一种智能电路和开关量采集方法与流程

本发明涉及信号采集技术领域，尤其涉及一种智能电路和开关量采集方法。

背景技术：

开关量采集是信号采集中不可缺少的功能，在开关量采集应用中，开关量信号主要有电阻信号、npn信号、pnp信号、电平信号这四类。其中npn信号、pnp信号、电平信号由于信号类型差异，对于开关量采集方法需求是不同的，目前广泛使用物理跳线，根据信号类型来配置不同的物理跳线。但在现场实际应用中，有可能不知道接入的是哪种开关量信号类型，需要通过多次配置，才能判断出开关量信号类型。同时使用物理跳线还存在以下缺点：更换物理跳线不方便，特别是针对有外壳的模块通常需拆开外壳才能更换；而对于已经上电工作的模块则需要断电更换而无法满足在线无扰更换的需求；另外对于开关量信号类型不明确的场合则需要多次更换物理跳线才能完成适配；同时在有激烈振动的应用场合物理跳线可靠性太低，容易受振动影响而发生松动。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种智能电路，用于自适应开关量采集，包括：切换电路模块，与外部待检测开关电路上获取开关量信号，包括多个切换开关，所述切换电路模块具有多个可在检查模块控制下互相切换的连接状态，所述各连接状态存在不同的切换开关开启组合；采集电路模块，根据切换电路模块在不同连接状态下的导通状态发送采样值；检测模块，根据所述切换电路模块在不同连接状态获得的采样值筛选出与所述开关量信号适配的连接状态。

优选的，所述开关量信号为npn信号、pnp信号或电平信号。

优选的，自适应开关量采集电路还包括电源电路模块，所述电源电路模块具有与切换电路模块连接的第一电源输出端和第二电源输出端，所述采集电路模块具有与切换电路模块连接的第一采集信号输入端和第二采集信号输入端，所述切换电路模块具有用于与外部待检测开关电路连接的第一通道输入端和第二通道输入端。

优选的，所述采集电路模块的信号输出端与检测模块的信号输入端连接，所述检测模块控制信号输出端与所述切换电路模块的控制信号输入端连接。

优选的，所述切换电路模块包括六个切换开关，第一切换开关两端分别连接第一通道输入端和第一电源输出端，第二切换开关两端分别连接第一通道输入端和第一采集信号输入端，第三切换开关两端分别连接第二通道输入端和第二电源输出端，第四切换开关两端分别连接第二通道输入端和第二采集信号输入端，第五切换开关两端分别连接第二采集信号输入端和第一电源输出端，第六切换开关两端分别连接第一采集信号输入端和第二电源输出端。

优选的，所述切换开关为光耦开关。

本发明还公开了一种开关量采集方法，基于前述可实现自适应开关量采集的智能电路，包括：电路上电工作后判断是否为手动配置，如果为手动配置则根据所述配置信息调整切换电路模块内各切换开关开启状态，进入正常工作模式；如果非手动配置则根据预设模式依次切换所述切换电路模块的连接状态并获取采集电路模块发送的采样值，根据所述采样值判断对应连接状态是否适配所述开关量信号，如适配则进入正常工作模式，否则继续更换切换电路模块的连接状态。

优选的，在非手动配置时，控制切换电路模块进入第一连接状态，所述第一连接状态为开启第二切换开关、第三切换开关和第五切换开关，且关闭第一切换开关、第四切换开关和第六切换开关，并根据获取的采样值判断是否为npn信号，如是则进入正常工作模式；如非npn信号则进入下一种信号类型检测。

优选的，如非npn信号，则控制切换电路模块进入第二连接状态，所述第二连接状态为开启第一切换开关、第四切换开关和第六切换开关，且关闭第二切换开关、第三切换开关和第五切换开关，根据获取的采样值判断是否为pnp信号，如是则进入正常工作模式，如非pnp信号则进入下一种信号类型检测。

优选的，如非pnp信号，则控制切换电路模块进入第三连接状态，所述第三连接状态为开启第二切换开关和第四切换开关，且关闭第一切换开关、第三切换开关、第五切换开关和第六切换开关，根据获取的采样值判断是否为电平信号，如是则进入正常工作模式，如非电平信号则控制切换电路模块再次进入第一和第二连接状态。

本发明公开的智能电路，可实现自适应开关量采集，具体的可以实现自适应npn信号、pnp信号、电平信号，无需人工参与。该智能电路通过使用mcu等检测模块控制电子开关，无需拆开外壳更换配置；对于已经上电工作的模块可实现在线无扰更换配置，而对于开关量信号类型不明确的场合，通过自适应开关量采集电路的自适应模式即可完成信号适配；通过该智能电路进行开关量适配无需专业人员参与，通过作为检测模块的mcu自适应完成，效率高成本低，可适用于各种应用场合，可靠性高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例公开的智能电路的结构框图。

图2为本发明实施例公开的切换电路模块的切换开关连接示意图。

图3为本发明一实施例公开的智能电路原理图。

图4为本发明实施例公开的在第一控制信号下的采集电路回路示意图。

图5为本发明实施例公开的在第二控制信号下的采集电路回路示意图。

图6为本发明实施例公开的在第三控制信号下的采集电路回路示意图。

图7为本发明实施例公开的智能电路的工作逻辑示意图。

图8为本发明实施例公开的开关量采集方法的步骤示意图。

图9为本发明实施例公开的步骤s2的具体步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

在开关量采集应用中，开关量信号主要有电阻信号、npn信号、pnp信号、电平信号这四类。其中npn信号、pnp信号、电平信号由于信号类型差异，对于开关量采集方法需求是不同的，目前广泛使用物理跳线，根据信号类型来配置不同的物理跳线。但在现场实际应用中，有可能不知道接入的是哪种开关量信号类型，需要通过多次配置才能判断出开关量信号类型，因此为了提升实施效率降低人力成本，本实施例公布了智能电路，可实现自适应开关量采集，如附图1所示，该智能电路包括切换电路模块1、采集电路模块2和检测模块3。其中切换电路模块1与外部待检测开关电路上获取开关量信号，可包括多个切换开关，其中切换电路模块具有多个可在检查模块控制下互相切换的连接状态，所述各连接状态存在不同的切换开关开启组合。采集电路模块2可根据切换电路模块在不同连接状态下的导通状态发送采样值。检测模块用于根据所述切换电路模块在不同连接状态获得的采样值筛选出与所述开关量信号适配的连接状态。其中在该电路中检测模块可以选用各类常规单片机或数据处理芯片等mcu处理单元。在具体电路通电后，采集电路模块2将采样值上送至检测模块即mcu，mcu根据上送的采样值来自适应开关量信号类型。当电路上电工作时，mcu首先进入自适应模式，通过控制信号来控制切换电路模块，同时通过采集电路模块上送的采样值来判断目前的切换电路模块是否适配开关量信号，判断为适配则进入正常工作模式；判断为不适配则通过控制信号更换切换电路模块的下一种连接状态，重复上述判断，直到判断为适配。其中，针对已知的开关量信号类型，也可以通过mcu手动配置适配的切换电路模块的连接状态，通过手动配置后模块上电会跳过自适应模式直接进入正常工作模式。该实施例公开的自适应开关量采集电路无需人工参与开关量信号类型配置，有效提升了开关量信号采集配置实施效率，降低了人力成本。该电路通过mcu控制切换电路模块中的电子开关，无需拆开外壳更换配置。对于已经上电工作的电路模块可实现在线无扰更换配置，对于开关量信号类型不明确的场合可通过自适应模式快速完成信号适配，可适应于各种应用场合，无需专业人员参与即可通过mcu自适应完成，可靠性高。

具体的，如附图1所示，该自适应开关量采集电路还包括电源电路，所述电源电路具有与切换电路模块连接的第一电源输出端和第二电源输出端，可设置端口为电源+和电源-；所述采集电路模块具有与切换电路模块连接的第一采集信号输入端和第二采集信号输入端，可设置端口为采集+和采集-；所述切换电路模块具有用于与外部待检测开关电路连接的第一通道输入端和第二通道输入端，可设置端口为通道+和通道-。其中，采集电路模块的信号输出端与检测模块的信号输入端连接，所述检测模块控制信号输出端与所述切换电路模块的控制信号输入端连接。

如附图2所示，切换电路模块包括六个切换开关，第一切换开关两端分别连接第一通道输入端和第一电源输出端，第二切换开关两端分别连接第一通道输入端和第一采集信号输入端，第三切换开关两端分别连接第二通道输入端和第二电源输出端，第四切换开关两端分别连接第二通道输入端和第二采集信号输入端，第五切换开关两端分别连接第二采集信号输入端和第一电源输出端，第六切换开关两端分别连接第一采集信号输入端和第二电源输出端。具体的，六个切换开关设定为第一切换开关a1、第二切换开关a2、第三切换开关b1、第四切换开关b2、第五切换开关c1、第六切换开关c1。其中开关a1用于连接端口通道+和电源+，开关a2用于连接端口通道+和采集+，开关b1用于连接端口通道-和电源-，开关b2用于连接端口通道-和采集-，开关c1用于连接端口采集-和电源+，开关c2用于连接端口采集+和电源-。其中开关a1、开关a2、开关b1、开关b2、开关c1、开关c1分别与作为检测模块的mcu的各控制信号输出端连接，mcu可分别通过发送控制信号给这六个切换开关来分别控制它们的开启和关闭。其中mcu的控制信号共有四种控制模式，分别为第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号。其中第一控制信号用于npn信号的检测和正常工作，具体的为控制开关a2、开关b1和开关c1为on，控制开关a1、开关b2和开关c2为off。第二控制信号用于pnp信号的检测和正常工作，具体的为控制开关a1、开关b2和开关c2为on，并控制开关a2、开关b1和开关c1为off。第三控制信号可用于电平信号的检测和正常工作，具体为控制开关a2和开关b2为on，且控制开关a1、开关b1、开关c1和开关c2为off。第四控制信号为电路上电初始状态，用于控制所有开关为off。

本实施例公开的自适应开关量采集电路的上电工作逻辑如附图7所示，电路上电工作后，首先判断是否有手动配置，判断为y则根据手动设置的开关量信号类型，配置控制信号，进入正常工作模式；若判断为n，则进入自适应模式。在自适应模式，首先将控制信号设置为第一控制信号，通过上送的采样值判断是否为npn信号，判断为y，进入正常工作模式；判断为n，将控制信号设置为第二控制信号。对上送的采样值判断是否为pnp信号，判断为y，进入正常工作模式；判断为n，将控制信号设置为第三控制信号。对上送的采样值判断是否为电平信号，判断为y，进入正常工作模式；判断为n，将控制信号设置为第一控制信号，重复通过上送的采样值判断是否为npn信号。

附图3公开了一种自适应开关量采集电路的具体电路图，其中采样电路模块使用电阻和光耦开关，电阻一端连接端口采集-，另一端与光耦开关阳极连接，光耦开关的阴极连接端口采集+。电源电路模块可使用24v直流电源，切换电路开关也均可使用同样的光耦开关，开关量信号输入包含npn信号、pnp信号、电平信号。下面具体介绍电路自适应工作流程。

自适应开关量采集电路上电工作后，进入自适应模式，mcu将控制信号设置为第一控制信号，控制开关a2、开关b1、开关c1为on，控制开关a1、开关b2、开关c2为off。具体电路回路如图4所示，其中为表述更清晰图中已把被控制关闭的切换开关a1、开关b2和开关c2不予显示。当开关量信号为npn信号时，npn信号闭合，采样电路光耦导通，上送采样值on到mcu，mcu接收到采样值为on，判端开关量信号输入为npn信号，进入正常工作模式；当开关量信号不是npn信号时，信号闭合，采样电路光耦不导通，上送采样值off到mcu，mcu接收到采样值为off，判断开关量信号输入不是npn信号，进入下一种信号类型检测。

mcu将控制信号设置为第二控制信号，控制开关a1、开关b2、开关c2为on，控制开关a2、开关b1、开关c1为off，具体电路回路如图5所示，同样其中为表述更清晰图中已把被控制关闭的切换开关a2、开关b1和开关c1不予显示。当开关量信号为pnp信号时，pnp信号闭合，采样电路光耦导通，上送采样值on到mcu，mcu接收到采样值为on，判端开关量信号输入为pnp信号，进入正常工作模式。当开关量信号不是pnp信号时，信号闭合，采样电路光耦不导通，上送采样值off到mcu，mcu接收到采样值为off，判断开关量信号输入不是pnp信号，进入下一种信号类型检测。

mcu将控制信号设置为第三控制信号，控制开关a2、开关b2为on，控制开关a1、开关b1、开关c1、开关c2为off，电路回路如图6所示，同样其中为表述更清晰图中已把被控制关闭的切换开关a1、开关b1、开关c1和开关c2不予显示。当开关量信号为电平信号时，电平信号输出电平，采样电路光耦导通，上送采样值on到mcu，mcu接收到采样值为on，判端开关量信号输入为电平信号，进入正常工作模式；当开关量信号不是电平信号时，信号输出，采样电路光耦不导通，上送采样值off到mcu，mcu接收到采样值为off，判断开关量信号输入不是电平信号，进入下一种信号类型检测。

在经过上述三次检测，mcu接收到采样值都为off时，再次重复上述三种检测。由于信号接线错误或信号未接线均会导致mcu接收到采样值一直为off，因此在mcu中可以设置重复检测最大次数，当重复检测超过最大次数时，提示用户检查开关量信号输入的接线情况。

通过上述分析可以得出，本方法实现了自适应开关量采集，对于开关量信号类型不明确的场合，无需专业人员参与，通过开关量采集电路的自适应模式即可完成信号适配。相比较现有技术，本实施例公开的自适应开关量采集电路可以实现自适应npn信号、pnp信号、电平信号，无需人工参与。该自适应开关量采集电路通过使用mcu等检测模块控制电子开关，无需拆开外壳更换配置；对于已经上电工作的模块可实现在线无扰更换配置，而对于开关量信号类型不明确的场合，通过自适应开关量采集电路的自适应模式即可完成信号适配；通过该自适应开关量采集电路进行开关量适配无需专业人员参与，通过作为检测模块的mcu自适应完成，效率高成本低，可适用于各种应用场合，可靠性高。

附图8为本发明实施例公开的一种自适应开关量采集方法的步骤示意图，用于上述实施例所公开的自适应开关量采集电路，其步骤可包括：

步骤s1，电路上电工作后判断是否为手动配置，如果为手动配置则根据所述配置信息调整切换电路模块内各切换开关开启状态，进入正常工作模式；

步骤s2，如果非手动配置则根据预设模式依次切换所述切换电路模块的连接状态并获取采集电路模块发送的采样值，根据所述采样值判断对应连接状态是否适配所述开关量信号，如适配则进入正常工作模式，否则继续更换切换电路模块的连接状态。

如附图9所示，该步骤s2可具体包括：

步骤s21，在非手动配置时，控制切换电路模块进入第一连接状态，所述第一连接状态为开启第二切换开关、第三切换开关和第五切换开关，且关闭第一切换开关、第四切换开关和第六切换开关，并根据获取的采样值判断是否为npn信号，如是则进入正常工作模式；如非npn信号则进入下一种信号类型检测。

步骤s22，如非npn信号，则控制切换电路模块进入第二连接状态，所述第二连接状态为开启第一切换开关、第四切换开关和第六切换开关，且关闭第二切换开关、第三切换开关和第五切换开关，根据获取的采样值判断是否为pnp信号，如是则进入正常工作模式，如非pnp信号则进入下一种信号类型检测。

步骤s23，如非pnp信号，则控制切换电路模块进入第三连接状态，所述第三连接状态为开启第二切换开关和第四切换开关，且关闭第一切换开关、第三切换开关、第五切换开关和第六切换开关，根据获取的采样值判断是否为电平信号，如是则进入正常工作模式，如非电平信号则控制切换电路模块再次进入第一和第二连接状态。

在经过上述步骤s21、s22和s23的三次检测后，如果接收到采样值都为off时，再次重复上述三种检测。本自适应开关量采集方法还可包括步骤：

步骤s3，当更换切换电路模块的连接状态次数超过预设值时，发出信号接线错误报警。具体的，由于信号接线错误或信号未接线均会导致mcu接收到采样值一直为off，因此可在mcu中可以设置重复检测最大次数，当重复检测超过最大次数时，即提示用户检查开关量信号输入的接线情况。

本实施例中的自适应开关量采集方法实现了自适应开关量采集，对于开关量信号类型不明确的场合，无需专业人员参与，通过自适应模式即可完成信号适配。相比较现有技术，极大的提高了易用性和效率，并且降低了实施成本。该方法各步骤在电路上的具体运行方式和技术效果也可参照前述自适应开关量采集电路中的部分描述，在此不再重复详细论述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。