一种通用开关量信号采集电路及该电路故障判断方法与流程

本发明属于自动化控制，具体涉及一种通用开关量信号采集电路及该电路故障判断方法。

背景技术：

1、坦克装甲车辆电气系统中包含多种电子控制单元。随着车辆信息化、数字化程度的逐渐提升，为了实现日益繁多的控制与监测功能，满足车辆状态控制及功能转换等使用要求，各电子控制单元需采样数量繁多的开关量信号，如驾驶员显控终端开关量采集、驾驶员操控面板开关量采集以及一些传感器等开关量信号采集，都需要由电子控制单元的信号采集电路对其进行采样处理，转化成电子控制单元能够识别和接受的数字信号，进而实现监测和逻辑控制功能。因此，开关量信号采集电路作为信号处理的关键环节，其功能设计的合理与否在整个电子控制单元的电路设计中就显得尤为重要。

2、单片机实现开关量采集一般由i/o口实现，但是不仅高电压开关量信号和低电压开关量信号要通过软件程序配置不同的i/o口采集，而且被采集的电压信号还需要增设相应专门的外围电压调理电路进行调理后，才能与相应的i/o口连接，以适应不同单片机i/o口所能够接收的0-5v电压信号。所以，传统开关量采集电路设计复杂，成本较高，对mcu硬件资源占用较大，而且传统开关量采集电路不能识别判断电压信号异常或后端断路情况。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种通用开关量信号采集电路及该电路故障判断方法，通过简单可靠的硬件设计，灵活实现对不同开关量信号的通用采集，结构简单，且能够实现开关量采集电路的通用化和模块化。

2、本发明是通过下述技术方案实现的：

3、一种通用开关量信号采集电路，包括：四个电路接口、二极管d1、二极管d2、电容c1、电阻r1、电阻r3和电阻r4；

4、令四个电路接口分别为接口ⅰ、接口ⅱ、接ⅲ和接口ⅳ；

5、接口ⅰ用于与电子控制单元连接，实现外部开关量的输入；

6、接口ⅱ用于与单片机的i/o口连接，实现单片机对外部开关量的采集；

7、接口ⅲ接地，接口ⅳ用于连接+5v直流电压；

8、接口ⅰ与接口ⅱ之间串联设置电阻r1，令电阻r1和接口ⅱ之间的电位点为u点，u点的等电位点形成采样通道；

9、二极管d2的正极与采样通道连接，负极与接口ⅳ连接；电阻r4与二极管d2并联设置；

10、二极管d1的负极与采样通道连接，正极与接口ⅲ连接，电容c1与二极管d1并联设置；r3也与二极管d1并联设置。

11、进一步的，采样通道与接口ⅱ之间串联设置有电阻r2。

12、进一步的，电阻r1的阻值为33kω，电阻r3的阻值为100kω；电阻r4的阻值为100kω；电容c1的电容值为0.1μf；二极管d1和d2的导通压降为0.3v。

13、一种通用开关量信号采集电路故障判断方法，基于一种通用开关量信号采集电路，具体方式为：

14、单片机内的内嵌软件对采集到的采样通道的电压值进行判断：

15、若采样通道的电压值u≠5*r3/(r3+r4)，则单片机判断接口ⅰ与电子控制单元正常电连接；

16、若采样通道的电压值u＝5*r3/(r3+r4)，则单片机初步判断接口ⅰ与电子控制单元断开，进行故障反馈。

17、进一步的，所述u＝5*r3/(r3+r4)的计算方式为：

18、当接口ⅰ与电子控制单元断开时，采集电路等效于电阻r3和电阻r4分压，则有：

19、(5-u)/r4＝u/r3

20、计算得到：u＝5*r3/(r3+r4)。

21、有益效果：

22、(1)本发明利用二极管的电压钳位作用，将采样通道电压u钳位在单片机i/o口能够接收的范围内，实现高电压和低电压的开关量采集的通用化和模块化，缩小了系列化产品的重复性设计开发周期，而且本电路结构简单，无需相应的调理电路对电压信号进行调理，提高了电路采样的可靠性和适应性。该电路应用在车辆领域时，开关量一般为0v或24v输入，对应的采样通道电压u为0.9v和5v，能够满足单片机的0-5v电压输入要求和逻辑判断要求。

23、(2)本发明采样通道与接口ⅱ之间串联设置有电阻r2，电阻r2起到限流作用，防止过大电流对单片机造成影响。

24、(3)本发明还提供一种通用开关量信号采集电路故障判断方法，能够根据采集到的采样通道的电压值进行初步的故障判断，对自身采样故障的及时反馈。

技术特征：

1.一种通用开关量信号采集电路，其特征在于，包括：四个电路接口、二极管d1、二极管d2、电容c1、电阻r1、电阻r3和电阻r4；

2.如权利要求1所述一种通用开关量信号采集电路，其特征在于，采样通道与接口ⅱ之间串联设置有电阻r2。

3.如权利要求1或2所述一种通用开关量信号采集电路，其特征在于，电阻r1的阻值为33kω，电阻r3的阻值为100kω；电阻r4的阻值为100kω；电容c1的电容值为0.1μf；二极管d1和d2的导通压降为0.3v。

4.一种通用开关量信号采集电路故障判断方法，基于权利要求1-3任意一项所述一种通用开关量信号采集电路，其特征在于，具体方式为：

5.如权利要求4所述一种通用开关量信号采集电路故障判断方法，其特征在于，所述u＝5*r3/(r3+r4)的计算方式为：

技术总结
本发明公开了一种通用开关量信号采集电路，包括：接口Ⅰ、接口Ⅱ、接Ⅲ、接口Ⅳ、二极管D1、二极管D2、电容C1、电阻R1、电阻R3和电阻R4；接口Ⅰ用于与电子控制单元连接，实现外部开关量的输入；接口Ⅱ用于与单片机的I/O口连接，实现单片机对外部开关量的采集；接口Ⅲ接地，接口Ⅳ用于连接+5V直流电压；接口Ⅰ与接口Ⅱ之间串联设置电阻R1，令电阻R1和接口Ⅱ之间的电位点为U点，U点的等电位点形成采样通道；二极管D2的正极与采样通道连接，负极与接口Ⅳ连接；电阻R4与二极管D2并联设置；二极管D1的负极与采样通道连接，正极与接口Ⅲ连接，电容C1与二极管D1并联设置；R3也与二极管D1并联设置；本发明能够灵活实现对不同开关量信号的通用采集。

技术研发人员：王美靖,林如宁,张文,王长城,邓高寿,康鸿飞
受保护的技术使用者：中国北方车辆研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15