CN103176461B

CN103176461B - 位置开关状态信号传输方法及***

Info

Publication number: CN103176461B
Application number: CN201310069885.6A
Authority: CN
Inventors: 高平
Original assignee: Guangdian Yuntong Financial Electronic Co Ltd
Current assignee: Guangdian Yuntong Financial Electronic Co Ltd
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: AU2013380739B2; EP2966522A1; US9891606B2; CN103176461A; WO2014134891A1; AU2013380739A1; CL2015002420A1; US20160004234A1; EP2966522A4

Abstract

本发明公开了一种位置开关状态信号传输***，包括：信号输出单元、第一转换装置、第二转换装置和控制单元。由信号输出单元输出各个位置开关的状态信号，并通过第一转换装置将并行的状态信号转换为并行的第一电流信号，将第一电流信号中的各个电流取和后得到第二电流信号，并经过第二转换装置及控制单元还原各个位置开关的数字状态信号。本发明还公开了一种位置开关状态信号传输方法。本发明没有采用时序电路的形式，因而不会受到时序电路的影响，从而能够使主控模块快速准确的获取各个位置开关的状态信号；且通过电缆传输第二电流信号，最少可以通过一根电缆实现，因此可将主控模块和功能模块之间电缆束的直径缩小至最小。

Description

位置开关状态信号传输方法及***

技术领域

本发明涉及嵌入式领域，尤其涉及一种位置开关状态信号传输方法及***。

背景技术

随着科技的不断进步，使得智能机器的应用越来越多，这些智能机器***都具有类似的结构，如图1所示，包括主控模块1，用于对智能机器***的各个组成部分实施自动控制；其他必要部件2，包括执行机构、复杂的机械装置、人机接口等；功能模块3，包括数量众多且分散在智能机器***多个区域的传感器，如：图像传感器、距离传感器、位置传感器等，功能模块与主控模块相连，以便主控模块获取功能模块内传感器的状态和数据。为了使智能机器更加灵活的移动，智能机器的体积通常都要求体积越小越好。

在功能模块3的众多传感器中，位置传感器主要用于检测被检测物体到位或不到位。主要通过采用光学办法检测物体的位置，硬件结构主要包括第一部分和第二部分，其中第一部分（A）是光发射端，第二部分（B）是光敏感端，光发射端A发射的光线照射到光敏感端B，光敏感端B将光线的强弱转换为电压信号输出。当光发射端A和光敏感端B之间的光路上无物体遮挡时，即被检测的物体不在预定的位置时，光敏感端B输出低电平电压；当A和B之间的光路被物体遮挡时，即被检测的物***于预定的位置时，光敏感端B输出高电平电压。因此位置传感器也看为一种位置开关，当被检测的物体不在预定的位置时，光敏感端B输出低电平电压；当被检测的物***于预定的位置时，光敏感端B输出高电平电压。位置开关也可以是一个具有导电触点的开关，比如微动开关。

智能机器为了实现自动控制，通常需要在功能模块内安装数量众多的位置开关，主控制器需要同时获得这些位置开关的状态，以便于准确判断被检测物体到位或不到位。因此为了使主控模块能够获取位置开关的状态，需要在主控模块和功能模块内部的位置开关之间建立有线连接，众所周知，位置开关的数量越多，主控模块与功能模块之间的连接电缆根数就越多，电缆束直径就越大。假设一个功能模块内部需要安装50个位置开关，一般情况下每个位置开关有3条线（其中一条为电源线、一条为地线、一条为数据线），总共150条线，如果这150条线全部需要连接至主控模块，可知电缆束的直径将会很大。在体积受到严格限制的机器中，不允许使用如此大直径的电缆束。

因此现有技术中有两种方法，以便减少功能模块和主控模块之间电缆的条数，使得电缆束的直径减小。

如图2所示，第一种方法为：在功能模块内部将全部的位置开关的电源线统一连接、将全部位置开关的地线统一连接，并将统一连接后的电源线和地线连接至主控模块，即全部位置开关共享电源线和地线，并将各个位置开关的数据线一一连接至主控模块。若位置开关的数量为N，使用该方法最少可将主控模块与功能模块之间的电缆线的数量减少至N+2条。

但使用该方法时，若位置开关的数量很多，由功能模块连接至主控模块的电缆根数仍然较多。

如图3所示，第二种方法为：在第一种方法的基础之上，在功能模块内部将所有位置开关的数据线统一连接至转换器，使用转换器将所有位置开关的状态信号转换为串行数据，并将串行数据通过一条电缆线输出至主控模块，并将主控模块发送至位置开关的命令通过一条电缆输入至转换器，并通过转换器执行主控模块发送来的命令，将位置开关的状态信号转换为串行数据并回送给主控模块。使用该方法可将多个位置开关的状态信号顺序输出，且可以将电缆根数减少到4根左右。

但使用方法二时，由于主控模块使用串行读取的办法，获取一次位置开关输出信号耗费的时间变长，实时性不好，另外串行读取的办法中传输的是数字信号，而数字信号在同一个时刻只能承载一个位置开关的状态信息，为了传输多个位置开关的状态，就必须将多个位置开关的状态信息按时间顺序逐一传送，要实现“按时间顺序逐一传送”的功能，一定要使用时序电路。因此转换器必须内置实现串/并转换功能的电路板，此电路板主要由时序电路组成，而时序电路受到干扰后难以自行恢复，因此可能会向主控模块发送错误的位置信号或者需要耗费更多的时间进行错误检测和修正。

因此现在急需一种方法既能减少主控模块与功能模块之间的电缆数量又能使主控模块快速准确的获取各个位置开关的状态信号。

发明内容

本发明提供了一种位置开关状态信号传输方法及***，使用本方法既能减少主控模块与功能模块之间的电缆数量又能使主控模块快速准确的获取各个位置开关的状态信号。

本发明通过以下技术手段实现：

一种位置开关状态信号传输***，包括：

信号输出单元，用于输出各个位置开关的状态信号；

与所述信号输出单元相连的第一转换装置，用于将大于阈值的状态信号按预设规律，转换为与所述大于阈值的状态信号一一对应的且电流值不为零的第一电流信号，并输出所述第一电流信号中各个电流取和后的第二电流信号；

第二转换装置，用于通过电缆接收所述第二电流信号，并将所述第二电流信号转换为数字电压信号；

控制单元，用于接收所述数字电压信号，还原各个位置开关的数字状态信号。

优选的，所述第一转换装置包括：

与编号为N的各个位置开关一一相连的，且自身相互并联的各个转换单元，其中N=1、2、3……n，n为位置开关的数量；

所述转换单元包括：

与编号为N位置开关相连的开关单元，用于接收并检测所述位置开关的状态信号，若所述状态信号大于阈值，则导通；

与所述开关单元相连的，与所述编号为N的位置开关相对应的，阻值为R*Z^M+N的电阻单元，用于若所述开关单元导通，则将大于所述阈值的状态信号按所述预设规律，转换为与所述大于阈值的状态信号所对应的且电流值不为零的第一电流信号，其中R为任意实数，Z为大于1的自然数，M、N为自然数。

优选的，所述开关单元包括：

MOSFET固态开关；

所述MOSFET的栅极分别与所述编号为N的位置开关的数据线相连；

所述MOSFET的漏极分别与所述电阻单元相连；

所述MOSFET的源极分别与地相连；

所述栅极用于接收所述位置开关的状态信号，若所述状态信号大于所述阈值，则将所述源极与所述漏极导通。

优选的，所述电阻单元包括：

与所述MOSFET的漏极相连，与编号为N的位置开关相对应的，阻值为R*Z^M+N的电阻，其中R为任意实数，Z为大于1的自然数，M、N为自然数；

若所述开关单元导通，依据电源将大于所述阈值的状态信号按所述预设规律，转换为与所述大于阈值的状态信号所对应的且电流值不为零的第一电流信号。

优选的，所述第二转换装置包括：

一端与电源正极相连，一端与所述电缆相连的电流转电压单元，用于接收所述第二电流信号，并将所述第二电流信号转换为模拟电压信号；

与所述电流转电压单元相连的模数转换单元，用于将所述模拟电压信号转换为数字电压信号。

优选的，控制单元包括：

第一计算单元，用于接收所述数字电压信号，计算各个位置开关数字状态信号的和值；

第二计算单元，用于将所述数字状态信号的和值转换为二进制数值，依据所述二进制数值的位，还原所述各个位置开关的数字状态信号。

优选的，所述R*Z^M+N中Z为2。

优选的，所述第二转换装置包括：

电流传感器与A/D转换器；

其中，所述电流传感器的一端所述电源的正极相连，一端与所述电缆相连；

所述电流传感器的输入端接收所述第二电流信号；

所述电流传感器的输出端输出所述模拟电压信号。

优选的，所述***还包括：

运算放大器；

所述运算放大器的同相输入端与所述电源相连；

所述运算放大器的反相输入端与所述电缆相连；

所述运算放大器用于对所述模拟电压信号进行放大，并由输出端进行输出。

一种位置开关状态信号传输方法，包括：

接收各个位置开关的状态信号；

将大于阈值的状态信号按预设规律，转换为与所述大于阈值的状态信号一一对应的且电流值不为零的第一电流信号；

将第一电流信号中各个电流的和值作为第二电流信号；

将所述第二电流信号转换为数字电压信号；

将所述数字电压信号还原各个位置开关的数字状态信号。

本发明有以下有益效果：

本发明公开了一种位置开关状态信号传输***，包括：信号输出单元、第一转换装置、第二转换装置和控制单元，由信号输出单元输出各个位置开关的状态信号，并通过第一转换装置将并行的状态信号转换为并行的第一电流信号，将第一电流信号中的各个电流取和后，合并为串行的第二电流信号，通过电缆直接传输第二电流信号，并经过第二转换装置及控制单元还原各个位置开关的数字状态信号。

本发明中将各个位置开关输出的并行状态信号转换为并行的第一电流信号，由并行的第一电流信号取和得到串行的第二电流信号，并通过电缆传输至主控模块后，还原各个位置开关的数字状态信号。本发明没有采用时序电路的形式，因而不会受到时序电路的影响，抗干扰能力强，从而能够使主控模块快速准确的获取各个位置开关的状态信号；且通过电缆传输第二电流信号，最少可以通过一根电缆实现，因此可将主控模块和功能模块之间电缆束的直径缩小至最小。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为智能机器的结构示意图；

图2为现有技术中主控模块与功能模块的结构示意图；

图3为现有技术中又一主控模块与功能模块的结构示意图；

图4为本发明实施例公开的位置开关状态信号传输***的结构示意图；

图5为本发明实施例公开的位置开关状态信号传输***中第一转换装置的结构示意图；

图6为本发明实施例公开的位置开关状态信号传输***中第一转换装置的电路示意图；

图7为本发明实施例公开的位置开关状态信号传输***中第二转换装置的电路示意图；

图8为本发明实施例公开的位置开关状态信号传输***的电路示意图；

图9为本发明实施例公开的位置开关状态信号传输***中位置开关状态与A/D转换器输出数据对应关系的示意图；

图10为本发明实施例公开的位置开关状态信号传输方法的流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

本发明公开了一种位置开关状态信号传输***，如图4所示，包括：

信号输出单元100，用于输出各个位置开关的状态信号；

在功能模块内部，信号输出单元可以在接收控制单元的命令后，同时输出各个位置开关的状态信号，或信号输出单元自身按某一时间间隔定时的发送各个位置开关的状态信号。

位置开关的状态信号有两种状态，当光发射端A和光敏感端B之间的光路上无物体遮挡时，即被检测的物体不在预定的位置时，光敏感端B输出低电平电压；当A和B之间的光路被物体遮挡时，即被检测的物***于预定的位置时，光敏感端B输出高电平电压。

位置开关用于检测被检测物体到位与不到位，在实际情况下实施时，当光敏感端B输出的电压大于某一阈值时，则认为所述状态信号为高电平电压，当小于所述阈值时，则认为所述状态信号为低电平电压，阈值的大小可以根据具体情况而定，在此不做限定。

第一转换装置200，与所述信号输出单元相连，用于将大于阈值的状态信号按预设规律，转换为与所述大于阈值的状态信号一一对应且电流值不为零的第一电流信号，并输出所述第一电流信号与所述的取和后的第二电流信号；

在功能模块内部，如图5所示，第一转换装置200，包括：与编号为N的各个位置开关一一相连的，且自身相互并联的各个转换单元201，其中N为自然数，N=1、2、3、……n，n为位置开关的数量；转换单元201，包括：开关单元2011与电阻单元2012。

其中，开关单元2011，与编号为N位置开关相连，用于接收并检测所述位置开关的状态信号，若所述状态信号大于阈值，则导通，若所述状态信号小于阈值，则不导通；

电阻单元2012，与所述开关单元相连，与所述编号为N的位置开关相对应，阻值为R*Z^M+N，用于若所述开关单元导通，则将大于所述阈值的状态信号按所述预设规律，转换为与所述大于阈值的状态信号所对应的且电流值不为零的第一电流信号，其中R为任意实数，Z为大于1的自然数，M、N为自然数。

位置开关的编号N是人为按位置开关的顺序，按自然数依次递增或者递减的方式将各个位置开关进行编号，将各个位置开关的编号设为N，N为自然数。

如图5所示，因各个转换单元为并联连接，由电路理论可知，各个转换单元两端的电压是相同的，当各个位置开关发送状态信号后，各个开关单元检测所述各个状态信号，当状态信号大于阈值时，则会导通开关单元，电阻单元在相同电压、阻值不同的情况下，将状态信号转换为状态信号一一对应的且电流值不为零的第一电流信号，当状态信号小于阈值时，则不会导通所述开关单元，因电路处于断开状态，故转换为电流值为零。

当开关单元导通时，由于电阻单元的电阻是呈指数不断变化的，例如：编号为1的阻值为R*Z^M+1，编号为2的阻值为R*Z^M+2，编号为3的阻值为R*Z^M+3，Z的幂指数以位置开关的编号N递增的顺序依次增长，直至最后一个电阻单元，以此类推，编号为N的阻值为R*Z^M+N，因各个转换单元相互并联，电路两端的电压是一致的，各个电阻单元的阻值不同，因此当各个转换单元导通时，各个转换单元上的电流是不同的。

各个导通的转换单元电流按电阻依次递增的顺序，电流依次递减，在各个转换单元的并联支路汇合时，自动将各个支路的电流取和，即将电流为零的各个转换单元和电流不为零的各个转换单元的中的电流取和，将各个转换单元的电流和值作为第二电流信号，并将第二电流信号通过电缆进行输出。

第二转换装置300，用于通过电缆接收所述第二电流信号，并将所述第二电流信号转换为数字电压信号；第二转换装置300包括：电流转电压单元301和模数转换单元302。

其中，电流转电压单元301，一端与电源正极相连，一端与所述电缆相连，用于接收所述第二电流信号，并将所述第二电流信号转换为模拟电压信号；

模数转换单元302，与所述电流转电压单元相连，用于将所述模拟电压信号转换为所述数字电压信号。

功能模块中第一转换装置200将状态信号转换为第二电流信号通过电缆传输至主控模块后，在主控模块内部，电流转电压单元301接收所述第二电流信号，并将第二电流信号转换为模拟电压信号，再通过模数转换单元302将所述模拟电压信号转换为所述数字电压信号。

控制单元400，用于接收所述数字电压信号，还原各个位置开关的数字状态信号。控制单元400包括：第一计算单元401和第二计算单元402。

其中，第一计算单元401，用于接收所述数字电压信号，计算所述各个位置开关数字状态信号的和值；

第二计算单402，用于将所述数字状态信号的和值转换为二进制数值，依据所述二进制数值的位，还原所述各个位置开关的数字状态信号。

本发明中在功能模块端：将各个位置开关输出的并行状态信号转换为并行的第一电流信号，将并行的第一电流信号取和得到串行的第二电流信号，通过电缆发送第二电流信号，在主控模块端通过第二转换装置和控制单元还原出各个位置开关的数字状态信号。避免了采用时序电路的方式，因而不会受到时序电路的影响，抗干扰能力强，且能够使主控模块快速准确的获取各个位置开关的状态信号；且通过电缆传输第二电流信号，最少可以通过一根电缆实现，因此可将主控模块和功能模块之间电缆束的直径缩小至最小。

进一步的，如图6所示，所述开关单元2011包括：

金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET，简称固态开关）；

所述MOSFET的漏极分别与所述电阻单元相连；

所述MOSFET的源极分别地相连；

MOSFET的栅极与编号为N的数据线相连，接收位置开关由数据线输出的状态信号，当状态信号大于MOSFET的导通阀值时，便可使源极与漏极导通，进而导通MOSFET，所有MOSFET的源极共同接地。因此在本发明中阈值为MOSFET的导通阀值，以使MOSFET识别位置开关输出的是高电平电压还是低电平电压，需要说明的是，在本发明中低电平电压明显比MOSFET的导通阀值低，因此不会使MOSFET导通。

如图6所示，所述电阻单元2012包括：

若所述开关单元导通，根据电源将大于所述阈值的状态信号按所述预设规律，转换为与所述大于阈值的状态信号所对应的且电流值不为零的第一电流信号。

与位置开关N相连的电阻单元，编号为RN，设置各个电阻单元的电阻为R*Z^M+N，N为各个位置开关的编号，因各个位置开关的编号不同，因此各个电阻单元的电阻不同，各个开关单元导通后，电阻非常小，可近似为零，因此电阻单元与开关单元相连的一端可以近似看为与地直接相连，所有的电阻单元的另一端共同与电缆相连，因此各个电阻单元相互并联，两端的电压是一致的，因此当开关单元导通后，与导通开关单元相连的电阻单元中的电流是各不相同的，与没有导通开关单元相连的电阻单元中电流近似为零。

如图7所示，电流转电压单元301包括：

一端所述电源的正极相连，一端与所述电缆相连的电流传感器；

所述电流传感器的输入端接收所述第二电流信号；

所述电流传感器的输出端输出所述模拟电压信号。

电流转电压单元，包括为电流传感器、电阻，运算放大器等，只要能将第二电流信号转换为电压信号即可，在此不做限定。

模数转换单元包括：

A/D转换器；

所述A/D转换器的输入端与所述电流传感器相连，用于接收所述模拟电压信号；

所述A/D转换器的输出端输出所述数字电压信号。

用于将电流转电压单元输出的模拟电压信号转换为数字电压信号。

如图7所示，本***还包括：运算放大器；

所述运算放大器的同相输入端与所述电源相连；

所述运算放大器的反相输入端与所述电缆相连；

所述运算放大器用于对所述模拟电压信号进行放大，并由输出端进行输出；

运算放大器的同相输入端与电源相连，反相输入端与电流传感器相连，放大倍数A=100，并由输出端输出放大之后的模拟电压信号，因电流传感器输出的电压信号非常小，为了满足A/D转换器的需求，采用运算放大器将其放大。

增加所述运算放大器之后，模数转换单元包括：

A/D转换器；

所述A/D转换器的输入端与所述运算放大器的输出端相连，用于接收所述模拟电压信号；

A/D转换器的输入端接收运算放大器输出的电压，并在所述A/D转换器的输出端输出所述模拟电压信号，并在A/D转换器的基准电压输入端输入电压为3.3V的电压，以使模拟电压信号转换为数字电压信号。

本发明上述部分，仅介绍了位置开关的状态信号由功能模块至主控模块的传送过程。本发明还可以在功能模块与主控模块之间传送其它类型的数字信号。在数字信号的发送端,由信号输出单元输出各个数字信号，并通过第一转换装置将并行的数字信号转换为并行的第一电流信号，将第一电流信号中的各个电流取和后得到第二电流信号，并通过电缆将第二电流信号传送给数字信号接收端；在数字信号的接收端，经过第二转换装置及控制单元还原各个数字信号的值。通过电缆传输第二电流信号，最少可以通过一根电缆实现，因此可将数字信号发送端和数字信号接收端之间电缆束的直径缩小至最小。

上面介绍了本发明理论的情况，下面将本发明应用至具体的场景中。

如图8所示，为本发明具体应用场景实施例，包括：

设各个位置开关的编号为1、2……N，与位置开关一一相连的MOSFET编号为D1、D2……DN，与各个MOSFET一一相连的电阻单元R1、R2……RN，根据上文的叙述可知，RN=R*Z^M+N。

在本实施例中设R=Rz=1KΩ，Z=2，M=0；可得

RN=Rz*2^N…………公式（1）

其中N为自然数。

各个电阻的比例关系为：R1:R2……:RN=2:4……2^N，其中R1=Rz*2¹，R2=Rz*2²……RN=Rz*2^N。

在本实施例中，编号为D1、D2……DN的MOSFET，其导通电阻分别是Ron_1、Ron_2……Ron_N，其截至状态的电阻分别是Roff_1、Roff_2、……Roff_N。

当位置开关输出高电平电压时MOSFET导通，由图可知，各个转换单元的并联之后的电路与电阻Rs相串联，在具体实施时，Rs非常小，在本实施例中为1Ω，因此将电源V2的值作为各个转换单元的并联时两端的电压，则得各个转换单元中的电流为IN_on=V2/(RN+Ron_N)；在具体实施时，MOSFET的导通电阻Ron_N远小于R1～RN中值最小的一个，因此忽略Ron_N的值对IN_on的影响，即

IN_on=V2/RN…………公式（2）

当位置开关输出电压为低时，MOSFET截至，IN_off=V2/(RN+Roff_N)。在具体实施时，MOSFET关断时的电阻Roff_N远大于R0～Rn中值最大的一个，因此忽略MOSFET截止时的电流，即

IN_off=0…………公式（3）

在本实施例中，采用KN表示位置开关的状态：KN=1时，表示位置开关输出高电平电压；KN=0时，表示位置开关输出低电平电压。

由公式（1）、公式（2）和公式（3）可以得出以下关系：

IN = KN * \frac{V 2}{RN} = \frac{V 2}{Rz} * KN * 2^{- N}

…………公式（4）

则总电流IS：

IS=I1+I2+……+IN…………公式（5）

将公式（4）与公式（5）联立得：

IS = \frac{V 2}{Rz} * (K 1 * 2^{- 1} + K 2 * 2^{- 2} + k 3 * 2^{- 3} + . . ., KN * 2^{- N})

……公式（6）

在主控模块端，使用电流采样电阻Rs将电流IS转换为模拟电压信号VS，VS=(IS+Ia)*Rs，其中Ia是运算放大器反相输入端的输入电流，其数值非常微小，因此在具体实施例时忽略不计，所以可以得出：

VS=IS*Rs…………公式（7）

设运算放大器的放大倍数为A，则进入A/D转换器的电压值：

Vad=A*VS…………公式（8）

由公式（6）、公式（7）和公式（8）联立可得：

Vad = A * Rs * \frac{V 2}{Rz} * (K 1 * 2^{- 1} + K 2 * 2^{- 2} + k 3 * 2^{- 3} + . . . + KN * 2^{- N})

……公式（9）

设A/D转换器的参考电压值为Vr：当所有的位置开关的输出都为高电平电压时，即KN=1；则Vr：

Vr = A * Rs * \frac{V 2}{Rz} * (2^{- 1} + 2^{- 2} + 2^{- 3} + . . . + 2^{- N})

…………公式（10）

经A/D转换器输出的二进制数据的位数为Q=N+1，则A/D转换器输出数据D：

D = \frac{Vad}{Vr} * (2^{Q} - 1)

…………公式（11）

将公式（9）与公式(11)联立得：

D = A * Rs * \frac{V 2}{Rz * Vr} * (2^{Q} - 1) * (1 + K 1 * 2^{- 1} + K 2 * 2^{- 2} + k 3 * 2^{- 3} + . . . + KN * 2^{- N})

…公式（12）

预先设置转换系数

W = A * Rs * \frac{V 2}{Rz * Vr} * (2^{Q} - 1)

…………公式（13）

由公式（13）与公式（12）联立得

D=W*(K1*2^-1+K2*2^-2+k3*2^-3+...+KN*2^-N)…………公式（14）

主控模块端的微控制器读取A/D转换的电压值，进行下述方法计算出位置开关的状态K1～KN：

计算数值P：

P = 2^{n} * \frac{D}{W}

…………公式（15）

由公式（14）与公式（15）联立可得：

P=K0*2^N+K1*2^N-1+K2*2^N-2+k3*2^N-3+...+KN*2⁰…………公式（16）

已知位置开关的个数为N，将P转换为N+1位的二进制数，则位置开关的状态：KN=P(N+1-n)(n=1、2、3……N）…………………公式（17）

因此主控制只需要一次A/D转换和适当的运算，即可同时获取N+1个位置开关的状态。

上述实施例中公式（17）并未计入***误差的影响，当计入***误差时，本发明在上述实施例的基础上增加以下方法：

第一步：预先根据开关位置的数量，与***所需精度确定A/D转换器的Q的值及A/D转换器数据数值P的范围。

以位置开关的数量N=3为例，***所需精度不高，设Q=N+2，在本实施例中为Q=5。根据各个位置开关的开关状态，可得P的范围。

若开关三个位置开关的状态为000，则得到P的数值为000XX，因此P的数值范围为0-3，XX代表两位二进制数值，因此XX的取值范围为0-3。同理可得三个位置开关为其他开关状态时的P的位置范围，具体如图9所示。

本发明的其他步骤与上述实施例中的一致，在在公式（11）中提高A/D转换器输出的二进制数据的位数Q，Q的值比位置开关的个数N大2或者更多，Q的值越大***误差越低，Q值的具体情况可以依据具体情况而定，在此不做限定。第二步：根据P的范围确定各个位置开关的状态；

在公式（16）之后，增加预分析的步骤，根据P值计算得到P所述的范围，根据P所述的范围得到各个位置开关的状态信号。

根据预先计算的数值范围判定N个位置开关的状态。比如，A/D转换的数值为21，则在图9中查找数值P=21包含在第6行的数值范围20～23中，因此三个位置开关的状态为101，三个位置开关的状态依次是1，0，1。

本发明公开了一种位置开关状态信号传输***，包括：信号输出单元、第一转换装置、第二转换装置和控制单元，由信号输出单元输出各个位置开关的状态信号，并通过第一转换装置将并行的状态信号转换为并行的第一电流信号，第一电流信号中的各个电流取和后，合并为串行的第二电流信号，通过电缆直接传输第二电流信号，并经过第二转换装置及控制单元还原各个位置开关的数字状态信号。

本发明中将各个位置开关并行的状态信号转换为并行的第一电流信号和，由并行的第一电流信号和取和得到串行的第二电流信号，避免了采用时序电路的方式，因而不会受到时序电路的影响，抗干扰能力强，从而能够使主控模块快速准确的获取各个位置开关的状态信号；且通过电缆传输第二电流信号，众所周知最少可以通过一根电缆实现，因此可将主控模块和功能模块之间电缆束的直径缩小至最小。

如图10所示，本发明还提供一种位置开关状态信号传输方法，包括以下步骤：

步骤S101：接收各个位置开关的状态信号；

步骤S102：按规律将阈值转换为第一电流信号，即将大于阈值的状态信号按预设规律，转换为与所述大于阈值的状态信号一一对应的且电流值不为零的第一电流信号；

步骤S103：将第一电流信号中各个电流的和值作为第二电流信号；

步骤S104：将所述第二电流信号转换为数字电压信号；

步骤S105：还原各个位置开关的状态信号，即将所述数字电压信号还原各个位置开关的数字状态信号。

本方法可以采用软件程序的实现方式，也可采用上述实施例中所叙述的方式，通过硬件电路的方式实现。实现的效果是一致的，本发明中没有采用时序电路，因此不受时序的限制，抗干扰能力强，从而能够使主控模块快速准确的获取各个位置开关的状态信号；且通过电缆传输第二电流信号，最少可以通过一根电缆实现，因此可将主控模块和功能模块之间电缆束的直径缩小至最小。

本实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备（可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种位置开关状态信号传输***，其特征在于，包括：

信号输出单元，用于输出各个位置开关的状态信号；

控制单元，用于接收所述数字电压信号，还原各个位置开关的数字状态信号；

所述第一转换装置包括：

与编号为N的各个位置开关一一相连的，且自身相互并联的各个转换单元，其中N＝1、2、3……n，n为位置开关的数量；

所述转换单元包括：

2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述开关单元包括：

MOSFET固态开关；

所述MOSFET的漏极分别与所述电阻单元相连；

所述MOSFET的源极分别与地相连；

3.如权利要求2所述的***，其特征在于，所述电阻单元包括：

4.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述第二转换装置包括：

5.如权利要求1所述的***，其特征在于，控制单元包括：

6.如权利要求1或3所述***，其特征在于，所述R*Z^M+N中Z为2。

7.如权利要求4所述的***，其特征在于，所述第二转换装置包括：

电流传感器与A/D转换器；

所述电流传感器的输入端接收所述第二电流信号；

所述电流传感器的输出端输出所述模拟电压信号。

8.如权利要求4或7所述的***，其特征在于，还包括：

运算放大器；

所述运算放大器的同相输入端与所述电源相连；

所述运算放大器的反相输入端与所述电缆相连；

9.一种位置开关状态信号传输方法，应用于权利要求1所述的位置开关状态信号传输***，其特征在于，包括：

接收各个位置开关的状态信号；

将第一电流信号中各个电流的和值作为第二电流信号；

将所述第二电流信号转换为数字电压信号；

将所述数字电压信号还原各个位置开关的数字状态信号。