CN112834804A - 一种低成本高精度的电流采集传感器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本高精度的电流采集传感器及其控制方法，涉及电子设备技术领域，该传感器包括控制器和信号采集模块；所述信号采集模块包括采样电阻R1、采样电阻R2、控制开关S1、控制开关S2及运算放大电路；所述采样电阻R1和采样电阻R2串联，所述控制开关S1和控制开关S2并联且分别连接在所述采样电阻R2的两端，所述运算放大电路分别与所述控制开关S1和控制开关S2连接；所述控制器与所述运算放大电路电性连接。本发明还公开该传感器的控制方法。本发明公开的电流采集传感器及其控制方法，利用控制器对采集电路进行控制，采集不同状态下的电压信号，对采集回的电压信号补偿零点漂移电压，可实现高精度的电流值。

Description

一种低成本高精度的电流采集传感器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，特别涉及一种低成本高精度的电流采集传感器及其控制方法。

背景技术

在电力电子领域，电流信号是科学研究、工业生产必不可少的信息，例如供电线路需要实时监测电流信号来判断传输链路是否正常，新能源汽车需要实时监测电流判断是否电机过流等，但市场上现有的高精度电流传感器价格较高，增加了使用者的使用成本；而低成本元件设计的电流传感器则常常采用存在零点漂移的低成本运算放大电路，导致精度比较低，影响判断结果，因此市场亟需一种成本低同时精度高的电流传感器。

发明内容

本申请的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种低成本高精度的电流采集传感器，利用控制器对采集电路进行控制，采集不同状态下的电压信号，对采集回的电压信号补偿零点漂移电压，可实现高精度的电流值。

本发明还提供了一种低成本高精度的电流采集传感器的控制方法。

为了实现上述发明目的，本申请提供了以下技术方案：一种低成本高精度的电流采集传感器，包括控制器和信号采集模块；所述信号采集模块包括采样电阻R1、采样电阻R2、控制开关S1、控制开关S2及运算放大电路；所述采样电阻R1和采样电阻R2串联，所述控制开关S1和控制开关S2并联且分别连接在所述采样电阻R2的两端，所述运算放大电路分别与所述控制开关S1和控制开关S2连接；所述控制器与所述运算放大电路电性连接；所述采样电阻S1和采样电阻S2串联在电流采集电路上。

在上述技术方案中，通过控制开关S1和控制开关S2可以使控制器采集到不同的电压信号，且通过控制器采集不同的通过运算方法电路放大后的电压信号，并对采集到的电压信号进行补偿，得到高精度的电流值，进而得到电流采集电路上的实际电流值。在该技术方案中，通过控制开关S1和控制开关S2的不同通断状态，来获得所需补偿零点漂移电压，并补偿到采集到的电压信号中，修正了低成本运算放大电路的零点漂移对电流测定结果的影响，提高了传感器的测量精度，使电流传感器可通过低成本运算方法电流即可实现高精度的电流测定，降低了电流传感器的成本。

进一步地，所述控制器分别与所述控制开关S1和控制开关S2电性连接，以实现控制开关S1和控制开关S2的通断控制。

进一步地，所述运算放大电路为LM324、LM358、TL074、OP07中的任一种，其电路简单、成本低。

进一步地，所述控制器为单片机。

本发明还公开了一种低成本高精度的电流采集传感器的控制方法，采用上述电流采集传感器，控制器采集信号采集模块在控制开关S1、控制开关S2不同通断状态下的电压，得到运算放大电路中的零点漂移，并对实际测得的电压进行补偿，得到高精度的电流值。

进一步地，具体包括以下步骤：

S1)闭合控制开关S1、断开控制开关S2，采集电压V1；

S2)断开控制开关S1、闭合控制开关S2，采集电压V2；

S3)通过电压计算公式，计算得到所述运算放大电路的零点漂移电压；

S4)通过零点漂移电压补偿采集到的电压V2，得到电压V2’；

S5)通过电压计算公式，得到所述电流采集电路上的高精度电流值I。

进一步地，所述电压计算公式为：

V＝I×R×A+Vd；

其中，V为测得的电压；I为所述电流采集电路上的流经电流；R为测得电压V时的接入的电阻；A为运算放大电路的放大倍数；Vd为零点漂移电压。

即，在所述步骤S1中，所述V1的电压计算公式为：V1＝I×R1×A+Vd；

在所述步骤S2中，所述V2的电压计算公式为：V2＝I×(R1+R2)×A+Vd；

由于流经电流I和零点漂移电压Vd未知，因此联立V1的电压计算公式和V2的电压计算公式，即可构成方程组：

即可获得，Vd＝((R1+R2)×V1-R1×V2)/R2。

在步骤S4中，电压V2’等于电压V2与零点漂移电压Vd的差值，即：V2’＝V2–Vd。

在步骤S5中，综上流经电流I＝V2’/A/(R1+R2)，由此即可获得所述电流采集电路上的高精度电流值I。

与现有技术相比，本发明的具有以下有益效果：

本申请公开了一种低成本高精度的电流采集传感器，通过串联在电流采集电路上的采样电阻R1、采样电阻R2和并联在采样电阻R1两端的控制开关S1、控制开关S2以及用于信号放大的低成本运算放大电路和用于信号采集与计算的控制器组成，其结构简单，成本较低，可获得的电流信号精度高，适用范围广泛。

本申请公开了一种低成本高精度的电流采集传感器的控制方法，利用控制器采集不同状态下的电压信号，得到运算放大电路的零点漂移，对后续采集到的电压信号进行补偿，计算得出高精度电流信息，其过程简单，对运算放大电路要求低，即可得到高精度的电流信息。

附图说明

图1是本发明一些实施例中公开的低成本高精度的电流采集传感器的结构示意图；

图2是本发明一些实施例中公开的低成本高精度的电流采集传感器中信号采集模块的电路图；

图3是本发明一些实施例中公开的低成本高精度的电流采集传感器的控制方法的示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

现有技术中，高精度的电流采集传感器通常需要采用电路复杂、价格昂贵的运算放大电路以解决运算放大电路的零点漂移问题，才能获得高精度的电流信号，因此导致高精度的电流采集传感器成本高、结构复杂。但由于在很多电子设备中，为了判断电路的工作情况，通常都需要电流采集传感器进行监测，其所需范围广发，因此高精度、低成本的电流采集传感器成为了亟需的电子设备。

为了解决上述问题，发明人提供了一种低成本高精度的电流采集传感器，通过串联在电流采集电路上的采样电阻R1、采样电阻R2和并联在采样电阻R1两端的控制开关S1、控制开关S2以及用于信号放大的低成本运算放大电路和用于信号采集与计算的控制器组成，其结构简单，成本较低，可获得的电流信号精度高，适用范围广泛。

本发明公开的一种低成本高精度的电流采集传感器，一种低成本高精度的电流采集传感器，参阅图1、图2，包括控制器和信号采集模块；所述信号采集模块包括采样电阻R1、采样电阻R2、控制开关S1、控制开关S2及运算放大电路；所述采样电阻R1和采样电阻R2串联，所述控制开关S1和控制开关S2并联且分别连接在所述采样电阻R2的两端，所述运算放大电路分别与所述控制开关S1和控制开关S2连接；所述控制器与所述运算放大电路电性连接；所述采样电阻S1和采样电阻S2串联在电流采集电路上，即待测量的电流流经采样电阻S1和采样电阻S2。

需要说明的是，采用电阻R1和采样电阻R2的电阻值可以相同，也可以不同。优选的，采用电阻R1和采样电阻R2的电阻值相同。

需要说明的是，所述运算放大电路采用市售的价格偏低的运算放大电路，不必要求减小或者没有零点漂移，以达到降低成本的技术效果。

在一些实施例中，所述控制器分别与所述控制开关S1和控制开关S2电性连接，以实现控制开关S1和控制开关S2的通断控制。

在一些实施例中，所述运算放大电路可选择LM324、LM358、TL074、OP07中的任一种，其电路简单、成本低；所述运算放大电路也可以采用其他成本较低的市售运算放大电路。

进一步地，所述控制器为单片机或者其他可以达到信号采集、数据处理作用的控制器。优选地，所述控制器可选择STM32F103、STM32、MEGA128、8051中的任一种。

上述电流采集传感器的控制方法为：通过控制器采集信号采集模块在控制开关S1、控制开关S2不同通断状态下的电压，得到运算放大电路中的零点漂移，并对实际测得的电压进行补偿，得到高精度的电流值。

参阅图3，其具体包括以下步骤：

S1)待信号采集模块上流经的电流稳定后，闭合控制开关S1、断开控制开关S2，此时控制器采集到运算放大器放大后的电压信号：电压V1；则根据电压运算公式，V1＝I×R1×A+Vd；

S2)断开控制开关S1、闭合控制开关S2，此时控制器采集到运算放大器放大后的电压信号：电压V2；则根据电压运算公式，V2＝I×(R1+R2)×A+Vd；

S3)由于运算放大电路的放大倍速、采样电阻R1和采样电阻R2的阻值已知，因此联立电压V1和电压V2的电压运算公式，计算得到所述运算放大电路的零点漂移电压Vd；

S4)保持断开控制开关S1、闭合控制开关S2的通断状态不变，通过零点漂移电压补偿采集到的电压V2，即：V2’＝V2–Vd，得到实际的电压信号，即电压V2’；

S5)通过电压计算公式I＝V2’/A/(R1+R2)，得到所述电流采集电路上的高精度电流值I。

其中，V为测得的电压；I为所述电流采集电路上的流经电流；R为测得电压V时的接入的电阻；A为运算放大电路的放大倍数；Vd为零点漂移电压。

该低成本高精度的电流采集传感器及其控制方法，通过串联在电流采集电路上的采样电阻R1、采样电阻R2和并联在采样电阻R1两端的控制开关S1、控制开关S2以及用于信号放大的低成本运算放大电路和用于信号采集与计算的控制器组成，其结构简单，成本较低，可获得的电流信号精度高，适用范围广泛。该控制方法，利用控制器采集不同状态下的电压信号，得到运算放大电路的零点漂移，对后续采集到的电压信号进行补偿，计算得出高精度电流信息，其过程简单，对运算放大电路要求低，即可得到高精度的电流信息。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低成本高精度的电流采集传感器，其特征在于，包括控制器和信号采集模块；

所述信号采集模块包括采样电阻R1、采样电阻R2、控制开关S1、控制开关S2及运算放大电路；所述采样电阻R1和采样电阻R2串联，所述控制开关S1和控制开关S2并联且分别连接在所述采样电阻R2的两端，所述运算放大电路分别与所述控制开关S1和控制开关S2连接；

所述控制器与所述运算放大电路电性连接；

所述采样电阻S1和采样电阻S2串联在电流采集电路上。

2.根据权利要求1所述的低成本高精度的电流采集传感器，其特征在于，所述控制器分别与所述控制开关S1和控制开关S2电性连接。

3.根据权利要求1所述的低成本高精度的电流采集传感器，其特征在于，所述运算放大电路为LM324、LM358、TL074、OP07中的任一种。

4.根据权利要求1所述的低成本高精度的电流采集传感器，其特征在于，所述控制器为单片机。

5.一种低成本高精度的电流采集传感器的控制方法，其特征在于，采用权利要求1～4任一项所述的电流采集传感器，控制器采集信号采集模块在控制开关S1、控制开关S2不同通断状态下的电压，得到运算放大电路中的零点漂移，并对实际测得的电压进行补偿，得到高精度的电流值。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1)闭合控制开关S1、断开控制开关S2，采集电压V1；

S2)断开控制开关S1、闭合控制开关S2，采集电压V2；

S3)通过电压计算公式，计算得到所述运算放大电路的零点漂移电压；

S4)通过零点漂移电压补偿采集到的电压V2，得到电压V2’；

S5)通过电压计算公式，得到所述电流采集电路上的高精度电流值I。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述电压计算公式为：

V＝I×R×A+Vd；

其中，V为测得的电压；I为所述电流采集电路上的流经电流；R为测得电压V时的接入的电阻；A为运算放大电路的放大倍数；Vd为零点漂移电压。

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