一种多通道信号切换设备及信号切换方法与流程

本发明实施例涉及信号切换领域，尤其涉及一种多通道信号切换设备及信号切换方法。

背景技术：

随着工业和军事技术的快速发展，各领域所用测试系统和信号传输系统的复杂度越来越高、规模越来越大、信号通道数也越来越多。这些系统在使用过程中，往往会面临着要将有限的资源(如频段资源、稀有测试设备等)进行充分利用的问题。因此，需要在多通道信号系统中增加切换设备(又名“开关矩阵”)，以实现资源的灵活调配、完成信号流的通道间切换。

传统的多通道信号切换设备是由多个继电器开关矩阵级联组成，由于采用了大量的继电器，使得整个切换设备体积庞大、控制电路复杂、响应时间长、功耗大，触点寿命短。同时，因为设备内芯片多、焊点多，所以在电路板的电装过程中，受设备、操作者技能、电子元件焊接质量和元件自身质量等因素的影响，难以保证开关矩阵的焊接可靠性，必须进行全面的出厂检测。

为避免传统开关矩阵中存在的各种缺点，一些技术人员提出了不同的多通道信号切换方法。其中，军械工程学院的王振生等人在论文“基于i²c总线的大型开关矩阵设计与实现”中介绍了一种采用usb接口，利用i²c总线传输数据，由cpld控制多路复用器件的大型开关矩阵结构，具有较高的切换速度及较好的电气性能，并满足了小型化的要求，但是该设备无法独立工作，需要通过外部pc机发送控制指令以实现信号流的切换，且系统组成结构复杂，硬件设计难度高。电子科技大学的许文先等人在论文“模拟开关矩阵mt8808的性能及其应用”中提出用模拟开关矩阵芯片mt8808替换传统的继电器开关实现了多通道信号的切换功能，节省了大量的电路空间，简化了布线，减少了通道间干扰，提高了信号质量。但该设计信号切换的程控方法不灵活，且无法方便的对开关矩阵的工作状态进行随时变更。申请号为201620367644.9的专利中，使用微处理器单元接收并解析通道配置指令，再由fpga逻辑单元依据指令对输入、输出端信号通道进行切换和连接。该装置结构简单、信号切换灵活，但由于其直接利用fpga芯片进行信号通道的连接，使得系统可支持的信号种类和电气范围受限，无法得到广泛应用。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种多通道信号切换设备及信号切换方法，用以解决现有技术中多通道信号切换设备体积庞大、控制电路复杂、响应时间长、功耗大，触点寿命短，同时程控方法不灵活，且无法方便的对开关矩阵的工作状态进行随时变更的问题

第一方面，本发明实施例提供一种多通道信号切换设备，包括：输入接口、电源管理模块、交叉开关矩阵、微处理器和输出接口；

所述输入接口和输出接口分别与所述交叉开关矩阵相连；

所述微处理器与所述交叉开关矩阵相连，用于接收用户指令并根据所述用户指令控制所述交叉开关矩阵；

所述电源管理模块用于向设备供电；

其中，所述交叉开关矩阵具体为支持宽输入电压的交叉开关矩阵芯片。

其中，所述对电源管理模块具体包括：电压调理芯片、可充电锂电池和开关电源子模块；所述开关电源子模块，用于将外接的220v交流电转换为直流电并向设备供电；所述电压调理芯片，用于将所述开关电源子模块转换的直流电压调制为所述交叉开关矩阵和所述微处理器需要的电压。

其中，所述电源管理模块还包括：可充电锂电池，用于当没有外接220v交流电时，向设备供电，相应的，所述电压调理芯片还用于根据所述直流电压为所述可充电锂电池充电。

其中，所述设备还包括：交互模块，用于显示当前设备状态，并接收用户发送的控制信息。

其中，所述设备还包括：无线通讯模块，用于与用户终端相连，接收所述用户终端发送的用户指令并将所述控制指令发送给所述嵌入式微处理器。

其中，所述无线通讯模块还用于接收所述微处理器发送的设备状态信息，并将所述设备状态信息发送给用户终端。

第二方面，本发明实施例提供一种多通道信号切换方法，包括：

微处理器接收用户指令，根据所述用户指令的输入端口号判定所述用户指令的来源，进而判定所述用户指令中的效验位信息；

若判断获知所述效验位信息正确，则根据编码协议将所述用户指令解析为交叉开关矩阵的通道连接状态的设置信息；

根据所述设置信息对所述交叉开关矩阵进行控制。

其中，若判断获知所述效验位信息错误，则向所述用户指令的来源回复，设置失败信息。

其中，所述微处理器接收用户指令之前的步骤，还包括：初始化交叉开关矩阵和微处理器，以使所述交叉开关矩阵的所有开关都处于断开状态，同时所述微处理器进入待机模式。

其中，所述根据所述设置信息对所述交叉开关矩阵进行控制的步骤之后，还包括：向所述用户指令的来源回复设置成功信息。

本发明实施例提供的多通道信号切换设备，使用了宽输入电压的交叉开关矩阵芯片作为各通道连接和切换的核心，相较于传统设备，减小了设备体积、重量、功耗和设计难度，扩大了信号支持类型，同时使用微处理器对交叉开关矩阵进行控制，增加了设备使用的便利性和灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的多通道信号切换设备的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的多通道信号切换设备的硬件控制电路框图；

图3为本发明一实施例提供的多通道信号切换方法的流程示意图；

图4为本发明一实施例提供的多通道信号切换方法的另一流程示意图；

图5为本发明一实施例提供的多通道信号切换方法的又一流程示意图；

图6为本发明一实施例提供的多通道信号切换方法中，用户终端的使用流程示意图。

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中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

参考图1，图1为本发明一实施例提供的多通道信号切换设备的结构示意图，所提供的设备包括：输入接口11、电源管理模块14、交叉开关矩阵13、微处理器15和输出接口12。

所述输入接口11和输出接口12分别与所述交叉开关矩阵13相连；所述微处理器15与所述交叉开关矩阵13相连，用于接收用户指令并根据所述用户指令控制所述交叉开关矩阵13；所述电源管理模块13用于向设备供电；其中，所述交叉开关矩阵13具体为支持宽输入电压的交叉开关矩阵芯片。

具体的，本实施例主要提供一种多通道信号切换设备，其中设备包含硬件控制电路、底层驱动程序，其中硬件控制电路搭载着设备的电源、控制和通讯核心，是系统功能实现的硬件基础；底层驱动程序设置在微处理器中，根据各硬件模块的功能原理，构建出整个设备的工作流程框架。其中，硬件控制电路包含有输入接口，输出接口和交叉开关矩阵，其中，交叉开关矩阵为支持宽输入电压的交叉开关矩阵芯片，能够兼容ttl、cmos、以及工业现场总线等多种模拟和数字信号类型。同时根据微处理器发送的控制时序，交叉开关矩阵能够实时记录并设置各输入接口、输出接口间的开关状态。底层驱动程序主要用于控制微处理器完成与各个硬件模块之间的数据交换和工作流程切换。电源管理模块主要用于为交叉开关矩阵和微处理器供电。

嵌入式微处理器是多通道信号切换设备的控制调度中心，通过与触摸式交互模块进行数据交换，处理器一方面能够向外发送设备当前状态信息，另一方面能够获取用户下发的各通道连接状态设置指令。然后，处理器将用户指令转换为符合协议的控制时序后发送给交叉开关矩阵，以完成各通道连接状态的切换。此外，使用内置的模数转化(adc)模块，微处理器能够实现对电池电压的监测和记录。

本发明实施例提供的设备，使用了宽输入电压的交叉开关矩阵芯片作为各通道连接和切换的核心，相较于传统设备，减小了设备体积、重量、功耗和设计难度，扩大了信号支持类型，同时使用微处理器对交叉开关矩阵进行控制，增加了设备使用的便利性和灵活性。

在上述实施例的基础上，所述对电源管理模块具体包括：电压调理芯片、可充电锂电池和开关电源子模块；所述开关电源子模块，用于将外接的220v交流电转换为直流电并向设备供电；所述电压调理芯片，用于将所述开关电源子模块转换的直流电压调制为所述交叉开关矩阵和所述微处理器需要的电压。

所述电源管理模块还包括：可充电锂电池，用于当没有外接220v交流电时，向设备供电，相应的，所述电压调理芯片还用于根据所述直流电压为所述可充电锂电池充电。

具体的，如图2所示，电源管理模块使用开关电源和电压调理芯片，负责将外部输入交流电源或内置锂电池电压调理至其他模块所需电压。在电源管理模块中，电源管理模块首先由开关电源将外部输入的220v交流电转换成直流为整个设备供电，然后使用电压调理芯片将直流电源或内置的可充电锂电池电压调理至其他模块所需的多种电压。同时电压调理芯片内部集成了动态电源路径管理和电池充电功能，它能够根据电池或直流电源电压的大小动态选择供电通路和充放电方案。

通过此装置，配合内置可充电锂电池，进一步提高了设备的通用性和便携性。

在上述实施例的基础上，所述设备还包括：交互模块，用于显示当前设备状态，并接收用户发送的控制信息。

具体的，设备上还设置有触摸式液晶屏作为设备的交互模块，触摸式液晶屏用于显示当前设备状态，并能对用户输入的设置信息进行采集和下发，嵌入式微处理器是整个设备的控制中心，它能够通过触摸式液晶屏获取用户下发的设置指令，并将指令转换为符合协议的控制时序后发送给交叉开关矩阵。

在上述实施例的基础上，所述设备还包括：无线通讯模块，用于与用户终端相连，接收所述用户终端发送的用户指令并将所述控制指令发送给所述嵌入式微处理器。所述无线通讯模块还用于接收所述微处理器发送的设备状态信息，并将所述设备状态信息发送给用户终端。

具体的，无线通讯模块通过特定频段与用户终端连接，是本设备与移动端进行程控交互的桥梁，它既可以将微处理器上传的数据调制为符合无线通讯协议的信号发送给移动端，也可以将接收到的移动端无线信号解调成数字信号后，下发给微处理器以执行相应的指令。在用户终端上安装有相应的应用软件，为了实现移动端对多通道信号切换设备的远程控制而开发，通过无线通讯连接，应用软件既能够获取设备名称、设备编号、电池电量和当前各通道连接状态等信息，也能够支持用户对远程设备的连接状态进行实时设置和更改。同时，用户还可根据使用需求保存一组或多组设备连接状态的预设指令，并在设备使用时随时调用。

通过此设备，通过引入嵌入式微处理器、触摸式液晶屏以及无线通讯模块等部件，使得设备输入、输出通道间的连接状态既可以在本地使用触摸屏也可以在远程使用移动端进行程控设置，增加了设备使用的便利性和灵活性。

参考图3，图3为本发明一实施例提供的多通道信号切换方法的流程示意图，所提供的方法包括：

s301，微处理器接收用户指令，根据所述用户指令的输入端口号判定所述用户指令的来源，进而判定所述用户指令中的效验位信息。

s302，若判断获知所述效验位信息正确，则根据编码协议将所述用户指令解析为交叉开关矩阵的通道连接状态的设置信息。

s303，根据所述设置信息对所述交叉开关矩阵进行控制。

具体的，如图4所示，当测到有用户指令下发时，程序首先会唤醒微处理器从待机模式进入工作模式，并根据发生通讯的端口号判断当前指令来源。然后计算指令段中的校验位以判断指令接收是否正确，若正确接收到指令，则按照编码协议将指令解析成设备各通道连接状态的设置信息，再将设置信息转换为交叉开关矩阵的控制时序后发出，同时向指令来源回复“设置成功”信息。最后在指令执行完成后，微处理器会退出中断服务程序进入待机模式，等待下次指令接收事件的触发。

在验证效验位的过程中，若判断获知未正确接收到指令，则向指令来源回复“设置失败”信息。

在上述实施例的基础上，所述微处理器接收用户指令之前的步骤，还包括：初始化交叉开关矩阵和微处理器，以使所述交叉开关矩阵的所有开关都处于断开状态，同时所述微处理器进入待机模式。

具体的，参考图5，图5为本发明一实施例提供的多通道信号切换方法的又一流程示意图，设备在开启的时候，会有系统初始化动作，

系统初始化和引导程序在多通道信号切换设备上电后，首先对嵌入式微处理器进行系统时钟选择、芯片引脚分配、通讯接口和adc外设功能配置。然后对交叉开关矩阵进行初始化，使芯片内所有开关均处于断开状态，这样能避免因为上电后各通道连接状态不确定，导致其他设备损坏的现象。接着通过与触摸式液晶屏和无线通讯模块等外部组件进行握手通讯，以验证各组件连接是否正常。若连接失败，则控制设备故障灯闪烁对用户进行提示；若连接成功则按照默认设置对各组件进行参数配置以完成设备初始化。最后，开启微处理器通讯中断并使能触摸式液晶屏和无线通讯模块的通讯端口后，进入低功耗待机模式，等待外部中断的唤醒。当触摸式液晶屏或无线通讯模块检测到有用户指令下发时，会产生中断信号触发微处理器进入指令接收服务程序。

在上述实施例的基础上，当使用用户终端进行控制时，如图6所示，打开移动端应用软件后，程序会主动获取无线通讯模块适配器，检测移动端是否开启无线通讯功能模块，如模块未开启则跳转至移动端无线通讯功能设置界面，等待用户打开该模块。在开启移动端无线通讯功能后，程序就进入了指令设置界面。在该界面下，程序会主动获取多通道信号切换设备的相关信息，如设备类型、设备编号、电池电量和当前各通道连接状态等信息，并显示在屏幕上供用户查阅。同时在该界面下，后台会不断检测是否有命令按键被按下，如没有则继续等待；若有按键被触发，程序即会执行按键对应的命令，如通道重置、通道设置、连接状态预设/保存等。然后检测命令是否被成功执行，如执行成功，程序会推送“命令执行成功”的信息；如执行失败，则会推送“命令执行失败”的信息。最后在当前命令执行完成后，程序会返回指令设置界面，等待新的按键命令触发。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

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精神和范围。