开关量采集电路设计.doc

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，
，即
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：
，即R10+R14+R12>4.5kΩ。在设计中，选择R10=R12=2 kΩ,R12=1 kΩ。
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UCE足够大时，集电极电流IC与发光二极管输入电流I F的百分比，所以集电极电流IC=IF*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4.7KΩ。
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。