一种输入输出模块的有源输出驱动电路及其实现方法与流程

本发明涉及消防技术领域，具体涉及一种输入输出模块的有源输出驱动电路及其实现方法。

背景技术：

输入输出模块也称为控制模块，其是火灾报警联动系统中重要的组成部分，在有控制要求时可以输出信号，或者提供一个开关量信号，使被控设备动作，同时可以接收设备的反馈信号，以向主机报告。

现有的输入输出模块的有源输出驱动方式，其电路部分通常需要设计24v电源电路进行供电，同时还需要通过继电器与外围设备连接，并利用光耦等其他元器件形成线路检测电路对外围设备进行检测。现有的设计方式所实现的有源输出驱动电路虽然能满足国家标准，但是其电路中的元器件较多，在进行电路板绘制时不仅布线多、布线方式较为复杂，而且部分关键元器件的价格贵，因而不但耗时耗力，设计成本也比较高。

基于此，虽然专利申请号为201510247152.6的文献公开了采用两线制通讯总线供电的方式，解决了输入输出模块需要外部提供电源的问题，降低了应用过程中的成本，但是其依然需要通过继电器来实现外围设备的导通与关断。并且，当外围设备发生故障（例如短路）时，现有的技术并不能对其进行有效的保护，导致电路元器件及外围设备容易遭到损坏，严重时还可能引发安全事故。

技术实现要素：

针对上述技术的不足，本发明提供了一种输入输出模块的有源输出驱动电路及其实现方法，其利用总线直接供电工作，无需采用继电器，并且在外围设备发生故障时，可以对其进行有效的降压保护。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种输入输出模块的有源输出驱动电路，包括供电电路、输出启动保护电路和线路检测电路，其中：

所述供电电路包括二极管v3、三极管v21和电容c8，所述二极管v3的正极接入总线，二极管v3的负极和三极管v21的集电极均接电容c8一端，所述电容c8另一端接地；所述三极管v21的发射极接入总线；

所述输出启动保护电路包括三极管v16、稳压二极管d4和三极管v18；所述三极管v16的发射极通过保险丝f1接电容c8的一端；所述三极管v16的基极接稳压二极管d4负极；所述稳压二极管d4的正极同时接三极管v18集电极和三极管v21基极，而所述三极管v18的发射极接地，基极则接入输入输出模块中的单片机；

所述线路监测电路包括电阻r16、电阻r20、电容c9以及二极管v19，所述二极管v19的正极分别连接电阻r16、电阻r20和电容c9各自的一端，二极管v19的负极接三极管v16集电极并引出用于接入外围设备的端口；所述电容c9另一端接地，所述电阻r16和电阻r20各自的另一端均接入输入输出模块中的单片机。

进一步地，所述共电电路还包括并联的电阻r22、电阻r23和电阻r24，所述电阻r22、电阻r23和电阻r24各自的一端均接二极管v3的负极，另一端均接电容c8。

再进一步地，所述稳压二极管d4通过电阻r19同时接三极管v18集电极和三极管v21基极，并且在三极管v18集电极和三极管v21基极之间还串联有电阻r21。

作为优选，所述三极管v16和三极管v21均为pnp型三极管。

按照上述电路结构，本发明还提供了该输入输出模块的有源输出驱动电路的实现方法，包括以下步骤：

（1）将总线接入供电电路，由总线提供工作电源，并分别将线路监测电路和输出启动保护电路接入输入输出模块中的单片机，同时将线路检测电路接入外围设备；

（2）启动外围设备前，三极管v16的集电极和发射极之间不导通，即输出启动保护电路不工作；此时单片机通过电阻r16向线路检测电路提供3v电压，同时单片机通过检测电阻r20处的电压值判断是否存在故障，是，则保险丝f1发热，导致三极管v16集电极和发射极的电压被拉低，使流过的三极管v16发射极和基极的电压无法达到稳压二极管d4的导通电压，不能驱动稳压二极管d4导通，从而形成对外围设备的降压保护，形成降压保护的同时，保险丝f1与三极管v16发射极之间的电压可以保证总线的正常通讯，待外围设备检修完毕后，重新返回步骤（1）；否，则执行步骤（3）；

（3）启动外围设备，三极管v18先导通，并分别带动三极管v21和三极管v16导通，实现对外围设备的有源输出控制。

进一步地，所述步骤（2）中，判断断路或短路的具体方法为：若电阻r20处采集到的电压值为3v，则为外围设备发生断路；若电阻r20处采集到的电压值为0.7v，则为外围设备发生短路，此时整个线路检测电路形成回路。

再进一步地，所述步骤（1）中，将总线接入供电电路后，还对电容c8进行缓慢充电。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明电路设计简单合理、操作便捷，且涉及的元器件均为常见元器件且价格低廉。

（2）本发明通过设计线路检测电路和输出启动保护电路，利用电阻及二极管的特性，不仅可以实现外围设备启动前的故障检测，而且在配合保险丝f1后，可以实现外围设备启动时的故障检测并进行降压保护，这是因为，外围设备发生故障时，由于保险丝f1处发热，会导致三极管v16集电极和发射极的电压被拉低，不能使稳压二极管d4导通，因而可以对外围设备进行保护，并在对外围设备进行保护的同时，保险丝f1与三极管v16发射极之间的电压（不低于10v）能够确保总线的正常工作。因此，本发明既能避免发生故障时电路器件及外围设备遭到损坏，消除安全隐患，同时还不影响总线与其他部件之间的正常通讯。

（3）本发明通过有效的整体电路设计，实现了有源输出驱动电路，整个驱动电路均由总线供电，直接利用总线的电压实现外围设备正常工作，不需要24v电源电路为其提供电能，节约了电能及多余成本的支出，同时也不需要采用继电器与外围设备连接，不仅操作简便，而且节约了需要外购继电器的成本。

（4）本发明的供电电路中设有具有充放电功能的电容c8，并在接入总线后，利用二极管及并联的电阻为其缓慢充电，从而不仅可以在外围设备突然启动时输出大电流，满足设备工作的要求，而且可以滤除高频及脉冲干扰，使输出驱动电路供电更加稳定。

（5）现有技术大多识别不出阻值较低的设备和电路器件的工作状态，当设备和电路器件阻值较低时，通常被默认为设备或器件发生了故障；而本发明通过有效的整体电路设计，可以识别出阻值在1k以下的设备、电路器件的工作状态（例如正常或故障），并能在这些设备和器件发生故障时及时、有效地进行降压保护。因此，相比现有技术来说，本发明大幅地提高了低阻值下识别设备、电路器件工作状态的检测精度，很好地避免了不必要的设备及电路器件检查工作，节约了人力和物力资源。

（6）本发明性价比高、实用性强，具有广泛的应用前景，非常适合在消防领域内大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明框图。

图2为本发明的电路图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1和图2所示，本发明提供了一种新型的输出驱动电路，主要由供电电路、输出启动保护电路和线路检测电路三大部分构成，本发明可用在火灾报警控制系统的输入输出模块上，实现对外围设备的有源输出控制。下面具体介绍供电电路、输出启动保护电路和线路检测电路。

所述的供电电路由二极管v3、三极管v21、电容c8和三个电阻（r22、r23、r24）构成，所述二极管v3的正极接入总线，三个电阻r22、r23、r24并联，并且三者各自的一端均接二极管v3的负极，三个电阻r22、r23、r24各自的另一端则均接电容c8的一端，所述电容c8的另一端接地。所述三极管v21的发射极连接总线，三极管v21的集电极也均与电容c8的一端相连。本实施例中的供电电路可实现大电流输出，并滤除高频及脉冲干扰，而且设置二极管v3可防止电流反向，进一步保证了供电电路为后续电路输出工作电压的稳定性。

所述输出启动保护电路包括三极管v16、稳压二极管d4、电阻r19、三极管v18、电阻r21和电阻r15，其中，所述三极管v16的发射极通过保险丝f1接电容c8的一端；所述三极管v16的基极接稳压二极管d4负极；所述稳压二极管d4通过电阻r19同时接三极管v18集电极和三极管v21基极，并且在三极管v18集电极和三极管v21基极之间还串联有电阻r21，而所述的三极管v18的发射极接地，基极则接入输入输出模块中的单片机。

所述线路检测电路包括电阻r16、电阻r20、电容c9以及二极管v19，所述二极管v19的正极分别连接电阻r16、电阻r20和电容c9的一端，二极管v19的负极连接外围设备；所述电容c9另一端接地，所述电阻r16和电阻r20的另一端接入输入输出模块中的单片机。

其中，所述三极管v16和三极管v21均为pnp型三极管，工作时，发射极接高电压，集电极接低电压。

按照上述电路结构，下面介绍本发明的实现过程。

根据外围设备负载情况，将供电电路接入总线，由总线提供工作电源，并对电容c8进行缓慢充电。而后，分别将线路检测电路和输出启动保护电路接入单片机，同时将线路检测电路接入外围设备。本发明可在启动外围设备前（三极管v16的集电极和发射极之间不导通，即输出启动保护电路不工作）对其进行检测，确认外围设备是否存在故障（断路或短路），其检测方式为：单片机通过r16向线路检测电路提供3v电压，然后检测电阻r20处的电压值来判断外围设备是否存在故障。若外围设备断路，电阻r20处采集电压为3v；若外围设备短路，整个检测电路形成回路，此时采集到电压值近0.7v。

同时，在外围设备启动时，三极管v18先导通，并分别带动三极管v21和三极管v16导通，实现对外围设备的有源输出控制。上述过程中，线路检测电路实时对外围设备进行检测，在遇到外围设备发生故障时，由于保险丝f1发热，导致三极管v16集电极和发射极的电压被拉低，使流过的三极管v16发射极和基极的电压无法达到稳压二极管d4的导通电压，不能驱动稳压二极管d4导通，因而形成了对外围设备的降压保护，令外围设备发生故障时可以及时断开，从而对外围设备进行检修。并且，在形成降压保护的同时，保险丝f1与三极管v16发射极之间的电压还可以保证总线的正常通讯，不因外围设备发生故障而影响总线与其他部件之间的正常通讯。

本发明虽然结构简单，但不容易想到，只有深入研究，并将理论与实践相结合，才能以最常规的元器件，通过巧妙的电路结构设计，来实现外围设备供电、检测及降压保护的功能，从而在避免加入复杂的24v电源电路及继电器的同时，实现对外围设备的有源输出控制。因此，本发明不仅电路结构简单、使用效果及安全性能俱佳，而且成本非常低廉，完全将输入输出模块的有源输出驱动电路设计提升到了一个新的高度，所以相比现有技术来说，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。