开关量采集电路设计
基于stc单片机的8路开关量采集电路设计
图 1 基于 CH340G 芯片的 USB 接口电路李虹静，华中科技大学工程实训中心，研究方向：电工电子与PLC。
集成电路应用 第 37 卷 第 1 期（总第 316 期）2020 年 1 月 21开关量采集电路则采用的是 EL357N 光耦芯片来实现，其电路原理图如图 4 所示。
当 IN1 的电压为高于 5 V DC 时，U5 的管脚 1 和管脚 2 之间产生电势差，则其内部的发光二极管导通，从而使得 U5 的管脚 3 和管脚 4 之间导通，最终 INPT1 为低电平；当 IN1 的电压低于 5 时，U5 的管脚 1 和管脚 2 之间的电势差不足以点亮其内部的发光二极管，从而使得 U5 的管脚 3 和管脚 4 之间断开，最终 INPT1 为高电平。
二极管 D5 起到反向保护作用。
R11 为限流电阻。
依据 EL357N 的特性，IN1 的高电压极限值在 50 3 STC 单片机的软件设计STC 单片机的程序开发，则使用 Keil 5 开发工具。
依据开关量采集电路系统的硬件设计，其软件设计主要可以分为状态指示灯、UART 通信、开关量采集、蜂鸣器驱动等部分。
图 2 MCU 控制电路原理图图 3 CH340G 芯片 UART 口防电流倒灌电路图 4 基于 EL357N 光耦芯片的开关量采集电路图 5 系统状态指示灯和蜂鸣器驱动电路图 6 定时器 4 初始化及中断服务程序代码图 7 蜂鸣器驱动程序代码图像进行验证，选择另一张图片如图 5 所示。
Pytesseract 进行识别，识别后的结果如表 2 所示。
从识别结果中可以看到，经过预处理后数据的识别成功率可以达到 100%。
4 结语随着智能时代的来临和 Python 的日益普及，走进了实验室，将工程师从烦琐单调的数据处理中解放出来。
智能化测试和数据处理已经成为不可阻挡的趋势，人工智能逐步渗透到人们的工作和生活当中，给我们带来了高效准确的工作模式，也给我们带来了更多的思索。
开关量输入╱输出电路
开关量输入/输出电路一、开关量的隔离与抗干扰1、开关量的隔离（1）隔离的作用隔离的主要作用是：使低压输入电路与大功率的电源隔离；外部现场器件与传输线同数字电路隔离，以免计算机受损；限制地回路电流与地线的错接而带来的干扰；多个输入电路之间的隔离。
（2）开关量的隔离方法常用的开关量的隔离方法主要有以下方式。
○1光电隔离。
（图3－28 光电耦合器原理接线图）○2继电器隔离。
（图3－29 采用继电器隔离的开关原理接线图）○3继电器和光电耦合器双重隔离。
2、抗干扰软件抗干扰措施主要是适当增加延时，以躲开触点抖动的影响。
二、开关量的采集、检测与变位识别1、开关量的采集方式（图3—30 中断申请电路图）当开关状态发生变化时，由于Q端仍保持原状态，D、Q异或的结果使输出由低电平跳变为高电平，通过非门变成低电平向CPU申请一次中断。
当CPU 响应中断以后，发出INTA信号使触发器触发。
D、Q状态趋于一致，异或门输出又成为低电平。
2、开关动作的检测把3次采样的开关量用A、B、C三个布尔数来表示，从中任取出两个进分“与”运算，如果其中有两个或两个以上为“1”，则运算结果必定有一个为“1”；反之，若有两个或两个以上为“0”，则运算结果必定全为“0”。
另外，再根据“或”运算的规则，在N个数中只要有一个是“1”，则运算结果必定是“1”；只有当N个数全为“0”时，结果才为“0”。
可以把三取二表决的算法用以下逻辑算式来处理（A·B）＋（B·C）＋（C·A）（3－15）3、开关变位的识别开关量的状态通常用一位二进制数来表示，例如用“1”代表闭合，用“0”代表断开。
变电所的开关量数目很多，为了简化分析，下面只对用一个字节的二进制数表示的8个开关状态进行分析，但所得到的结论具有普遍的意义。
○1现状○＋原状，若有变位则该位为1；若无变位，则该位为0。
○2（现状○＋原状）∧原状，若为1，则该位由1→0。
○3（现状○＋原状）∧现状，若为1，则该位由0→1。
开关量输入电路原理
开关量输入电路原理
开关量输入电路原理是指使用开关来控制电路的开闭状态的一种电路设计方案。
开关量输入电路通常由一个开关、电源和负载组成。
在闭合状态下，开关连接到电源，从而产生一定的电压或电流信号，被称为“高电平”或“高逻辑位”。
相反，在断开状态下，开关断开电路连接，电压或电流信号为零，被称为“低电平”或“低逻辑位”。
开关量输入电路的设计原理是通过检测开关的状态来确定电路的工作方式。
当开关处于闭合状态时，电流或电压信号能够流经电路，从而使负载工作。
而当开关处于断开状态时，电流或电压信号无法流经电路，导致负载停止工作。
开关量输入电路的应用广泛，常见于各种电子设备中，如电子开关、遥控器等。
它们可以通过简单地控制开关的状态来实现电路的切换，从而实现不同的功能和操作。
另外，开关量输入电路还可以与其他电路相结合，形成更复杂的电路系统。
例如，可以通过开关量输入电路来触发其他电路的开关行为，实现自动控制或触发器的功能。
总的来说，开关量输入电路原理通过开关的开闭状态来控制电路的工作状态，实现电路的开关和切换功能，具有简单、可靠、灵活等特点，在电子设备和自动控制系统中得到广泛应用。
光耦式开关量输入电路的设计
光耦式开关量输入电路的设计
1 光耦式开关量输入电路的概述
设计光耦式开关量输入电路，是一个数字电路中常见的任务。
该
电路可以实现外界信号的输入，从而进行信息处理。
光耦式开关量输
入电路的核心部分是光耦，可以将外界的光信号转换为电信号。
在设
计电路时，需要考虑到光耦的相关参数，以及电路的稳定性、鲁棒性
等方面，确保电路的性能优良、可靠稳定。
2 光耦的选取
在设计光耦式开关量输入电路时，需要选取合适的光耦。
光耦的
关键参数有两个：当输入光照度在一定范围内时，输出电流的比例关系，也就是电流转换比例；以及输出电流的最大值。
除此之外，需要
注意的还有光耦的响应速度、寿命、稳定性等方面。
选择合适的光耦，是保证电路能顺利工作的前提。
3 整体电路的设计
在光耦的基础上，需要进一步设计整体电路。
在整体电路的设计中，需要考虑到电路的稳定性和鲁棒性。
可以采用稳压电源，确保电
路的稳定工作。
考虑到防止杂散光、电磁噪声等干扰信号的输入，需
要采用屏蔽、隔离等措施，保证输入信号的准确性。
同时，为了提高
电路的鲁棒性，需要考虑到电路的容错能力，防止电路由于输入信号
的不稳定性或者其他故障原因而出现错误或损坏。
4 结语
光耦式开关量输入电路的设计是数字电路设计中的重要一部分，具有广泛应用范围。
设计时需要选取合适的光耦，考虑到电路的稳定性和鲁棒性，确保电路的工作性能。
通过优秀的设计和电路实现，可以实现高精度、高速度、高可靠性的数据输入，为后续的数据处理、控制等操作提供确定可靠的信息来源。
自动变速器通用控制单元的设计
88AUTO TIMEAUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计自动变速器的关键技术是电控系统，其由输入信号装置（开关信号和各种传感器）、变速器控制单元和执行器三部分组成。
其工作原理为传感器将汽车运行中监测到的各种转速、油温、油压、换挡杆的位置等信号转化为电信号输入到电控单元，经运算后TCU 通过驱动电路转化为电磁阀的动作，从而控制换挡。
1 自动变速器控制单元概述本文以自动变速器TCU 为研究对象，进行采集、转换、处理等硬件电路的设计，硬件电路按照功能分为：单片机最小硬件、电平转换电路、输入量采集电路、电磁阀驱动电路。
本系统选用Freescale 公司生产的MC9S08AW60单片机，其具有低成本、高性能、卓越的EMC 性能的特点。
在TCU 的设计中，MC9S08AW60芯片的选用简化了TCU 硬件设计，同时极大提高了硬件系统的可靠性。
AW60芯片的硬件最小系统较为常规，此处不再详述。
2 电平转换电路电平转换电路将车载蓄电池的+12V 输出电压转化为单片机所需的+5V 稳压电源[1、2]，本文选用三端子可调整稳压芯片LM317，如图1。
LM317兼具固定式三端稳自动变速器通用控制单元的设计郝晓敏 冉茂佳 李阿拉木斯 姜海旭 荆大鹏内蒙古大学 内蒙古呼和浩特市 010020摘 要： 本文以Freescale 公司生产的MC9S08AW60单片机作为控制主体，利用Proteus 软件仿真了自动变速器的通用控制器的硬件电路。
重点介绍了开关量、模拟量、频率量的信号采集与处理电路以及电磁阀驱动电路的设计。
关键词：自动变速器；控制单元；信号采集；驱动电路压电路的简单形式与可调节输出电压的特点，具有稳压性能好、噪声低、涟波抑制比高等优点，且使用简便，只需由两个外接电阻来调节输出电压。
3 输入量采集电路开关量采集电路如图1。
在光耦两端并联肖基特二极管保护光耦，防止输入电压发生突变。
开关量经采集电路后直接送到单片的I/O 接口，单片机对开关量经过逻辑判断或运算产生相应指令。
第三节开关量输入输出电路
第三节 开关量输入输出电路
微机继电保护装置在运行时， 微机经常需要接收或发送一些以开
关量形式出现的控制信号。 在接收这些开关量信号时， 微机不能直接 接收， 而是必须经过专用的开关量输入电路转换成微机接口元件可接
收的电平信号之后， 才允许进入微机； 而在微机发送出这类开关量信 号时， 这种数字信号也不能直接去驱动相关的执行元件， 而是将这种
输出的数字信号经过专用的开关量输出电路转换成模拟电压信号后， 才能驱动相应的执行元件，完成微机发出的继电保护命令。
一！一 ９
太原理工大学硕士学位论（
第二 章
一．开 输入，路 ‘ 关最 １ １ ．
１ ．输入开关最
Ｉ微机输入的开关吊即触点状态的输入信 号 ｝ ｄ 通常司分为内部开
关鼠和外部开 关鼠两类
０ 内部汗关吊： 少 反映安装在微机继电保护装置内部的触奴状态的开
关量， 称为内部开关量。 对十这一类的触点状态包括起动继电器
触点的状态，例如，当线路发生故障时，起动继电器动作，Ｓ触 ｝
作状态。
对于从微机继电保护装置外部引入的开关量触点状态， 如果也按
上述方式引入， 将给微机带来干扰信号， 因此应采用光电祸合隔离技
术将开关量回路 与 微机并行接口回路隔离后， 再将开关量信号接入微
机并行接口上。
一！ ９一
太原理工戈学硕士学位论文
第二 章
一 开关最 输出Ｉ路 Ｌ ！
在微机继电保护装置中， 山微机发出的汗关量形式的数字信 号上 要是保护跳闸及具它控制信 号， 这类数字信 甘一般是经过专川开关最 输出电路将数字信 号转换成模拟电压信 号后 刁 去驭动相应的执行 能
开关量检测系统自诊断技术与实现方法
开关量检测系统自诊断技术与实现方法发布时间：2021-01-27T03:55:16.712Z 来源：《中国电业》（发电）》2020年第24期作者：李留妹马啟田[导读] 开关量检测技术是智能仪表进行信息传递的最佳保障，其不仅操作简便，可靠性强，而且应用成本也是十分低。
广东优科检测认证有限公司广东东莞 523000摘要：开关量检测技术是智能仪表进行信息传递的最佳保障，其不仅操作简便，可靠性强，而且应用成本也是十分低。
但是其在实际应用过程中也存有很多问题，尤其在短路或开路状态中，系统的接口电路就会出现大量功能消耗或检测功能失效等情况。
因此，要想规避这种问题的产生，就要采取先进实用的自诊断技术来对开关量检测系统的接口状态进行全面的检测和诊断。
本文也会针对开关量检测系统的设计以及自诊断技术的实现进行着重分析，以便相关人士参考。
关键词：开关量检测系统；自诊断技术；实现方案开关量检测系统是连接单片机与流量计的最佳载体，其不仅可以对流量计所发出的脉冲信号进行接收和处理，并将处理后的信号转换成计量信息。
而且还能精确的对传输信号线的连通性进行科学诊断，进以最大化保证开关量信号检测的准确性。
因此，在当前智能仪表信息传递领域中，开关量检测系统的应用范围十分宽泛，但是其在实际应用过程中也存有一定的缺陷和不足，基于此，应优化系统设计架构的同时，采取科学实用的自诊断技术对系统接口状态进行全面的检测，进一步发挥应用优势。
1.系统架构设计1.1开关量检测模块设计该模块主要是由两个外部接口和两个内部接口所组成，其中，前者包括断线检测控制接口和计量脉冲信号的输入接口；而后者则包括供电控制接口和信号检测接口。
其中单片机与两个内部接口相连接，以便可以对开关量检测模块进行开关信号检测及供电控制。
另外，要想进一步突出该模块的控制功能，在设计过程中，还要利用检测信号线、控制信号线和GND线来将其与信号转换模块和断线检测模块进行连接[1]。
1.2电压保护模块设计该模块的应用功能可以对高于系统电压的输入信号进行有效的隔离，进以确保控制器内部的硬件不会遭到电路所损坏。
《第7课开关量的生成》作业设计方案-小学信息技术浙教版23六年级下册
《开关量的生成》作业设计方案（第一课时）一、作业目标通过本节课的作业设计，旨在使学生掌握开关量的基本概念，理解开关量生成的方法和步骤，并能初步应用开关量进行简单的电子设备操作。
通过实际操作，增强学生的动手能力和实践能力，培养学生的逻辑思维和创新能力。
二、作业内容1. 理论学习：学生需预习《开关量的生成》的相关理论知识，包括开关量的定义、性质及生成的基本原理。
通过课本或网络资源进行自主学习，并做好笔记。
2. 实验准备：学生需准备相应的实验器材，如开关、电路板、导线等。
了解实验器材的基本属性和使用方法，为后续的实验操作做好准备。
3. 实践操作：学生需按照教师提供的指导步骤，亲手完成开关量的生成实验。
实验过程中需注意安全，按照规范操作。
4. 记录与总结：实验完成后，学生需记录实验过程和结果，总结开关量生成的方法和注意事项，并思考如何将所学知识应用到实际生活中。
三、作业要求1. 理论学习要求：学生需认真阅读教材，理解开关量的基本概念和生成原理，并做好笔记。
笔记应条理清晰，重点突出。
2. 实践操作要求：学生需按照教师提供的指导步骤进行实验，确保操作规范、安全。
实验过程中需仔细观察、记录数据，确保实验结果的准确性。
3. 记录与总结要求：实验记录应详细、清晰，反映实验过程和结果。
总结应包含对开关量生成方法和注意事项的理解，以及如何将所学知识应用到实际生活中的思考。
四、作业评价1. 教师将根据学生的理论学习笔记、实践操作过程和实验记录与总结进行评价。
2. 评价标准包括理论知识的掌握程度、实践操作的规范性、实验记录的详细程度和总结的思考深度。
3. 评价结果将作为学生课程学习的重要依据，优秀的学生将给予表扬和鼓励。
五、作业反馈1. 教师将对学生的作业进行批改，指出存在的问题和不足，并提供改进建议。
2. 学生需根据教师的反馈，对作业进行修改和完善。
3. 教师将根据学生的作业完成情况和反馈情况，调整教学计划和教学方法，以提高教学效果。
带双网口的开关量采集模块的设计与实现
第２ ２卷
第 ２期
中 国
海
洋
平
台
・ ｌ ５ ・
文 章 编 号 ：０ １ ４ ０ （０ ７ ０ — ０ ５ 一Ｏ １ ０ － ５ ０ ２ ０ ）２ ０ １ ４
带 双 网 口的开 关 量 采集 模 块 的设 计 与 实现
胡姣 娥
（ 海船 舶 工艺研 究所 ， 海 ２ ０３ ） 上 上 ０ ０ ２
中 图分 类 号 ： ２ ４ ＴＰ采集 是工业 控制 中一 个 普 遍 而 重要 的环 节 ， 内信 号 采集 模 块 的通 信 手段 有 Ｐ Ｉ ０ ， Ｂ总 国 Ｃ 一１ ４ ＵＳ
线 ，８ ， ＡＮ 总线 等 。作 为采集 模块 开发 核 心部 分 的微 处 理 器 由 ８ ３ 、 ０ １ ８位单 片 机 逐渐 发展 为 ｌ ４ ５Ｃ ０ ２８ ５ 等 ６ 位 、 ２ 单 片机 、 Ｍ 或嵌人 式 系统 。一般 系统 中 ， 位机 实现 信 号采 集 ， 过通 信将 信 号上 传 ， ３位 ＡＲ 下 通 网关 将信 号传 到 以太 网 ， 上位 机则 通过 以太 网对整 个系统 实行 监控 、 理 、 时打 印及 管理 等 。考虑 到船 舶 业 系统 容 处 实 量小 ， 稳定 性 、 对 可靠 性 的要求 高 ， 因此 用 ５ 单 片 机设 计 已足 够 。５ 单 片机 实 现 带双 网 口（ ＡＮ 网 口以及 ｌ ｌ Ｃ 以太 网网 口） 采集模 块 的设计 实现 了双冗余 ， 约成本 ， 节 并简化 了系统 。
ｌ 硬 件 设 计
１ １ 主 ＭＣ ． Ｕ电 路
带双 网 １ ： ３的开关 量采集 模块 是 由带 Ｃ ＡＮ 控制 器的微 控制 器（ ８ Ｃ ９ ） 微 控制 器及 其 它常规外 围 电路 Ｐ ０ ５２ 、 （ 序存储 器 、 程 时钟 电路 等 ） 看 门狗 电路 、 、 模块 地 址 设定 电路 、 ６路 开关 量采 集 电路 、 ＡＮ 收发 器 以及 工 业 ｌ Ｃ 以太 网接 口电路 组成 。其原 理框 图见 图 ｌ 。
开关量采集及调理
开关量信号的输出
开关信号输出的驱动电路
华中科技大学机械学院
开关量信号的输出
开关信号输出的驱动电路
华中科技大学机械学院
开关量信号的输出
单片机输出通道接口方式
华中科技大学机械学院
开关量信号的输出
单片机模拟输出接口方式
华中科技大学机械学院
信号调理 一、 信号调理的目的
华中科技大学机械学院
信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到 显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还 要进行阻抗变换。 2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需 要去掉噪声，提高信噪比。 3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感 器测量信进行调制解调处理。
开关量信号的输出
华中科技大学机械学院
华中科技大学机械学院 欧姆龙可编程控制器的晶体管输出电路
开关量信号的输出
开关信号输出的电气隔离
华中科技大学机械学院
开关量信号的输出
华中科技大学机械学院
开关信号输出的电气隔离 当被控设备远离单片机时，光电隔离接口电路设计如图4—30所示。该 电路为电流环发送和接受电路，可以极大地提高系统的抗干扰性能， 最大传输距离可达900m，传输速率可达 50Kb／s，但必须保证传输线 中环路连线电阻＜30欧姆，当该阻值过大时，l00欧姆的限流电阻相应 减小。
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特 点，广泛用于前置放大级。
信号放大电路
3 交流放大电路
华中科技大学机械学院
若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流电 压同相放大器。其中电容C1、C2及C3为隔直电容。
RF Av 1 R1
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开关量采集电路设计
开关量采集电路适用于对开关量信号进行采集，如循环泵的状态信号、进出仓阀门的开关状态等开关量。
污染源在线监控仪可采集16路开关信号，输入24V 直流电压；设定当输入范围为18~24VDC 时，认为是高电平，被监视的设备处于工作状态；当输入低于18VDC 时，认为是低电平，被监视的设备处于停止状态。
为了避免电气特性及恶劣工作环境带来的干扰，该电路采用光电耦合器TLP521对信号实现了一次电-光-电的转换，从而起到输入\输出隔离的作用。
同时，还安装有LED 工作指示灯，可以使用户对每一通路的工作情况一目了然。
其中一路的开关量采集电路如图1所示：
图 1 开关量采集电路
光耦TLP521将红外发光二极管和发光三级管相互绝缘的组合在一起，发光二极管为输入回路，它将电能转换成光能；发光三极管为输出回路，它将光能再转换成电能，实现了两部分电路的电气隔离。
当输入范围为18 ~24VDC 时，认为是高电平，此时光耦导通，电阻R10、R14和发光二极管共同构成输入回路。
根据光耦导通时电流为4 ~10mA ，当输入最高电压24V 时，
mA
V R R mA V 42414101024<+<，即Ω<+<Ωk R R k 614104.2 当输入低于18V 时认为是低电平，此时光耦的工作电流肯定低于4m A ，此时光耦不导通,电阻 R10、 R14和R12共同构成输入回路，所以：
mA R R R V 412
141018<++，即R10+R14+R12>Ω。
在设计中，选择R10=R12=2 k Ω,R12=1 k Ω。
光耦导通的最小电流为4mA ，根据光耦的电流传输比CTR(Current Transfer
Ratio)为50%，指当管压降U
CE 足够大时，集电极电流I
C
与发光二极管输入电流I
F 的百分比，所以集电极电流I
C
=I
F
*50%=4mA* 50%=2mA，同时为了使光电三极管
尽快进入饱和区，选取上拉电阻 R8为Ω。
最后，为了保护光耦，防止大的输入电压突变，在限流电阻R12的两端并联肖特基二极管 IN5819。