一种基于隔离电源的数据采集系统及洗衣的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于隔离电源的数据采集系统，其包括：主控芯片，以及分别和所述主控芯片连接的电源电路和数据采集电路；所述电源电路，适于在所述主控芯片的驱动下，通过变压器线圈转换第一非隔离电源得到隔离电源；所述数据采集电路，适于利用所述隔离电源采集待检测物的电阻值，并通过光耦合器将采集结果发送给所述主控芯片。所述基于隔离电源的数据采集系统，对采集隔离信号的部分单独进行电源设计处理，在不增加控制系统成本的同时，完成与强电隔离的数据采集作业，在智能家电尤其是洗衣机领域具有广泛的应用前景。
【专利说明】一种基于隔离电源的数据采集系统及洗衣机
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制电路【技术领域】，特别涉及一种基于隔离电源的数据采集系统及洗衣机。
【背景技术】
[0002]通常情况下，在家电领域，比如洗衣机中，都是使用可控硅来控制驱动负载(进水阀，排水泵，电机)，为了驱动可控硅通常整个电脑板都是非隔离的，即将弱电的VCC或GND与强电的火线L或零线N连在一起，以取得一个统一的电平，实现可控硅的驱动。图1是传统洗衣机的控制系统电路原理图，如图1所示，其中整个电脑板都是非隔离的，弱电与强电
连接在一起。
[0003]然而，对于某些特定的家电产品，为了增强功能，通常引进了一些新的传感器模块。比如，在洗衣机中增加洗涤剂检测模块，泡沫检测模块，水的浊度硬度检测模块等，这些自动检测模块需要采集一些需要隔离的信号，并且需要加强绝缘，否则会出现触电事件，因为整机的使用者有可能会接触到电脑板上的电气部分。
[0004]为了采集隔离信号，现有的一种方案是将整个控制器系统设计为全隔离的系统，在电源的设计时使用隔离电源，负载驱动使用继电器，导致控制系统复杂，成本非常高。图2是一种现有的洗衣机中完全隔离的控制系统电路原理图，如图2所示，为了实现完全隔离，其采用继电器作为驱动部件，使得系统成本增高，同时由于强电与弱电之间的隔离之处比较多，也增加PCB (Printed Circuit Board,印刷电路板)绘制的难度。
【发明内容】
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本发明要解决的技术问题是:如何提供一种基于隔离电源的数据采集系统及洗衣机，以便在不增加控制系统成本的同时，完成与强电隔离的数据采集作业。
[0007](二)技术方案
[0008]本发明还提供一种基于隔离电源的数据采集系统，其包括:主控芯片，以及分别和所述主控芯片连接的电源电路和数据采集电路；
[0009]所述电源电路，适于在所述主控芯片的驱动下，通过变压器线圈转换第一非隔离电源得到隔离电源；
[0010]所述数据采集电路，适于利用所述隔离电源采集待检测物的电阻值，并通过光耦合器将采集结果发送给所述主控芯片。
[0011]其中，所述电源电路进一步包括:非隔离子电路、变压器线圈、隔离子电路和反馈电路；
[0012]所述非隔离子电路，连接所述主控芯片的信号输出端、所述第一非隔离电源和所述变压器线圈的初级线圈，适于在所述主控芯片的驱动下，利用所述第一非隔离电源促使所述初级线圈中产生初级电流；[0013]所述变压器线圈的次级线圈，适于利用所述初级电流感应得到次级电流；
[0014]所述隔离子电路，连接所述次级线圈，适于对所述次级电流进行滤波整流；
[0015]所述反馈电路，连接所述隔离子电路和所述非隔离子电路，适于将所述隔离子电路的输出电压反馈给所述非隔离子电路。
[0016]其中，所述非隔离子电路包括:第十五电阻R15、第一电容Cl、第十三电阻R13、第
一三极管N1、第一二极管D1、第二二极管D2 ；
[0017]所述第十五电阻R15的第一端连接所述主控芯片的信号输出端，第二端连接所述第一电容Cl的第一端；
[0018]所述第一电容Cl的第二端连接所述第十三电阻R13的第一端；
[0019]所述第十三电阻R13的第二端连接所述第一三极管NI的基极；
[0020]所述第一三极管NI的发射极接地，集电极连接所述第一二极管Dl的阳极和所述初级线圈的第一端；
[0021]所述第一二极管Dl的阴极连接所述第二二极管D2的阴极；
[0022]所述第二二极管D2的阳极连接所述第一非隔离电源和所述初级线圈的第二端。
[0023]其中，所述非隔离子电路还包括:第三二极管D3和第十四电阻R14 ；
[0024]所述第三二极管D3的阴极连接所述第一电容Cl的第二端，阳极接地；
[0025]所述第十四电阻R14的第一端连接所述第十三电阻R13的第二端，第二端接地。
[0026]其中，所述隔离子电路包括:第五二极管D5和第二电容C2 ；
[0027]所述第五二极管D5的阳极连接所述次级线圈的第二端，阴极作为所述隔离电源的输出端，连接所述第二电容C2的阳极；
[0028]所述第二电容C2的阴极连接所述次级线圈的第一端，并且接地。
[0029]其中，所述反馈子电路包括:第十八电阻R18、第四二极管D4、第十七电阻R17、第一光稱合器U1、第十六电阻R16 ；
[0030]所述第十八电阻R18的第一端连接所述第五二极管D5的阴极，第二端连接所述第四二极管D4的阴极；
[0031]所述第四二极管D4的阳极连接所述第十七电阻R17的第一端和所述第一光耦合器Ul的第一端；
[0032]所述第十七电阻R17的第二端接地；
[0033]所述第一光耦合器Ul的第二端接地，第三端接地，第四端连接所述第十六电阻R16的第一端；
[0034]所述第十六电阻R16的第二端连接所述第一电容Cl的第二端。
[0035]其中，所述数据采集电路包括:第十二电阻R12、第十一电阻R11、第二光耦合器U2、第十电阻R10、第二三极管N2、第八电阻R8、第九电阻R9、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7，以及运算放大子电路；
[0036]所述第十二电阻R12的第一端连接所述主控芯片的信号输入端，第二端连接所述第十一电阻Rll的第一端和所述第二光耦合器U2的第四端；
[0037]所述第十一电阻Rll的第二端连接第二非隔离电源；
[0038]所述第二光耦合器U2的第三端接地，第一端连接所述第十电阻RlO的第一端，第二端连接所述第二三极管N2的集电极；[0039]所述第十电阻RlO的第二端连接所述隔离电源的输出端；
[0040]所述第二三极管N2的发射极接地，基极连接所述第八电阻R8的第一端和所述第九电阻R9的第一端；
[0041]所述第八电阻R8的第二端连接所述运算放大子电路的输出端；
[0042]所述第九电阻R9的第二端接地；
[0043]所述运算放大子电路的输入端连接所述第四电阻R4的第一端、所述第五电阻R5的第一端和所述第六电阻R6的第一端；
[0044]所述第四电阻R4的第二端连接所述隔离电源的输出端；
[0045]所述第五电阻R5的第二端接地；
[0046]所述第六电阻R6的第二端连接第一检测端；
[0047]所述第七电阻R7的第一端接地，第二端连接第二检测端；
[0048]所述第一检测端和所述第二检测端之间适于放置所述待检测物。
[0049]其中，所述运算放大子电路包括:两级运算放大器U3、第二电阻R2、第三电阻R3、第三电容C3、第一电阻Rl ；
[0050]所述两级运算放大器U3的第一输出端作为所述运算放大子电路的输出端，连接所述第八电阻R8的第二端、所述第二电阻R2的第一端和所述第三电阻R3的第一端；
[0051]所述两级运算放大器U3的第一同向输入端连接所述第二电阻R2的第二端和所述第一电阻Rl的第一端；
[0052]所述两级运算放大器U3的第一反向输入端连接所述第三电阻R3的第二端和所述第三电容C3的第一端；
[0053]所述第三电容C3的第二端接地；
[0054]所述第一电阻Rl的第二端连接所述两级运算放大器U3的第二输出端，以及所述两级运算放大器U3的第二反相输入端；
[0055]所述两级运算放大器U3的第二同相输入端作为所述运算放大子电路的输入端，连接所述第四电阻R4的第一端；
[0056]所述两级运算放大器U3的正电源端连接所述隔离电源的输出端，负电源端接地。
[0057]其中，所述主控芯片采用微控制单元MCU0
[0058]本发明还提供一种洗衣机，其包括所述的基于隔离电源的数据采集系统。
[0059](三)有益效果
[0060]本发明所述基于隔离电源的数据采集系统，对采集隔离信号的部分单独进行电源设计处理，在不增加控制系统成本的同时，完成与强电隔离的数据采集作业，在智能家电尤其是洗衣机领域具有广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0061]图1是传统洗衣机的控制系统电路原理图；
[0062]图2是一种现有的洗衣机中完全隔离的控制系统电路原理图；
[0063]图3是所述电源电路的原理图；
[0064]图4是所述数据采集电路的原理图；
[0065]图5是本发明实施例的洗衣机的控制系统电路原理图。【具体实施方式】
[0066]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。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0067]本发明实施例所述基于隔离电源的数据采集系统，包括:主控芯片，以及分别和所述主控芯片连接的电源电路和数据采集电路。所述电源电路，适于在所述主控芯片的驱动下，通过变压器线圈转换第一非隔离电源得到隔离电源。所述数据采集电路，适于利用所述隔离电源采集待检测物的电阻值，并通过光耦合器将采集结果发送给所述主控芯片。其中，所述主控芯片采用微控制单元MClXMicro Control Unit)。所述第一非隔离电源与强电部分相连接。
[0068]图3是所述电源电路的原理图，如图3所示，所述电源电路进一步包括:非隔离子电路、变压器线圈、隔离子电路和反馈电路。所述非隔离子电路，连接所述主控芯片的信号输出端、所述第一非隔离电源和所述变压器线圈的初级线圈，适于在所述主控芯片的驱动下，利用所述第一非隔离电源促使所述初级线圈中产生初级电流。所述变压器线圈的次级线圈，适于利用所述初级电流感应得到次级电流。所述隔离子电路，连接所述次级线圈，适于对所述次级电流进行滤波整流。所述反馈电路，连接所述隔离子电路和所述非隔离子电路，适于将所述隔离子电路的输出电压反馈给所述非隔离子电路。
[0069]具体地，所述非隔离子电路包括:第十五电阻R15、第一电容Cl、第十三电阻R13、
第一三极管N1、第一二极管D1、第二二极管D2。
[0070]所述第十五电阻R15的第一端连接所述主控芯片的信号输出端，第二端连接所述第一电容Cl的第一端；
[0071]所述第一电容Cl的第二端连接所述第十三电阻R13的第一端；
[0072]所述第十三电阻R13的第二端连接所述第一三极管NI的基极；
[0073]所述第一三极管NI的发射极接地，集电极连接所述第一二极管Dl的阳极和所述初级线圈的第一端；
[0074]所述第一二极管Dl的阴极连接所述第二二极管D2的阴极；
[0075]所述第二二极管D2的阳极连接所述第一非隔离电源和所述初级线圈的第二端。
[0076]所述非隔离子电路还包括:第三二极管D3和第十四电阻R14。
[0077]所述第三二极管D3的阴极连接所述第一电容Cl的第二端，阳极接地；
[0078]所述第十四电阻R14的第一端连接所述第十三电阻R13的第二端，第二端接地。
[0079]所述隔离子电路包括:第五二极管D5和第二电容C2。
[0080]所述第五二极管D5的阳极连接所述次级线圈的第二端，阴极作为所述隔离电源的输出端，连接所述第二电容C2的阳极；
[0081]所述第二电容C2的阴极连接所述次级线圈的第一端，并且接地。
[0082]所述反馈子电路包括:第十八电阻R18、第四二极管D4、第十七电阻R17、第一光耦合器U1、第十六电阻R16。
[0083]所述第十八电阻R18的第一端连接所述第五二极管D5的阴极，第二端连接所述第四二极管D4的阴极；
[0084]所述第四二极管D4的阳极连接所述第十七电阻R17的第一端和所述第一光耦合器Ul的第一端；
[0085]所述第十七电阻R17的第二端接地；
[0086]所述第一光耦合器Ul的第二端接地，第三端接地，第四端连接所述第十六电阻R16的第一端；
[0087]所述第十六电阻R16的第二端连接所述第一电容Cl的第二端。
[0088]所述电源电路的工作原理如下:MCU的信号输出端通过第十五电阻R15、第一电容Cl和第十三电阻R13截止第一三极管NI的基极，控制第一三极管NI的开通，当MCU的信号输出端输出为高电平时，第一电容Cl两端电平无法瞬间改变，所以第十三电阻R13与第一电容Cl连接处变为高电平，在此电平的作用下第一三极管NI导通，第一变压器Tl在第一非隔离电源(该电源一般为12V)的作用下，初级线圈中有电流流过；iMCU的信号输出端输出为低电平时，第十三电阻R13与第一电容Cl连接处变为低电平，在此电平的作用下第一三极管NI截止，第一变压器Tl的初级线圈中无电流通过，当然，此时变压器线圈中会有一些剩余的能量，第二二极管D2 (—般采用稳压二极管)和第一二极管Dl就是用来吸收这些剩余能量的。这样当MCU控制该信号输出端的电平不断高低变化时，就会在变压器的初级线圈中产生交变的电流，有电流的交变，根据变压器的工作原理，会在变压器的次级线圈中感应出电流来，这样就实现了电能的隔离转换。在变压器的次级，第五二极管D5的作用是将交流电整流为直流电压VCC，第二电容C2 (—般采用电解电容)使得电源纹波变小，第四二极管D4是一个稳压二极管，它的作用是当VCC比预期的电压值高时，自动导通，然后驱动第一光耦合器Ul发出一个停止信号给第一三极管NI，使第一三极管NI截止，因而变压器源边不再有能量流过，VCC就会相应降低，当VCC降低到一定程度后，第四二极管D4截止，不再控制第一光耦合器Ul发停止信号，源边对第一三极管NI的驱动继续进行，又会有能量通过变压器转换到VCC上来，使得VCC升高，如此循环往复，只要控制好MCU输出的信号的电平变换频率，就会使得VCC被控制在一定的范围内，从而得到一个稳定的隔离电源输出。
[0089]图4是所述数据采集电路的原理图，如图4所示，所述数据采集电路包括:第十二电阻R12、第十一电阻R11、第二光耦合器U2、第十电阻R10、第二三极管N2、第八电阻R8、第九电阻R9、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7，以及运算放大子电路。
[0090]所述第十二电阻R12的第一端连接所述主控芯片的信号输入端，第二端连接所述第十一电阻Rll的第一端和所述第二光耦合器U2的第四端；
[0091]所述第十一电阻Rll的第二端连接第二非隔离电源。所述第二非隔离电源由所述第一非隔离电源转换得到，并且也与强电部分相连接。
[0092]所述第二光耦合器U2的第三端接地，第一端连接所述第十电阻RlO的第一端，第二端连接所述第二三极管N2的集电极；
[0093]所述第十电阻RlO的第二端连接所述隔离电源的输出端；
[0094]所述第二三极管N2的发射极接地，基极连接所述第八电阻R8的第一端和所述第九电阻R9的第一端；
[0095]所述第八电阻R8的第二端连接所述运算放大子电路的输出端；
[0096]所述第九电阻·R9的第二端接地；
[0097]所述运算放大子电路的输入端连接所述第四电阻R4的第一端、所述第五电阻R5的第一端和所述第六电阻R6的第一端；[0098]所述第四电阻R4的第二端连接所述隔离电源的输出端；[0099]所述第五电阻R5的第二端接地；
[0100]所述第六电阻R6的第二端连接第一检测端；
[0101]所述第七电阻R7的第一端接地，第二端连接第二检测端；
[0102]所述第一检测端和所述第二检测端之间适于放置所述待检测物。
[0103]所述运算放大子电路包括:两级运算放大器U3、第二电阻R2、第三电阻R3、第三电容C3、第一电阻Rl ；
[0104]所述两级运算放大器U3的第一输出端作为所述运算放大子电路的输出端，连接所述第八电阻R8的第二端、所述第二电阻R2的第一端和所述第三电阻R3的第一端；
[0105]所述两级运算放大器U3的第一同向输入端连接所述第二电阻R2的第二端和所述第一电阻Rl的第一端；
[0106]所述两级运算放大器U3的第一反向输入端连接所述第三电阻R3的第二端和所述第三电容C3的第一端；
[0107]所述第三电容C3的第二端接地；
[0108]所述第一电阻Rl的第二端连接所述两级运算放大器U3的第二输出端，以及所述两级运算放大器U3的第二反相输入端；
[0109]所述两级运算放大器U3的第二同相输入端作为所述运算放大子电路的输入端，连接所述第四电阻R4的第一端；
[0110]所述两级运算放大器U3的正电源端连接所述隔离电源的输出端，负电源端接地。
[0111]所述数据采集电路的工作原理如下:第六电阻R6，第七电阻R7与电阻R (假设待检测物的电阻为R)串联，起到保护两级运算放大器U3的作用，第五电阻R5的作用是防止被测端悬空时，即电阻R为无穷大时，两级运算放大器U3的一部分U3B的输入端悬空。第五电阻R5 —端接地，另一端与第四电阻R4连接，构成分压电路。假设，以V5表示U3B的同相输入端电平，Vcc表示两级运算放大器U3的供电电压(即隔离电源输出电压为Vcc)，由于U3B的反相输入端与输出端连接,构成一个跟随电路，即输入电压等于输出电压，假设输出电压为Vi JlJVi = V5，则有:
[0112]
【权利要求】
1.一种基于隔离电源的数据采集系统，其特征在于，包括:主控芯片，以及分别和所述主控芯片连接的电源电路和数据采集电路； 所述电源电路，适于在所述主控芯片的驱动下，通过变压器线圈转换第一非隔离电源得到隔离电源； 所述数据采集电路，适于利用所述隔离电源采集待检测物的电阻值，并通过光耦合器将采集结果发送给所述主控芯片。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电源电路进一步包括:非隔离子电路、变压器线圈、隔离子电路和反馈电路； 所述非隔离子电路，连接所述主控芯片的信号输出端、所述第一非隔离电源和所述变压器线圈的初级线圈，适于在所述主控芯片的驱动下，利用所述第一非隔离电源促使所述初级线圈中产生初级电流； 所述变压器线圈的次级线圈，适于利用所述初级电流感应得到次级电流； 所述隔离子电路，连接所述次级线圈，适于对所述次级电流进行滤波整流； 所述反馈电路，连接所述隔离子电路和所述非隔离子电路，适于将所述隔离子电路的输出电压反馈给所述非隔离子电路。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述非隔离子电路包括:第十五电阻R15、第一电容Cl、第十三电阻R13、第一三极管N1、第一二极管D1、第二二极管D2 ； 所述第十五电阻R15的第一端连接所述主控芯片的信号输出端，第二端连接所述第一电容Cl的第一端； 所述第一电容Cl的第二端连接所述第十三电阻R13的第一端； 所述第十三电阻R13的第二端连接所述第一三极管NI的基极； 所述第一三极管NI的发射极接地，集电极连接所述第一二极管Dl的阳极和所述初级线圈的第一端； 所述第一二极管Dl的阴极连接所述第二二极管D2的阴极； 所述第二二极管D2的阳极连接所述第一非隔离电源和所述初级线圈的第二端。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述非隔离子电路还包括:第三二极管D3和第十四电阻R14 ； 所述第三二极管D3的阴极连接所述第一电容Cl的第二端，阳极接地； 所述第十四电阻R14的第一端连接所述第十三电阻R13的第二端，第二端接地。
5.如权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述隔离子电路包括:第五二极管D5和第二电容C2 ； 所述第五二极管D5的阳极连接所述次级线圈的第二端，阴极作为所述隔离电源的输出端，连接所述第二电容C2的阳极； 所述第二电容C2的阴极连接所述次级线圈的第一端，并且接地。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述反馈子电路包括:第十八电阻R18、第四二极管D4、第十七电阻R17、第一光耦合器U1、第十六电阻R16 ； 所述第十八电阻R18的第一端连接所述第五二极管D5的阴极，第二端连接所述第四二极管D4的阴极； 所述第四二极管D4的阳极连接所述第十七电阻R17的第一端和所述第一光耦合器Ul的第一端； 所述第十七电阻R17的第二端接地； 所述第一光耦合器Ul的第二端接地，第三端接地，第四端连接所述第十六电阻R16的弟觸； 所述第十六电阻R16的第二端连接所述第一电容Cl的第二端。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数据采集电路包括:第十二电阻R12、第十一电阻R11、第二光耦合器U2、第十电阻R10、第二三极管N2、第八电阻R8、第九电阻R9、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7，以及运算放大子电路； 所述第十二电阻R12的第一端连接所述主控芯片的信号输入端，第二端连接所述第十一电阻Rll的第一端和所述第二光耦合器U2的第四端； 所述第十一电阻Rll的第二端连接第二非隔离电源； 所述第二光耦合器U2的第三端接地，第一端连接所述第十电阻RlO的第一端，第二端连接所述第二三极管N2的集电 极； 所述第十电阻RlO的第二端连接所述隔离电源的输出端； 所述第二三极管N2的发射极接地，基极连接所述第八电阻R8的第一端和所述第九电阻R9的第一端； 所述第八电阻R8的第二端连接所述运算放大子电路的输出端； 所述第九电阻R9的第二端接地； 所述运算放大子电路的输入端连接所述第四电阻R4的第一端、所述第五电阻R5的第一端和所述第六电阻R6的第一端； 所述第四电阻R4的第二端连接所述隔离电源的输出端； 所述第五电阻R5的第二端接地； 所述第六电阻R6的第二端连接第一检测端； 所述第七电阻R7的第一端接地，第二端连接第二检测端； 所述第一检测端和所述第二检测端之间适于放置所述待检测物。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述运算放大子电路包括:两级运算放大器U3、第二电阻R2、第三电阻R3、第三电容C3、第一电阻Rl ； 所述两级运算放大器U3的第一输出端作为所述运算放大子电路的输出端，连接所述第八电阻R8的第二端、所述第二电阻R2的第一端和所述第三电阻R3的第一端； 所述两级运算放大器U3的第一同向输入端连接所述第二电阻R2的第二端和所述第一电阻Rl的第一端； 所述两级运算放大器U3的第一反向输入端连接所述第三电阻R3的第二端和所述第三电容C3的第一端； 所述第三电容C3的第二端接地； 所述第一电阻Rl的第二端连接所述两级运算放大器U3的第二输出端，以及所述两级运算放大器U3的第二反相输入端； 所述两级运算放大器U3的第二同相输入端作为所述运算放大子电路的输入端，连接所述第四电阻R4的第一端； 所述两级运算放大器U3的正电源端连接所述隔离电源的输出端，负电源端接地。
9.如权利要求1至8之一所述的系统，其特征在于，所述主控芯片采用微控制单元MCU。
10.一种洗衣机， 其特征在于，包括权利要求1至9之一所述的基于隔离电源的数据采集系统。
【文档编号】G05B19/04GK103576563SQ201210251217
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月19日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】王荣忠, 贾新民, 杨彪 申请人:海尔集团公司, 青岛海尔科技有限公司