一种用于模拟信号的保持输出电路及空调

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种用于模拟信号的保持输出电路及空调。

背景技术

现代测量技术、自动控制和人工智能等现代科技高速发展，作为技术领域的核心元部件，传感器的地位和作用越来越重要，而传感器数据传输的稳定性也越来越重要。当传感器设备直接与上位机系统传输电信号，没有经过处理，那么当传感器向上位机系统传输的电信号不在传感器的工作信号范围内时，上位机系统便会无法识别该电信号，导致该电信号出现错误，严重时甚至会导致上位机系统运行崩溃。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于模拟信号的保持输出电路及空调，用于解决现有技术中传感器向上位机系统传输的电信号不在预设电压信号范围内时，上位机系统会无法识别该电信号，导致该电信号出现错误，严重时甚至会导致上位机系统运行崩溃的问题。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的技术方案为，提出了一种用于模拟信号的保持输出电路，包括：

转换模块，其用于将输入的电流信号转换为第一电压信号并向外输出；

延迟输出模块，其与所述转换模块连接，用于在转换模块输出的第一电压信号不在预设电压信号范围内时，经过延迟输出模块的延时设定后再向外输出一个在预设电压信号范围内的第二电压信号；

输出选择模块，其与所述转换模块和延迟输出模块连接，用于在所述转换模块输出的第一电压信号不在预设电压信号范围内时，断开与所述转换模块的连接，连通所述延迟输出模块；

放大模块，其与所述输出选择模块连接，用于将输入的电压信号进行放大并输出。

进一步地、所述转换模块包括：运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、反馈电阻R4和电阻R5；

所述电阻R1的第一端和电阻R2的第一端同时连接有第一接线端子，该第一接线端子作为所述电流信号的正极；所述电阻R1的第二端和电阻R3的第一端同时连接有第二接线端子，该第二接线端子作为所述电流信号的负极；

所述电阻R2的第二端和反馈电阻R4的第一端同时连接所述运算放大器U1的反相端；

所述电阻R3的第二端和电阻R5的第一端同时连接所述运算放大器U1的同相端，该电阻R5的第二端接地；

所述运算放大器U1的输出端同时连接所述反馈电阻R4的第二端、延迟输出模块的输入端和输出选择模块的第一输入端。

进一步地、所述电阻R2的阻值和电阻R3的阻值相同；所述反馈电阻R4的阻值和电阻R5的阻值相同。

进一步地、所述运算放大器U1的输出端的电压V1的计算公式为：

V1＝-u1*(R4/R2)；

其中u1为电阻R1产生的电压差，R4为反馈电阻R4的阻值，R2为电阻R2的阻值。

进一步地、所述延迟输出模块包括：运算放大器U2、反馈电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2和二极管D1；

所述电阻R9的第一端连接所述运算放大器U1的输出端，所述电阻R9的第二端连接所述电容C1的第一端，所述电容C1的第二端、电容C2的第一端、电阻R8的第一端和二极管D1的正极同时连接所述运算放大器U2的反相端，所述电容C2的第二端接地；

所述电阻R8的第二端、二极管D1的负极、反馈电阻R6的第二端和输出选择模块的第二输入端同时连接所述运算放大器U2的输出端，所述反馈电阻R6的第一端和电阻R7的第一端同时连接所述运算放大器U2的反相端，所述电阻R7的第二端接地；

所述运算放大器U2的供电端连接VCC引脚，所述运算放大器U2的接地端接地。

进一步地、所述输出选择模块包括：选择开关S1和选择开关S2；

所述选择开关S1的转动端连接所述运算放大器U2的输出端，所述选择开关S1的第一连接端接地，所述选择开关S1的第二连接端连接所述选择开关S2的第二连接端，所述选择开关S2的第一连接端连接所述运算放大器U1的输出端，所述选择开关S2的转动端连接所述放大模块的输入端。

进一步地、所述放大模块包括：运算放大器U3、电阻R10、电阻R11和反馈电阻Rf；

所述电阻R10的第一端连接所述选择开关S2的固定端，所述电阻R10的第二端和反馈电阻Rf的第一端同时连接所述运算放大器U3的反相端，该运算放大器U3的输出端和反馈电阻Rf的第二端同时连接有放大模块的输出端，该运算放大器U3的同相端连接所述电阻R11的第一端，该电阻R11的第二端接地。

进一步地、所述运算放大器U3的输出端的电压V3的计算公式为：

V3＝-Vi*(Rf/R10)；

其中Vi为运算放大器U3的反相端的输入电压，Rf为反馈电阻Rf的阻值，R10为电阻R10的阻值。

进一步地、所述预设电压信号范围为传感器的工作信号范围。

一种空调，包括上述任意一项所述的用于模拟信号的保持输出电路。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明设置有转换模块、延迟输出模块、输出选择模块和放大模块，当转换模块输出的第一电压信号不在预设电压信号范围内时，输出选择模块与转换模块断开，输出选择模块与延迟输出模块连通，使该第一电压信号经过延迟输出模块的延时设定，再向输出选择模块输出一个在预设电压信号范围内的第二电压信号，以便上位机系统能接收并识别该第二电压信号，上位机系统能稳定运行，防止上位机系统运行崩溃。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于模拟信号的保持输出电路的电路图；

图2为本发明用于模拟信号的保持输出电路的连接框图；

图3为本发明用于模拟信号的保持输出电路的第一种运行情况的电路图；

图4为本发明用于模拟信号的保持输出电路的第二种运行情况的电路图。

附图标记：

10、转换模块；20、延迟输出模块；30、输出选择模块；40、放大模块。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。

为了使上位机系统能识别接收到的电压信号，本发明设计了一种用于模拟信号的保持输出电路，包括转换模块10、延迟输出模块20、输出选择模块30和放大模块40，当转换模块10输出的第一电压信号不在预设电压信号范围内时，输出选择模块30与转换模块1断开，输出选择模块30与延迟输出20模块连通，使该第一电压信号经过延迟输出模块20的延时设定，再向输出选择模块30输出一个在预设电压信号范围内的第二电压信号，以便上位机系统能接收并识别该第二电压信号，防止上位机系统出现运行崩溃的问题。

作为一种实施例，参照附图1-4，本发明提出一种用于模拟信号的保持输出电路，包括：转换模块10，其用于将输入的电流信号转换为第一电压信号并向外输出；延迟输出模块20，其与所述转换模块10连接，用于在转换模块10输出的第一电压信号不在预设电压信号范围内时，经过延迟输出模块20的延时设定后再向外输出一个在预设电压信号范围内的第二电压信号；输出选择模块30，其与所述转换模块10和延迟输出模块20连接，用于在所述转换模块10输出的第一电压信号不在预设电压信号范围内时，断开与所述转换模块10的连接，连通所述延迟输出模块20；放大模块40，其与所述输出选择模块30连接，用于将输入的电压信号进行放大并输出。

具体的，所述预设电压信号范围优选为传感器的工作信号范围。

具体的，本发明的用于模拟信号的保持输出电路有两种情况：

参照附图3，一是转换模块10向外输出的第一电压信号在预设电压信号范围内时，此时输出选择模块30与转换模块10连通，输出选择模块30与延迟输出模块20断开(此时延迟输出模块20能看作不工作)，第一电压信号直接经过输出选择模块30和放大模块40向上位机系统输出。

参照附图4，二是转换模块10向外输出的第一电压信号不在预设电压信号范围内时，此时输出选择模块30与转换模块10断开，输出选择模块30与延迟输出模块20连通，此时不在预设电压信号范围内的第一电压信号会经过延迟输出模块20的延时设定后，延迟输出模块20再向输出选择模块30输出一个在预设电压信号范围内的第二电压信号，以便上位机系统能接收并识别该第二电压信号，保证第二电压信号不会失真，上位机系统能稳定运行，不会出现运行崩溃的问题。

具体的，参照附图1，所述转换模块10包括：运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、反馈电阻R4和电阻R5；所述延迟输出模块20包括：运算放大器U2、反馈电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2和二极管D1；所述输出选择模块30包括：选择开关S1和选择开关S2；所述放大模块40包括：运算放大器U3、电阻R10、电阻R11和反馈电阻Rf。

其中，运算放大器U1、运算放大器U2和运算放大器U3的型号分别为LM1458、LM2904、LM308、LM358和F318中的任意一种，当然还包括其他能完成相应功能的运算放大器；电阻R1为采样电阻。

所述电阻R1的第一端和电阻R2的第一端同时连接有第一接线端子，该第一接线端子作为所述电流信号的正极；所述电阻R1的第二端和电阻R3的第一端同时连接有第二接线端子，该第二接线端子作为所述电流信号的负极。

所述电阻R2的第二端和反馈电阻R4的第一端同时连接所述运算放大器U1的反相端；所述电阻R3的第二端和电阻R5的第一端同时连接所述运算放大器U1的同相端，该电阻R5的第二端接地；所述运算放大器U1的输出端同时连接所述反馈电阻R4的第二端、电阻R9的第一端和所述选择开关S2的第一选择端。

所述电阻R9的第二端连接所述电容C1的第一端，所述电容C1的第二端、电容C2的第一端、电阻R8的第一端和二极管D1的正极同时连接所述运算放大器U2的反相端，所述电容C2的第二端接地；所述电阻R8的第二端、二极管D1的负极、反馈电阻R6的第二端和选择开关S1的第一连接端同时连接所述运算放大器U2的输出端；所述反馈电阻R6的第一端和电阻R7的第一端同时连接所述运算放大器U2的反相端，所述电阻R7的第二端接地；所述运算放大器U2的供电端连接VCC引脚，所述运算放大器U2的接地端接地；其中所述VCC引脚的供电电压为5V。

所述选择开关S1的第一连接端接地，所述选择开关S1的第二连接端连接所述选择开关S2的第二连接端，所述选择开关S2的转动端连接所述电阻R10的第一端，所述电阻R10的第二端和反馈电阻Rf的第一端同时连接所述运算放大器U3的反相端，该运算放大器U3的输出端和反馈电阻Rf的第二端同时连接有放大模块40的输出端，该运算放大器U3的同相端连接所述电阻R11的第一端，该电阻R11的第二端接地。

具体的，参照附图1，本发明的用于模拟信号的保持输出电路有两种情况：

参照附图3，一是运算放大器U1的输出端向外输出的第一电压信号在预设电压信号范围内时，此时选择开关S2的转动端与选择开关S2的第一连接端连接，选择开关S1的转动端与选择开关S1的第一连接端连接(即输出选择模块30与转换模块10连通，输出选择模块30与延迟输出模块20断开)，运算放大器U2的输出端保持为低电平且接地，第一电压信号直接从运算放大器U1流向运算放大器U3，再放大向外输出。

参照附图4，二是运算放大器U1的输出端向外输出的第一电压信号不在预设电压信号范围内时，此时选择开关S2的固定端与选择开关S2的第二连接端连接，选择开关S1的固定端与选择开关S1的第二连接端连接(即输出选择模块30与转换模块10断开，输出选择模块30与延迟输出模块20连通)，此时不在预设电压信号范围内的第一电压信号(也叫负脉冲)会经电阻R9和电容C1输入至运算放大器U2的反相端，导致运算放大器U2的反相端的电位低于运算放大器U2的同相端的电位，那么运算放大器U2的输出端便会由低电平翻转为高电平。运算放大器U2的输出端的高电平再经电阻R6和电阻R7分压后再输入至运算放大器U2的同相端，使运算放大器U2的同相端的电位高于运算放大器U2的反相端的电位，从而保持运算放大器U2的输出端为高电平。

而延迟输出模块20的延时设定逻辑为：运算放大器U2的输出端的高电平会经过电阻R8向电容C2充电，当电容C2的电压被充至使运算放大器U2的反相端的电位高于运算放大器U2的同相端的电位时，运算放大器U2的输出端又翻转为低电平。此时，运算放大器U2的同相端电位约为零，而电容C2的电压经二极管D1迅速向运算放大器U2的输出端放电，使电路加速恢复到初始状态(初始状态即运算放大器U2的输出端为低电平)，电路稳定后运算放大器U2的反相端的电位仍高于运算放大器U2的同相端的电位，仍保持运算放大器U2的输出端为低电平。

因此不在预设电压信号范围内的第一电压信号流向运算放大器U2后生成一个在预设电压信号范围内第二电压信号，该第二电压信号再流向运算放大器U3，再放大向外输出，以便上位机系统能接收并识别该第二电压信号，保证第二电压信号内的数据不会失真，上位机系统能稳定运行，不会出现运行崩溃的问题。

具体的，参照附图1，所述电阻R2的阻值和电阻R3的阻值相同；所述反馈电阻R4的阻值和电阻R5的阻值相同。由虚断可得：流过电阻R2和电阻R4的电流相等、流过电阻R3和电阻R5的电流相等；由虚短可得：运算放大器U1的同相端的电压和运算放大器U1的反相端的电压相等。

因此运算放大器U1的输出端的电压V1的计算公式为：

V1＝-u1*(R4/R2)；

其中u1为采样电阻R1产生的电压差，R4为反馈电阻R4的阻值，R2为电阻R2的阻值。

具体的，参照附图1，流入所述放大模块40的第一电压信号或第二电压信号会经电阻R10加至运算放大器U3的反相端，运算放大器U3的输出端的电压会通过反馈电阻Rf反馈到运算放大器U3的反相端，构成电压并联负反馈放大电路。再由虚断可得：流过电阻R10和反馈电阻Rf的电流相等。

因此运算放大器U3的输出端的电压V3的计算公式为：

V3＝-Vi*(Rf/R10)；

其中Vi为运算放大器U3的反相端的输入电压，Rf为反馈电阻Rf的阻值，R10为电阻R10的阻值。

其中虚短原理：在分析运算放大器处于线性状态时，可把反相端和同相端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。

虚短原理：在分析运算放大器处于线性状态时，可把反相端和同相端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。

具体的，若本发明的用于模拟信号的保持输出电路输出的第一次运行中，第一电压信号就不在预设电压信号范围内时，此时延迟输出模块20无法正常工作，进而导致本发明的用于模拟信号的保持输出电路无法正常工作。

本发明还提出一种空调，包括上述任意一项所述的用于模拟信号的保持输出电路。其中空调内设有相应的传感器，该传感器输出的电流信号先经过本发明的用于模拟信号的保持输出电路，再传输给上位机系统，保证上位机系统接收到的电信号在传感器工作信号范围内，而此时的上位机系统优选为空调群控系统。

本发明的工作原理：

首先，输入的电流信号经过转换模块10的采样电阻R1，在电阻R1上产生电压差u1，且R3＝R2，R4＝R5，由虚短、虚断等电路知识可得，运算放大器U1的输出端的电压V1＝-u1*(R4/R2)。

然后运算放大器U1的输出端向外输出的电压信号有两种情况：

一是运算放大器U1向外输出的第一电压信号在预设电压信号范围内，那么该第一电压信号不经过运算放大器U2，直接输入至运算放大器U3，然后运算放大器U3将该第一电压信号放大后输入至上位机系统。

二是运算放大器U1向外输出的第一电压信号不在预设电压信号范围内，那么该不在预设电压信号范围内的第一电压信号不会直接输入至运算放大器U3，而是先经过延迟输出模块20的延迟设定，生成一个在预设电压信号范围内的第二电压信号，然后运算放大器U2再将该第二电压信号输入至运算放大器U3，最后运算放大器U3将该第二电压信号放大后输入至上位机系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。