一种多继电器的串行控制接口电路的制作方法

本发明涉及继电器控制技术领域，具体涉及一种多继电器的串行控制接口电路，特别是需要对数量较多的继电器进行逐一或者批量控制应用时的控制电路，该电路可应用于工业或者民用自动化控制中继电器控制部分硬件电路。

背景技术：

随着工业和民用设备对设备的自动化要求越来越高，继电器已经成为其中不可缺少的一种控制执行器件。继电器不但可以完成弱电对强电、小功率对大功率的直接控制，继电器还可以通过控制交流接触器，完成小功率对超大功率的间接控制。在工业应用场景中，对于机械自动化过程控制的过程节点数越多，所需要用到的继电器就越多，一个功能完备的自动化生产流水线，其用到的继电器或者接触器可能多达上百个。而在民用应用场景中，一个系统所需要控制的负载（如照明、通风）越多，所需要用到的继电器就越多。例如大型室内活动场所（如室内体育馆、大型礼堂）的照明系统往往包涵了数十组需要单独控制开关的照明灯组，而通风系统又包涵了许多通风风机，这样的应用场景同样存在大量继电器或者接触器。

在上述场景中，目前对继电器的控制往往是使用负责继电器开关控制逻辑的处理器的一个io来控制一个继电器，而大量的继电器自动化控制就要求处理器拥有大量可靠的io，这不仅增加了系统的成本，而且增加了pcb的面积，为控制设备小型化增加了难度。另一种方案是使用可以完成串行控制信号转并行控制信号输出的74hc595，通过使用处理器的少数io输出串行的控制信号至74hc595，利用74hc595的特性，完成对继电器的并行控制。而该方案存在一个由74hc595工作方式导致的致命问题，即74hc595的任意一个控制引脚的电平切换都可能会影响其输出，导致上述基于74hc595的控制系统对共模干扰的抵抗力很弱，可靠性不高。

技术实现要素：

为了解决现有大量继电器控制存在占用处理器io数量多、可靠性低和成本高的问题，本发明提供了一种多继电器的串行控制接口电路。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一种多继电器的串行控制接口电路，用于对多个继电器进行控制，包括：

至少一个串行转并行芯片，用于将控制数据线上的串行控制信号转为并行控制信号，多个所述串行转并行芯片进行级联；

数据锁存芯片，用于将串行转并行芯片输出的并行控制信号锁存；以及

继电器驱动芯片，用于接收来自数据锁存芯片锁存输出的并行控制信号，对一个或者多个继电器进行单独控制；

多根控制数据线连接至少一个串行转并行芯片的串行控制信号输入端，所述串行转并行芯片的并行控制信号输出端连接至所述数据锁存芯片的信号输入端，所述数据锁存芯片的信号输出端连接至所述继电器驱动芯片的继电器控制信号输入端。

进一步地，该电路还包括光耦，用于控制数据锁存芯片的锁存控制引脚。

进一步地，所述光耦的输入端连接至所述多根控制数据线中的两根控制数据线，所述光耦的输出端连接至所述数据锁存芯片的锁存控制引脚。

进一步地，所述数据锁存芯片的锁存控制引脚由下拉电阻和光耦控制，当光耦截止，锁存控制引脚被下拉电阻拉至gnd，当光耦导通，锁存控制引脚经过光耦输出端与电源vcc接通。

进一步地，所述串行转并行芯片的型号为74hc595。

进一步地，所述数据锁存芯片的型号为74hc573。

进一步地，所述继电器驱动芯片的型号为uln2803。

进一步地，所述多根控制数据线采用ser、srclk、rclk、srclr和oe五根控制数据线。

进一步地，所述光耦输入端的阳极与rclk控制数据线连接，阴极与ser控制数据线连接；当rclk信号为高，ser信号为低时，光耦输出导通，74hc573锁存控制引脚接通电源被拉高，当rclk信号和ser信号为其他电平状态组合时，光耦输出截止，74hc573锁存控制引脚被下拉电阻拉低。

与现有技术相比，本发明的积极有益效果是：

1、本发明提出了一种多继电器的串行控制接口电路，利用74hc595型串行转并行芯片将串行控制信号转并行控制信号，只需要使用较少的控制数据线完成对大量继电器的控制，占用处理器的io数量少，从而降低系统的成本。

2、在传统的74hc595串行控制转并行控制电路的基础上，在74hc595和uln2803之间加入74hc573锁存器，对74hc595输出的并行控制信号在74hc573内部进行锁存，解决了74hc595型串行转并行芯片的输入受到共模干扰时，输出错乱造成受控制的继电器误动作的问题。

3、使用光耦和阻值较小的下拉电阻控制74hc573锁存器的锁存控制引脚，光耦复用了rclk和ser两根控制数据线，在不增加控制数据线的前提下完成对光耦的控制，使用光耦将74hc573锁存控制引脚的控制由一根数据线高低电平控制锁存使能转换为两根数据线的特殊高低电平组合控制锁存使能，增强了74hc573锁存控制引脚的抗共模干扰的能力，可靠性高。

4、本发明使用到的器件均为通用器件，成本低、维护方便，且在控制信号接口上与单纯使用74hc595芯片的方案兼容，便于对现有单纯使用74hc595芯片方案的控制硬件做低成本升级。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种多继电器的串行控制接口电路的原理图。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术特征和技术效果更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。

一种多继电器的串行控制接口电路，用于对大量继电器进行控制，包括至少一个串行转并行芯片、数据锁存芯片和继电器驱动芯片；对于需要对大量继电器控制的应用场景，使用串行转并行芯片实现将控制数据线上的串行控制信号转并行控制信号，减少控制多个继电器时所需要的输入信号数量。对于超过串行转并行芯片输出接口数量的应用场景，可以将串行转并行芯片进行级联来扩展可控制继电器的数量，串行控制信号经过串行转并行芯片进行串行控制信号转并行控制信号处理，其输出的并行控制信号输入数据锁存芯片后，由数据锁存芯片进行控制状态的锁存，进而输出至继电器驱动芯片，由继电器驱动芯片对一个或者多个继电器进行单独控制。该电路只需要ser、srclk、rclk、srclr和oe五根控制数据线，即可控制理论上无限多路继电器的某一个或者多个的开关。优选地，所述串行转并行芯片的型号为74hc595，所述数据锁存芯片的型号为74hc573，所述继电器驱动芯片的型号为uln2803。

该电路还包括光耦，用于控制数据锁存芯片的锁存控制引脚，使用74hc573和光耦实现控制电路抗共模干扰的能力。

当控制电路受到共模干扰时，74hc595的一个或者多个控制io由于受到干扰电平出现跳转，形成高低电平切换，造成74hc595的输出发生非可控的改变，造成uln2803控制继电器产生误动作。而在74hc595和uln2803之间加入一片74hc573，可以在74hc595输入端受到干扰造成输出错乱时，保持uln2803的输入不变。74hc573的锁存控制引脚由下拉电阻和光耦进行控制，光耦输入端的阳极与继电器串行控制信号的rclk信号相连，阴极与继电器串行控制信号的ser信号相连，光耦的输出端连接至数据锁存芯片的锁存控制引脚，使用光耦将74hc573锁存控制引脚的控制由一根数据线高低电平控制转变为两根数据线的特定电平差分组合控制，大大减小了电路受到共模干扰时，74hc573的锁存控制引脚出现高电平，造成锁存失效的可能性，增强了74hc573锁存控制引脚的抗共模干扰能力，当光耦截止，74hc573的锁存控制引脚被下拉电阻拉至gnd，当光耦导通，锁存控制引脚经过光耦输出端与电源vcc接通。本发明巧妙地使用了74hc595的rclk和ser信号组合来控制光耦的输出，无需增加额外的控制信号线来控制74hc573的锁存，只需要在完成对74hc595的控制后，保持rclk高电平，而后在ser信号线上产生一个低电平脉冲即可完成74hc573对74hc595输出信号的锁存，该电平组合也不会对74hc595的输出造成任何影响。同时在pcb板布线时，光耦输出端可以尽可能靠近74hc573的锁存控制引脚，进一步增强整个接口电路对共模干扰的抗性。

如图1所示，图1为由5个串行输入信号控制16路继电器的具体实例。图1中，u1和u4为串行转并行芯片74hc595，用于将5根控制数据线上的串行控制信号转为并行控制信号，u2和u5为74hc573锁存器，用于将74hc595输出的并行控制信号锁存，u3和u6为继电器驱动芯片uln2803，用于接收来自74hc573锁存输出的并行控制信号，然后通过对继电器线圈上的电流进行控制，来控制继电器的通断。u7为光耦，用于控制74hc573的锁存控制引脚，当relay_rclk信号为高，relay_ser信号为低时，光耦u7输出导通，573_le接通电源被拉高，当relay_rclk和relay_ser为其他电平状态组合时，光耦u7输出截止，573_le被下拉电阻r4拉低。在74hc573锁存后唯一会影响输出的锁存使能端，可以使用阻值较小的电阻r1、r2可靠下拉此引脚到gnd，保证锁存功能的稳定。

将74hc595、74hc573和uln2803的组合数量增加，即可在不增加串行输入信号数量的前提下，增加电路所控制的继电器的数量。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，比如74hc595、74hc573和uln2803可采用如其功能兼容的其他芯片替代，uln2803可采用uln2003替代，74hc573也可采用74ls573替代。