CN114019222A - 一种剩余电流高精度测量的半波检测方法及检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及剩余电流高精度测量的半波检测方法及检测电路，其中方法包括以下步骤：通过剩余电流采样电路在交流信号正半周期内等间距采样多个点的ADC值；通过有效值算法计算出采样的多个点的ADC值的有效值；依据真实剩余电流信号和有效值的映射关系计算剩余电流信号的电流值；应用本申请的方式方法，通过剩余电流采样电路在交流信号正半周期内等间距采样多个点的ADC值，再利用有效值算法计算出采样的多个点的ADC值的有效值，最后依据真实剩余电流信号和有效值的映射关系计算剩余电流信号的电流值；主要工作由软件计算完成，检测速度快，且检测精确度高，可以有效的节约开发成本和时间。
Description
技术领域
本发明涉及消防设备监测技术领域，更具体地说，涉及一种剩余电流高精度测量的半波检测方法及检测电路。
背景技术
剩余电流检测在消防设备监测方面有着广泛的应用，能够精准快速的检测到剩余电流对于用电设备有巨大的意义。目前采用的剩余电流检测通常是采用直流偏移检测手段，还没有一种能够快速简洁进行交流信号检测的方式方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种剩余电流高精度测量的半波检测方法，还提供了一种检测剩余电流高精度测量的半波检测电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种剩余电流高精度测量的半波检测方法，包括以下步骤：
第一步：通过剩余电流采样电路在交流信号正半周期内等间距采样多个点的ADC值；
第二步：通过有效值算法计算出采样的多个点的ADC值的有效值；
第三步：依据真实剩余电流信号和有效值的映射关系计算剩余电流信号的电流值。
本发明所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其中，所述第一步中采用的剩余电流采样电路包括：两个与剩余电流互感器的两个输出信号端分别对应连接的第一接入端和第二接入端、将接入的电流信号转换为电压信号的第一转换电阻，以及将转换后电压信号放大的第一放大器；
所述第一步中采样方法为通过单片机的ADC模拟采样口接第一放大器的输出端进行信号采样。
本发明所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其中，所述第一接入端和所述第二接入端分别与所述第一转换电阻的两端相连，所述第一转换电阻的一端与所述第一放大器的同相输入端连接，所述第一转换电阻的另一端接地；所述第一放大器的输出端连接有第一电阻，所述第一放大器的反相输入端并联连接有第二电阻和第三电阻；所述第三电阻背离与所述第一放大器连接的一端接地，所述第二电阻背离于第一放大器的反相输入端的一端与所述第一电阻连接于第一放大器的一端相连；所述第一放大器的负电源端接地，所述第一放大器的负电源端通过第一电容与所述第一电阻远离于第一放大器的一端相连。
本发明所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其中，所述第一接入端并联连接有第一TVS管和第二电容；所述第一TVS管远离于所述第一接入端的一端与所述第二接入端连接；所述第二电容远离于所述第一接入端的一端与所述第二接入端连接；所述第一转换电阻远离于所述第一接入端的一端串联有第四电阻，所述第四电阻远离于所述第一转换电阻的一端与所述第一放大器的同相输入端连接。
本发明所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其中，所述第三步中依据真实剩余电流信号和有效值的映射关系计算剩余电流信号的电流值利用公式：
Xrms＝IS/Nb*R5*(R2+R3)/R3/3.3*4096；
其中，Xrms为所述第二步中获得的有效值；IS为剩余电流的电流值；Nb为电流互感器的放大倍数；R5为第一转换电阻阻值；R2为第二电阻阻值；R3为第三电阻阻值。
本发明所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其中，所述第一步中采用的方法为：
在一个完整交流信号周期内做等距采样得到多个采样数据，通过剩余电流采样电路对正半周期的信号进行放大，并将负半周期的信号滤除，得到在交流信号正半周期内等间距采样多个点的ADC值。
本发明所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其中，所述第二步中通过有效值算法计算出采样的多个点的ADC值的有效值采用方法为：
将第一步中得到的交流信号正半周期内采集的多个点ADC值，通过均方根算法得出有效值然后乘以硬件电路的系数比例得出实际的有效值。
一种剩余电流高精度测量的半波检测电路，其中，包括两个与剩余电流互感器的两个输出信号端分别对应连接的第三接入端和第四接入端、将接入的电流信号转换为电压信号的第二转换电阻，以及将转换后电压信号放大的第二放大器；所述第三接入端和所述第四接入端分别与所述第二转换电阻的两端相连，所述第二转换电阻的一端与所述第二放大器的同相输入端连接，所述第二转换电阻的另一端接地；
所述第二放大器的输出端连接有第五电阻，所述第二放大器的反相输入端并联连接有第六电阻和第七电阻；所述第七电阻背离与所述第二放大器连接的一端接地，所述第六电阻背离于第二放大器的反相输入端的一端与所述第五电阻连接于第二放大器的一端相连；所述第二放大器的负电源端接地，所述第二放大器的负电源端通过第三电容与所述第五电阻远离于第二放大器的一端相连。
本发明所述的剩余电流高精度测量的半波检测电路，其中，所述第三接入端并联连接有第二TVS管和第四电容；所述第二TVS管远离于所述第三接入端的一端与所述第四接入端连接；所述第四电容远离于所述第三接入端的一端与所述第四接入端连接；所述第二转换电阻远离于所述第三接入端的一端串联有第八电阻，所述第八电阻远离于所述第二转换电阻的一端与所述第二放大器的同相输入端连接。
本发明的有益效果在于：应用本申请的方式方法，通过剩余电流采样电路在交流信号正半周期内等间距采样多个点的ADC值，再利用有效值算法计算出采样的多个点的ADC值的有效值，最后依据真实剩余电流信号和有效值的映射关系计算剩余电流信号的电流值，不需要直流偏移，主要工作由软件计算完成，检测速度快，且检测精确度高，可以有效的节约开发成本和时间。
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，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，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附图：
图1是本发明较佳实施例的剩余电流高精度测量的半波检测方法流程图；
图2是本发明较佳实施例的剩余电流高精度测量的半波检测方法剩余电流采样电路图；
图3是本发明较佳实施例的剩余电流高精度测量的半波检测方法三相配电***剩余电流互感器应用示意图；
图4是本发明较佳实施例的剩余电流高精度测量的半波检测方法单相配电***剩余电流互感器应用示意图；
图5是本发明较佳实施例的剩余电流高精度测量的半波检测方法AINO端输出波形图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明较佳实施例的剩余电流高精度测量的半波检测方法，如图1所示，同时参阅图2-5，包括以下步骤：
S01：通过剩余电流采样电路在交流信号正半周期内等间距采样多个点的ADC值；
S02：通过有效值算法计算出采样的多个点的ADC值的有效值；
S03：依据真实剩余电流信号和有效值的映射关系计算剩余电流信号的电流值。
应用本申请的方式方法，通过剩余电流采样电路在交流信号正半周期内等间距采样多个点的ADC值，再利用有效值算法计算出采样的多个点的ADC值的有效值，最后依据真实剩余电流信号和有效值的映射关系计算剩余电流信号的电流值；主要工作由软件计算完成，检测速度快，且检测精确度高，可以有效的节约开发成本和时间。
需要说明的是，剩余电流互感器的应用如图3所示，在三相配电***中，A、B、C、N四线应同时穿过剩余电流互感器，如图4所示，在单相配电***中，L、N二线应同时穿过剩余电流互感器；
优选的，第一步中采用的剩余电流采样电路包括：两个与剩余电流互感器的两个输出信号端分别对应连接的第一接入端和第二接入端、将接入的电流信号转换为电压信号的第一转换电阻，以及将转换后电压信号放大的第一放大器；
如图2所示，剩余电流互感器的两个输出信号分别接入两个CT_INPUT端(第一接入端和第二接入端)，电流通过第一转换电阻R5将电流信号转换为电压信号然后通过第一放大器U1放大，然后通过AIN0传递到单片机的ADC模拟采样口做信号采样，电流经过剩余电流互感器接入运算放大器输入端，不进行中心点电压抬升，减少误差引入，直接对信号正周期信号放大输出，经过CPU运算得出实际值。
第一步中采样方法为通过单片机的ADC模拟采样口接第一放大器的输出端进行信号采样。
优选的，第一接入端(图2中上面的CT_INPUT端口)和第二接入端(图2中下面的CT_INPUT端口)分别与第一转换电阻R5的两端相连，第一转换电阻R5的一端与第一放大器U1的同相输入端连接，第一转换电阻R5的另一端接地；第一放大器U1的输出端连接有第一电阻R1，第一放大器U1的反相输入端并联连接有第二电阻R2和第三电阻R3；第三电阻R3背离与第一放大器U1连接的一端接地，第二电阻R2背离于第一放大器U1的反相输入端的一端与第一电阻R1连接于第一放大器U1的一端相连；第一放大器U1的负电源端接地，第一放大器U1的负电源端通过第一电容C1与第一电阻R1远离于第一放大器U1的一端相连。优选的，第一接入端并联连接有第一TVS管TVS1和第二电容C2；第一TVS管TVS1远离于第一接入端的一端与第二接入端连接；第二电容C2远离于第一接入端的一端与第二接入端连接；第一转换电阻R5远离于第一接入端的一端串联有第四电阻R4，第四电阻R4远离于第一转换电阻R5的一端与第一放大器U1的同相输入端连接。
优选的，第三步中依据真实剩余电流信号和有效值的映射关系计算剩余电流信号的电流值利用公式：
Xrms＝IS/Nb*R5*(R2+R3)/R3/3.3*4096；
其中，Xrms为第二步中获得的有效值；IS为剩余电流的电流值；Nb为电流互感器的放大倍数；R5为第一转换电阻阻值；R2为第二电阻阻值；R3为第三电阻阻值；通过该种方式，就能够十分方便快捷且准确的对剩余电流的电流值进行检测。
优选的，第一步中采用的方法为：
在一个完整交流信号周期内做等距采样得到多个采样数据，通过剩余电流采样电路对正半周期的信号进行放大，并将负半周期的信号滤除，得到在交流信号正半周期内等间距采样多个点的ADC值。
较佳的，交流信号周期是20MS，我们在20ms做512次等间距采样得到512个采样数据，通过上述的剩余电流采样电路仅对正半周期的信号进行放大，负半周期的信号被滤除掉，因此我们对这512个点做排序，采用正序(大值)方向的256个点做均方根有效值算法；
优选的，第二步中通过有效值算法计算出采样的多个点的ADC值的有效值采用方法为：
将第一步中得到的交流信号正半周期内采集的多个点ADC值，通过均方根算法得出有效值然后乘以硬件电路的系数比例得出实际的有效值；
计算采用的公式为：
较佳的，采样时将模拟信号接入处理单元的ADC接口，得到交流信号正半周期内采集的256个点ADC值，通过均方根算法得出有效值然后乘以硬件电路的系数比例得出实际的有效值。
一种剩余电流高精度测量的半波检测电路，参阅图2，包括两个与剩余电流互感器的两个输出信号端分别对应连接的第三接入端和第四接入端、将接入的电流信号转换为电压信号的第二转换电阻，以及将转换后电压信号放大的第二放大器；第三接入端和第四接入端分别与第二转换电阻的两端相连，第二转换电阻的一端与第二放大器的同相输入端连接，第二转换电阻的另一端接地；第二放大器的输出端连接有第五电阻，第二放大器的反相输入端并联连接有第六电阻和第七电阻；第七电阻背离与第二放大器连接的一端接地，第六电阻背离于第二放大器的反相输入端的一端与第五电阻连接于第二放大器的一端相连；第二放大器的负电源端接地，第二放大器的负电源端通过第三电容与第五电阻远离于第二放大器的一端相连。第三接入端并联连接有第二TVS管和第四电容；第二TVS管远离于第三接入端的一端与第四接入端连接；第四电容远离于第三接入端的一端与第四接入端连接；第二转换电阻远离于第三接入端的一端串联有第八电阻，第八电阻远离于第二转换电阻的一端与第二放大器的同相输入端连接。
此处电路与上文中电路一致，原理以及功能不再赘述；
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种剩余电流高精度测量的半波检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：通过剩余电流采样电路在交流信号正半周期内等间距采样多个点的ADC值；
第二步：通过有效值算法计算出采样的多个点的ADC值的有效值；
第三步：依据真实剩余电流信号和有效值的映射关系计算剩余电流信号的电流值。
2.根据权利要求1所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其特征在于，所述第一步中采用的剩余电流采样电路包括：两个与剩余电流互感器的两个输出信号端分别对应连接的第一接入端和第二接入端、将接入的电流信号转换为电压信号的第一转换电阻，以及将转换后电压信号放大的第一放大器；
所述第一步中采样方法为通过单片机的ADC模拟采样口接第一放大器的输出端进行信号采样。
3.根据权利要求2所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其特征在于，所述第一接入端和所述第二接入端分别与所述第一转换电阻的两端相连，所述第一转换电阻的一端与所述第一放大器的同相输入端连接，所述第一转换电阻的另一端接地；所述第一放大器的输出端连接有第一电阻，所述第一放大器的反相输入端并联连接有第二电阻和第三电阻；所述第三电阻背离与所述第一放大器连接的一端接地，所述第二电阻背离于第一放大器的反相输入端的一端与所述第一电阻连接于第一放大器的一端相连；所述第一放大器的负电源端接地，所述第一放大器的负电源端通过第一电容与所述第一电阻远离于第一放大器的一端相连。
4.根据权利要求3所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其特征在于，所述第一接入端并联连接有第一TVS管和第二电容；所述第一TVS管远离于所述第一接入端的一端与所述第二接入端连接；所述第二电容远离于所述第一接入端的一端与所述第二接入端连接；所述第一转换电阻远离于所述第一接入端的一端串联有第四电阻，所述第四电阻远离于所述第一转换电阻的一端与所述第一放大器的同相输入端连接。
5.根据权利要求3所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其特征在于，所述第三步中依据真实剩余电流信号和有效值的映射关系计算剩余电流信号的电流值利用公式：
Xrms＝IS/Nb*R5*(R2+R3)/R3/3.3*4096；
其中，Xrms为所述第二步中获得的有效值；IS为剩余电流的电流值；Nb为电流互感器的放大倍数；R5为第一转换电阻阻值；R2为第二电阻阻值；R3为第三电阻阻值。
6.根据权利要求1-5任一所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其特征在于，所述第一步中采用的方法为：
在一个完整交流信号周期内做等距采样得到多个采样数据，通过剩余电流采样电路对正半周期的信号进行放大，并将负半周期的信号滤除，得到在交流信号正半周期内等间距采样多个点的ADC值。
7.根据权利要求1-5任一所述的剩余电流高精度测量的半波检测方法，其特征在于，所述第二步中通过有效值算法计算出采样的多个点的ADC值的有效值采用方法为：
将第一步中得到的交流信号正半周期内采集的多个点ADC值，通过均方根算法得出有效值然后乘以硬件电路的系数比例得出实际的有效值。
8.一种剩余电流高精度测量的半波检测电路，其特征在于，包括两个与剩余电流互感器的两个输出信号端分别对应连接的第三接入端和第四接入端、将接入的电流信号转换为电压信号的第二转换电阻，以及将转换后电压信号放大的第二放大器；所述第三接入端和所述第四接入端分别与所述第二转换电阻的两端相连，所述第二转换电阻的一端与所述第二放大器的同相输入端连接，所述第二转换电阻的另一端接地；
所述第二放大器的输出端连接有第五电阻，所述第二放大器的反相输入端并联连接有第六电阻和第七电阻；所述第七电阻背离与所述第二放大器连接的一端接地，所述第六电阻背离于第二放大器的反相输入端的一端与所述第五电阻连接于第二放大器的一端相连；所述第二放大器的负电源端接地，所述第二放大器的负电源端通过第三电容与所述第五电阻远离于第二放大器的一端相连。
9.根据权利要求8所述的剩余电流高精度测量的半波检测电路，其特征在于，所述第三接入端并联连接有第二TVS管和第四电容；所述第二TVS管远离于所述第三接入端的一端与所述第四接入端连接；所述第四电容远离于所述第三接入端的一端与所述第四接入端连接；所述第二转换电阻远离于所述第三接入端的一端串联有第八电阻，所述第八电阻远离于所述第二转换电阻的一端与所述第二放大器的同相输入端连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 518000 the three floor of the new world apartment, Nanshan Avenue, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong (for office only). Applicant after: Shenzhen hi tech investment Sanjiang Electronics Co.,Ltd. Address before: 518000 the three floor of the new world apartment, Nanshan Avenue, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong (for office only). Applicant before: SHENZHEN FANHAI SANJIANG ELECTRONICS Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |