专利名称：开关量输入电路及控制器的制作方法
技术领域：
本申请涉及工程机械控制技术领域，特别是涉及一种应用于工程机械的控制器的开关量输入电路及控制器。
背景技术：
目前，工程机械控制系统存在两种电压控制系统，分别是24V电压控制系统和12V电压控制系统。比如，挖掘机控制系统就是采用24V电压控制系统，而拖拉机控制系统则是采用12V电压控制系统。在24V电压控制系统中，需要将24V电压转换为适合控制芯片的电压，12V电压控制系统中，需要将12V电压转换为适合控制芯片的电压，因此，采用24V电压控制系统的开关量输入电路不能应用于12V的电压控制系统，同理，采用12V电压控制系统的开关量输入电路不能应用于24V的电压控制系统。而且，工程机械的工作现场通常存在较强的干扰信号，从而造成开关量采集失真，进而影响工程机械的控制准确度。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种开关量输入电路及控制器，以实现该电路能够同时适用于24V控制系统和12V控制系统，且抗干扰能力强，从而提高了工程机械系统的控制准确度，技术方案如下本申请提供一种开关量输入电路，包括瞬态抑制二极管、第一分压电路、第一滤波电容、箝位保护电路和比较电路，其中所述保护电路为一瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的阴极连接所述开关量输入电路的信号输入端，阳极连接接地端；所述分压电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端连接所述信号输入端，另一端通过所述第二分压电阻连接接地端；所述第一滤波电容并联在所述第二分压电阻的两端；所述箝位保护电路的第一端连接所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共
接点，第二端连接接地端，第三端连接第一直流电源；所述比较电路的第一输入端连接所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共接点，所述比较电路的第二输入端连接所述开关量输入电路的阈值电压控制端，所述比较电路的输出端为所述开关量输入电路的信号输出端。优选的，上述的开关量输入电路还包括模式选择电路，所述模式选择电路包括第一模式选择支路、第二模式选择支路和第三模式选择支路；所述第一模式选择支路一端连接所述开关量输入电路的信号输入端，另一端连接所述开关量输入电路的第一控制信号输入端；所述第二模式选择支路一端连接所述开关量输入电路的信号输入端，另一端连接所述开关量输入电路的第二控制信号输入端；所述第三模式选择支路一端连接所述开关量输入电路的信号输入端，另一端连接所述开关量输入电路的第三控制信号输入端。优选的，所述第一模式选择支路包括第一电阻、第四电阻、第一开关管，所述第一开关管的控制端连接所述开关量输入电路的第一控制信号输入端，第一端通过所述第一电阻连接所述信号输入端，第二端连接接地端，所述第四电阻并联在所述第一开关管的控制端和第二端之间；所述第二模式选择支路包括第二电阻、第五电阻、第二开关管，所述第二开关管的控制端连接所述开关量输入电路的第二控制信号输入端，第一端通过所述第二电阻连接所述信号输入端，第二端连接接地端，所述第五电阻并联在所述第二开关管的控制端和第二端之间；所述第三模式选择支路包括第三电阻、第六电阻、第三开关管，所述第三开关管的控制端连接所述开关量输入电路的第三控制信号输入端，第一端通过所述第三电阻连接所述信号输入端，第二端连接第二直流电源，所述第六电阻并联在所述第三开关管的控制端和第二端之间。优选的，所述第一开关管和所述第二开关管均为NMOS管，所述第一端为所述NMOS管漏极，所述第二端为所述NMOS管的源极，所述控制端为所述NMOS管的栅极；所述第三开关管为PMOS管，所述第一端为所述PMOS管漏极，所述第二端为所述PMOS管的源极，所述控制端为所述PMOS管的栅极。优选的，上述的开关量输入电路还包括第二分压电路，所述比较电路的第二输入端通过所述第二分压电路连接所述开关量输入电路的阈值电压控制端；所述第二分压电路包括第三分压电阻、第四分压电阻和第五分压电阻，其中
所述第三分压电阻的一端连接所述第一直流电源，另一端通过所述第四分压电阻连接接地端；所述第五分压电阻的一端连接所述阈值电压控制端，另一端连接所述第三分压电阻和所述第四分压电阻的公共接点，且所述第三分压电阻和所述第四分压电阻的公共接点连接所述比较电路的第二输入端。优选的，所述比较电路包括比较器，所述比较器的同相输入端为所述比较电路的第一输入端，反相输入端为所述比较电路的第二输入端，所述比较器的输出端为所述比较电路的输出端。优选的，上述的开关量输入电路还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容的一端连接所述第二直流电源的正极性端，另一端连接接地端。优选的，所述箝位保护电路为开关二极管。优选的，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的阻值范围均为20ΚΩ飞0ΚΩ。本申请还提供一种控制器，包括上述的开关量输入电路和微处理器，其中所述微处理器输出的控制信号提供给所述开关量输入电路，并接收所述开关量输出电路得到的数字信号。 由以上本申请实施例提供的技术方案可见，所述开关量输入电路包括瞬态抑制二极管、第一分压电路、第一滤波电容、箝位保护电路和比较电路，其中，所述第一分压电路连接在所述开关量输入电路的信号 输入端，对信号输入端输入的电压信号进行分压，得到合适的电压，使得开关量输入电路既适用于24V电压，又适用于12V电压。而且，所述瞬态抑制二极管连接在信号输入端，在输入端就对开关量输入电路进行了保护，滤除了从信号输入端输入的外界干扰信号；箝位保护电路将开关量输入电路的电压箝位在预设电压，保护了后级的比较电路，使得所述开关量输入电路工作更可靠。
为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本申请实施例一种开关量输入电路的电路原理示意图；图2为本申请实施例另一种开关量输入电路的电路原理不意图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。请参见图1,示出了本申请实施例一种开关量输入电路的电路结构示意图,所述开关量输入电路包括瞬态抑制二极管D1、第一分压电路100、第一滤波电容Cl、箝位保护电路200、比较电路300。具体的，所述瞬态抑制二极管Dl的阴极连接所述开关量输入电路的信号输入端Din,阳极连接接地端。瞬态抑制二极管Dl作为开关量输入电路的第一级保护电路，能够屏蔽浪涌电压或其他的电磁干扰信号。具体的，瞬态抑制二极管Dl的两极受到反向瞬态高能量冲击时，能够在极短的时间(10_12秒量级)内，将瞬态抑制二极管Dl两极将的高阻抗变为低阻抗，吸收数千瓦的浪涌功率，使瞬态抑制二极管Dl两极间的电压箝位于一个预定值(具体为33V)，从而有效地保护电路中的精密元器件免受浪涌电压冲击。所述第一分压电路100包括第一分压电阻Rl和第二分压电阻R2。所述第一分压电阻Rl与第二分压电阻R2串联连接与所述信号输入端Din与接地端之间，其中，所述第一分压电阻Rl和第二分压电阻R2的阻值范围均为20K Ω飞OK Ω，用于将从所述信号输入端Din输入的24V电压、12V电压或其他数值的电压分压到合适的电压范围。所述第一滤波电容Cl并联在所述第二分压电阻R2的两端，且第一滤波电容Cl与第一分压电阻R1、第二分压电阻R2构成滤波网络，用于滤除从信号输入端Din输入的干扰信号。其中，第一滤波电容Cl的容值取值范围，由第一分压电阻R1、第二分压电阻R2及输入信号端Din的开关量输入信号频率共同决定。若开关量输入信号的频率范围为IOOHz量级，则第一滤波电容Cl选择nF级的电容；若开关量输入信号的频率范围为IOKHz量级，则第一滤波电容Cl选择pF级的电容。所述箝位保护电路200的第一端连接第一分压电阻Rl和第二分压电阻R2的公共接点，第二端连接接地端，第三端连接第一直流电源VCCA。箝位保护电路200用于将信号输入端输入的电压高于第一直流电源VCCA的信号快速释放至第一直流电源VCCA，使得后级的比较电路的电压不超过VCCA。具体实施时，箝位保护电路200可以通过开关二极管DNl实现，开关二极管DNl内有串联连接的两个PN结，两个PN结的公共接点为箝位保护电路200的第一端，两个PN结串联后的阳极为箝位保护电路200的第二端，两个PN结串联后的阴极为箝位保护电路200的第二端。开关二极管是半导体二极管的一种，由导通变为截止或由截止变为导通时所需要的时间比普通二极管短，如此，当信号输入端出现高于第一直流电源VCCA的电压信号时，则快速被释放至第一直流电源VCCA的电压；当信号输入端出现负电压的信号时，则被快速释放到地线上，从而起到了箝位保护作用，使后级电路更加稳定可靠的工作。所述箝位保护电路为本实施例提供的开关量输入电路又一层保护电路，使得后级电路的工作更可靠更稳定。所述比较电路300的第一输入端连接第一分压电阻Rl和第二分压电阻R2的公共接点，比较电路300的第二输入端连接所述开关量输入电路的阈值电压控制端Uth，比较电路300的输出端为所述开关量输入电路的信号输出端DOTt。具体的，所述比较电路可以通过比较器UlA实现，对信号输入端Din采集到的开关量信号与阈值电压控制端Uth传输的阈值电压Ut进行比较，从而将所述开关量信号转换为
数字信号。同时，比较器UlA同时起到隔离作用，使得开关量输入电路多了一层保护，因此本申请提供的开关量输入电路更可靠。本实施例提供的开关量输入电路，通过第一分压电路将信号输入端输入的24V电压、12V电压或其他电平的电压分压到合适的电压值，因此，该开关量输入电路既适用于24V电压控制系统又适用于12V电压控制系统，提高了开关量输入电路的通用性。请参见图2,示出了另一种开关量输入电路的电路示意图。在图1所示的开关量输入电路的基础上增设了模式选择电路和第二分压电路，增设模式选择电路的开关量输入电路既可以采集高电平信号，又可以采集低电平信号。增设所述第二分压电路后，所述开关量输入电路可以适用于两种不同的阈值电压，应用更灵活。具体的，如图2所示，所述开关量输入电路包括瞬态抑制二极管D1、第一分压电路100、第一滤波电容Cl、箝位保护电路200、比较电路300、模式选择电路400、第二分压电路 500。下面将着重介绍模式选择电路400和第二分压电路500，其他部分的电路与图1中的电路相同，此处不再赘述。模式选择电路400包括第一模式选择支路、第二模式选择支路和第三模式选择支路。
所述第一模式选择支路包括电阻R3、电阻R4、开关管Q1，开关管Ql的控制端连接所述开关量输入电路的第一控制信号输入端，第一端通过电阻R3连接所述信号输入端Din，第二端连接接地端，电阻R4并联在所述开关管Ql的控制端和第二端之间。具体的，开关管Ql为NMOS管，当第一控制信号输入端输入的控制信号R3_down_control为高电平信号时，开关管Ql导通，将电阻R3下拉至地电位，用于采集正向开关量信号。具体的所述电阻R3的阻值范围在8ΚΩ 15ΚΩ之间，所述开关管Ql在选型时，需要考虑流经NMOS管的源漏极的电流的大小，NMOS管的源漏极电流不小于瞬态抑制二极管Dl所箝位的电压与电阻R3比值得到的电流。
所述第二模式选择支路包括电阻R5、电阻R6、开关管Q2，所述开关管Q2的控制端连接所述开关量输入电路的第二控制信号输入端，第一端通过电阻R5连接所述信号输入端，第二端连接接地端，所述电阻R6并联在所述开关管Q2的控制端和第二端之间。具体的，开关管Q2为NMOS管，当第二控制信号输入端输入的控制信号R5_down_control为高电平信号时，开关管Q2导通，将电阻R5下拉至地电位，用于采集正向开关量信号。所述电阻R5的阻值范围在IK Ω 5K Ω之间，所述开关管Q2在选型时，需要考虑流经NMOS管的源漏极的电流的大小，NMOS管的源漏极电流不小于瞬态抑制二极管Dl所箝位的电压与电阻R5比值得到的电流。需要说明的是，所述第一模式选择支路中的电阻R3的阻值与所述第二模式选择支路中的电阻R5的阻值范围不同，两种模式选择支路适用于采集不同开关中的开关量，实际运用中有些开关需要的电流较大，以防止开关触点的氧化。所述第三模式选择支路包括电阻R7、电阻R8、开关管Q3，所述开关管Q3的控制端连接所述开关量输入电路的第三控制信号输入端R7_up_COntix)l，第一端通过电阻R7连接所述信号输入端，第二端连接第二直流电源VCCB，所述电阻R8并联在所述开关管Q3的控制端和第二端之间。具体的，开关管Q3为PMOS管，当第三控制信号输入端输入的控制信号R7_up_control为低电平信号时，开关管Q3导通，将电阻R7上拉至第二直流电源VCCB，用于采集
负向开关量信号。所述电阻R7的阻值范围在8ΚΩ 15ΚΩ之间，所述开关管Q3在选型时，需要考虑流经PMOS管的源漏极的电流的大小，PMOS管的源漏极电流不小于瞬态抑制二极管Dl所箝位的电压与电阻R7的比值得到的电流。优选的，所述开关管Q1、Q2和Q3的控制端分别通过电阻R9、R10、R11连接对应的控制输入端，电阻R9、R10、R11选用小阻值的电阻，作用在于改变开关管的控制脉冲前后沿陡度和防止震荡，以使开关管的导通稍微变慢，避免开关管过驱动。所述第二分压电路300，用于将阈值电压控制端提供的电压信号进行分压得到两种电压不同的阈值电平，使得所述开关量输入电路的适用范围更广泛。所述第二分压电路包括电阻R12、R13、R14，其中电阻R12和电阻R13串联连接于第二直流电源VCCB和接地端之间，电阻R12和R13的公共接点连接所述比较器Ul的第二输入端；电阻R14的一端连接所述阈值电压控制端，另一端连接电阻R12和R13的公共接点。
具体实施时，当所述阈值电压控制端提供的电压信号Uth为高电平时，其电压值为3. 3V，则比较器Ul的第二输入端输入的电压U0=((VCCB/(R12+R13) )+(3. 3/(R14+R13)))*R13 ；当所述阈值电压控制端提供的电压信号Uth为低电平时，其电压值为0V，则比较器UlA的第二输入端输入的电压U1=VCCB*R13/(R12+R13)，由此可知Ul < U0。因此，通过控制阈值电压控制端输入的信号，可以选择两种不同的阈值电压，可采集到不同的开关量信号。经过所述第二分压电路进行分压后的信号输入至比较器UlA的反相输入端，当阈值电压控制端输入的阈值电压为Ul时，比较器UlA的同相输入端输入的电压U2 > Ul时，比较器UlA输出高电平，当U2 < Ul时，则比较器UlA输出低电平信号，最终在比较器的输出端获得所述开关量信号对应的数字信号(高/低电平信号)·本实施例提供的开关量输入电路，增设有模式选择电路，既可以采集高电平信号，又可以采集低电平信号。增设所述第二分压电路后，所述开关量输入电路可以适用于两种不同的阈值电压，应用更灵活。本申请还提供一种控制器，包括上述实施例提供的开关量输入电路和微处理器，其中，所述微处理器输出的控制信号输入至开关量输入电路的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端、第三控制信号输入端、阈值电压控制端，用于控制开关量输入电路的工作状态，而且所述开关量输入电路输出的数字信号(将采集到的开关量信号转换后得到的数字信号)提供给微处理器，微处理器依据所述数字信号控制系统中其他的部件的工作状态。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。以上所述仅是本申请的具体实施方式
，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
权利要求
1.一种开关量输入电路，其特征在于，包括瞬态抑制二极管、第一分压电路、第一滤波电容、箝位保护电路和比较电路，其中 所述保护电路为一瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的阴极连接所述开关量输入电路的信号输入端，阳极连接接地端； 所述分压电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端连接所述信号输入端，另一端通过所述第二分压电阻连接接地端； 所述第一滤波电容并联在所述第二分压电阻的两端； 所述箝位保护电路的第一端连接所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共接点，第二端连接接地端，第三端连接第一直流电源； 所述比较电路的第一输入端连接所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共接点，所述比较电路的第二输入端连接所述开关量输入电路的阈值电压控制端，所述比较电路的输出端为所述开关量输入电路的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的开关量输入电路，其特征在于，还包括模式选择电路，所述模式选择电路包括第一模式选择支路、第二模式选择支路和第三模式选择支路； 所述第一模式选择支路一端连接所述开关量输入电路的信号输入端，另一端连接所述开关量输入电路的第一控制信号输入端； 所述第二模式选择支路一端连接所述开关量输入电路的信号输入端，另一端连接所述开关量输入电路的第二控制信号输入端； 所述第三模式选择支路一端连接所述开关量输入电路的信号输入端，另一端连接所述开关量输入电路的第三控制信号输入端。
3.根据权利要求2所述的开关量输入电路，其特征在于 所述第一模式选择支路包括第一电阻、第四电阻、第一开关管，所述第一开关管的控制端连接所述开关量输入电路的第一控制信号输入端，第一端通过所述第一电阻连接所述信号输入端，第二端连接接地端，所述第四电阻并联在所述第一开关管的控制端和第二端之间； 所述第二模式选择支路包括第二电阻、第五电阻、第二开关管，所述第二开关管的控制端连接所述开关量输入电路的第二控制信号输入端，第一端通过所述第二电阻连接所述信号输入端，第二端连接接地端，所述第五电阻并联在所述第二开关管的控制端和第二端之间； 所述第三模式选择支路包括第三电阻、第六电阻、第三开关管，所述第三开关管的控制端连接所述开关量输入电路的第三控制信号输入端，第一端通过所述第三电阻连接所述信号输入端，第二端连接第二直流电源，所述第六电阻并联在所述第三开关管的控制端和第二端之间。
4.根据权利要求3所述的开关量输入电路，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为NMOS管，所述第一端为所述NMOS管漏极，所述第二端为所述NMOS管的源极，所述控制端为所述NMOS管的栅极； 所述第三开关管为PMOS管，所述第一端为所述PMOS管漏极，所述第二端为所述PMOS管的源极，所述控制端为所述PMOS管的栅极。
5.根据权利要求1-3任一项所述的开关量输入电路，其特征在于，还包括第二分压电路，所述比较电路的第二输入端通过所述第二分压电路连接所述开关量输入电路的阈值电压控制端； 所述第二分压电路包括第三分压电阻、第四分压电阻和第五分压电阻，其中 所述第三分压电阻的一端连接所述第一直流电源，另一端通过所述第四分压电阻连接接地端； 所述第五分压电阻的一端连接所述阈值电压控制端，另一端连接所述第三分压电阻和所述第四分压电阻的公共接点，且所述第三分压电阻和所述第四分压电阻的公共接点连接所述比较电路的第二输入端。
6.根据权利要求1-3任一项所述的开关量输入电路，其特征在于，所述比较电路包括比较器，所述比较器的同相输入端为所述比较电路的第一输入端，反相输入端为所述比较电路的第二输入端，所述比较器的输出端为所述比较电路的输出端。
7.根据权利要求2所述的开关量输入电路，其特征在于，还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容的一端连接所述第二直流电源的正极性端，另一端连接接地端。
8.根据权利要求1所述的开关量输入电路，其特征在于，所述箝位保护电路为开关二极管。
9.根据权利要求1所述的开关量输入电路，其特征在于，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的阻值范围均为20ΚΩ 60ΚΩ。
10.一种控制器，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的开关量输入电路和微处理器，其中 所述微处理器输出的控制信号提供给所述开关量输入电路，并接收所述开关量输出电路得到的数字信号。
全文摘要
本申请公开了一种开关量输入电路，包括瞬态抑制二极管、第一分压电路、第一滤波电容、箝位保护电路和比较电路，其中，所述第一分压电路连接在所述开关量输入电路的信号输入端，对信号输入端输入的电压信号进行分压，得到合适的电压，使得开关量输入电路既适用于24V电压，又适用于12V电压。而且，所述瞬态抑制二极管连接在信号输入端，在输入端就对开关量输入电路进行了保护，滤除了从信号输入端输入的外界干扰信号；箝位保护电路将开关量输入电路的电压箝位在预设电压，保护了后级的比较电路，使得所述开关量输入电路工作更可靠。
文档编号H02M1/12GK103023307SQ20121058724
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者顾丽丽 申请人:上海派芬自动控制技术有限公司