一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路的制作方法

本实用新型涉及一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路，是基于微控制器、IIC协议的IO扩展器实现的多路振弦传感器选通电路设计，涉及到土木结构安全监测行业领域。

背景技术：

振弦类传感器引起测量稳定性、成本优势在土木结构安全监测领域应用广泛，常用用短期的检测工程、长期的监测工程项目。使用时需要连接采集装置完成频率采集工作，通过频率值进行力值、应力的计算。

随着电子行业的不断发展，具有多路选通功能的采集设备得到应用，其基本原理是利用电子开关选通，微型控制器控制管脚驱动各个选通的开关的通断，每次仅让一路开关导通，因此对于多路选通时，需要使用到多个微型控制器的IO资源。

为了解决多路选通开关时微型控制器IO资源的短缺问题，后来设计有利用编码器原理组成的选通控制电路，其基本原理是利用数子电路的编码器进行控制，可实现4路IO控制16路选通的功能，但其PCB布局体积较大、可靠性也存在不足，且无法灵活扩展。

综上所述，传统直接利用微型控制器驱动选通开关会占用过多的微型控制器IO资源，而采用编码器驱动的方式造成PCB布线体积过大且可靠性较低。因此存在一定的局限。

技术实现要素：

本实用新型为了克服上述缺陷，其目的在于提供一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路，可实现IIC总线控制32路振弦信号和32路温度信号选通的功能，大大节约了微型控制器的IO资源和系统的可靠性。

本实用新型要解决的技术问题就在于：（1）使用最少的控制器IO资源的情况下，实现32路片选；（2）通道数可灵活扩展。

本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路，控制电路含有四个IO扩展器，该四个IO扩展器分别为第一IO扩展器、第二IO扩展器、第三IO扩展器、第四IO扩展器；

每个扩展器具有16路IO控制功能，其通过IIC总线与微型控制器进行通信连接；

第一IO扩展器、第二IO扩展器与第一地址管脚连接；

第三IO扩展器、第四IO扩展器与第二地址管脚连接；

32路机械继电器通过32路继电器驱动电路与第一IO扩展器、第二IO扩展器连接；

32路光耦继电器与第三IO扩展器、第四IO扩展器连接。

IO扩展器通过地址管脚进行地址区分。

本设计内部设计有32路机械继电器，32路继电器驱动电路，32路光耦继电器，分别实现振弦信号的选通和温度信号的选通功能。

在多路片选开关控制信号的实现方面，为了不过多占用控制器的IO资源，本实用新型采用IIC协议的IO扩展器实现，IO扩展器是一种基于IIC通信协议的多路IO扩展器，微型控制器可通过IIC指令进行端口的高低电平控制。单个扩展器只需两个IO口即可控制16路的端口，扩展器通过地址管脚进行区分。

为了实现32路振弦信号和32路温度信号的片选功能，需要使用到4片IO扩展器，因此在设计时，通过每个扩展器的IO地址位进行设置，区分各个扩展器。第一IO扩展器的地址为设置为00，负责1~16通道的振弦信号选通控制；第二IO扩展器的地址为设置为01，负责17~32通道的振弦信号选通控制；第三IO扩展器的地址为设置为10，负责1~16通道的温度信号选通控制；第四IO扩展器扩展器的地址为设置为11，负责17~32通道的温度信号选通控制；当需要扩展更多的通道时，只需将地址位进行区分即可。

振弦信号的选通设计方面，选通开关采用双刀双掷的机械式信号继电器，选择双刀双掷选通的原因是机械式信号继电器导通电阻小，亦可保证振弦信号差分对的信号完整性。继电器驱动电路采用晶体管实现，高电平时晶体管导通，继电器得电吸合。低电平时晶体管截止，继电器常开状态。

温度信号片选的选通设计，采用了光耦继电器实现，其具有功耗低、动作时间快、使用寿命长等优点，可满足温度信号的选通功能。其驱动方式采用扩展器IO口直接驱动的方式，驱动端口高电平开关不导通，驱动端口低电平时片选开关导通。

本实用新型的有益效果：

综上所述，本实用新型的接口设计采用以上设计方案，可实现同一个IIC接口下，可满足32路振弦传感器与32路温度传感器接口的选通功能，可简化采集设备的设计，占用微型控制器资源少、PCB布局简单、系统可靠等优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为IO扩展器电路接口电路示意图；

图3为振弦信号片选及其驱动电路示意图；

图4为温度信号片选电路示意图。

具体实施方式

现结合附图1、2、3、4对本实用新型进行详细描述：

一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路，其特征在于：控制电路含有四个IO扩展器，该四个IO扩展器分别为第一IO扩展器51、第二IO扩展器52、第三IO扩展器53、第四IO扩展器54；

每个扩展器具有16路IO控制功能，其通过IIC总线6与微型控制器7进行通信连接；

第一IO扩展器51、第二IO扩展器52与第一地址管脚41连接；

第三IO扩展器53、第四IO扩展器54与第二地址管脚42连接；

32路机械继电器1通过32路继电器驱动电路3与第一IO扩展器51、第二IO扩展器52连接；

32路光耦继电器2与第三IO扩展器53、第四IO扩展器54连接。

2路光耦继电器与第三IO扩展器、第四IO扩展器连接。

IO扩展器通过地址管脚进行地址区分。

本设计内部设计有32路机械继电器，32路继电器驱动电路，32路光耦继电器，分别实现振弦信号的选通和温度信号的选通功能。

在多路片选开关控制信号的实现方面，为了不过多占用控制器的IO资源，本实用新型采用IIC协议的IO扩展器实现，IO扩展器是一种基于IIC通信协议的多路IO扩展器，微型控制器可通过IIC指令进行端口的高低电平控制。单个扩展器只需两个IO口即可控制16路的端口，扩展器通过地址管脚进行区分。

为了实现32路振弦信号和32路温度信号的片选功能，需要使用到4片IO扩展器，因此在设计时，通过每个扩展器的IO地址位进行设置，区分各个扩展器。第一IO扩展器的地址为设置为00，负责1~16通道的振弦信号选通控制；第二IO扩展器的地址为设置为01，负责17~32通道的振弦信号选通控制；第三IO扩展器的地址为设置为10，负责1~16通道的温度信号选通控制；第四IO扩展器扩展器的地址为设置为11，负责17~32通道的温度信号选通控制；当需要扩展更多的通道时，只需将地址位进行区分即可。

振弦信号的选通设计方面，选通开关采用双刀双掷的机械式信号继电器，选择双刀双掷选通的原因是机械式信号继电器导通电阻小，亦可保证振弦信号差分对的信号完整性。继电器驱动电路采用晶体管实现，高电平时晶体管导通，继电器得电吸合。低电平时晶体管截止，继电器常开状态。

温度信号片选的选通设计，采用了光耦继电器实现，其具有功耗低、动作时间快、使用寿命长等优点，可满足温度信号的选通功能。其驱动方式采用扩展器IO口直接驱动的方式，驱动端口高电平开关不导通，驱动端口低电平时片选开关导通。