CN110568252A - 四通道双档位接口控制电路检测电流*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四通道双档位接口控制电路检测电流***，包括四路控制电路检测电流模组，每一路控制电路检测电流模组包括信号输入模块、转换模块、供电模块、数字隔离与反向器组合模块，单片机和CPU，信号输入模块，用于采集外部电流信号；转换模块，用于对外部电流信号进行差分放大处理和电压采集处理；单片机，用于向转换模块写入读取第一预设电流量程通道数据的指令，并根据计算得到的电流值进行再次判断，若计算得到的电流值大于或等于阈值，则读取的采样值为实际测试值；若计算得到的电流值小于阈值，则重新写入读取第二预设电流量程通道数据的指令，根据第二预设电流量程读取的采样值为实际测试值，自动识别出采集的电流大小，避免了手动换挡。

Description

四通道双档位接口控制电路检测电流***

技术领域

本发明涉及单片机技术领域，尤其涉及一种四通道双档位接口控制电路检测电流***。

背景技术

现今市场上的仪器大多是关于电流的单档位单通道的测量，在实际复杂的环境中测量不同量程的电流时需要我们手动转换电流测试的量程，这远远不能给用户更好的体验感与便捷性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四通道双档位接口控制电路检测电流***，旨在解决测量不同量程的电流时需要我们手动转换电流测试的量程，这远远不能给用户更好的体验感与便捷性的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种四通道双档位接口控制电路检测电流***，包括四路控制电路检测电流模组，每一路所述控制电路检测电流模组包括信号输入模块、转换模块、供电模块、数字隔离与反相器的组合模块，单片机和CPU，所述转换模块与所述输入模块电性连接，所述供电模块与所述转换模块电性连接，所述单片机与所述转换模块电性连接，所述CPU搭载在所述单片机上，其中，

所述信号输入模块，用于采集外部电流信号；

所述转换模块，用于对外部电流信号进行差分放大处理和电压采集处理；

所述供电模块，用于给所述转换模块供电；

所述数字隔离与反相器的组合模块，保证检测电路与主控电路物理上的完全隔离，同时保证数据的正常通信。

所述单片机，用于向所述转换模块写入读取第一预设电流量程通道数据的指令，并根据计算得到的电流值进行再次判断，若计算得到的电流值大于或等于阈值，则读取的采样值为实际测试值；若计算得到的电流值小于阈值，则重新写入读取第二预设电流量程通道数据的指令，根据第二预设电流量程读取的采样值为实际测试值，自动识别出采集的电流大小。

在一实施方式中，所述转换模块包括采样电阻、放大器和电压采集单元，所述采样电阻与所述信号输入模块串联，所述放大器的数量为两个，两个所述放大器分别与所述采样电阻电性连接，所述电压采集单元与两个所述放大器电性连接；其中，

所述放大器，用于接收对应路输入信号，并对输入信号进行不同倍数的差分放大处理；

所述电压采集单元，用于同时对两路输入信号进行电压采集，并输出至所述单片机进行计算。

在一实施方式中，所述电压采集单元包括模数转换器和芯片寄存器，所述模数转换器的数量为两个，每一所述模数转换器与每一所述放大器电性连接，所述芯片寄存器与所述CPU电性连接；其中，

所述模数转换器，用于同时将两路输入信号连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号；

所述芯片寄存器，用于接收所述CPU写入的读取电流量程通道数据的指令。

在一实施方式中，所述供电模块包括外部电源、电源隔离芯片、第一电压转换电路和第二电压转换电路，所述电源隔离芯片与所述外部电源电性连接，所述第一电压转换电路与两个所述放大器和所述电源隔离芯片电性连接，所述第二电压转换电路与两个所述放大器和所述电源隔离芯片电性连接；其中，

所述外部电源，用于双极性电源供电，输出正负预设电压；

所述电源隔离芯片，用于电流测控电路与主控电路的隔离；

所述第一电压转换电路，用于转换输出预设大电流转换电压；

所述第二电压转换电路，用于转换输出预设小电流转换电压。

在一实施方式中，所述转换模块还包括数字隔离芯片、第一串行通信接口和第二串行通信接口，所述数字隔离芯片、所述第一串行通信接口和所述第二串行通信接口的数量均为两个，所述数字隔离芯片分别通过两个所述第一串行通信接口与所述电压采集单元进行数据通信，所述数字隔离芯片分别通过两个所述第二串行通信接口与所述单片机进行数据通信；其中，

所述数字隔离芯片，用于实现电压测控电路与主控电路的隔离；

所述第一串行通信接口和所述第二串行通信接口，均用于根据所述CPU指令控制引脚的高低电平转换，实现数据通信传输。

在一实施方式中，所述转换模块还包括反相器和第三串行通信接口，所述反相器与两个所述第二串行通信接口电性连接，且通过所述第三串行通信接口与所述单片机进行数据通信；

所述反相器，用于与所述CPU中的片选信号配合，让片选信号控制两个数字隔离MISO使能脚和片选脚使所述第一串行通信接口、所述第二串行通信接口和所述第三串行通信接口通信有条不紊。

本发明的一种四通道双档位接口控制电路检测电流***，通过所述转换模块对外部电流信号进行差分放大处理和电压采集处理，传输至所述单片机，所述单片机向所述转换模块写入读取第一预设电流量程通道数据的指令，并根据计算得到的电流值进行再次判断，若计算得到的电流值大于或等于阈值，则读取的采样值为实际测试值；若计算得到的电流值小于阈值，则重新写入读取第二预设电流量程通道数据的指令，根据第二预设电流量程读取的采样值为实际测试值，自动识别出采集的电流大小，避免手动换挡。

基础公式:

I＝V/R×Amp

I:Actual current value

V:The voltage value converted by the digital-to-analog converter

R:Sampling resistor

Amp:Instrumentation amplifier magnification

具体指标：

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明控制电路检测电流模组的结构示意图；

图2是本发明控制电路检测电流模组的具体结构示意图；

图3是本发明电压采集单元的结构示意图；

100-控制电路检测电流模组、1-信号输入模块、2-转换模块、3-供电模块、4-单片机、5-CPU、21-采样电阻、22-放大器、23-电压采集单元、24-数字隔离芯片、25-第一串行通信接口、26-第二串行通信接口、27-反相器、28-第三串行通信接口、31-外部电源、32-电源隔离芯片、33-第一电压转换电路、34-第二电压转换电路、231-模数转换器、232-芯片寄存器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图3，本发明提供一种四通道双档位接口控制电路检测电流***，包括四路控制电路检测电流模组100，四路控制电路检测电流模组100串联，共有四个通道，即共可以测量外部四通道的电流值，其中每个通道又分为两个量程，一个通道是大电流测量，一个通道是小电流测量。

具体的每一路所述控制电路检测电流模组100包括信号输入模块1、转换模块2、供电模块3、单片机4和CPU5，所述转换模块2与所述输入模块电性连接，所述供电模块3与所述转换模块2电性连接，所述单片机4与所述转换模块2电性连接，所述CPU5搭载在所述单片机4上，其中，

所述信号输入模块1，为电流采集器，用于采集外部电流信号；可以是型号为HC-20316路模拟量采集模块，也可以是型号HC-2212路模拟量采集模块；

所述转换模块2，用于对外部电流信号进行差分放大处理和电压采集处理；所述转换模块2包括采样电阻21、放大器22、电压采集单元23、数字隔离芯片24、第一串行通信接口25、第二串行通信接口26、反相器27和第三串行通信接口28，所述电压采集单元23包括模数转换器231(ADC)和芯片寄存器232；所述采样电阻21与所述信号输入模块1串联，所述放大器22的数量为两个，两个所述放大器22分别与所述采样电阻21电性连接，所述电压采集单元23与两个所述放大器22电性连接；所述模数转换器231的数量为两个，每一所述模数转换器231与每一所述放大器22电性连接，所述芯片寄存器232与所述CPU5电性连接；所述数字隔离芯片24、所述第一串行通信接口25和所述第二串行通信接口26的数量均为两个，所述数字隔离芯片24分别通过两个所述第一串行通信接口25与所述电压采集单元23进行数据通信，所述数字隔离芯片24分别通过两个所述第二串行通信接口26与所述单片机4进行数据通信；所述反相器27与两个所述第二串行通信接口26电性连接，且通过所述第三串行通信接口28与所述单片机4进行数据通信；外部电流信号串联一个所述采样电阻21，阻值可以是100毫欧，所述采样电阻21的两端分别接到由精密仪表放大器22组成的电路输入端进行不同倍数的差分放大，可以减少电路干扰的影响，所述放大器22的型号可以是INA821，经过放大后的两路信号在分别接到所述电压采集单元23的两路模拟输入通道，所述电压采集单元23是ADS1247芯片，由于所述电压采集单元23包括两个模数转换器231，所述模数转换器231同时将两路输入信号连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，同时通过所述第一串行通信接口25SPI经所述数字隔离芯片24过滤后，又通过所述第二串行通信接口26SPI传输给所述反相器27，所述反相器27又通过所述第三串行通信接口28SPI传输至所述单片机4，所述模数转换器231采用四线SPI即两个所述第一串行通信接口25SPI和两个所述第二串行通信接口26SPI与所述反相器27通信采用菊花链式连接，大大减少IO口资源，所述数字隔离芯片24的型号为ADUM1401BRW；所述电压采集单元23还包括串行接口控制器(Serialinterface and control)、可调数字滤波器(Adjustable Digital Fiter)、三阶调制器(3rd order Modulator)、可编程增益放大器22(PGA)、***监视器(system monitor)、输入多路复用器(inputmux)、布穆特探测器(Bumout Detect)、内振荡器(intemaloscilllator)、Vref多路复用器(VREF mux)，串行接口控制器连接DRDY引角和START引角，所述芯片寄存器232包括IDAC0寄存器和ODR寄存器，启动ADS1247芯片需要提供精确的控制转换，脉冲开始引脚从高电平开始转换。转换完成是由DRDY引脚拉低与表示当IDAC0寄存器中的DRDY模式位为1时，DOUT/DRDY引脚电平置低，当转换完成时该芯片内部自动将数据保存在ODR寄存器中并停止转换，之后便可读取转换结果。然而,开始在与该芯片通信之前，必须对该芯片寄存器232进行配置验证操作，CPU5向ADS1247芯片寄存器232中写入内部固定好的配置指令，会得到芯片的返回值，通过这步来验证该芯片是否能正常工作，如果得不到返回值即该芯片连接或其他方面有问题需更更换芯片或进行其它操作。当数据转换完成时DRDY引脚置低数据停止转换，直到START引脚置高该芯片才处于开机状态准备开始新的电平数据转换。当开始引脚返回高时，进行抽取滤波器保持复位状态，内部32个调制器时钟周期使模拟电路稳定。ADS1247芯片空闲状态默认为高电平，时钟在第一个下降沿跳变有效。

当START引脚为高时，ADC会对选中的输入通道进行连续数据转换。这个转换过程直到DRDY引脚降低为止，启动销也可以用来通过脉冲启动引脚执行同步测量多通道数据。使用多个ADC芯片时，如果每块芯片同时接收起始脉冲，则所有器件会在START引脚电平升高时开始进行数据转换，可以通过SPI发送指令来控制START引脚的高低电平转换，如果在所有ADC芯片内部设置为相同的电平转换速率，则所有芯片会同时完成转换，当数据转换完成时可通过控制START引脚为低电平来关闭芯片内部的数据转换节省芯片的开销。以上操作步骤上可为CPU5控制寄存器拉高START引脚对应的IO口，使START引脚处于高电平状态，ADS1247芯片会相应的进行电平数据的转换，当转换完成时DRDY引脚会被拉低，表示数据已经转换完成了。同时所述反相器27与所述CPU5中的片选信号配合，让片选信号控制两个数字隔离MISO使能脚和片选脚使所述第一串行通信接口25、所述第二串行通信接口26和所述第三串行通信接口28通信有条不紊。所述单片机4根据公式计算出真正的采集电压值后再除以串联的采样电阻21的实际阻值便得到了要采集的电流值。此外，由于所述电压采集单元23参考电压为2.5V即最大可采集2.5V的电压值，所以放大电路中电压值最大不能超过该幅值，所以对0-6mA电流信号采用500倍放大，6mA-2A电流信号采用10倍放大最终使信号都放大到所述电压采集单元23所能采集到的量程范围内。

所述供电模块3，用于给所述转换模块2供电；所述供电模块3包括外部电源31、电源隔离芯片32、第一电压转换电路33和第二电压转换电路34，所述电源隔离芯片32与所述外部电源31电性连接，所述第一电压转换电路33与两个所述放大器22和所述电源隔离芯片32电性连接，所述第二电压转换电路34与两个所述放大器22和所述电源隔离芯片32电性连接；所述外部电源31为双极性电源供电，输出正负预设电压；所述第一电压转换电路33，用于转换输出预设正电压；所述第二电压转换电路34，用于转换输出预设负电压；所述电源隔离芯片32选用A0505S或者A0503S DC-DC芯片隔离输出正负5V或者正负3.3V的电压之后再通过所述第一电压转换电路33和所述第二电压转换电路34输出正负2.5V的电压为***供电。

所述单片机4，用于向所述转换模块2写入读取第一预设电流量程通道数据的指令，并根据计算得到的电流值进行再次判断，若计算得到的电流值大于或等于阈值，则读取的采样值为实际测试值；若计算得到的电流值小于阈值，则重新写入读取第二预设电流量程通道数据的指令，根据第二预设电流量程读取的采样值为实际测试值，自动识别出采集的电流大小。第一预设电流量程为大电流量程，第二预设电流量程为小电流量程，根据输入信号的大小不同，所述CPU5默认向ADS1247芯片中的芯片寄存器232中写入大电流量程通道数据的指令，之后所述CPU5会根据计算得到的电流值进行再次判断，当在所述CPU5中计算得到的电流值大于或者等于阈值时，便将所述CPU5默认读取的采样值作为产品的实际测试值，小于阈值便舍弃该数据重新写入读取小电流量程通道数据的指令，从ADS1247芯片中获取小量程档位的采集数据并作为产品的真正测试值，自动识别出采集的电流大小，从而避免了手动换挡的问题，方便快捷，增强用户的体验感。

所述四通道双档位接口控制电路检测电流***，通过所述电源隔离芯片32和所述数字隔离芯片24将测试电路与主控电路在物理上进行完全隔离，大大降低了外部环境对电压采集造成的干扰，进一步减小了电流测量的误差，增强了测量的稳定性，提高了电流测量的有效位数即保证了整体测量的精度，同时当测试不同量程的电流值时会根据具体的值进行判断，对其中具体电流所处的量程选取对应的通道进行测量，很好的解决了0-2A与0-6mA量程电流的精确测量，0-2A量程的测试精度可达0.1％，有效读数保证1mA，0-6mA量程的测试精度可达0.1％，有效读数保证10uA，自动识别选取量程，无需手动换挡，增强用户的体验感和便捷性。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种四通道双档位接口控制电路检测电流***，其特征在于，

包括四路控制电路检测电流模组，每一路所述控制电路检测电流模组包括信号输入模块、转换模块、供电模块、数字隔离与反向器组合模块、单片机和CPU，所述转换模块与所述输入模块电性连接，所述供电模块与所述转换模块电性连接，所述单片机与所述转换模块电性连接，所述CPU搭载在所述单片机上，其中，

所述信号输入模块，用于采集外部电流信号；

所述转换模块，用于对外部电流信号进行差分放大处理和电压采集处理；

所述供电模块，用于给所述转换模块供电；

所述数字隔离与反相器的组合模块，保证检测电路与主控电路物理上的完全隔离，同时保证数据的正常通信。

所述单片机，用于向所述转换模块写入读取第一预设电流量程通道数据的指令，并根据计算得到的电流值进行再次判断，若计算得到的电流值大于或等于阈值，则读取的采样值为实际测试值；若计算得到的电流值小于阈值，则重新写入读取第二预设电流量程通道数据的指令，根据第二预设电流量程读取的采样值为实际测试值，自动识别出采集的电流大小。

2.如权利要求1所述的四通道双档位接口控制电路检测电流***，其特征在于，

所述转换模块包括采样电阻、放大器和电压采集单元，所述采样电阻与所述信号输入模块串联，所述放大器的数量为两个，两个所述放大器分别与所述采样电阻电性连接，所述电压采集单元与两个所述放大器电性连接；其中，

所述放大器，用于接收对应路输入信号，并对输入信号进行不同倍数的差分放大处理；

所述电压采集单元，用于同时对两路输入信号进行电压采集，并输出至所述单片机进行计算。

3.如权利要求2所述的四通道双档位接口控制电路检测电流***，其特征在于，

所述接口控制电路采用CPU控制达林顿管进而控制4个通道的继电器控制外部信号的输入通断，电压采集单元包括低温漂的精密采样电阻仪表放大器，模数转换器所述模数转换器的数量为4个，每一所述模数转换器与每一所述放大器电性连接，所述芯片寄存器与所述CPU电性连接；其中，所述模数转换器，用于同时将两路输入信号连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号；

所述芯片寄存器，用于接收所述CPU写入的读取电流量程通道数据的指令。

4.如权利要求2所述的四通道双档位接口控制电路检测电流***，其特征在于，

所述供电模块包括外部电源、电源隔离芯片、数字隔离芯片和反相器的组合、第一电压转换电路和第二电压转换电路，所述电源隔离芯片与所述外部电源电性连接，所述第一电压转换电路与两个所述放大器和所述电源隔离芯片电性连接，所述第二电压转换电路与两个所述放大器和所述电源隔离芯片电性连接；其中，

所述外部电源，用于双极性电源供电，输出正负预设电压；

所述电源隔离芯片，用于电流测控电路与主控电路的隔离；

所述数字隔离芯片和反相器的组合，用于将检测电路与主控电路实现在物理上的完全隔离，用于CPU与数据转换器间的数据交换，因为通用的数字隔离芯片只有高低电平二态输出，这里巧妙采用与反相器的巧妙组合，使CPU与数据转换器之间的控制和数据交换能正常进行。

所述第一电压转换电路，用于转换输出预设大电流转换电压；

所述第二电压转换电路，用于转换输出预设小电流转换电压。

5.如权利要求1所述的四通道双档位接口控制电路检测电流***，其特征在于，

所述转换模块还包括数字隔离芯片、第一串行通信接口和第二串行通信接口，所述数字隔离芯片、所述第一串行通信接口和所述第二串行通信接口的数量均为两个，所述数字隔离芯片分别通过两个所述第一串行通信接口与所述电压采集单元进行数据通信，所述数字隔离芯片分别通过两个所述第二串行通信接口与所述单片机进行数据通信；其中，

所述数字隔离与反相器的组合模块，保证检测电路与主控电路物理上的完全隔离，同时保证数据的正常通信。

所述第一串行通信接口和所述第二串行通信接口，均用于根据所述CPU指令控制引脚的高低电平转换，实现数据通信传输。

6.如权利要求5所述的四通道双档位接口控制电路检测电流***，其特征在于，

所述转换模块还包括反相器和第三串行通信接口，所述反相器与两个所述第二串行通信接口电性连接，且通过所述第三串行通信接口与所述单片机进行数据通信；

所述反相器，用于与所述CPU中的片选信号配合，让片选信号控制两个数字隔离MISO使能脚和片选脚使所述第一串行通信接口、所述第二串行通信接口和所述第三串行通信接口通信有条不紊。