本實用新型涉及電路領(lǐng)域，具體而言，涉及一種開關(guān)量采集電路。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)水平不斷發(fā)展，在電力設(shè)備保護裝置以及工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，繼電保護裝置的功能越來越豐富。繼電保護裝置的功能在具體的數(shù)據(jù)處理中往往需要多CPU協(xié)同處理，而這多個CPU有時需要同樣的數(shù)據(jù)來源，例如，開關(guān)量。目前通用的做法是由某一CPU采集開關(guān)量之后，由該CPU通過其它的通訊方式傳輸給其它CPU，例如，采用雙口、SPI等高速通訊接口進行數(shù)據(jù)傳輸，I/O擴展單元是非必要的單元。

如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中的一種開關(guān)量采集電路，該電路中，CPU0在采集開關(guān)量之后，通過雙口、SPI或其它高速通訊方式傳輸給多CPU協(xié)同處理的繼電保護裝置中的其它CPU，這種技術(shù)方案主要有幾個缺點：1)如果使用雙口通訊接口，成本較高；2)繼電保護裝置中需要額外的高速通訊接口；3)所有開關(guān)量的采集都依賴CPU0，有一定風(fēng)險；4)其它CPU接收開關(guān)量數(shù)據(jù)有延遲。

針對相關(guān)技術(shù)中的開關(guān)量采集電路可靠性和實時性不高的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的主要目的在于提供一種開關(guān)量采集電路，以解決相關(guān)技術(shù)中的開關(guān)量采集電路可靠性和實時性不高的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種開關(guān)量采集電路。該開關(guān)量采集電路包括：開關(guān)量信號調(diào)理電路，用于輸出開關(guān)量信號；多個I/O擴展單元，與開關(guān)量信號調(diào)理電路相連接，用于采集開關(guān)量信號；多個CPU，與多個I/O擴展單元一一對應(yīng)連接，用于接收開關(guān)量信號。

進一步地，開關(guān)量信號調(diào)理電路為多個開關(guān)量信號調(diào)理電路，多個開關(guān)量信號調(diào)理電路用于輸出多個開關(guān)量信號，多個開關(guān)量信號與多個開關(guān)量信號調(diào)理電路一一對應(yīng)，多個I/O擴展單元中每個I/O擴展單元均與多個開關(guān)量信號調(diào)理電路相連接，用于采集多個開關(guān)量信號，多個CPU還用于分別向?qū)?yīng)的I/O擴展單元發(fā)送控制信號，其中，控制信號用于控制I/O擴展單元在多個開關(guān)量信號中選擇與控制信號對應(yīng)的開關(guān)量信號作為輸出信號。

進一步地，多個I/O擴展單元包括第一I/O擴展單元，多個CPU包括第一CPU，第一CPU與第一I/O擴展單元對應(yīng)連接，第一I/O擴展單元包括：控制信號接口，與第一CPU相連接，用于接收控制信號；多個開關(guān)量接口，與多個開關(guān)量信號調(diào)理電路一一對應(yīng)連接，分別用于接收對應(yīng)連接的開關(guān)量信號調(diào)理電路輸出的開關(guān)量信號；輸出接口，與第一CPU相連接，用于向第一CPU輸出根據(jù)控制信號選擇的開關(guān)量信號。

進一步地，多個I/O擴展單元包括第一I/O擴展單元，第一I/O擴展單元為以下任意一種芯片：74系列芯片；可編程邏輯芯片CPLD；FPGA。

進一步地，開關(guān)量信號調(diào)理電路包括：隔離電路，連接在開關(guān)電路和多個I/O擴展單元之間，用于對開關(guān)電路和多個I/O擴展單元執(zhí)行電氣隔離，其中，開關(guān)量信號調(diào)理電路用于根據(jù)開關(guān)電路的電壓生成開關(guān)量信號。

進一步地，隔離電路為光耦。

進一步地，開關(guān)量信號調(diào)理電路還包括：限流穩(wěn)壓電路，連接在開關(guān)電路和隔離電路相連接，用于對開關(guān)電路中的電壓執(zhí)行限流穩(wěn)壓。

進一步地，限流穩(wěn)壓電路包括：第一電阻，第一端與開關(guān)電路相連接；穩(wěn)壓二極管，負極與第一電阻的第二端相連接，正極與隔離電路的輸入端相連接。

進一步地，開關(guān)量信號調(diào)理電路還包括：濾波電路，連接在隔離電路和多個I/O擴展單元之間。

進一步地，濾波電路包括：第二電阻，第一端與隔離電路的輸出端相連接，第二端接地；電容，第一端與第二電阻的第一端相連接，第二端接地。

本實用新型通過開關(guān)量信號調(diào)理電路，用于輸出開關(guān)量信號；多個I/O擴展單元，與開關(guān)量信號調(diào)理電路相連接，用于采集開關(guān)量信號；多個CPU，與多個I/O擴展單元一一對應(yīng)連接，用于接收開關(guān)量信號，解決了相關(guān)技術(shù)中的開關(guān)量采集電路可靠性和實時性不高的問題，進而達到了提高開關(guān)量采集電路可靠性和實時性的效果。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種開關(guān)量采集電路的示意圖；

圖2是根據(jù)本實用新型第一實施例的開關(guān)量采集電路的示意圖；

圖3是根據(jù)本實用新型第二實施例的開關(guān)量采集電路的示意圖；

圖4-a是根據(jù)本實用新型第三實施例的開關(guān)量采集電路的第一部分的示意圖；

圖4-b是根據(jù)本實用新型第三實施例的開關(guān)量采集電路的第二部分的示意圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本實用新型。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請方案，下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護的范圍。

需要說明的是，本申請的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施例。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含。

本實用新型的實施例還提供了一種開關(guān)量采集電路。

圖2是根據(jù)本實用新型第一實施例的開關(guān)量采集電路的示意圖。如圖2所示，該開關(guān)量采集電路包括開關(guān)量信號調(diào)理電路10，多個I/O擴展單元20和多個CPU30。

開關(guān)量信號調(diào)理電路10用于輸出開關(guān)量信號。開關(guān)量信號調(diào)理電路10可以根據(jù)開關(guān)電路的電壓得到開關(guān)量信號。開關(guān)電路可以是繼電器等具有開和關(guān)兩種狀態(tài)的電路，該實施例提供的開關(guān)量采集電路可以應(yīng)用在繼電器保護設(shè)備中。

多個I/O擴展單元20與開關(guān)量信號調(diào)理電路10相連接，用于采集開關(guān)量信號。圖2中所示為三個I/O擴展單元的情況，三個I/O擴展單元分別為：I/O擴展單元21，I/O擴展單元22和I/O擴展單元23。

多個CPU30與多個I/O擴展單元20一一對應(yīng)連接，用于接收開關(guān)量信號。圖2中所示為三個CPU的情況，三個CPU分別為：CPU31，CPU32，CPU33。CPU31與I/O擴展單元21相連接，CPU32與I/O擴展單元22相連接，CPU33與I/O擴展單元23相連接。

該實施例提供的開關(guān)量采集電路，通過開關(guān)量信號調(diào)理電路10，用于輸出開關(guān)量信號；多個I/O擴展單元20，與開關(guān)量信號調(diào)理電路10相連接，用于采集開關(guān)量信號；多個CPU30，與多個I/O擴展單元20一一對應(yīng)連接，用于接收開關(guān)量信號，解決了相關(guān)技術(shù)中的開關(guān)量采集電路可靠性和實時性不高的問題，進而達到了提高開關(guān)量采集電路可靠性和實時性的效果。通過增加I/O擴展單元，對同一開關(guān)量信號進行采集，并由數(shù)據(jù)需求側(cè)的CPU直接控制，各個CPU之間互不影響，使得各個CPU的軟件處理簡單，可靠性高，實時性高，此外，還有電路簡單、成本低廉的優(yōu)點。

開關(guān)量信號調(diào)理電路10可以為多個開關(guān)量信號調(diào)理電路10，多個開關(guān)量信號調(diào)理電路10用于輸出多個開關(guān)量信號，多個開關(guān)量信號與多個開關(guān)量信號調(diào)理電路10一一對應(yīng)，多個I/O擴展單元20中每個I/O擴展單元均與多個開關(guān)量信號調(diào)理電路10相連接，用于采集多個開關(guān)量信號，多個CPU30還用于分別向?qū)?yīng)的I/O擴展單元發(fā)送控制信號，其中，控制信號用于控制I/O擴展單元在多個開關(guān)量信號中選擇與控制信號對應(yīng)的開關(guān)量信號作為輸出信號。

多個I/O擴展單元20可以包括第一I/O擴展單元，多個CPU30可以包括第一CPU，第一CPU與第一I/O擴展單元對應(yīng)連接，優(yōu)選地，第一I/O擴展單元可以包括：控制信號接口，與第一CPU相連接，用于接收控制信號；多個開關(guān)量接口，與多個開關(guān)量信號調(diào)理電路10一一對應(yīng)連接，分別用于接收對應(yīng)連接的開關(guān)量信號調(diào)理電路10輸出的開關(guān)量信號；輸出接口，與第一CPU相連接，用于向第一CPU輸出根據(jù)控制信號選擇的開關(guān)量信號。

可選地，第一I/O擴展單元可以是多選一開關(guān)電路，在多個開關(guān)量接口中選擇與控制信號對應(yīng)的開關(guān)量接口，并將選擇出的開關(guān)量接口接收到的開關(guān)量信號作為輸出信號。第一I/O擴展單元還可以對信號整形，調(diào)整選擇出的開關(guān)量接口接收到的開關(guān)量信號的波形，并將調(diào)整后的信號作為輸出信號。

多個I/O擴展單元20中的任意一個I/O擴展單元可以是以下任意一種芯片：74系列芯片；可編程邏輯芯片CPLD；FPGA。

優(yōu)選地，開關(guān)量信號調(diào)理電路10可以包括：隔離電路，連接在開關(guān)電路和多個I/O擴展單元20之間，用于對開關(guān)電路和多個I/O擴展單元20執(zhí)行電氣隔離，其中，開關(guān)量信號調(diào)理電路10用于根據(jù)開關(guān)電路的電壓生成開關(guān)量信號。

優(yōu)選地，隔離電路為可以光耦。

優(yōu)選地，開關(guān)量信號調(diào)理電路10還可以包括：限流穩(wěn)壓電路，連接在開關(guān)電路和隔離電路相連接，用于對開關(guān)電路中的電壓執(zhí)行限流穩(wěn)壓。

優(yōu)選地，限流穩(wěn)壓電路可以包括：第一電阻，第一端與開關(guān)電路相連接；穩(wěn)壓二極管，負極與第一電阻的第二端相連接，正極與隔離電路的輸入端相連接。

優(yōu)選地，開關(guān)量信號調(diào)理電路10還可以包括：濾波電路，連接在隔離電路和多個I/O擴展單元20之間。

優(yōu)選地，濾波電路包括：第二電阻，第一端與隔離電路的輸出端相連接，第二端接地；電容，第一端與第二電阻的第一端相連接，第二端接地。

圖3是根據(jù)本實用新型第二實施例的開關(guān)量采集電路的示意圖。該實施例可以作為上述實施例的一個優(yōu)選實施例。

如圖3所示，該實施例提供的開關(guān)量采集電路包括：限流穩(wěn)壓電路11，隔離電路12，濾波電路13，n個I/O擴展單元和n個CPU。n個I/O擴展單元包括I/O擴展單元21，I/O擴展單元22，I/O擴展單元23，I/O擴展單元24，……，I/O擴展單元2n，n個CPU包括CPU31，CPU32，CPU33，CPU34，……，CPU3n。

在該實施例提供的開關(guān)量采集電路中，可以僅對需要直接使用開關(guān)量信號且對實時性要求高的CPU連接I/O擴展單元。如果CPU不需要直接使用開關(guān)量信號，或者對實時性要求不高，可以不連接I/O擴展單元。

CPU可以是DSP，各個CPU可以是通過自身的DSP接口與I/O擴展單元連接，通過DSP接口與I/O擴展單元的控制接口相連，以向I/O擴展單元的控制接口輸出控制信號控制I/O擴展單元選擇一路輸入信號作為輸出信號。每個CPU可以根據(jù)對應(yīng)連接的I/O擴展單元的控制特點對其進行控制。

限流穩(wěn)壓電路11可以包括限流電阻和穩(wěn)壓管，隔離電路12可以包括線性光耦，濾波電路13可以包括濾波電阻和濾波電容。限流穩(wěn)壓電路11可以在不通開關(guān)量電壓時對電路中的信號進行抗干擾，并控制流入線性光耦的電流，隔離電路12可以對開關(guān)電路與開關(guān)量采集電路進行電氣隔離，并傳輸開關(guān)量信號，濾波電路13可以對線性光耦輸出的信號進行限流及濾波。

每個I/O擴展單元可以是一個多路模擬開關(guān)，與線性光耦的輸出信號聯(lián)接，用于信號整形及CPU的I/O擴展，I/O擴展單元的個數(shù)取決于需要保護的CPU的數(shù)量，需要保護的CPU是指對開關(guān)量實時性要求高的CPU。

每個與I/O擴展單元相連接的CPU可以是DSP，通過DSP接口控制多路模擬開關(guān)和讀取開關(guān)量信號。

下面結(jié)合圖4-a和圖4-b對第二實施例的一個具體電路的實施方式進行描述：

圖4-a是根據(jù)本實用新型第三實施例的開關(guān)量采集電路的第一部分的示意圖，圖4-b是根據(jù)本實用新型第三實施例的開關(guān)量采集電路的第二部分的示意圖。圖4-a中的端口1與圖4-b中的端口1是電連接的，圖4-a與圖4-b通過端口1構(gòu)成一個完整的電路。

如圖4-a所示，限流穩(wěn)壓電路11包括限流電阻R1，穩(wěn)壓管D1；隔離電路12包括線性光耦U1，線性光耦U1內(nèi)部可看作是一個發(fā)光二極管，及一個三極管，U1的一端與電壓源VCC相連接；濾波電路13包括電阻R2及濾波電容C1，R2的一端和C1的一端接地。

具體連接方式為，開關(guān)量信號調(diào)理電路的正信號接電阻R1的第一端，電阻R1的第二端接穩(wěn)壓管D1的陰極，穩(wěn)壓管D1的陽極接光耦U1內(nèi)部二極管的陽極，光耦U1內(nèi)部二極管的陰極接開關(guān)電源公共端。光耦U1內(nèi)部三極管的集電極接VCC，光耦U1內(nèi)部三極管的發(fā)射極接電阻R2的第一端，電阻R2的第二端接數(shù)字地GND，同時濾波電容C1與R2并聯(lián)。

圖4-b所示的開關(guān)量采集電路包括2個I/O擴展單元，I/O擴展單元21與CPU31相連接，I/O擴展單元22與CPU32相連接，在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要增加I/O擴展單元以與CPU相連。

I/O擴展單元可以采用八選一選擇芯片，例如，I/O擴展單元可以采用可編程邏輯芯片CPLD、FPGA、74HC151芯片或其他74系列的芯片。

每個I/O擴展單元可以接收對應(yīng)連接的CPU的控制信號并向該CPU發(fā)送根據(jù)控制信號確定出的開關(guān)量信號。以圖4-b所示的I/O擴展單元21為74HC151芯片為例，接口I0～I7可以用于接收多個開關(guān)量信號調(diào)理電路的開關(guān)量信號，最多可以接收8個，圖中所示為I0連接一個開關(guān)量信號調(diào)理電路的情況，I/O擴展單元21的接口A、B、C和E用于接收CPU31的控制信號，該控制信號可以控制I/O擴展單元21是否工作，以及如果工作，選擇I0～I7中哪一個接口的開關(guān)量信號作為輸出信號，引腳5與CPU31相連接，用于向CPU輸出該輸出信號。

圖4-a中光耦U1內(nèi)部三極管的發(fā)射極，或者說，限流電阻R2的第一端與圖4-b中的多個I/O擴展單元相連接，也即，I/O擴展單元21的I0接口和I/O擴展單元31的I0接口分別與光耦U1內(nèi)部三極管的發(fā)射極相連接。各個CPU可以通過拉低74HC151芯片的第7引腳的電壓來使能該74HC151芯片，同時通過控制74HC151芯片的控制信號引腳，也即，引腳9～11，來選擇讀取與控制信號引腳接收到的控制信號相應(yīng)的接口的開關(guān)量信號。通過這種電路連接方式，可以使得CPU內(nèi)部的控制程序非常簡單。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。