專利名稱：一種在個人電腦上實現(xiàn)模擬量輸入的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬個人電腦接口應用技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著電腦硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，電腦芯片技術(shù)水平的不斷提高，人們構(gòu)成電腦應用系統(tǒng)的隨意性不斷增大，按照硬件系統(tǒng)的組合形式，常用的一種是使用個人電腦系統(tǒng)即利用個人電腦擴展槽，設(shè)計應用系統(tǒng)硬件模板如A/D(模/數(shù))、D/A(數(shù)/模)、I/O(輸入/輸出)擴展板等測控功能模板，由于這種系統(tǒng)不需要獨立的機箱與電源，降低了附加成本，電源從主機獲得，方便可靠，系統(tǒng)有較強的軟、硬件支持，人機對話功能好，應用軟件界面直觀，聯(lián)網(wǎng)功能強大。
現(xiàn)在CPU主頻已達到G為單位，同時個人電腦的結(jié)構(gòu)和運行狀況越來越復雜，因此大多數(shù)個人電腦都裝有系統(tǒng)自監(jiān)測電路和芯片，可實時地監(jiān)測個人電腦的運行狀況例如各種電壓參數(shù)，溫度參數(shù)，風扇轉(zhuǎn)速等，也可輸出PWM和其它開關(guān)量信號，主板監(jiān)控芯片(例如Winbond公司的W83627HF)具有硬件A/D轉(zhuǎn)換和可編程I/O接口，風扇測速信號等接口，我們可充分利用這些電路的冗余接口，擴展其應用范圍，可以省略或代替部分擴展卡，進一步簡化電腦應用系統(tǒng)。
臺式個人電腦中，盡管品牌、廠商和CPU主頻不同，電腦冷卻風扇外型和轉(zhuǎn)速不一，但個人電腦主板上的風扇插座序號和接口電氣參數(shù)卻是眾廠商共同遵守的事實標準，風扇插座的定義和形狀見表1和圖1。
表1

現(xiàn)有的電腦主板上通常提供2-5個風扇插座，在只使用CPU風扇時，常有2-4個冗余插座，表1中插頭2是電源正極，為直流風扇提供+12V工作電壓，插頭3是公共地；插頭1是一個反饋風扇轉(zhuǎn)速快慢的檢測信號端，“風扇每旋轉(zhuǎn)一周釋放兩個脈沖信號(2對極直流風扇)，電腦系統(tǒng)監(jiān)控芯片就會據(jù)此計算出風扇的旋轉(zhuǎn)速度”。風扇廠商提供的資料和本人的實際測量表明，轉(zhuǎn)速信號的脈沖波形是矩形波，矩形波信號的頻率f與轉(zhuǎn)速N成線性關(guān)系，見圖2，由圖可見風扇轉(zhuǎn)速與脈沖有下面關(guān)系N＝60÷(2×T) (轉(zhuǎn)/分鐘，) T＝t1+t2，又頻率與周期的關(guān)系是f＝1/T，f的單位是赫茲(Hz)，T的單位是秒(S)得N＝30×f (轉(zhuǎn)/分鐘) 式(1)一般情況，風扇電機的極對數(shù)為p時，N＝60÷p×f轉(zhuǎn)速信號的高電平VOh，即電壓幅值由主板監(jiān)控電路決定，輸出信號的低電平VOL由風扇內(nèi)電路決定，原理如圖3，測速風扇內(nèi)置信號反饋電路輸出采用集電極開路型式，外接上拉負載電阻電阻。
T導通時1＝10MAmax輸出電壓VL＝0伏(典型值為0.4V)T斷開時I＝0MAmin輸出電壓VOH＝VCC(主板電路監(jiān)控芯片工作電壓)因為輸出Vo是取自主板監(jiān)控電路電源，所以電扇測速信號發(fā)生電路自動適應主板芯片的工作電壓，通常是+5V直流，風扇轉(zhuǎn)速可在電腦的BIOS中看見，使用應用軟件(程序)在操作系統(tǒng)下也可監(jiān)測轉(zhuǎn)速參數(shù)，應用程序可以根據(jù)電腦風扇轉(zhuǎn)速的不同數(shù)值作顯示和處理。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種在個人電腦上實現(xiàn)模擬量輸入的電路。
本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是它包括電壓/頻率轉(zhuǎn)換器、個人電腦主板監(jiān)控系統(tǒng)電路，電壓/頻率轉(zhuǎn)換器上具有與傳感器輸出連接的輸入端，電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端與個人電腦主板監(jiān)控系統(tǒng)電路連接。
通常在電腦應用系統(tǒng)的測量通道中，傳感器和變送器輸出的模擬電壓或電流，須經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后再送入電腦處理。本實用新型采用A/D轉(zhuǎn)換的方法是電壓/頻率(V/F)轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成頻率信號再送入電腦，盡管頻率測量的響應速度較慢，但V/F轉(zhuǎn)換的特點是有良好的精度與線性，價格低，頻率測量本身使一個計數(shù)過程，V/F轉(zhuǎn)換過程是對輸入信號不斷積分，因而抗干擾能力強。
本實用新型接入臺式個人電腦，可擴大個人電腦應用范圍，方便接入模擬電壓(電流)與傳統(tǒng)的模擬量傳感器和變送器配合，可廣泛應用于各種場合。


圖1是現(xiàn)有的臺式個人電腦風扇插腳外型圖圖2是個人電腦風扇轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)速信號的波形圖圖3是現(xiàn)有的個人電腦風扇與電腦主板連接示意圖圖4是本實用新型實施例電路圖。
具體實施方案如圖4所示的本實用新型實施例，它包括電壓/頻率轉(zhuǎn)換器、個人電腦主板監(jiān)控系統(tǒng)電路，電壓/頻率轉(zhuǎn)換器上具有與傳感器輸出連接的輸入端，電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端與個人電腦主板監(jiān)控系統(tǒng)電路連接。電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端與個人電腦主板監(jiān)控系統(tǒng)電路的風扇三腳插座連接。
本實用新型實施例使用電腦主板測速風扇三腳插座作接口，電路原理如圖4，圖中HPR110是隔離型DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出+12V和-12V電源，輸出電流I0＝±30mA，轉(zhuǎn)換效率達79％，體積小。電路工作電源由電壓調(diào)整器7809經(jīng)12V取得，電路中的AD654是一種價格便宜的V/F轉(zhuǎn)換器，工作頻率達250KHz，線性誤差為0.03％，可工作在單電源或雙電源供電電路中，外部元件很少，AD654僅8腳，體積小，靜態(tài)工作電流僅有2mA，低失調(diào)電壓僅1mv，低溫度系數(shù)僅有±50ppm/℃，低溫度漂移僅為4mV/℃，具有250MΩ的輸入電阻。用一個電容和一個電阻即可工作，輸出電路采用集電極開路方式，低電平輸出為0.4V方便與電腦監(jiān)控芯片電路連接，輸出電壓波形是矩形波，適合作為虛擬風扇轉(zhuǎn)速信號。與TTL或CMOS等電平兼容。根據(jù)AD654資料，此V/F轉(zhuǎn)換器有下列關(guān)系f＝V/(10RC) 式(2)按圖4中參數(shù)，設(shè)置R1+W1＝10KΩf＝Vi/(10(R1+W1)C1)＝Vi/(10×10×103×0.15×10-6)＝(200/3)Vi又由式(1)N＝30×f所以有N＝(30×200÷3)Vi＝2000Vi 轉(zhuǎn)/分鐘式(3)此時可以看出轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)實際對應模擬輸入電壓，通過應用軟件的運算完成在電腦上的顯示。
在輸入電壓Vi接近5V時，在BIOS中轉(zhuǎn)速會顯示9999轉(zhuǎn)/分鐘，此是對應4位轉(zhuǎn)速顯示的最大值，如果要提高工作頻率范圍，可使用轉(zhuǎn)速計數(shù)是5位或更多位的顯示電路。電腦商也不難生產(chǎn)出或轉(zhuǎn)速或頻率兩種方式可轉(zhuǎn)換的BIOS。為了保證V/F轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性與可靠性，C1、W1和R1要選擇高質(zhì)量產(chǎn)品，輸入電阻由固定電阻R1及和可調(diào)位器W1以組成，以便補償增益誤差，電源端的C2是去藕電容。AD654的模擬量輸入范圍是0-(Vs-4)V其中Vs是單電源的工作電壓。因此該電路的輸入電壓范圍為0-(9-4)V即0-5V，考慮到模擬量和轉(zhuǎn)速信號的起始區(qū)有一個不靈敏區(qū)，選工作范圍Vi為1-5V。AD654與主板監(jiān)控電路的聯(lián)接方法十分簡單，只須接入三腳風扇插頭即可，相當于接上了電腦I/O口的計數(shù)器輸入端。從A1和A2連接普通傳感器或變送器(自身帶電源)，輸入的4-20mA電流時合上JP1，測量電壓時斷開JP1。用AD654組成V/F轉(zhuǎn)換電路也可直接測量小信號如熱電偶信號。使用其它型號的V/F轉(zhuǎn)換器或者運算放大器等也可組成本電路。當存在較強干擾輸入時，V/F轉(zhuǎn)換器的輸出可使用光電藕合。少數(shù)3腳風扇不支持測速功能，請注意查看電腦說明書的BIOS部分。
在圖4中外接二線制電流信號4-20mA傳感器(變送器)時，連接A1、A3端于，合上JP1、SW1和SW2，模擬量傳感器(變送器)不必配備電源，由轉(zhuǎn)換電路的DC/DC模塊直接供給，從HPR11OD的+12V和-12V疊加得到一個24V電壓。信號的變化是外傳感器(變送器)所消耗的電流來決定，A1、A2兩點上的電壓是傳感器(變送器)輸出的電流經(jīng)過250Ω取樣電阻得到1-5V的電壓與物理量相對應。
權(quán)利要求1.一種在個人電腦上實現(xiàn)模擬量輸入的電路，其特征在于它包括電壓/頻率轉(zhuǎn)換器、個人電腦主板監(jiān)控系統(tǒng)電路，電壓/頻率轉(zhuǎn)換器上具有與傳感器輸出連接的輸入端，電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端與個人電腦主板監(jiān)控系統(tǒng)電路連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端與個人電腦主板監(jiān)控系統(tǒng)電路的風扇三腳插座連接。
專利摘要本實用新型涉及一種在個人電腦上實現(xiàn)模擬量輸入的電路，它包括電壓/頻率轉(zhuǎn)換器、個人電腦主板監(jiān)控系統(tǒng)電路，電壓/頻率轉(zhuǎn)換器上具有與傳感器輸出連接的輸入端，電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端與個人電腦主板監(jiān)控系統(tǒng)電路連接。本實用新型接入臺式個人電腦，可擴大個人電腦應用范圍，方便接入模擬電壓(電流)與傳統(tǒng)的模擬量傳感器和變送器配合，可廣泛應用于各種場合。
文檔編號G06F3/00GK2634528SQ0229067
公開日2004年8月18日 申請日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者李 誠 申請人:李 誠