通用型开关量输入信号的采集电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号采集技术领域，具体涉及一种通用型开关量输入信号的采集电路。
【背景技术】
[0002]开关量型信号在工业控制领域有着较为广泛的应用，各种机械设备的到位信号均要转换成开关量电信号，供计算机进行采集。开关量信号在转换过程中，一般具有两种电压状态:与状态电源正极电压相同的高电平信号和与状态电源负极电压相同的低电平信号。开关量信号在采集过程中，为了保证信号采集的可靠性和电气上的安全性，大多需要与处理器电路进行电气上的隔离，因此开关量信号的采集大多需要使用光电耦合器完成电气上的隔离。
[0003]鉴于需要进行采集的开关量具有高电平和低电平两种信号，目前常用的开关量采集方法具有两种:一种专门用于采集高电平信号，其原理示意图如图1所示；一种专门用于采集低电平信号，其原理示意图如图2所示。
[0004]采集高电平的电路中，当有高电平开关量输入时，光电耦合器的发光二极管端导通，进而使输出端的晶体管接通，输出逻辑状态“低”；当有低电平状态或没有电平信号输入时，光电耦合器的发光二极管端截止，进而使输出端的晶体管断开，输出逻辑状态“高”。输出的逻辑电平可以供计算机系统进行采集判断。
[0005]采集低电平的电路中，当有低电平开关量输入时，光电耦合器的发光二极管端导通，进而使输出端的晶体管接通，输出逻辑状态“低”；当有高电平状态或没有电平信号输入时，光电耦合器的发光二极管端截止，进而使输出端的晶体管断开，输出逻辑状态“高”。输出的逻辑电平可以供计算机系统进行采集判断。
[0006]采用图1中的方法对高电平信号开关量进行采集时，由于电路在原理上只能确认高电平信号是否输入，对于低电平信号和悬空信号(没有电平输入)不能进行区分，无法对低电平信号进行采集；采用图2中的方法对开关量进行采集时，由于电路在原理上只能确认低电平信号是否输入，对于高电平信号和悬空信号(没有电平输入)不能进行区分，无法对高电平信号进行采集。
[0007]综上所述，目前在对开关量采集电路进行设计时，需要明确开关量输入信号的电平类型，以便确认需要采用的电路类型。当开关量输入信号需要调整时，相应的电路也需要更改。
【发明内容】
[0008](一 )要解决的技术问题
[0009]本发明要解决的技术问题是:如何设计一种通用型开关量输入信号的采集电路，既能够完成既对高电平信号采集又对低电平信号采集，还能够完成对开关量信号有(高电平或低电平)和无(悬空状态)的区分。
[0010](二)技术方案
[0011]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种通用型开关量输入信号的采集电路，包括光电耦合器B1、三极管Vl、V2，以及电阻Rl、R2、R3、R4 ;其中，
[0012]光电耦合器BI用于完成开关量输入信号Vin的电气隔离；电阻R4作为光电耦合器BI的上拉电阻，用于实现电气隔离后输出端Vout的逻辑电平输出；电阻R3为光电耦合器BI输入端的限流电阻；三极管V1、V2用于完成光电耦合器BI输入端回路的供电控制，三极管Vl与三极管V2类型不同；电阻Rl为三极管Vl基极回路的限流电阻，电阻R2为三极管V2基极回路的限流电阻；光电耦合器BI输入端的电源正极电平IVcc与三极管Vl的发射极连接，与开关量输入信号Vin的高电平相同；光电耦合器BI输入端的电源负极电平IGND与三极管V2的发射极连接，与开关量输入信号Vin的低电平相同；开关量输入信号Vin具有高电平、低电平和悬空三种状态。
[0013]优选地，开关量输入信号Vin与电阻Rl、R2的一端分别连接，电阻Rl的另一端连接三极管Vl的基极，电阻R2的另一端连接三极管V2的基极，三极管Vl的集电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接光电耦合器BI中发光二极管的正极，三极管V2的集电极连接光电耦合器BI中发光二极管的负极，电阻R4的一端连接电源Vcc，另一端连接所述输出端Vout。
[0014]优选地，三极管Vl为PNP型，三极管V2为NPN型。
[0015]优选地，电阻R4的阻值根据输出端Vout的负载需求确定。
[0016]优选地，电阻R3的阻值通过如下计算公式确定:
[0017]R3 = (IVcc-Vce1-Vce2-VD)/Icl
[0018]其中，Vce1表示三极管Vl的饱和导通电压；Vce 2表示三极管V2的饱和导通电压；VD表不光电親合器BI中发光二极管的前向导通电压！!^表不光电親合器BI中发光二极管所需的前向电流；
[0019]其中，Iel= I。2/光电耦合器BI的电流传输比；1。2表示输出端Vout导通时的工作电流:
[0020]Ic2^ (Vcc-Vce) /R4
[0021]Vce表不光电親合器BI输出端饱和导通电压。
[0022]优选地，电阻Rl和R2根据如下计算公式确定:
[0023]R1+R2 ( β ! (IVcc-Vbe1-Vbe2)/Icl
[0024]R1+R2 ( β 2 (IVcc-Vbe1-Vbe2)/Icl
[0025]β i表示三极管Vl的电压放大倍数；
[0026]β 2表示三极管V2的电压放大倍数；
[0027]Vbei表不三极管Vl的发射结前向导通电压；
[0028]Vbe2表不三极管V2的发射结前向导通电压。
[0029]优选地，β!= β 2，vbei=VBE2。
[0030](三)有益效果
[0031]本发明通过两只类型不用的三极管分别检测输入开关量电平信号的性质(高电平或低电平)，并且将两只三极管串联在光电耦合器的控制回路中，当检测到任何一种类型的开关量信号输入时，总有一只三极管处于截止状态，使光电耦合器的控制回路断开，只有当没有开关量信号输入时，两只三极管才能同时导通，使光电耦合器的控制回路接通。如此完成对开关量信号的通用化采集，能够完成对开关量信号有(高电平或低电平)和无(悬空状态)的区分。
【附图说明】
[0032]图1为现有技术中的高电平开关量输入信号采集原理图；
[0033]图2为现有技术中的低电平开关量输入信号采集原理图；
[0034]图3为本发明的通用型开关量输入信号采集原理图。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0036]如图3所示，本发明提供了一种通用型开关量输入信号的采集电路，包括光电耦合器B1、三极管V1、V2，以及电阻R1、R2、R3、R4 ;其中，
[0037]光电親合器BI用于完成开关量输入信号Vin的电气隔离；电阻R4作为光电親合器BI的上拉电阻，用于实现电气隔离后输出端Vout的逻辑电平输出；电阻R3为光电耦合器BI输入端的限流电阻；三极管V1、V2用于完成光电耦合器BI输入端回路的供电控制，三极管Vl与三极管V2类型不同，本实施例中，三极管Vl为PNP型，三极管V2为NPN型；电阻Rl为三极管Vl基极回路的限流电阻，电阻R2为三极管V2基极回路的限流电阻；光电耦合器BI输入端的电源正极电平IVcc与三极管Vl的发射极连接，与开关量输入信号Vin的高电平相同；光电耦合器BI输入端的电源负极电平IGND与三极管V2的发射极连接，与开关量输入信号Vin的低电平相同；开关量输入信号Vin具有高电平、低电平和悬空三种状态。
[0038]开关量输入信号Vin与电阻Rl、R2的一端分别连接，电阻Rl的另一端连接三极管Vl的基极，电阻R2的另一端连接三极管V2的基极，三极管Vl的集电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接光电耦合器BI中发光二极管的正极，三极管V2的集电极连接光电耦合器BI中发光二极管的负极，电阻R4的一端连接电源Vcc，另一端连接所述输出端Vout0
[0039]本发明电路的工作原理为:当开关量输入信号Vin处于悬空状态时，电源正极IVcc和电源负极IGND之间通过限流电阻Rl、R2和三极管V1、V2的发射结形成回路，使两只三极管发射结均处于正向偏置状态，三极管V1、V2的基极回路产生控制电流，通过正确选择限流电阻R1、R2的参数值