圖1是開(kāi)關(guān)量輸入通道的典型結(jié)構(gòu)，具體接口電路應(yīng)綜合考慮實(shí)際信號(hào)、選用的計(jì)算機(jī)等進(jìn)行設(shè)計(jì)。
圖1 開(kāi)關(guān)量輸入通道的典型結(jié)構(gòu)
幾種常用的預(yù)處理方法：
(1) 信號(hào)轉(zhuǎn)換處理
從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)獲取的開(kāi)關(guān)量或數(shù)字量，在邏輯上表現(xiàn)為邏輯“1”或邏輯“0”，信號(hào)形式則可能是電壓、電流信號(hào)或開(kāi)關(guān)的通斷，其幅值范圍也往往不符合數(shù)字電路的電平范圍要求，因此必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。圖2是電壓或電流開(kāi)關(guān)量輸入的轉(zhuǎn)換電路，分壓電阻r1和r2的阻值應(yīng)根據(jù)輸入信號(hào)是電壓還是電流信號(hào)以及信號(hào)的幅值選取。圖3是開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)輸入電路，它把開(kāi)關(guān)的通斷轉(zhuǎn)換為0或+5v信號(hào)。
圖2 電壓或電流輸入電路 圖3 開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)輸入電路
(2) 安全保護(hù)措施
在設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，必須針對(duì)可能出現(xiàn)的輸入過(guò)電壓、瞬間尖峰或極性接反的情況，預(yù)先采取安全保護(hù)措施，圖4給出了一些常用的保護(hù)電路。
圖4 輸入保護(hù)電路
(3) 消除機(jī)械抖動(dòng)影響
操作按鈕、繼電器觸點(diǎn)、行程開(kāi)關(guān)等機(jī)械裝置在接通或斷開(kāi)時(shí)均要產(chǎn)生機(jī)械抖動(dòng)，體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的輸入上就是輸入信號(hào)在邏輯0和1之間多次振蕩，如不適當(dāng)處理就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤控制。圖5是常用的r-s觸發(fā)器消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)的電路，它可以消除開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)信號(hào)。
圖5 rs觸發(fā)器消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)的電路
(4) 濾波處理
由于長(zhǎng)線傳輸、電路內(nèi)部干擾影響，使得輸入信號(hào)帶有噪聲信號(hào)，這有可能導(dǎo)致誤讀信號(hào)而出錯(cuò)。圖6給出一種用rc濾波電路去除接口噪聲的方法，它同樣可以消除開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)信號(hào)。
圖6 rc濾波電路
(5) 隔離處理
從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)獲取的開(kāi)關(guān)量或數(shù)字量的信號(hào)電平往往高于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯電平，即使輸入開(kāi)關(guān)量電壓本身不高，也有可能從現(xiàn)場(chǎng)引入意外的高壓信號(hào)，因此必須采取電隔離措施，以保障計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全。常用的隔離措施是采用光電耦合器件實(shí)現(xiàn)的。圖7給出了兩種開(kāi)關(guān)量光電耦合輸入電路，它們除了實(shí)現(xiàn)電氣隔離之外，還具有電平轉(zhuǎn)換功能。
圖7 開(kāi)關(guān)量光電耦合輸入電路
(6) 光電耦合器件原理與使用
光電耦合器件是一種常用且非常有效的電隔離手段，由于它價(jià)格低廉、可靠性好，被廣泛地用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的隔離保護(hù)。根據(jù)輸入級(jí)的不同，用于開(kāi)關(guān)量隔離的光電隔離器件可分為三極管型、可控硅型等幾種，但其工作原理都是采用光作為傳輸信號(hào)的媒介，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。
此處以圖8所示的三極管輸出型的光電隔離器件為例介紹隔離原理。當(dāng)輸入側(cè)(即發(fā)光二極管)流過(guò)一定的電流if時(shí)，發(fā)光二極管開(kāi)始發(fā)光，它觸發(fā)光敏三極管使其導(dǎo)通；當(dāng)撤去該電流時(shí)，發(fā)光二極管熄滅、三極管截止。這樣，就實(shí)現(xiàn)了以光路來(lái)傳遞信號(hào)，保證了兩側(cè)電路沒(méi)有電氣聯(lián)系，從而達(dá)到了隔離的目的。
圖8 晶體管輸出型光電隔離器件原理圖