多路开关量信号采集装置及其开关量信号采集电路的制作方法

本实用新型涉及数据采集技术领域，特别是涉及一种多路开关量信号采集装置及其开关量信号采集电路。

背景技术：

配网自动化测控装置需要采集断路器分、合、未储能状态，本地开关按钮状态，电源模块状态，电池活化状态等开关量信号。开关量采集路数较多同时需要根据实际使用需要增加或者减少开关量采集的路数，采集的开关量均为无源节点，开关量采集的遥信电源由配网自动化测控装置提供。

传统的多路开关量信号采集电路是通过同一个采集芯片接入多路开关量信号进行采集。配网自动化测控装置在操作断路器和负载电流过大以及装置电源受到外界EMC干扰时，装置电源会出现波动的情况，传统的多路开关量信号采集电路会出现采集开关量信号错误的现象，存在信号采集准确性低的缺点。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高信号采集准确性的多路开关量信号采集装置及其开关量信号采集电路。

一种多路开关量信号采集装置的开关量信号采集电路，包括第一稳压管、第二稳压管、第一电阻、第二电阻、开关管和光耦，

所述第一电阻和所述第二电阻串联且公共端连接所述开关管的控制端和所述第二稳压管的阴极，所述第一电阻另一端连接所述第一稳压管的阳极，所述第一稳压管的阴极连接遥信电源的正极，所述第二电阻另一端和所述第二稳压管的阳极均连接所述遥信电源的负极；所述开关管的输入端连接所述光耦的控制部的一端，所述开关管的输出端连接所述遥信电源的负极，所述光耦的控制部的另一端连接所述遥信电源的正极，所述光耦的受控部一端连接多路开关量信号采集装置的处理器，另一端接地；

所述开关管在所述遥信电源的输出电压大于预设额定电压的第一百分比时处于饱和状态，在所述遥信电源的输出电压小于所述预设额定电压的第二百分比时处于截止状态；所述第一百分比大于所述第二百分比。

一种多路开关量信号采集装置，包括处理器和多个上述开关量信号采集电路，各所述开关量信号采集电路中光耦的受控部连接所述处理器。

上述多路开关量信号采集装置及其开关量信号采集电路，开关管在遥信电源的输出电压大于预设额定电压的第一百分比时处于饱和状态，使光耦可靠导通；开关管在遥信电源的输出电压小于预设额定电压的第二百分比时处于截止状态，使光耦可靠关断。根据遥信电源的输出电压与预设额定电压的关系控制光耦可靠导通和可靠关断，实现宽电压范围采集，且避免采集到错误的开关量信号，提高了信号采集准确性。开关量信号采集电路采用分立式元件，根据遥信电源的实际电压直接控制开关管的可靠导通和可靠关断，同时在光耦的控制部增加了电流放大电路，可有效降低遥信电源功耗。

附图说明

图1为一实施例中多路开关量信号采集装置及其开关量信号采集电路的原理图；

图2为一实施例中多路开关量信号采集装置的结构图；

图3为一实施例中电平转换电路的原理图。

具体实施方式

在一个实施例中，一种多路开关量信号采集装置的开关量信号采集电路，如图1所示，包括第一稳压管Z1、第二稳压管Z2、第一电阻R1、第二电阻R2、开关管Q1和光耦T1，

第一电阻R1和第二电阻R2串联且公共端连接开关管Q1的控制端和第二稳压管Z2的阴极，第一电阻R1另一端连接第一稳压管Z1的阳极，第一稳压管Z1的阴极连接遥信电源的正极，具体通过端口SwitchSignal_In与遥信电源的正极连接，第二电阻R2另一端和第二稳压管Z2的阳极均连接遥信电源的负极，具体通过端口Com与遥信电源的负极连接。开关管Q1的输入端连接光耦T1的控制部的一端，开关管Q1的输出端连接遥信电源的负极，同样通过端口Com与遥信电源的负极连接。光耦T1的控制部的另一端连接遥信电源的正极，同样通过端口SwitchSignal_In与遥信电源的正极连接。光耦T1的受控部一端连接多路开关量信号采集装置的处理器，具体通过端口SwitchSignal_Out与处理器连接，光耦T1的受控部的另一端接地。

开关管Q1在遥信电源的输出电压大于预设额定电压的第一百分比时处于饱和状态，使光耦T1可靠导通；在遥信电源的输出电压小于预设额定电压的第二百分比时处于截止状态，使光耦T1可靠关断；第一百分比大于第二百分比。

第一稳压管Z1、第二稳压管Z2、第一电阻R1和第二电阻R2为开关管Q1的导通提供偏置电压。开关管Q1的类型并不唯一，可以是三极管也可以是MOS管，本实施例中，开关管Q1为NPN型三极管，基极作为控制端，集电极作为输入端，发射极作为输出端。预设额定电压的取值并不唯一，可以是24V、48V、110V或220V，也可以是其他电压值。

第二稳压管Z2、第二电阻R2和光耦T1的型号并不唯一，本实施例中，第二稳压管Z2为KDZ5.1B稳压管，第二电阻R2的阻值为1M欧姆，光耦T1为TLP185-GB光耦。第一百分比和第二百分比的具体取值也并不唯一，具体可通过更改第一稳压管Z1、第一电阻R1和开关管Q1的规格参数进行调整，本实施例中，第一稳压管Z1为ISMB5927B稳压管，第一电阻R1的阻值为3.3K欧姆，开关管Q1为2SC5201三极管，第一百分比为70％，第二百分比为55％。开关管Q1在遥信电源的输出电压大于预设额定电压的70％时为光耦T1的可靠导通提供足够IF电流，在遥信电源的输出电压小于预设额定电压的55％为光耦T1的可靠关断控制IF电流。其中，IF电流为光耦T1的初级电流。光耦T1用于对开关量信号进行隔离，增加开关量采集的抗干扰能力。

在一个实施例中，开关量信号采集电路还包括防反二极管D1和瞬态二极管TVS1，防反二极管D1的阳极连接遥信电源的正极，具体通过端口SwitchSignal_In与遥信电源的正极连接。防反二极管D1的阴极连接瞬态二极管TVS1的阴极、第一稳压管Z1的阴极和光耦T1的控制部，瞬态二极管TVS1的阳极连接遥信电源的负极，具体通过端口Com与遥信电源的负极连接。

防反二极管D1和瞬态二极管TVS1的类型并不唯一，本实施例中，防反二极管D1为M7二极管，瞬态二极管TVS1为SMBJ30A二极管。防反二极管D1和瞬态二极管TVS1组成开关量信号采集电路的前段保护电路，有效地保护电路后端的元器件，免受到浪涌脉冲的损坏。

在一个实施例中，开关量信号采集电路还包括第三电阻R3和第一电容C1，第一电阻R1和第二电阻R2的公共端通过第三电阻R3连接开关管Q1的控制端，第一电容C1一端连接开关管Q1的控制端，另一端连接遥信电源的负极，同样通过端口Com与遥信电源的负极连接。第三电阻R3和第一电容C1组成的低通滤波，防止开关管Q1的控制端受到尖峰毛刺的干扰，提高开关管Q的通断控制可靠性。本实施例中，第三电阻R3为10K欧姆的电阻，第一电容C1为100pF的电容。

在一个实施例中，开关量信号采集电路还包括第四电阻R4和第五电阻R5，光耦T1的控制部通过第四电阻R4连接遥信电源的正极，具体通过端口SwitchSignal_In与遥信电源的正极连接。开关管Q1的输出端通过第五电阻R5连接遥信电源的负极，具体通过端口Com与遥信电源的负极连接。第四电阻R4和第五电阻R5起调整开关管Q1放大状态和遥信回路分压的作用。本实施例中，第四电阻R4和第五电阻R5均为10K欧姆的电阻。

进一步地，开关量信号采集电路可同时包括防反二极管D1、瞬态二极管TVS1、第四电阻R4和第五电阻R5，光耦T1的控制部通过第四电阻R4连接防反二极管D1的阴极，防反二极管D1的阳极通过端口SwitchSignal_In与遥信电源的正极连接。

在其中一个实施例中，继续参照图1，开关量信号采集电路还包括第六电阻R6和第二电容C2，光耦T1的受控部与处理器的公共端通过第六电阻R6连接电源接入端，并通过第二电容C2接地。第六电阻R6用于调节光耦T1输出电流的大小，使得光耦T1导通时能饱和导通，本实施例中，第六电阻R6连接正5V的电源接入端，使用5V上拉电源提高板间信号传递的抗干扰能力和驱动能力。第二电容C2为去耦滤波电容，用于进行信号滤波，提高了信号传输可靠性。本实施例中，第六电阻R6为22K欧姆的电阻，第二电容C2为100nF的电容。

上述多路开关量信号采集装置的开关量信号采集电路，根据遥信电源的输出电压与预设额定电压的关系控制光耦T1可靠导通和可靠关断，实现宽电压范围采集，且避免采集到错误的开关量信号，提高了信号采集准确性。开关量信号采集电路采用分立式元件，根据遥信电源的实际电压直接控制开关管的可靠导通和可靠关断，同时在光耦控制部增加了电流放大电路，可有效降低遥信电源功耗。

在一个实施例中，一种多路开关量信号采集装置，可用于配网自动化测控装置的多路开关量信号采集。如图2所示，多路开关量信号采集装置包括处理器MCU和多个上述开关量信号采集电路100，各开关量信号采集电路100中光耦的受控部连接处理器MCU，具体通过端口SwitchSignal_Out与处理器MCU连接。开关量信号采集电路100可通过端口SwitchSignal_In与遥信电源的正极DC+连接，通过端口Com与遥信电源的负极DC-连接。

将开关量信号采集电路100模块化，开关量信号采集电路100的数量可根据所需采集的开关量信号的数量进行增加或者减少，可扩展性强。各路开关量信号采集电路100将采集得到的开关量信号集中发送至处理器MCU。

上述多路开关量信号采集装置，根据遥信电源的输出电压与预设额定电压的关系控制光耦可靠导通和可靠关断，实现宽电压范围采集，且避免采集到错误的开关量信号，提高了信号采集准确性。开关量信号采集电路采用分立式元件，根据遥信电源的实际电压直接控制开关管的可靠导通和可靠关断，实现每一路功耗≤100mVA，可有效降低遥信电源功耗。

在一个实施例中，继续参照图2，多路开关量信号采集装置还包括与开关量信号采集电路100数量相同的控制开关，各开关量信号采集电路100分别通过对应一控制开关连接遥信电源的正极DC+。具体地，控制开关包括开关K1、…、开关Kn-1和开关Kn，每个开关量信号采集电路100通过端口SwitchSignal_In连接对应一控制开关的一端，控制开关的另一端连接遥信电源的正极DC+。通过控制开关对对应的开关量信号采集电路100进行信号采集控制，提高操作便利性。

在一个实施例中，多路开关量信号采集装置还包括与开关量信号采集电路100数量相同的电平转换电路210，各开关量信号采集电路100分别通过对应一电平转换电路210连接处理器MCU。具体地，各开关量信号采集电路100通过端口SwitchSignal_Out连接对应电平转换电路210的输入端In，电平转换电路210的输出端OUT连接处理器MCU的端口I/O。

当多路开关量信号采集装置用于配网自动化测控装置时，由于配网自动化测控装置所使用的MCU(Micro Controller Unit，中文名称为微控制单元)电源均为3.3V系统。通过电平转换电路210对对应电平转换电路210输出的信号进行电平转换，与处理器MCU电平兼容以便于处理器MCU接收信号，提高信号采集便利性。

在一个实施例中，如图3所示，电平转换电路210包括电平转换器U1、第七电阻R7和第三电容C3，电平转换器U1的电源端VCC连接电源接入端，具体连接正5V的电源接入端，并通过第三电容C3接地，电平转换器U1的接地端GND接地，电平转换器U1的输入端A/B作为电平转换电路210的输入端IN，连接对应的开关量信号采集电路100，电平转换器U1的输出端Y作为电平转换电路210的输出端OUT连接处理器MCU，并通过第七电阻R7连接电源接入端，具体连接正3.3V的电源接入端。

电平转换器U1、第七电阻R7和第三电容C3的具体类型和参数并不唯一，本实施例中，电平转换器U1为SN74LVC1G07DCK芯片，第七电阻R7为10K欧姆的电阻，第三电容C3为100nF的电容。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。