一种单接口多功能信号处理电路

技术领域

本发明实施例涉及自动控制原理，尤其涉及一种单接口多功能信号处理电路。

背景技术

在现代的工业生产中，必须将工业生产过程的工艺参数、工况逻辑和设备运行状况等物理量经过传感器或变送器转变为计算机可以识别的电信号，传感器和变送器输出的信号有多种规格，其中4～20mA电流信号、铂热电阻信号、开关信号等都是计算机测控系统经常用到的信号规格。针对控制系统使用的自动化控制器，特别是船用控制器，在使用时往往需要采集或者输出多种信号。

为了在控制系统中兼顾4～20mA电流信号、铂热电阻信号、开关信号等多种信号的输入输出需求，同时满足不同系统的差异化要求，目前常见的控制系统设计通过多种单一功能的模块进行组合，满足不同种类输入输出信号的需求。这种电路设计虽然能满足系统兼顾4～20mA电流信号、铂热电阻信号、开关信号等多种信号需求，但是接口过剩很常见，并且这种组合方式会导致电路模块组合的尺寸变大，并不适合在车船等空间有限的场所使用。

发明内容

本发明提供一种单接口多功能信号处理电路，以实现满足控制系统对4～20mA电流信号、铂热电阻信号、开关信号等不同类型信号输入输出的需求，又能减小处理电路模块的尺寸并减少接口。

本发明实施例提供了一种单接口多功能信号处理电路，其特征在于，包括：电源端口、信号端口和接地端口；第一供电电源，供电电源连接电源端口；数模转换电路、第一开关和第二供电电源，数模转换电路的输出端连经第二供电电源和第一开关连接信号端口；信号处理电路、第一电阻、第二开关和第三开关，信号处理电路包括第一输入端和第二输入端；第二开关、第一电阻、第三开关依次串联于信号处理电路的第一输入端和接地端口之间，信号处理电路的第二输入端接地；控制器，连接信号处理电路的输出端和数模转换电路的输入端，并控制第一开关、第二开关和第三开关的导通或者关断。

可选地，单接口多功能信号处理电路包括第四开关；第四开关连接于电源端口和第一供电电源之间；第四开关的导通和关断受控制器控制。

可选地，信号处理电路包括放大器、模数转换电路；放大器的第一输入端和第二输入端分别作为信号处理电路的第一输入端和第二输入端；模数转换电路的输入端连接放大器的输出端；模数转换电路的输出端作为信号处理电路的输出端。可选地，电源端口连接传感器的第一端，信号端口连接传感器的第二端；控制器控制第二开关、第三开关和第四开关导通，第一开关关断。

可选地，电源端口连接传感器的第一端，信号端口连接传感器的第二端，接地端口连接传感器的第三端；控制器控制第二开关、第三开关和第四开关导通，第一开关关断。

可选地，信号端口和接地端口分别与外部负载的两端连接；控制器控制第一开关导通，第二开关和第三开关关断。

可选地，信号端口和接地端口分别连接外部传感器的第二端和第三端；控制器控制第一开关和第二开关关断。

可选地，电源端口和信号端口分别连接外部传感器的第一端和第二端；控制器控制第四开关导通，第一开关和第二开关关断。

可选地，电源端口信号端口和接地端口分别连接外部传感器的第一端、第二端和第三端连接外部开关的第二端口；控制器控制第四开关导通，第一开关和第二开关关断。

可选地，电源端口和接地端口分别连接外部负载的第一端和第三端；控制器控制第一开关和第三开关关断，控制器通过控制第四开关的关断和导通输出开关量信号。

本发明通过设置多个由控制器控制的开关，并通过控制开关通断状态的不同组合来实现信号处理电路接收或发出4～20mA电流信号、铂热电阻信号、开关信号等不同类型信号，并采用这一套可切换功能的简单信号处理电路替代了以往多种单一功能的电路组合模块，解决了自动控制设备中多功能信号处理电路的接口繁多，模块体积大的问题，实现设备小型化、简易化的效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种单接口多功能信号处理电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图；

图3为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的另一种接线方式示意图；

图4为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的另一种接线方式示意图；

图5为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的另一种接线方式示意图；

图6为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的另一种接线方式示意图；

图7为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的另一种接线方式示意图；

图8为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的另一种接线方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供的一种单接口多功能信号处理电路，图1为本发明实施例提供的一种单接口多功能信号处理电路的结构示意图。参见图1，该单接口多功能信号处理电路包括：电源端口101、信号端口102和接地端口103；第一供电电源104，所述第一供电电源104连接所述电源端口101；数模转换电路105、第一开关106和第二供电电源107，所述数模转换电路105的输出端经所述第二供电电源107和第一开关106连接所述信号端口102；信号处理电路108、第一电阻109、第二开关110和第三开关111，所述信号处理电路108包括第一输入端112和第二输入端113；所述第二开关110、所述第一电阻109、所述第三开关111依次串联于所述信号处理电路108的第一输入端112和所述接地端口103之间，所述信号处理电路108的第二输入端113接地；控制器114，连接所述信号处理电路108的输出端和所述数模转换电路105的输入端，并控制所述第一开关106、所述第二开关110和所述第三开关111的导通或者关断。

可选地，单接口多功能信号处理电路还包括第四开关115；第四开关115连接于电源端口101和第一供电电源之间；第四开关115的导通和关断受控制器114控制。

其中，电源端口101连接第一供电电源104，是为外部电路提供电源的端口。电源端口101可以直接连接第一供电电源104，也可以通过第四开关115间接连接第一供电电源104。例如第一供电电源104的供电电压为24V，第一供电电,104正极经第四开关115与电源端口101连接，为外部电路提供电源；信号端口102为信号处理电路108输入输出信号的端口，分别连接了信号处理电路的第一输入端112、第一开关106和第二开关110；接地端口103是连接着接地端的端口；信号处理电路108包括：放大器116和模数转换电路117；信号处理电路108的第一输入端112与信号端口102连接，信号处理电路108的第二输入端113接地；模数转换电路117的输入端连接放大器116的输出端，模数转换电路117的输出端是信号处理电路108的输出端，连接控制器114，例如经Gpio端口连接控制器114；数模转换电路105的输入端连接控制器114，例如经Gpio端口连接控制器114，数模转换器的输出端连接第二供电电源107；第二供电电源107经第一开关106连接信号端口102；控制器114连接信号处理电路108的第一输出端112和数模转换电路105的输入端，用于采集和发出信号信号，控制器114还可以通过Gpio端口连接各个开关，控制开关的导通和关断。

本发明实施例通过控制器控制开关的导通和关断，从而改变单接口多功能信号处理电路的接法，配合不同的外电路实现对4～20mA电流信号、铂热电阻信号、开关信号等多种类型信号的处理、采集和发出，解决了多功能信号处理电路模块体积大、接口多的问题，实现电路模块小型化、简单化的效果。

可选地，所述信号处理电路108包括放大器116、模数转换电路117；所述放大器的第一输入端和第二输入端分别作为所述信号处理电路108的第一输入端112和第二输入端113；所述模数转换电路117的输入端连接所述放大器116的输出端；所述模数转换电路117的输出端作为信号处理电路108的输出端。

其中，放大器116是将输入的信号放大的装置，包括第一输入端，第二输入端和输出端，放大器的第一输入端作为信号处理电路108的第一输入端112，放大器116的输出端连接模数转换电路117的输入端；模数转换电路117的输出端作为信号处理电路108的输出端，连接控制器114。

在上述实施例中，可选地，控制器114改变四个开关不同的通断组合，配合不同的外电路，可以切换单接口多功能信号处理电路的不同功能，下面就其中的几种不同功能的单接口多功能信号处理电路的接线方式进行说明，但不作为对本发明的限定。

图2为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图。参见图2，在本发明实施例单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图中，可选地，电源端口101连接传感器的第一端202，信号端口102连接传感器的第二端203；控制器114控制第二开关110、第三开关111和第四开关115导通，第一开关106关断。

其中，电源端口101连接的第一供电电源104给传感器201提供24V电源；控制器114可以通过Gpio接口连接信号处理电路108的输出端，采集信号处理电路108输出的信号；传感器201可以是压力传感器201、温度传感器201、速度传感器201或者角度传感器201等，输出4-20mA电流模拟量信号，信号经过信号端口102进入放大器116进行信号的放大，然后进入模数转换电路117，模数转换电路117将模拟信号转换为数字信号并通过Goip接口将信号传输至控制器114进行采集。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单接口多功能信号处理电路的接线方式，配合适当的外电路接线，使单接口多功能信号处理电路起到接收4-20mA电流模拟量输入的功能，达到了电路模块小型化、简单化的效果。

图3为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图。参见图3，在本发明实施例单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图中，可选地，电源端口101连接传感器的第一端202，信号端口102连接传感器的第二端203，接地端口103连接传感器的第三端301；控制器114控制第二开关110、第三开关111和第四开关115导通，第一开关106关断。

其中，电源端口101连接的第一供电电源104给传感器201提供24V电源；控制器114经Gpio接口连接信号处理电路108的输出端，采集信号处理电路108输出的信号；传感器201可以输出4-20mA电流模拟量信号，信号经过信号端口102进入放大器116进行信号的放大，然后进入模数转换电路117，将模拟信号转换为数字信号并通过Goip接口将信号传输至控制器114进行采集。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单接口多功能信号处理电路的接线方式，配合适当的外电路接线，使单接口多功能信号处理电路起到接收4-20mA电流模拟量输入的功能，达到了电路模块小型化、简单化的效果。

图4为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图。参见图4，在本发明实施例单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图中，可选地，信号端口102和接地端口103分别与外部负载401的两端连接；控制器114控制第一开关106导通，第二开关110和第三开关111关断。

其中，控制器114经Gpio接口连接数模转换电路105的输入端，可以提供数字信号至数模转换电路105；数模转换电路105将数字信号转换为4-20mA的电流模拟量，由数模转换电路105的输出端输出，经由第二供电电源107、第一开关106和信号端口102输出，提供给外部负载401。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单接口多功能信号处理电路的接线方式，配合适当的外电路接线，使单接口多功能信号处理电路起到4-20mA电流模拟量输出的功能，达到了电路模块小型化、简单化的效果。

图5为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图。参见图5，在本发明实施例单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图中，可选地，信号端口102和所述接地端口103分别连接外部传感器的第二端203和第三端301；所述控制器114控制所述第一开关106和第二开关110关断。

其中，控制器114经Gpio接口连接信号处理电路108的输出端，采集信号处理电路108输出的信号；传感器201可以是自带电源的PT1000或者PT100等铂热电阻，输出的电流模拟量信号直接连接放大器116的输出端，模拟量信号经放大器116放大之后，输送至模数转换电路117进行转换并输出相应的数字量信号，经Gpio接口传输至控制器114进行采集。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单接口多功能信号处理电路的接线方式，配合带有铂热电阻传感器的外电路接线，使单接口多功能信号处理电路起到接收铂热电阻信号的功能，达到了电路模块小型化、简单化的效果。

图6为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图。参见图6，在本发明实施例单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图中，可选地，电源端口101和信号端口102分别连接外部传感器的第一端202和第二端203；控制器114控制第四开关115导通，第一开关106和第二开关110关断。

其中，电源端口101连接传感器的第一端202，电源端口101连接第一供电电源104给传感器201提供24V电源；控制器114经Gpio接口连接信号处理电路108的输出端，采集信号处理电路108输出的开关量信号；信号端连接传感器的第二端203，传感器201可以是继电器、电开关等可以提供开关量信号的设备，输出24V开关量信号，经信号端口102进入放大器的第一输入端112，经模数转换电路117通过Gpio接口将开关量信号传输至到控制器114进行采集。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单接口多功能信号处理电路的接线方式，配合无外部供电电源的外电路接线，使单接口多功能信号处理电路起到接收24V开关量信号输入的功能，达到了电路模块小型化、简单化的效果。

图7为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图。参见图7，在本发明实施例单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图中，可选地，电源端口101信号端口102和接地端口103分别连接外部传感器的第一端202、第二端203和第三端301连接外部开关的第二端口；控制器114控制第四开关115导通，第一开关106和第二开关110关断。

其中，电源端口101连接传感器的第一端202，电源端口101连接第一供电电源104给传感器201提供24V电源；控制器114经Gpio接口连接信号处理电路108的输出端，采集信号处理电路108输出的开关量信号；信号端连接传感器的第二端203，传感器201可以是继电器、电开关等可以提供开关量信号的设备，传感器201输出24V开关量信号，经信号端口102进入放大器的第一输入端112，经模数转换电路117，通过Gpio接口将开关量信号传输至到控制器114进行采集。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单接口多功能信号处理电路的接线方式，配合无外部供电电源的外电路接线，使单接口多功能信号处理电路起到接收24V开关量信号输入的功能，达到了电路模块小型化、简单化的效果。

图8为本发明实施例提供的单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图。参见图8，在本发明实施例单接口多功能信号处理电路的一种接线方式示意图中，可选地，电源端口101和接地端口103分别连接外部负载401的两端；控制器114控制第一开关106和第三开关111关断，控制器114通过控制第四开关115的关断和导通输出开关量信号。

其中，电源端口101连接第一供电电源104为电路供电；控制器114可以控制第四开关115的导通或者关断向外部负载401输出24V开关量信号，并可以控制输出开关量的频率和占空比来完成脉冲宽度调制输出。本发明实施例通过控制器控制几个开关的状态，改变单接口多功能信号处理电路的接线方式，配合具有外部负载的外电路接线，使单接口多功能信号处理电路起到24V开关量信号输出的功能，达到了电路模块小型化、简单化的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。