本實用新型涉及一種基于IO擴(kuò)展器的振弦多路片選設(shè)計控制電路，是基于微控制器、IIC協(xié)議的IO擴(kuò)展器實現(xiàn)的多路振弦傳感器選通電路設(shè)計，涉及到土木結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測行業(yè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

振弦類傳感器引起測量穩(wěn)定性、成本優(yōu)勢在土木結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，常用用短期的檢測工程、長期的監(jiān)測工程項目。使用時需要連接采集裝置完成頻率采集工作，通過頻率值進(jìn)行力值、應(yīng)力的計算。

隨著電子行業(yè)的不斷發(fā)展，具有多路選通功能的采集設(shè)備得到應(yīng)用，其基本原理是利用電子開關(guān)選通，微型控制器控制管腳驅(qū)動各個選通的開關(guān)的通斷，每次僅讓一路開關(guān)導(dǎo)通，因此對于多路選通時，需要使用到多個微型控制器的IO資源。

為了解決多路選通開關(guān)時微型控制器IO資源的短缺問題，后來設(shè)計有利用編碼器原理組成的選通控制電路，其基本原理是利用數(shù)子電路的編碼器進(jìn)行控制，可實現(xiàn)4路IO控制16路選通的功能，但其PCB布局體積較大、可靠性也存在不足，且無法靈活擴(kuò)展。

綜上所述，傳統(tǒng)直接利用微型控制器驅(qū)動選通開關(guān)會占用過多的微型控制器IO資源，而采用編碼器驅(qū)動的方式造成PCB布線體積過大且可靠性較低。因此存在一定的局限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了克服上述缺陷，其目的在于提供一種基于IO擴(kuò)展器的振弦多路片選設(shè)計控制電路，可實現(xiàn)IIC總線控制32路振弦信號和32路溫度信號選通的功能，大大節(jié)約了微型控制器的IO資源和系統(tǒng)的可靠性。

本實用新型要解決的技術(shù)問題就在于：（1）使用最少的控制器IO資源的情況下，實現(xiàn)32路片選；（2）通道數(shù)可靈活擴(kuò)展。

本實用新型為了實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種基于IO擴(kuò)展器的振弦多路片選設(shè)計控制電路，控制電路含有四個IO擴(kuò)展器，該四個IO擴(kuò)展器分別為第一IO擴(kuò)展器、第二IO擴(kuò)展器、第三IO擴(kuò)展器、第四IO擴(kuò)展器；

每個擴(kuò)展器具有16路IO控制功能，其通過IIC總線與微型控制器進(jìn)行通信連接；

第一IO擴(kuò)展器、第二IO擴(kuò)展器與第一地址管腳連接；

第三IO擴(kuò)展器、第四IO擴(kuò)展器與第二地址管腳連接；

32路機(jī)械繼電器通過32路繼電器驅(qū)動電路與第一IO擴(kuò)展器、第二IO擴(kuò)展器連接；

32路光耦繼電器與第三IO擴(kuò)展器、第四IO擴(kuò)展器連接。

IO擴(kuò)展器通過地址管腳進(jìn)行地址區(qū)分。

本設(shè)計內(nèi)部設(shè)計有32路機(jī)械繼電器，32路繼電器驅(qū)動電路，32路光耦繼電器，分別實現(xiàn)振弦信號的選通和溫度信號的選通功能。

在多路片選開關(guān)控制信號的實現(xiàn)方面，為了不過多占用控制器的IO資源，本實用新型采用IIC協(xié)議的IO擴(kuò)展器實現(xiàn)，IO擴(kuò)展器是一種基于IIC通信協(xié)議的多路IO擴(kuò)展器，微型控制器可通過IIC指令進(jìn)行端口的高低電平控制。單個擴(kuò)展器只需兩個IO口即可控制16路的端口，擴(kuò)展器通過地址管腳進(jìn)行區(qū)分。

為了實現(xiàn)32路振弦信號和32路溫度信號的片選功能，需要使用到4片IO擴(kuò)展器，因此在設(shè)計時，通過每個擴(kuò)展器的IO地址位進(jìn)行設(shè)置，區(qū)分各個擴(kuò)展器。第一IO擴(kuò)展器的地址為設(shè)置為00，負(fù)責(zé)1~16通道的振弦信號選通控制；第二IO擴(kuò)展器的地址為設(shè)置為01，負(fù)責(zé)17~32通道的振弦信號選通控制；第三IO擴(kuò)展器的地址為設(shè)置為10，負(fù)責(zé)1~16通道的溫度信號選通控制；第四IO擴(kuò)展器擴(kuò)展器的地址為設(shè)置為11，負(fù)責(zé)17~32通道的溫度信號選通控制；當(dāng)需要擴(kuò)展更多的通道時，只需將地址位進(jìn)行區(qū)分即可。

振弦信號的選通設(shè)計方面，選通開關(guān)采用雙刀雙擲的機(jī)械式信號繼電器，選擇雙刀雙擲選通的原因是機(jī)械式信號繼電器導(dǎo)通電阻小，亦可保證振弦信號差分對的信號完整性。繼電器驅(qū)動電路采用晶體管實現(xiàn)，高電平時晶體管導(dǎo)通，繼電器得電吸合。低電平時晶體管截止，繼電器常開狀態(tài)。

溫度信號片選的選通設(shè)計，采用了光耦繼電器實現(xiàn)，其具有功耗低、動作時間快、使用壽命長等優(yōu)點，可滿足溫度信號的選通功能。其驅(qū)動方式采用擴(kuò)展器IO口直接驅(qū)動的方式，驅(qū)動端口高電平開關(guān)不導(dǎo)通，驅(qū)動端口低電平時片選開關(guān)導(dǎo)通。

本實用新型的有益效果：

綜上所述，本實用新型的接口設(shè)計采用以上設(shè)計方案，可實現(xiàn)同一個IIC接口下，可滿足32路振弦傳感器與32路溫度傳感器接口的選通功能，可簡化采集設(shè)備的設(shè)計，占用微型控制器資源少、PCB布局簡單、系統(tǒng)可靠等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為IO擴(kuò)展器電路接口電路示意圖；

圖3為振弦信號片選及其驅(qū)動電路示意圖；

圖4為溫度信號片選電路示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖1、2、3、4對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)描述：

一種基于IO擴(kuò)展器的振弦多路片選設(shè)計控制電路，其特征在于：控制電路含有四個IO擴(kuò)展器，該四個IO擴(kuò)展器分別為第一IO擴(kuò)展器51、第二IO擴(kuò)展器52、第三IO擴(kuò)展器53、第四IO擴(kuò)展器54；

每個擴(kuò)展器具有16路IO控制功能，其通過IIC總線6與微型控制器7進(jìn)行通信連接；

第一IO擴(kuò)展器51、第二IO擴(kuò)展器52與第一地址管腳41連接；

第三IO擴(kuò)展器53、第四IO擴(kuò)展器54與第二地址管腳42連接；

32路機(jī)械繼電器1通過32路繼電器驅(qū)動電路3與第一IO擴(kuò)展器51、第二IO擴(kuò)展器52連接；

32路光耦繼電器2與第三IO擴(kuò)展器53、第四IO擴(kuò)展器54連接。

2路光耦繼電器與第三IO擴(kuò)展器、第四IO擴(kuò)展器連接。

IO擴(kuò)展器通過地址管腳進(jìn)行地址區(qū)分。

本設(shè)計內(nèi)部設(shè)計有32路機(jī)械繼電器，32路繼電器驅(qū)動電路，32路光耦繼電器，分別實現(xiàn)振弦信號的選通和溫度信號的選通功能。

在多路片選開關(guān)控制信號的實現(xiàn)方面，為了不過多占用控制器的IO資源，本實用新型采用IIC協(xié)議的IO擴(kuò)展器實現(xiàn)，IO擴(kuò)展器是一種基于IIC通信協(xié)議的多路IO擴(kuò)展器，微型控制器可通過IIC指令進(jìn)行端口的高低電平控制。單個擴(kuò)展器只需兩個IO口即可控制16路的端口，擴(kuò)展器通過地址管腳進(jìn)行區(qū)分。

為了實現(xiàn)32路振弦信號和32路溫度信號的片選功能，需要使用到4片IO擴(kuò)展器，因此在設(shè)計時，通過每個擴(kuò)展器的IO地址位進(jìn)行設(shè)置，區(qū)分各個擴(kuò)展器。第一IO擴(kuò)展器的地址為設(shè)置為00，負(fù)責(zé)1~16通道的振弦信號選通控制；第二IO擴(kuò)展器的地址為設(shè)置為01，負(fù)責(zé)17~32通道的振弦信號選通控制；第三IO擴(kuò)展器的地址為設(shè)置為10，負(fù)責(zé)1~16通道的溫度信號選通控制；第四IO擴(kuò)展器擴(kuò)展器的地址為設(shè)置為11，負(fù)責(zé)17~32通道的溫度信號選通控制；當(dāng)需要擴(kuò)展更多的通道時，只需將地址位進(jìn)行區(qū)分即可。

振弦信號的選通設(shè)計方面，選通開關(guān)采用雙刀雙擲的機(jī)械式信號繼電器，選擇雙刀雙擲選通的原因是機(jī)械式信號繼電器導(dǎo)通電阻小，亦可保證振弦信號差分對的信號完整性。繼電器驅(qū)動電路采用晶體管實現(xiàn)，高電平時晶體管導(dǎo)通，繼電器得電吸合。低電平時晶體管截止，繼電器常開狀態(tài)。

溫度信號片選的選通設(shè)計，采用了光耦繼電器實現(xiàn)，其具有功耗低、動作時間快、使用壽命長等優(yōu)點，可滿足溫度信號的選通功能。其驅(qū)動方式采用擴(kuò)展器IO口直接驅(qū)動的方式，驅(qū)動端口高電平開關(guān)不導(dǎo)通，驅(qū)動端口低電平時片選開關(guān)導(dǎo)通。