由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统，其要点在于：包括MCU控制单元、继电器逻辑控制电路、USB电源接口电路、USB转TTL电平转换电路和信号输入输出接口单元。MCU控制单元用于对继电器逻辑控制电路进行访问控制。USB转TTL电平转换电路用于将USB电源接口电路接收到的USB电平转化为MCU控制单元能够识别的TTL电平。信号输入输出接口单元用于接天线、滤波器、AD转换器等仪器设备，实现模拟信号输入输出。继电器逻辑控制电路包括3个继电器，继电器触点之间通过级联实现信号通道的扩展，对信号输入输出接口单元的四路信号选择一路进行控制。

Logic System and Control Method of 4-way Signal Interruption Controlled by 3 Relays

【技术实现步骤摘要】
由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统及控制方法
本专利技术涉及继电器控制系统领域，具体是一种由3个继电器来控制4路信号通断的逻辑系统及控制方法。
技术介绍
工业上经常需要采集多输入设备模拟信号，但是通过一台AD转换器来采集多路模拟信号存在很大的弊端，需要不停的插拔接口接头进行切换，显然比较麻烦，此外对精密仪器或是AD转换器的接口也会造成磨损，降低其使用寿命。单片机又称为单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。目前单片机广泛应用于各种控制领域，如智能仪器仪表、医用设备、机器人等。继电器拥有类似于开关的作用，继电器被广泛地应用于各种电子设备控制电路中，用于隔离控制信号与负载。某些特殊的输出要求只有控制信号按照预定的逻辑顺序发出时，才能输出，而且通常情况下，利用一个继电器只能够控制一路信号选通，而想要实现四路信号的选通通常需要四个继电器分别控制。目前，信号控制电路一般采用芯片数字电路实现，电路较为复杂，对设计人员技术要求比较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电路简单，实现方便，可以基于单片机来控制3个继电器选通4路信号的逻辑系统及控制方法。实现本专利技术目的的基本技术方案是：一种由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统，其结构特点是：包括MCU控制单元、继电器逻辑控制电路、USB电源接口电路、USB转TTL电平转换电路和信号输入输出接口单元。MCU控制单元用于对继电器逻辑控制电路进行访问控制。USB转TTL电平转换电路用于将USB电源接口电路接收到的USB电平转化为MCU控制单元能够识别的TTL电平。信号输入输出接口单元用于接天线、滤波器、AD转换器等仪器设备，实现模拟信号输入输出。继电器逻辑控制电路包括3个继电器，继电器触点之间通过级联实现信号通道的扩展，对信号输入输出接口单元的四路信号选择一路进行控制。以上述基本技术方案为基础的技术方案是：MCU控制单元设有第一晶振电路和复位电路。第一晶振电路用于给MCU控制单元提供时钟信号。复位电路用于使MCU控制单元的程序计数器清零，让MCU控制单元稳定工作。以上述相应技术方案为基础的技术方案是：USB电源接口电路包括USB母座M1、第十电容C10、第十一极性电容C11和第九发光二极管D9。USB母座M1采用MicroUSB母座。电源接口电路的第十一极性电容C11采用铝电解电容，具有滤波和储能的作用，能够让PC机稳定供电。第九发光二极管D9作为电源接口电路的上电指示灯，提示用户系统通电。以上述相应技术方案为基础的技术方案是：USB转TTL电平转换电路包括电平转换芯片G1，它是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口、USB转IrDA红外或者USB转打印口。电平转换芯片G1用于将USB电源接口电路接收到的USB电平转化为MCU控制单元能够识别的TTL电平。以上述相应技术方案为基础的技术方案是：USB转TTL电平转换电路设有第二晶振电路，第二晶振电路用于给电平转换芯片G1提供时钟信号。电平转换芯片G1采用型号为CH340G的芯片。CH340G的UD+管脚与MICROUSB的D+管脚相连接，UD-管脚与MICROUSB的D-管脚相连接。CH340G芯片的传输引脚TXD和接收引脚RXD分别与MCU控制单元的接收引脚RXD和传输引脚TXD相连接。MCU控制单元的接收引脚RXD用反向二极管D8与CH340G芯片的TXD引脚相连接，反向二极管D8采用1N4148，防止有电流会通过这个引脚流入后级电路并且给后级的电容充电，造成后级有一定幅度的电压，导致影响MCU控制单元下载程序的冷启动。以上述相应技术方案为基础的技术方案是：继电器逻辑控制电路的3个继电器分为第一继电器U1、第二继电器U2和第三继电器U3。3个继电器均采用信号继电器，所述信号继电器控制电压为5V，触点形式为：DPDT。该信号继电器有8个引脚，包括继电器线圈的正负极引脚，一对常开触点、一对常闭触点和一对公共端触点，与信号的隔离效果非常好。第一继电器U1的线圈与第一PNP型三极管Q1串接后，继电器线圈两端并接一个第一续流二极管D1，第一PNP型三极管Q1一端接电源+5V，第一PNP型三极管Q1的栅极接MCU控制单元的继电器控制IO端口P23，同时串接第二电阻R2，第一电阻R1作为IO端口的上拉电阻。第二继电器U2的线圈与第二PNP型三极管Q2串接后，继电器线圈两端并接一个第二续流二极管D2，第二PNP型三极管Q2一端接电源+5V，第二PNP型三极管Q2的栅极接MCU控制单元的继电器控制IO端口P22，同时串接第四电阻R4，第三电阻R3作为IO端口的上拉电阻。第三继电器U3的线圈与第三PNP型三极管Q3串接后，继电器线圈两端并接一个第三续流二极管D3，第三PNP型三极管Q3一端接电源+5V，第三PNP型三极管Q3的栅极接MCU控制单元的继电器控制IO端口P21，同时串接第六电阻R6，第五电阻R5作为IO端口的上拉电阻。第一路模拟信号通道是从第一继电器U1的常闭触点输入，并与它的公共端触点相连接经由第三继电器U3的常闭触点，再从第三继电器U3的公共端触点输出信号，它是MCU控制单元的P23口给第一继电器U1发送高电平，同时P21口给第三继电器U3发送高电平。第二路模拟信号通道是从第一继电器U1的常开触点输入，并与它的公共端触点相连接经由第三继电器U3的常闭触点，再从第三继电器U3的公共端触点输出信号，导通条件是MCU控制单元的P23口给第一继电器U1发送低电平，同时P21口给第三继电器发送高电平。第三路模拟信号通道是从第二继电器U2的常闭触点输入，并与它的公共端触点相连接经由第三继电器U3的常开触点，再从第三继电器U3的公共端触点输出信号，导通条件是MCU控制单元的P22口给第二继电器U2发送高电平，同时P21口给第三继电器U3发送低电平。第四路模拟信号通道是从第二继电器的常开触点输入，并与它的公共端触点相连接经由第三继电器U3的常开触点，再从第三继电器U3的公共端触点输出信号，导通条件是MCU控制单元的P22口给第一继电器U1发送低电平，同时P21口给第三继电器U3发送低电平。以上述相应技术方案为基础的技术方案是：还包括信号选通指示电路。信号选通指示电路由四个发光二极管和第三负载电阻组成。四个发光二极管分别为第四发光二极管D4、第五发光二极管D5、第六发光二级管D6和第七发光二极管D7。第三负载电阻包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第十四电阻R14。第四发光二极管D4和第十一电阻R11串联在+5V电源与MCU控制单元的P24脚之间。第五发光二极管D5和第十二电阻R12串联在+5V电源与MCU控制单元的P25脚之间。第六发光二级管D6和第十三电阻R13串联在+5V电源与MCU控制单元的P26脚之间。第七发光二极管D7和第十四电阻R14串联在+5V电源与MCU控制单元的P27脚之间。由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统的控制方法具有以下步骤：一、单片机C语言编程。在选择信号通道的时候，采用case选择语句。二、发送数据单元0x01代表IN1信号通道，MCU控制单元的IO脚P23输出高电平，使第一PNP三极管Q1截止，此时第一继电器U1线圈两端没有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统，其特征在于：包括MCU控制单元、继电器逻辑控制电路、USB电源接口电路、USB转TTL电平转换电路和信号输入输出接口单元；MCU控制单元用于对继电器逻辑控制电路进行访问控制；USB转TTL电平转换电路用于将USB电源接口电路接收到的USB电平转化为MCU控制单元能够识别的TTL电平；信号输入输出接口单元用于接天线、滤波器、AD转换器等仪器设备，实现模拟信号输入输出；继电器逻辑控制电路包括3个继电器，继电器触点之间通过级联实现信号通道的扩展，对信号输入输出接口单元的四路信号选择一路进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统，其特征在于：包括MCU控制单元、继电器逻辑控制电路、USB电源接口电路、USB转TTL电平转换电路和信号输入输出接口单元；MCU控制单元用于对继电器逻辑控制电路进行访问控制；USB转TTL电平转换电路用于将USB电源接口电路接收到的USB电平转化为MCU控制单元能够识别的TTL电平；信号输入输出接口单元用于接天线、滤波器、AD转换器等仪器设备，实现模拟信号输入输出；继电器逻辑控制电路包括3个继电器，继电器触点之间通过级联实现信号通道的扩展，对信号输入输出接口单元的四路信号选择一路进行控制。2.根据权利要求1所述的由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统，其特征在于：MCU控制单元设有第一晶振电路和复位电路；第一晶振电路用于给MCU控制单元提供时钟信号；复位电路用于使MCU控制单元的程序计数器清零，让MCU控制单元稳定工作。3.根据权利要求1所述的由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统，其特征在于：USB电源接口电路包括USB母座M1、第十电容C10、第十一极性电容C11和第九发光二极管D9；USB母座M1采用MicroUSB母座；电源接口电路的第十一极性电容C11采用铝电解电容，具有滤波和储能的作用，能够让PC机稳定供电；第九发光二极管D9作为电源接口电路的上电指示灯，提示用户系统通电。4.根据权利要求1所述的由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统，其特征在于：USB转TTL电平转换电路包括电平转换芯片G1，它是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口、USB转IrDA红外或者USB转打印口；电平转换芯片G1用于将USB电源接口电路接收到的USB电平转化为MCU控制单元能够识别的TTL电平。5.根据权利要求4所述的由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统，其特征在于：USB转TTL电平转换电路设有第二晶振电路，第二晶振电路用于给电平转换芯片G1提供时钟信号；电平转换芯片G1采用型号为CH340G的芯片；CH340G的UD+管脚与MICROUSB的D+管脚相连接，UD-管脚与MICROUSB的D-管脚相连接；CH340G芯片的传输引脚TXD和接收引脚RXD分别与MCU控制单元的接收引脚RXD和传输引脚TXD相连接；MCU控制单元的接收引脚RXD用反向二极管D8与CH340G芯片的TXD引脚相连接，反向二极管D8采用1N4148，防止有电流会通过这个引脚流入后级电路并且给后级的电容充电，造成后级有一定幅度的电压，导致影响MCU控制单元下载程序的冷启动。6.根据权利要求4所述的由3个继电器控制4路信号通断的逻辑系统，其特征在于：继电器逻辑控制电路的3个继电器分为第一继电器U1、第二继电器U2和第三继电器U3；3个继电器均采用信号继电器，所述信号继电器控制电压为5V，触点形式为：DPDT；该信号继电器有8个引脚，包括继电器线圈的正负极引脚，一对常开触点、一对常闭触点和一对公共端触点，与信号的隔离效果非常好；第一继电器U1的线圈与第一PNP型三极管Q1串接后，继电器线圈两端并接一个第一续流二极管D1，第一PNP型三极管Q1一端接电源+5V，第一PNP型三极管Q1的栅极接MCU控制单元的继电器控制IO端口P23，同时串接第二电阻R2，第一电阻R1作为IO端口的上拉电阻；第二继电器U2的线圈与第二PNP型三极管Q2串接后，继电器线圈两端并接一个第二续流二极管D2，第二PNP型三极管Q2一端接电源+5V，第二PNP型三极管Q2的栅极接MCU控制单元的继电器控制IO端口P22，同时串接第四电阻R4，第三电阻R3作为IO端口的上拉电阻；第三继电器U3的线圈与第三PNP型三极管Q3串接后，继电器线圈两端并接一个第三续流二极管D3，第三PNP型三极管Q3一端接电源+5V，第三PNP型三极管Q3的栅极接MCU控制单元的继电器控制IO端口P21，同时串接第六电阻R6，第五电阻R5作为IO端口的上拉电阻；第一路模拟信号通道是从第一继电器U1的常闭触点输入，并与它的公共端触点相连接经由第三继电器U3的常闭触点，再从第三继电器U3的公共端触点输出信号，它是MCU控制单元的P23口给第一继电器U1发送高电平，同时P21口给第三继电器U3发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗向东，刘聪，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32