CN108226618A - 一种通过接口配置电路实现传感器供电、采集、检测的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机机电***传感器应用设计领域，是一种集传感器供电、输出信号采集、工作状态检测为一体的传感器使用方法。本发明通过接口配置电路将电压采集电路开关控制电路和上位机构建了一个采集***，对采集***的接口配置电路进行配置，实现对传感器的供电开关控制、供电、输出信号采集、实时工作状态检测。本发明通过对采集***配置，可支持5V～25V供电、电压驱动型、电流驱动型等不同类型传感器的使用需求。

Description

一种通过接口配置电路实现传感器供电、采集、检测的方法
技术领域
本技术是传感器应用设计领域，为实现传感器供电、采集、检测的通用化设计而提出的一种解决方法。
背景技术
飞机机电***不断向综合化、分布式发展，各类型传感器被用于机上数据的采集与配置。在常规的电路设计中，传感器的供电、传感器输出信号采集、传感器状态检测独立设计，传感器供电范围、传感器驱动类型发生改变时，需要对相应电路进行重新设计，设计周期长、设计成本高，复用性差。
本技术通过接口配置电路将电压采集电路、电流采集电路、开关控制电路和上位机构建了一个采集模块，该采集模块支持传感器供电开关控制、传感器供电电压调节、传感器输出信号采集、传感器短路、断路故障检测，同时具备自身电路BIT，实现了传感器相关电路的集成化、通用化，提升了产品电路级设计的三化水平。
发明内容
本发明的目的是：针对机电***大量使用的传感器，提供一种集传感器供电、采集、工作状态检测的为一体的使用方法，可通过配置电路适应不同供电范围、不同驱动类型的传感器。
本发明的技术方案：
本发明提供了一种通过接口配置电路实现传感器供电、采集、检测的***，包括接口配置电路、电压采集电路1、电压采集电路2、开关控制电路和上位机，其中电压采集电路1和电压采集电路2为同构型，传感器按照接口配置逻辑，选择PIN1-PIN5固定管脚完成与接口配置电路的物理连接，接口配置电路设计的内部接口分别与两个电压采集电路和开关控制电路接通，电压采集电路和开关控制电路通过数据总线、控制总线与上位机接通，采集***的原理设计图如图1所示。
所述的接口配置电路包含PIN1-PIN5配置管脚、继电器、调压电阻R1、采样电阻R2；其中PIN1-PIN5配置管脚对外连接传感器信号，对内连接电压采集电路和开关控制电路。
所述的电压采集电路为单端输入，输入信号经调理电路、多路选择开关、AD转换，最终通过数据线传输给上位机。
所述的开关控制电路由上位机发出指令，经过数据收发器、锁存器、运放电路、继电器电路，输出逻辑为“0”时，将外部输入的两根线断开，输出逻辑为“1”时，将外部输入的两根线接通；开关电路的回采电路经过光耦、数据收发器后通过数据线传给上位机。
所述的上位机根据***设计，可以是FPGA逻辑实现，也可以是直接连接DSP或处理器模块，主要实现数据的有效性判断、BIT指令发送，开关指令发送功能。
接口配置电路
接口配置电路包含PIN1-PIN5配置管脚、继电器、调压电阻R1、采样电阻R2，具体连线关系如下：
所述PIN1与第一继电器K1常闭触点接通，K1常闭触点另一端串联调压电阻R1后接到28V电源；
所述PIN2一分为二，一根线与继电器K1的常开触点接通，一根线接到电压采集电路1，作为电压采集的单端输入；
所述PIN3与开关控制电路的输出管脚1接通，开关控制电路的输出管脚2与第二继电器K2的常开触点接通；
所述PIN4一分为二，一根线接到电压采集电路2，作为电压采集的单端输入，一根线与第二继电器K2的常闭触点接通；
所述PIN5一分为二，一根线串联采样电阻R2后与地接通，一根线与第二继电器K2的常闭触点接通。
传感器供电
传感器供电通过接口配置电路中的调压电路实现，传感器的电源正线串联调压电阻R1后与28V直流电源连接，传感器电源负线串联采样电阻R2后与地线连接，传感器模拟负载阻值确定后，改变调压电阻R1的阻值，28V分压产生传感器对应的供电电压。
连接PIN1和PIN5时，继电器K1和K2为常闭，对外提供5～25V电源。
连接PIN2和PIN3时，继电器K1设置到常开、继电器K2设置为常闭，开关控制电路接入到传感器供电，传感器供电的接通与断开受上位机控制。
传感器采集
传感器输出信号采集通过采集***中的电压采集电路2实现，将传感器输出信号连接到接口配置电路的PIN4，即实现单端电压信号的采集，采集流程包括信号调理、多路选择、AD转换电路，AD输出的数据线传输给上位机。
传感器检测
传感器工作状态检测通过采集***的电压采集电路1实现，通过采集传感器的工作电压进行检测，将采集到的电压值与正常工作电压值进行对比，判断传感器处于正常工作、短路或断路的状态。
检测策略为：将传感器工作电路简化为为阻性电路模型，传感器正常工作时，电压采集电路1采集到的电压值为传感器自身工作电压与采样电阻R1的电压和；传感器短路时，电压采集电路1采集到的电压值为采样电阻的电压；传感器断路时，电压采集电路1采集到的电压值为28V，上位机根据电压采集电路1采集到电压值的大小确定传感器工作状态。
本发明的优点：
本发明基于接口配置电路，电路设计5个配置管脚，通过连接不同的PIN管脚即可对传感器进行使用；
本发明支持5～25V直流供电，支持对传感器输出电压的采集，提高了电路设计的通用化水平；
本发明可实时检测传感器处于正常、短路或断路的工作状态，对传感器输出信号的有效性进行了判断，防止错误数据引起的控制失误；
本发明中的电压采集电路、电流采集电路和开关控制电路，均选用具有BIT功能的电路，自身故障时，上位机可以通过内部隔离，防止内部故障对外部传感器的影响。
附图说明
图1***设计原理图
图2为接口配置电路设计图
图3基于接口配置电路的传感器供电、采集和检测实现功能框图。
具体实施方式
以10V供电的位移传感器为例，对传感器供电采集、检测方法进行详细描述，传感器供电、采集、检测方法功能框图如图2所示，具体实现如下：
电路配置
传感器V+与PIN2接通；
传感器V-与PIN3接通；
传感器输出信号与PIN4接通；
配置调压电阻R1，使得负载两端正常工作电压为10V；
继电器K1切换到常开触点；
继电器K2切换到常开触点。
实现方法：
由上位机对传感器供电进行控制，开关电路输出逻辑“0”时，PIN3与内部供电电路断开，传感器不工作；开关电路输出逻辑“1”时，PIN3与内部供电电路接通，传感器通过调压电阻R1、采样电阻R2与28V和28VGND接通。调压电路将传感器正常工作电压调整到为10V±0.5V。
PIN4持续采集传感器的输出电压，同时根据上位机对传感器工作状态的检测结果，将正确的传感器输出信息上传给***使用。
通过PIN2对应的电压采集电路对传感器工作电压进行监控，传感器正常工作时，单端采集电压为20V±0.5V；传感器短路时，采集电压为15V±0.5V；传感器断路时，电压采集为28V，上位机根据电压采集的数值不同，进行传感器工作状态的判断。
电压采集电路、开关控制电路设计BIT电路，通过回采值与输出指令对比，判断自身电路的工作情况，BIT报故时对自身故障电路隔离，避免对外部传感器的影响。

Claims (2)

1.一种通过接口配置电路实现传感器供电、采集、检测的***；其特征是：
包括接口配置电路、电压采集电路1、电压采集电路2、开关控制电路和上位机；其中电压采集电路1和电压采集电路2为同构型，传感器选择PIN1-PIN5特定管脚完成与接口配置电路的物理连接，接口配置电路设计的内部接口分别与两个电压采集电路和开关控制电路接通，电压采集电路和开关控制电路通过数据总线、控制总线与上位机接通；
所述的接口配置电路包含PIN1-PIN5配置管脚、继电器、调压电阻R1、采样电阻R2；其中PIN1-PIN5配置管脚对外连接传感器信号，对内连接电压电路和开关控制电路；PIN1与第一继电器K1常闭触点接通，K1常闭触点另一端串联调压电阻R1后接到28V电源；
PIN2一分为二，一根线与继电器K1的常开触点接通，一根线接到电压采集电路1，作为电压采集的单端输入；
PIN3与开关控制电路的输出管脚1接通，开关控制电路的输出管脚2与第二继电器K2的常开触点接通；
PIN4一分为二，一根线接到电压采集电路2，作为电压采集的单端输入，一根线与第二继电器K2的常闭触点接通；
PIN5一分为二，一根线串联采样电阻R2后与地接通，一根线与第二继电器K2的常闭触点接通；
所述的电压采集电路为单端输入，输入信号经调理电路、多路选择开关、AD转换，最终通过数据线传输给上位机；
所述的开关控制电路由上位机发出指令，经过数据收发器、锁存器、运放电路、继电器电路，输出逻辑为“0”时，将外部输入的两根线断开，输出逻辑为“1”时，将外部输入的两根线接通；开关控制电路的回采经光耦、数据收发器后通过数据线传给上位机；
所述的上位机根据***设计，可以是FPGA逻辑实现，也可以是直接连接DSP或处理器模块，主要实现数据的有效性判断、BIT指令发送，开关指令发送功能。
2.一种通过接口配置电路实现传感器供电、采集、检测的方法,其特征是：
(1)供电模式：传感器的电源正线通过调压电阻R1与28V直流电源连接，传感器电源负线通过采样电阻与地线连接，传感器模拟负载阻值确定后，改变调压电阻阻值，28V分压产生传感器对应的供电电压；
连接PIN1和PIN5时，继电器K1和K2为常闭，对外提供5～25V电源；连接PIN2和PIN3时，继电器K1设置到常开、继电器K2设置为常闭，开关控制电路接入到传感器供电，传感器供电的接通与断开受上位机控制；
(2)信号采集模式：将传感器输出信号连接到接口配置电路的PIN4，即实现单端电压信号的采集，采集流程包括信号调理、多路选择、AD转换电路，AD输出的数据线传输给上位机；
(3)检测模式：通过采集传感器的工作电压进行检测，将采集到的电压值与正常工作电压值进行对比，判断传感器处于正常工作、短路或断路的状态；将传感器工作电路简化为为阻性电路模型，传感器正常工作时，电压采集电路1采集到的电压值为传感器自身工作电压与采样电阻R1的电压和；传感器短路时，电压采集电路1采集到的电压值为采样电阻的电压；传感器断路时，电压采集电路1采集到的电压值为28V，上位机根据电压采集电路1采集到电压值的大小确定传感器工作状态。
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