極經(jīng)電阻R2和可變電阻Wl的一端相連，可變電阻Wl的另一端和其活動端并接并且接地，電阻R2和可變電阻Wl的并接點(diǎn)與所述的第一整形單元(3)的輸入端相連；所述的第二開關(guān)量采樣單元(2)包括光電傳感器U2、電阻R8、電阻R9和可變電阻W2，光電傳感器U2的輸入端的正極、輸出端的正極均接電壓VCC,光電傳感器U2的輸入端的負(fù)極經(jīng)電阻R9接地，光電傳感器U2的輸出端的負(fù)極經(jīng)電阻R8和可變電阻W2的一端相連，可變電阻W2的另一端和其活動端并接并且接地，電阻R8和可變電阻W2的并接點(diǎn)與所述的第二整形單元(4)的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的第一整形單元(3)包括電阻R3、發(fā)光二極管LEDl和三極管Q1，所述的第一開關(guān)量采樣單元(I)的輸出端和三極管Ql的基極相連，三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的集電極和發(fā)光二極管LEDl的負(fù)極相連，發(fā)光二極管LEDl的正極經(jīng)電阻R3接電壓VCC，三極管Ql的集電極和所述的信號轉(zhuǎn)換單元(5)的第一輸入端相連；所述的第二整形單元(4)包括電阻R7、發(fā)光二極管LED2和三極管Q2，所述的第二開關(guān)量采樣單元(2)的輸出端和三極管Q2的基極相連，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的集電極和發(fā)光二極管LED2的負(fù)極相連，發(fā)光二極管LED2的正極經(jīng)電阻R7接電壓VCC，三極管Q2的集電極和所述的信號轉(zhuǎn)換單元(5)的第二輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的信號轉(zhuǎn)換單元(5)包括電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容Cl和二極管D1、二極管D2，所述的第一、第二整形單元(3、4)的輸出端分別和二極管Dl的負(fù)極、二極管D2的負(fù)極相連，二極管Dl的正極和電阻R4的一端相連，二極管D2的正極和電阻R6的一端相連，電阻R4的另一端、電阻R6的另一端及電阻R5的一端、電容Cl的一端均并接到一起并且和所述的單片機(jī)單元(6)的一個輸入端相連，電阻R5的另一端接電壓VCC，電容Cl的另一端接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的信號轉(zhuǎn)換單元(5)包括電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容Cl和二極管D1、二極管D2，所述的第一、第二整形單元(3、4)的輸出端分別和二極管Dl的負(fù)極、二極管D2的負(fù)極相連，二極管Dl的正極和電阻R4的一端相連,二極管D2的正極和電阻R6的一端相連，電阻R4的另一端、電阻R6的另一端及電阻R5的一端、電容Cl的一端均并接到一起并且和所述的單片機(jī)單元(6)的一個輸入端相連，電阻R5的另一端接電壓VCC，電容Cl的另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種開關(guān)量采集轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的單片機(jī)單元(6)包括內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路的單片機(jī)U3，所述的信號轉(zhuǎn)換單元(5)的一個輸出端和單片機(jī)U3的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路的一個輸入端相連。
【文檔編號】G05B19/042GK203930411SQ201420249572
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】鄭軍, 李偉, 管博洲 申請人:黃山市北川電子科技有限公司, 黃山市廣遠(yuǎn)光電科技有限公司, 黃山市龍成能源科技有限公司