一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路，是基于微控制器、IIC协议的IO扩展器实现的多路振弦传感器选通电路设计，涉及到土木结构安全监测行业领域。控制电路含有四个IO扩展器，该四个IO扩展器分别为第一IO扩展器、第二IO扩展器、第三IO扩展器、第四IO扩展器；每个扩展器具有16路IO控制功能，其通过IIC总线与微型控制器进行通信连接；第一IO扩展器、第二IO扩展器与第一地址管脚连接；第三IO扩展器、第四IO扩展器与第二地址管脚连接；32路机械继电器通过32路继电器驱动电路与第一IO扩展器、第二IO扩展器连接；32路光耦继电器与第三IO扩展器、第四IO扩展器连接。

【技术实现步骤摘要】
一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路
本技术涉及一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路，是基于微控制器、IIC协议的IO扩展器实现的多路振弦传感器选通电路设计，涉及到土木结构安全监测行业领域。
技术介绍
振弦类传感器引起测量稳定性、成本优势在土木结构安全监测领域应用广泛，常用用短期的检测工程、长期的监测工程项目。使用时需要连接采集装置完成频率采集工作，通过频率值进行力值、应力的计算。随着电子行业的不断发展，具有多路选通功能的采集设备得到应用，其基本原理是利用电子开关选通，微型控制器控制管脚驱动各个选通的开关的通断，每次仅让一路开关导通，因此对于多路选通时，需要使用到多个微型控制器的IO资源。为了解决多路选通开关时微型控制器IO资源的短缺问题，后来设计有利用编码器原理组成的选通控制电路，其基本原理是利用数子电路的编码器进行控制，可实现4路IO控制16路选通的功能，但其PCB布局体积较大、可靠性也存在不足，且无法灵活扩展。综上所述，传统直接利用微型控制器驱动选通开关会占用过多的微型控制器IO资源，而采用编码器驱动的方式造成PCB布线体积过大且可靠性较低。因此存在一定的局限。
技术实现思路
本技术为了克服上述缺陷，其目的在于提供一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路，可实现IIC总线控制32路振弦信号和32路温度信号选通的功能，大大节约了微型控制器的IO资源和系统的可靠性。本技术要解决的技术问题就在于：（1）使用最少的控制器IO资源的情况下，实现32路片选；（2）通道数可灵活扩展。本技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路，控制电路含有四个IO扩展器，该四个IO扩展器分别为第一IO扩展器、第二IO扩展器、第三IO扩展器、第四IO扩展器；每个扩展器具有16路IO控制功能，其通过IIC总线与微型控制器进行通信连接；第一IO扩展器、第二IO扩展器与第一地址管脚连接；第三IO扩展器、第四IO扩展器与第二地址管脚连接；32路机械继电器通过32路继电器驱动电路与第一IO扩展器、第二IO扩展器连接；32路光耦继电器与第三IO扩展器、第四IO扩展器连接。IO扩展器通过地址管脚进行地址区分。本设计内部设计有32路机械继电器，32路继电器驱动电路，32路光耦继电器，分别实现振弦信号的选通和温度信号的选通功能。在多路片选开关控制信号的实现方面，为了不过多占用控制器的IO资源，本技术采用IIC协议的IO扩展器实现，IO扩展器是一种基于IIC通信协议的多路IO扩展器，微型控制器可通过IIC指令进行端口的高低电平控制。单个扩展器只需两个IO口即可控制16路的端口，扩展器通过地址管脚进行区分。为了实现32路振弦信号和32路温度信号的片选功能，需要使用到4片IO扩展器，因此在设计时，通过每个扩展器的IO地址位进行设置，区分各个扩展器。第一IO扩展器的地址为设置为00，负责1~16通道的振弦信号选通控制；第二IO扩展器的地址为设置为01，负责17~32通道的振弦信号选通控制；第三IO扩展器的地址为设置为10，负责1~16通道的温度信号选通控制；第四IO扩展器扩展器的地址为设置为11，负责17~32通道的温度信号选通控制；当需要扩展更多的通道时，只需将地址位进行区分即可。振弦信号的选通设计方面，选通开关采用双刀双掷的机械式信号继电器，选择双刀双掷选通的原因是机械式信号继电器导通电阻小，亦可保证振弦信号差分对的信号完整性。继电器驱动电路采用晶体管实现，高电平时晶体管导通，继电器得电吸合。低电平时晶体管截止，继电器常开状态。温度信号片选的选通设计，采用了光耦继电器实现，其具有功耗低、动作时间快、使用寿命长等优点，可满足温度信号的选通功能。其驱动方式采用扩展器IO口直接驱动的方式，驱动端口高电平开关不导通，驱动端口低电平时片选开关导通。本技术的有益效果：综上所述，本技术的接口设计采用以上设计方案，可实现同一个IIC接口下，可满足32路振弦传感器与32路温度传感器接口的选通功能，可简化采集设备的设计，占用微型控制器资源少、PCB布局简单、系统可靠等优点。附图说明图1为本技术的结构框图；图2为IO扩展器电路接口电路示意图；图3为振弦信号片选及其驱动电路示意图；图4为温度信号片选电路示意图。具体实施方式现结合附图1、2、3、4对本技术进行详细描述：一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路，其特征在于：控制电路含有四个IO扩展器，该四个IO扩展器分别为第一IO扩展器51、第二IO扩展器52、第三IO扩展器53、第四IO扩展器54；每个扩展器具有16路IO控制功能，其通过IIC总线6与微型控制器7进行通信连接；第一IO扩展器51、第二IO扩展器52与第一地址管脚41连接；第三IO扩展器53、第四IO扩展器54与第二地址管脚42连接；32路机械继电器1通过32路继电器驱动电路3与第一IO扩展器51、第二IO扩展器52连接；32路光耦继电器2与第三IO扩展器53、第四IO扩展器54连接。2路光耦继电器与第三IO扩展器、第四IO扩展器连接。IO扩展器通过地址管脚进行地址区分。本设计内部设计有32路机械继电器，32路继电器驱动电路，32路光耦继电器，分别实现振弦信号的选通和温度信号的选通功能。在多路片选开关控制信号的实现方面，为了不过多占用控制器的IO资源，本技术采用IIC协议的IO扩展器实现，IO扩展器是一种基于IIC通信协议的多路IO扩展器，微型控制器可通过IIC指令进行端口的高低电平控制。单个扩展器只需两个IO口即可控制16路的端口，扩展器通过地址管脚进行区分。为了实现32路振弦信号和32路温度信号的片选功能，需要使用到4片IO扩展器，因此在设计时，通过每个扩展器的IO地址位进行设置，区分各个扩展器。第一IO扩展器的地址为设置为00，负责1~16通道的振弦信号选通控制；第二IO扩展器的地址为设置为01，负责17~32通道的振弦信号选通控制；第三IO扩展器的地址为设置为10，负责1~16通道的温度信号选通控制；第四IO扩展器扩展器的地址为设置为11，负责17~32通道的温度信号选通控制；当需要扩展更多的通道时，只需将地址位进行区分即可。振弦信号的选通设计方面，选通开关采用双刀双掷的机械式信号继电器，选择双刀双掷选通的原因是机械式信号继电器导通电阻小，亦可保证振弦信号差分对的信号完整性。继电器驱动电路采用晶体管实现，高电平时晶体管导通，继电器得电吸合。低电平时晶体管截止，继电器常开状态。温度信号片选的选通设计，采用了光耦继电器实现，其具有功耗低、动作时间快、使用寿命长等优点，可满足温度信号的选通功能。其驱动方式采用扩展器IO口直接驱动的方式，驱动端口高电平开关不导通，驱动端口低电平时片选开关导通。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路，其特征在于：控制电路含有四个IO扩展器，该四个IO扩展器分别为第一IO扩展器（51）、第二IO扩展器（52）、第三IO扩展器（53）、第四IO扩展器（54）；每个扩展器具有16路IO控制功能，其通过IIC总线（6）与微型控制器（7）进行通信连接；第一IO扩展器（51）、第二IO扩展器（52）与第一地址管脚（41）连接；第三IO扩展器（53）、第四IO扩展器（54）与第二地址管脚（42）连接；32路机械继电器（1）通过32路继电器驱动电路（3）与第一IO扩展器（51）、第二IO扩展器（52）连接；32路光耦继电器（2）与第三IO扩展器（53）、第四IO扩展器（54）连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于IO扩展器的振弦多路片选设计控制电路，其特征在于：控制电路含有四个IO扩展器，该四个IO扩展器分别为第一IO扩展器（51）、第二IO扩展器（52）、第三IO扩展器（53）、第四IO扩展器（54）；每个扩展器具有16路IO控制功能，其通过IIC总线（6）与微型控制器（7）进行通信连接；第一IO扩展器（...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘付鹏，王辅宋，刘文峰，谢镇，
申请(专利权)人：江西飞尚科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江西,36