[发明专利]一种塔灯信号采集装置及实现方法

权利要求书

1.一种塔灯信号采集装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体由上盖（1）、主板（2）、下盖（3）构成；

所述上盖（1）的面上分别设有接线端子孔Ⅰ（1-1）、接线端子孔Ⅱ（1-2）、内部状态灯孔（1-3）和输出状态灯孔（1-4）；

所述主板（2）上设有采集电路；

所述下盖（3）与上盖（1）固定在一起，在下盖（3）和上盖（1）之间的上盖（1）内设有主板（2），主板（2）采集电路上的内部状态灯D5、输出状态灯D7、接线端子J1和接线端子J2分别对应插入上盖（1）的内部状态灯孔（1-3）、输出状态灯孔（1-4）、接线端子孔Ⅰ（1-1）和接线端子孔Ⅱ（1-2）中；

所述采集电路由供电电路、储能电路、输入转换电路、信号采集电路、输出转换电路组成，所述供电电路为储能电路、输入转换电路、信号采集电路供电，所述储能电路为输入转换电路、信号采集电路提供备用电，所述输入转换电路、信号采集电路、输出转换电路串联构成信号采集、状态识别和转换输出的整个通路。

2.根据权利要求1所述的一种塔灯信号采集装置，其特征在于，所述采集电路具体连接为：

供电电路内，DC-DC模块IC1的7脚分别与保护二极管D1的阴极、稳压电容C1、稳压电容C2的一端及接线端子J1的1脚+24V电源连接，保护二极管D1的阳极、稳压电容C1和稳压电容C2的另一端分别与接线端子J1的2脚连接并接地，DC-DC模块IC1的8脚分别与启动电容C13、电感L1的一端及保护二极管D2的阴极连接，启动电容C13的另一端接DC-DC模块IC1的1脚，电感L1的另一端分别与稳压电容C3、稳压电容C4、电容C5、电容C6及反馈电阻R1的一端及+5V内部电源连接，保护二极管D2的阳极分别与稳压电容C3、稳压电容C4、电容C5、电容C6的另一端连接并接地，反馈电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端及DC-DC模块IC1的4脚连接，DC-DC模块IC1的6脚、9脚及电阻R2的另一端接地；

储能电路内，充电保护二极管D3阴极分别通过充电限流电阻R3接放电限流电阻R4和法拉电容C7的一端，放电限流电阻R4另一端接放电保护二极管D4的阳极，放电保护二极管D4阴极和充电保护二极管D3阳极分别接供电电路的+5V内部电源，法拉电容C7另一端接地；

输入转换电路内，分压电阻R5和分压电阻R6的一端接晶体管Q1的栅极，晶体管Q1的源极通过上拉电阻R7接+5V电源，晶体管Q1漏极分别接分压电阻R5另一端、接线端子J2的2脚及地，分压电阻R5的另一端接接线端子J2的1脚，分压电阻R8和分压电阻R9的一端接晶体管Q2的栅极，晶体管Q2的源极通过上拉电阻R10接+5V电源，晶体管Q2漏极接分压电阻R9的另一端及地，分压电阻R8的另一端接接线端子J2的3脚；

信号采集电路内，触发器IC2的3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚接地，10脚分别接复位电容C8、滤波电容C9、下拉电阻R11的一端及输入转换电路晶体管Q1的源极，复位电容C8的另一端分别接触发器IC2的9脚、14脚、稳压电容C11和上拉电阻R13的一端及+5V电源，滤波电容C9、下拉电阻R11、稳压电容C11的另一端接地，上拉电阻R13的另一端接开关管Q3发射极和限流电阻R14的一端，限流电阻R14的另一端通过内部状态灯D5接开关管Q3的集电极、滤波电容C12的一端及地，滤波电容C12的另一端接开关管Q3的基极及触发器IC2的13脚，触发器IC2的11脚分别接下拉电阻R12、滤波电容C10的一端及输入转换电路晶体管Q2的源极，下拉电阻R12和滤波电容C10的另一端接地；

输出转换电路内，限流电阻R15和下拉电阻R16的一端接晶体管Q4的栅极，晶体管Q4的漏极通过限流电阻R17接限流电阻R18和上拉电阻R19的一端，限流电阻R18的另一端接晶体管Q5的栅极，上拉电阻R19的另一端接晶体管Q5的源极、+24V电源及接线端子J1的1脚，晶体管Q5的漏极接输出保护二极管D6阳极和限流电阻R20的一端，保护二极管D6的阴极接接线端子J2的3脚，限流电阻R20的另一端通过输出状态灯D7接下拉电阻R16另一端、晶体管Q4的源极及接线端子J2的4脚地；

DC-DC模块IC1的型号为：TPS5450；

触发器IC2的型号为：MC14013B。

3.一种采用权利要求1或2所述的塔灯信号采集装置的实现方法，其特征在于，步骤如下：

第一步、将外部供电+24V电源与接线端子J1的1脚和2脚相接；将外部数据采集系统的SIG_OUT端与接线端子J1的3脚信号输出端相接，将外部数据采集系统的地线与接线端子J1的4脚接地端相接；将被监测塔灯的绿灯线GREEN_LIGHT与接线端子J2的1脚相接，将被监测塔灯的红灯线RED_LIGHT与接线端子J2的3脚相接，将被监测塔灯的地线与接线端子J2的2脚公共地GND相接；

第二步、当本装置接入+24V外部电源后，外部供电+24V输入到DC-DC模块IC1的7脚，经过启动电容C13、反馈电阻R1、R2的反馈控制和电感L1、稳压电容C3、电容C4、电容C5、电容C6的滤波稳压，在电容C6和反馈电阻R1的相接点形成+5V内部电源，+5V内部电源给储能电路、输入转换电路、信号采集电路供电，外部供电+24V同时给输出转换电路供电，当+5V内部电源接入到储能电路后，经二极管D3、充电限流电阻R3向法拉电容C7中充电，法拉电容C7电压达到+5V后自动停止充电；

第三步、当被监测设备处于正常工作状态时，设备塔灯的红灯线RED_LIGHT为0V，绿灯线GREEN_LIGHT为+24V，此时输入转换电路的晶体管Q2的源极输出0V，晶体管Q1的源极输出+5V，两个电平信号分别传递给触发器IC2的11脚和10脚，根据触发器IC2的内部逻辑，触发器IC2的13脚输出保持为上电复位状态的低电平0V，从而使开关管Q3导通，内部状态灯D5保持熄灭状态，同时使输出转换电路的晶体管Q4和Q5均截止，输出状态灯D7保持熄灭状态，输出保护二极管D6输出0V，外部数据采集系统从SIG_OUT得到0V，表示被监测设备工作正常；

第四歩、当被监测设备故障时，设备塔灯的红灯线RED_LIGHT由0V变为+24V，绿灯线GREEN_LIGHT为由+24V变为0V，此时输入转换电路的晶体管Q2输出+5V，晶体管Q1输出0V，两个电平信号分别传递给触发器IC2的11脚和10脚，根据触发器IC2的内部逻辑，触发器IC2的13脚输出由0V变为+5V，从而使信号采集电路的开关管Q3截止，内部状态灯D5亮起，同时使输出转换电路晶体管Q4和Q5均导通，输出状态灯D7亮起，输出保护二极管D6输出+24V，外部数据采集系统从SIG_OUT得到+24V，表示被监测设备发生故障；

第五步、当被监测设备检修完毕、被监测设备重新启动后，设备塔灯的红灯线RED_LIGHT由+24V变为0V，绿灯线GREEN_LIGHT由0V变为+24V，此时输入转换电路晶体管Q2输出0V，晶体管Q1输出+5V，两个电平信号分别传递给触发器IC2的11脚和10脚，根据触发器IC2的内部逻辑，触发器IC2的13脚输出0V，从而使信号采集电路的开关管Q3导通，内部状态灯D5熄灭，同时使输出转换电路的晶体管Q4和Q5均截止，输出状态灯D7熄灭，输出保护二极管D6输出0V，外部数据采集系统从SIG_OUT得到0V，表示被监测设备已恢复正常；

第六步、当被监测设备检修过程中关闭故障设备的电源时，设备塔灯的红灯线RED_LIGHT和绿灯线GREEN_LIGHT均为0V，此时输入转换电路晶体管Q2和 Q1均输出0V，两个电平信号分别传递给触发器IC2的11脚和10脚，根据触发器IC2的内部逻辑，触发器IC2的13脚保持输出+5V，从而使信号采集电路的开关管Q3保持截止，内部状态灯D5保持亮起的状态，同时使输出转换电路的晶体管Q4和Q5均保持导通，输出状态灯D7保持亮起状态，输出保护二极管D6保持输出+24V，外部数据采集系统从SIG_OUT得到+24V，表示被监测设备仍然处于故障状态，即被监测故障设备断电后，本装置仍然会保留故障状态，直到被监测设备检修完毕，设备塔灯的绿灯线GREEN_LIGHT变为+24V、红灯线RED_LIGHT变为0V，如前述第五步骤原理，外部数据采集系统从SIG_OUT得到0V后，表示被监测设备已恢复正常；

第七步、当被监测设备检修过程中关闭外部供电+24V电源时，储能电路的法拉电容C7通过放电限流电阻R4、放电保护二极管D4，给输入转换电路和信号采集电路提供备用电，使信号采集电路的触发器IC2的13脚保持原有的输出状态0V或+5V，不会造成故障状态的丢失；

第八步、外部供电+24V电源恢复供电时，信号采集电路触发器IC2的13脚保持的输出状态0V或+5V传送给输出转换电路，并通过输出保护二极管D6输出给外部数据采集系统，外部数据采集系统根据从SIG_OUT得到的电平是0V还是+24V来判断被监测设备是否工作正常；

第九步、从本装置上的内部状态灯D5和输出状态灯D7也能够直观地判断被监测设备的运行状态，当内部状态灯D5和输出状态灯D7均处于熄灭状态时，表示被监测设备运行正常；当内部状态灯D5和输出状态灯D7均处于亮起状态时，表示被监测设备出现故障；当内部状态灯D5亮起、输出状态灯D7熄灭状态时，表示被监测设备出现故障，且本装置的外部供电已中断。