CN106707009B - 一种宽量程高精度电流统计电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽量程高精度电流统计电路，包括多通道积分器、脉冲生成器、单片机STM32和A/D模块，积分器的输出端分为两路，一路输出与脉冲生成器的输入端相连接，另一路输出与A/D模块的输入端相连接，A/D模块的输出端与单片机STM32相连接；脉冲生成器的输出端与单片机STM32的GPIO接口相连接；单片机STM32的GPIO接口与积分器的泄放开关相连接。这种电流检测电路的计数精确到小数位，具有宽量程、高精度等特点，为宽量程弱电流信号的检测提供了一种新型的方法与途径。

Description

一种宽量程高精度电流统计电路
技术领域
本发明涉及微弱电流前端读出电路技术领域，具体地说，是一种宽量程高精度电流统计电路。
背景技术
现有的电流检测一般是基于电荷平衡原理，电路将输入电流积分后与标准的离散化的电量进行比较，定时器控制开关动作实现电荷平衡，从而获得频率与输入电流成正比的脉冲信号。这种积分型电荷平衡式转换原理，可对输入信号进行连续测量，不存在离散采样导致的信息丢失问题。但针对微弱电流的检测，传统电路无法完成宽量程、高精度的检测。
因此，需要一种新的电流统计电路以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有电流统计电路中量程不足和精度不足的问题，提供一种有宽量程、高精度的电流统计电路。
为实现上述发明目的，本发明的宽量程高精度电流统计电路可采用如下技术方案：
一种宽量程高精度电流统计电路，包括与输入的电流信号Iin相连接的积分器，积分器的输出端分为两路，一路输出与脉冲生成器的输入端相连接，另一路输出与A/D模块的输入端相连接，A/D模块的输出端与单片机STM32相连接；脉冲生成器的输出端与单片机STM32的GPIO接口相连接；单片机STM32的GPIO接口与积分器的泄放开关相连接。
所述积分器由由运放A1、积分瓷片电容C1、放电保护电阻R1和泄放开关S连接构成，运放A1的反相输入端与输入电路信号Iin相连接；运放A1的正相输入端与地相连接；运放A1的反相输入端与积分瓷片电容C1的一端相连接；运放A1的输出端与积分瓷片电容C1的另一端相连接；运放A1的反相输入端与放电保护电阻R1的一端相连接；放电保护电阻R1的另一端与泄放开关S的一端相连接；运放A1的输出端与泄放开关S的另一端相连接；积放电保护电阻R1、泄放开关S与分瓷片电容C1形成并联电路；泄放开关S的控制端与单片机STM32中的GPIO接口相连接；运放A1的输出端分为两路，一路与A/D模块的输入端相连接，另一路与脉冲生成器相连接。
所述脉冲生成器由电压比较器A2、电阻R2、R3、R4、R5连接构成，电压比较器A2的反相输入端与电阻R2相连接，电阻R2另一端与积分器输出相连接，电压比较器A2的正相输入端与电阻R3、R4相连接，电阻R3另一端与地相连接，电阻R4另一端与电压比较器A2的输出端相连接；电压比较器A2的输出端与电阻R5相连接，电阻另一端R5与3.3V电压相连接；电压比较器A2的输出端与单片机STM32的GPIO接口相连接。
所述A/D模块采用AD7705高精度AD模块。
所述单片机STM32通过脉冲生成器产生的脉冲来控制积分器的泄放开关进行泄放。同时当积分时间达到预设时间后，单片机STM32通过A/D模块读取当前积分器中积分瓷片电容C1的电压值，并与内部计数器中脉冲值进行计算处理，得到单位时间内高精度的电流能量统计值。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、本发明通过积分器对一定时间内的电流信号进行统计平均，相比传统技术，测量量程宽，改善了宽量程电流信号处理的线性误差，确保数据的准确性。
2、本发明在积分器中添加A/D采样模块，相比传统技术中统计脉冲个数，本发明精确到脉冲个数小数位，数据精度更高。
附图说明
图1是本发明电路原理示意图。
图2是本发明积分器具体电路连接图。
图3是本发明脉冲生成器具体电路连接图。
图4是本发明A/D模块核心芯片。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种宽量程高精度电流统计电路，包括与输入的电流信号Iin相连接的积分器，积分器的输出端分为两路，一路输出与脉冲生成器的输入端相连接，另一路输出与A/D模块的输入端相连接，A/D模块的输出端与单片机STM32相连接；脉冲生成器的输出端与单片机STM32的GPIO接口相连接；单片机STM32的GPIO接口与积分器的泄放开关相连接。
如图2所示，所述的积分器由由运放A1、积分瓷片电容C1、放电保护电阻R1和泄放开关S连接构成，运放A1的反相输入端与输入电路信号Iin相连接；运放A1的正相输入端与地相连接；运放A1的反相输入端与积分瓷片电容C1的一端相连接；运放A1的输出端与积分瓷片电容C1的另一端相连接；运放A1的反相输入端与放电保护电阻R1的一端相连接；放电保护电阻R1的另一端与泄放开关S的一端相连接；运放A1的输出端与泄放开关S的另一端相连接；积放电保护电阻R1、泄放开关S与分瓷片电容C1形成并联电路；泄放开关S的控制端与单片机STM32中的GPIO接口相连接；运放A1的输出端分为两路，一路与A/D模块的输入端相连接，另一路与脉冲生成器相连接。
如图3所示，所述的脉冲生成器由电压比较器A2、电阻R2、R3、R4、R5连接构成，电压比较器A2的反相输入端与电阻R2相连接，电阻R2另一端与积分器输出相连接，电压比较器A2的正相输入端与电阻R3、R4相连接，电阻R3另一端与地相连接，电阻R4另一端与电压比较器A2的输出端相连接；电压比较器A2的输出端与电阻R5相连接，电阻另一端R5与3.3V电压相连接；电压比较器A2的输出端与单片机STM32的GPIO接口相连接。
所述A/D模块采用AD7705高精度AD模块。
所述单片机STM32通过脉冲生成器产生的脉冲来控制积分器的泄放开关进行泄放；同时当积分时间达到预设时间后，单片机STM32通过A/D模块读取当前积分器中积分瓷片电容C1的电压值，并与内部计数器中脉冲值进行计算处理，得到单位时间内高精度的电流能量统计值。
本发明一种宽量程高精度电流统计电路，其主要采用高精度积分器、高灵敏电压比较器、单片机STM32等器件构成。其工作时，输入的电流信号在积分器中的积分瓷片电容C1上形成电压信号，电压信号在脉冲生成器中与预设阈值比较，超过阈值产生脉冲，并传输给单片机STM32，由内部计数器进行计数。此时代表积分器中的积分瓷片电容C1上的电压达到饱和状态，单片机STM32控制积分器的泄放开关进行泄放，泄放时间由C1和R1决定。当积分时间达到预设时间后，单片机STM32通过A/D模块输出的当前积分器上积分瓷片C1电容上的电压，经处理后并与内部计数器中的计数值相加，得到该时间段内电流信号的统计数据。这样周而复始的工作完成了高精度宽量程电流的统计。
本发明宽量程高精度电流统计电路具备6个数量级量程内电流信号的检测能力，通过积分器中采用A/D模块，提高单位时间内脉冲个数的统计精度，精确到了小数位，从而提高了整个电路的精度，改善了宽量程电流信号处理的线性误差。

Claims (4)

1.一种宽量程高精度电流统计电路，其特征在于：包括与输入的电流信号Iin相连接的积分器，积分器的输出端分为两路，一路输出与脉冲生成器的输入端相连接，另一路输出与A/D模块的输入端相连接，A/D模块的输出端与单片机STM32相连接；脉冲生成器的输出端与单片机STM32的GPIO接口相连接；单片机STM32的GPIO接口与积分器的泄放开关相连接；所述单片机STM32通过脉冲生成器产生的脉冲来控制积分器的泄放开关进行泄放；同时当积分时间达到预设时间后，单片机STM32通过A/D模块读取当前积分器中积分瓷片电容C1的电压值，并与内部计数器中脉冲值进行计算处理，得到单位时间内高精度的电流能量统计值；
所述电路工作时，输入的电流信号在积分器中的积分瓷片电容C1上形成电压信号，电压信号在脉冲生成器中与预设阈值比较，超过阈值产生脉冲，并传输给单片机STM32，由内部计数器进行计数。
2.如权利要求1所述的宽量程高精度电流统计电路，其特征在于：所述积分器由运放A1、积分瓷片电容C1、放电保护电阻R1和泄放开关S连接构成，运放A1的反相输入端与输入电路信号Iin相连接；运放A1的正相输入端与地相连接；运放A1的反相输入端与积分瓷片电容C1的一端相连接；运放A1的输出端与积分瓷片电容C1的另一端相连接；运放A1的反相输入端与放电保护电阻R1的一端相连接；放电保护电阻R1的另一端与泄放开关S的一端相连接；运放A1的输出端与泄放开关S的另一端相连接；积放电保护电阻R1、泄放开关S与分瓷片电容C1形成并联电路；泄放开关S的控制端与单片机STM32中的GPIO接口相连接；运放A1的输出端分为两路，一路与A/D模块的输入端相连接，另一路与脉冲生成器相连接。
3.如权利要求1所述的宽量程高精度电流统计电路，其特征在于：所述脉冲生成器由电压比较器A2、第一电阻R2、第二电阻R3、第三电阻R4、第四电阻R5连接构成，电压比较器A2的反相输入端与第一电阻R2相连接，第一电阻R2另一端与积分器输出相连接，电压比较器A2的正相输入端与第二电阻R3、第三电阻R4相连接，第二电阻R3另一端与地相连接，第三电阻R4另一端与电压比较器A2的输出端相连接；电压比较器A2的输出端与第四电阻R5相连接，第四电阻R5另一端与3.3V电压相连接；电压比较器A2的输出端与单片机STM32的GPIO接口相连接。
4.如权利要求1所述的宽量程高精度电流统计电路，其特征在于：所述A/D模块采用AD7705高精度AD模块。
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