CN203881844U - 一种基于msp430的剩余电压检测*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于MSP430的剩余电压检测***。本***包括输入保护电路（1）、绝对值电路(2)、采样保持与数模转换电路(3)、掉电识别电路（4）和MSP430及其串口(5)。所述输入保护电路通过两个测量头（A1，A2）触接待测仪器，而经绝对值电路和采样保持与数模转换电路链接MSP430及其串口，掉电识别电路连接MSP430及其串口和待测仪器，电源连接待测仪器且为各电路提供电源。本实用新型能够迅速测量掉电后的剩余电压，输入可以达到阻抗很高，掉电后的剩余电压值更为精确，备体积小，功耗低，减少了人为操作因素的影响，实现测量自动化记录结果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高准确度低功耗的剩余电压检测方法，尤其涉及一种基于MSP430的剩余电压检测***。
背景技术
随着科技的高速发展,电子设备进入人们日常生活的各个领域。 当电气设备掉电后，由于泄漏电阻较大，高压整流电容上的剩余电压在很短时间内不能降到安全范围，当检修人员进行维修设备时，就有触电的危险。因此，电气设备高压整流电容掉电剩余电压的大小关系到检测人员与用户的安全。为了保证用户和检修人员的安全，必须对电气设备掉电1秒或10秒后的剩余电压进行检测。
目前相关剩余电压检测的研究很少，相应的检测仪器还很少见，大多采用示波器停止功能键进行估测，人为因素影响大，测量时间不准确，导致误差大。因此，本文设计了一种剩余电压检测的仪器，该仪器体积小，重量轻，便于携带，具有一定实用价值。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种高准确度低功耗的剩余电压检测方法，并制成一种基于MSP430的剩余电压检测***，将检测设备便捷化，在检修人员维护设备时，方便携带、操作。该设备对电气设备可对电器掉电1秒或10秒后的剩余电压进行检测，并能达到国际化电器检测标准。
为达到上述目的，本实用新型的构思是：电气设备掉电剩余电压检测仪主要用来检测电气设备高压整流电容在掉电后的剩余电压，根据电气设备的安全规范，需要检测掉电后1秒或10秒后电容上的剩余电压值。***有1秒和10秒两种测试模式，按下测量仪器面板上按键选择相应的模式，***在同步电路的控制下，在工频峰值时刻通过开关S1会主动断开待测设备的电源，通过控制开关S2是将待测设备,输入到电阻分压取样网络，输入信号经过输入保护电路送入滤波电路和差分放大电路。由于测量表笔的连接方式不同，取样信号可能为负信号，因此，必须通过绝对值电路对输入信号取正；考虑到ADC读取电压信号需要一段时间，采用采样保持电路提高测量准确度。
根据上述实用新型构思，本实用新型采用下述技术方案：
一种基于MSP430的剩余电压检测***，包括输入保护电路、绝对值电路、采样保持与数模转换电路、掉电识别电路和MSP430及其串口，其特征在于：
所述输入保护电路通过两个测量头（A1，A2）触接待测仪器，而经绝对值电路和采样保持与数模转换电路链接MSP430及其串口，掉电识别电路连接MSP430及其串口和待测仪器，电源连接待测仪器且为各电路提供电源。
所述输入保护电路包括继电器S2、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C1、二极管D1、D2和放大器A1、A2、A3、A4；
所述继电器S2：一端接整流后的外部输入电压VIN，另一端接输入分压电阻R1和R2；
所述电阻R1和R2：一端接继电器S2，中间连接放大器A1的同相端、二极管D1的阴极和电容C1的阳极，电容C1的另一端接地，R2另一端接电阻R7；
所述二极管D1：阳极接二极管D2的阳极；
所述二极管D2：阴极接电容C1的阴极；
所述放大器A1：负相端接放大管A1的输出端；
所述放大器A2：同相端接电阻R3，负相端并联电阻R4、R5，电阻R5的另一端并联电阻R6和放大器A3的负极，输出端并联电阻R4和R8；
所述放大器A3：同相端接电阻R7，输出端接电阻R10；
所述放大器A4：同相端并联电阻R10、R11，负相端并联电阻R8、R9，输出端作为绝对值电路的输入；
所述绝对值电路包括电阻R12、R13、R14、R15、R16、二极管D3、D4和放大器A5、A6；
所述放大器A5：负相端并联电阻R12、R13和二极管D3的正相端，同相端接输入保护电路的输出；输出端并联二极管D3的负相端和D4的正相端，R13的；另一端接地；
所述放大器A6：同相端并联电阻R15、R16，R16另一端接地，负相端并联电阻R12、R14，输出端并联电阻R14；
所述采样保持与数模转换电路包括采样保持电路LF398，电阻R17、R18、R19、R20、基准电压电路LTC2400、LM336，电容C2、C3；
所述采样保持电路LF398：引脚1并联15V正电源和电容C2的阳极，电容C2的阴极接地，引脚2接绝对值电路的输出，引脚3接地，引脚5并联-15V负电源和电容C3的阳极，电容C3的阴极接地，引脚7接外部时钟输入信号I/O，引脚8接LTC2400的Vin端；
所述基准电压电路LTC2400：Vcc并联5V正电源和电阻R19，Vref端并联LM336、电阻R17和R19，Gnd接地，CS、Sck、Sdo分别接MP430，Fo接电阻R14，电阻R14接地；
所述LM336：阳极接地，阴极并联电阻R17、R19，中间并联电阻R17和R18；
所述掉电识别电路包括电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26，放大器A7、A8，整流二极管D5、D6；
所述放大器A7：同相端并联电阻R21和R22，反相端接电阻R23，R23接放大器A8的反相端，输出端接反相端；
所述放大器A8：同相端并联电阻R25和R26，输出端接电阻R24，电阻R24，并联二极管D5的阴极和电阻R25，输出给MSP430一个输入信号；
所述整流二极管D5：阳极接整流二极管D6的阳极；
所述整流二极管D6：阴极接地；
所述MSP430及其串口包扩存储FLASH单元，相应的串口和人机交互电路。
所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：所述输入保护电路、绝对值电路、采样保持与数模转换电路、掉电识别电路中的电阻、电容采用SMT、防硫化高精度贴片电阻、电流感应电阻、合金超低阻中的任意一种。
所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：所述输入保护电路因取样电路的接入，待测设备的整流电容C1上的电压因放电而下降，为了克服输入回路放电的影响，采用输入回路的瞬时接入的方法。在采样前30毫秒闭合干簧继电器S2，这样测量仪器的输入分压网络（R1 、R2）对待测设备的放电影响只有30毫秒，减小了输入回路的影响。
所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：待测电气设备内部电容电压通过高压分压网络输入到测试仪器，根据测试仪器表笔的位置不同，往往出现正负电压，必须对输入电压进行极性变换。传统的整流电路受二极管导通压降的影响，对信号损失大，绝对值电路由运算放大器与二极管的组合构成，由于运算放大器具有很高开环的增益，克服了二极管导通压降的影响，信号死区很小，提高信号整流的准确度。绝对值电路(2)中电阻R12=R13=R15，R14=2R12，电阻成比例即可。
所述的基于MSP430的剩余电压检测***，测量***按照安检标准，要检测规定时刻的剩余电压值，为了保证测量的准确性，在模数转换前使用采样保持电路LF398来保持某一瞬间的值，使模数转换器在转换的过程中保持电压不变，本测量***有4位显示，量程范围为100伏，模数转换器需要10位以上，采用串行Δ-Σ模拟/数字转换器LTC2400，LTC2400内部具有精度较高的集成震荡器时钟, 外部不需任何频率调整元件, 内部的四阶数字陷波滤波器，将陷波器的控制端通过R20接地，减小50 Hz信号对模数转换器影响。LTC2400的基准电压电路有LM336组成，适当的选取R17、R18、R19阻值能够将基准电压稳定在5.00V。
所述的基于MSP430的剩余电压检测***，剩余电压最大发生在工频电压峰值时刻的情况，***断电必须在电压峰值时刻时，剩余电压测量值最为可信。***需要较准确的同步信号。所述掉电识别电路采用工频信号过零作为***的同步信号，被测设备通电后，经降压变压器降压，分压网络R21、R22取样，为了防止噪声信号引起过零检测器的误操作，采用了由LM358组成迟滞比较器。阈值电压不能设置太高，应为毫伏级，选取R22为0.1K，R23为100K，则阈值电压为±5mV。
本实用新型与现有技术相比较，具有如下突出实质性特点和显著优点：
第一， 本发明能够对电器掉电1秒或10秒后的剩余电压进行检测。
第二，本发明能够迅速测量掉电后的剩余电压，输入可以达到阻抗很高，掉电后的剩余电压值更为精确。
第三，本发明的设备体积小，功耗低，便于携带。
第四，本发明减少了人为操作因素的影响，实现测量自动化记录结果。
附图说明
图1是基于MSP430的剩余电压检测***的结构框图。
图2是输入保护电路结构图。
图3是绝对值电路结构图。
图4是采样保持电路与数模转换电路结构图。
图5是同步检测电路结构图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例一：
如图1所示，一种基于MSP430的剩余电压检测***，由一个输入保护电路（1）、绝对值电路(2)、采样保持与数模转换电路(3)、掉电识别电路（4）和MSP430及其串口(5)构成，其特征在于：
所述输入保护电路通过两个测量头（A1，A2）触接待测仪器，而经绝对值电路和采样保持与数模转换电路链接MSP430及其串口，掉电识别电路连接MSP430及其串口和待测仪器，电源连接待测仪器且为各电路提供电源。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：参见图2~图5，
所述输入保护电路（1）包括继电器S2、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C1、二极管D1、D2和放大器A1、A2、A3、A4；
所述继电器S2：一端接整流后的外部输入电压，另一端接输入分压电阻R1和R2；
所述电阻R1和R2：一端接继电器S2，中间连接放大器A1的同相端、二极管D1的阴极和电容C1的阳极，电容C1的另一端接电阻R7；
所述二极管D1：阳极接二极管D2的阳极；
所述二极管D2：阴极接电容C1的阴极；
所述放大器A1：负相端接放大管A1的输出端；
所述放大器A2：同相端接电阻R3，负相端并联电阻R4、R5，电阻R5的另一端并联电阻R6和放大器A3的负极，输出端并联电阻R4和R8；
所述放大器A3：同相端接电阻R7，输出端接电阻R10；
所述放大器A4：同相端并联电阻R10、R11，负相端并联电阻R8、R9，输出端作为绝对值电路（2）的输入；
所述绝对值电路（2）包括电阻R12、R13、R14、R15、R16、二极管D3、D4和放大器A5、A6；
所述放大器A5：负相端并联电阻R12、R13和二极管D3的正相端，同相端接输入保护电路（1）的输出；输出端并联二极管D3的负相端和D4的正相端，R13的；另一端接地；
所述放大器A6：同相端并联电阻R15、R16，R16另一端接地，负相端并联电阻R12、R14，输出端并联电阻R14；
所述采样保持与数模转换电路(3)包括采样保持电路LF398，电阻R17、R18、R19、R20、基准电压电路LTC2400、LM336，电容C2、C3；
所述采样保持电路LF398：引脚1并联15V正电源和电容C2的阳极，电容C2的阴极接地，引脚2接绝对值电路（2）的输出，引脚3接地，引脚5并联-15V负电源和电容C3的阳极，电容C3的阴极接地，引脚7接外部时钟输入信号I/O，引脚8接LTC2400的Vin端；
所述基准电压电路LTC2400：Vcc并联5V正电源和电阻R19，Vref端并联LM336、电阻R17和R19，Gnd接地，CS、Sck、Sdo分别接MP430，Fo接电阻R14，电阻R14接地；
所述LM336：阳极接地，阴极并联电阻R17、R19，中间并联电阻R17和R18；
所述掉电识别电路（4）包括电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26，放大器A7、A8，整流二极管D5、D6；
所述放大器A7：同相端并联电阻R21和R22，反相端接电阻R23，R23接放大器A8的反相端，输出端接反相端；
所述放大器A8：同相端并联电阻R25和R26，输出端接电阻R24，电阻R24，并联二极管D5的阴极和电阻R25，输出给MSP430一个输入信号；
所述整流二极管D5：阳极接整流二极管D6的阳极；
所述整流二极管D6：阴极接地；
所述MSP430及其串口(5)包扩存储FLASH单元，相应的串口和人机交互电路。
所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：：所述输入保护电路（1）、绝对值电路(2)、采样保持与数模转换电路(3)、掉电识别电路（4）中的电阻、电容采用SMT、防硫化高精度贴片电阻、电流感应电阻、合金超低阻中的任意一种。
实施例三：
如图2所示，所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：所述输入保护电路（1）因取样电路的接入，待测设备的整流电容C1上的电压因放电而下降，为了克服输入回路放电的影响，采用输入回路的瞬时接入的方法。在采样前30毫秒闭合干簧继电器S2，这样测量仪器的输入分压网络（R1 、R2）对待测设备的放电影响只有30毫秒，减小了输入回路的影响。
如图3所示，所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：待测电气设备内部电容电压通过高压分压网络输入到测试仪器，根据测试仪器表笔的位置不同，往往出现正负电压，必须对输入电压进行极性变换。传统的整流电路受二极管导通压降的影响，对信号损失大，绝对值电路(2)由运算放大器与二极管的组合构成，由于运算放大器具有很高开环的增益，克服了二极管导通压降的影响，信号死区很小，提高信号整流的准确度。绝对值电路(2)中电阻R12=R13=R15，R14=2R12，电阻成比例即可。
如图4所示，所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：测量***按照安检标准，要检测规定时刻的剩余电压值，为了保证测量的准确性，在模数转换前使用采样保持电路LF398来保持某一瞬间的值，使模数转换器在转换的过程中保持电压不变，本测量***有4位显示，量程范围为100伏，模数转换器需要10位以上，采用串行Δ-Σ模拟/数字转换器LTC2400，LTC2400内部具有精度较高的集成震荡器时钟, 外部不需任何频率调整元件, 内部的四阶数字陷波滤波器，将陷波器的控制端通过R20接地，减小50 Hz信号对模数转换器影响。LTC2400的基准电压电路有LM336组成，适当的选取R17、R18、R19阻值能够将基准电压稳定在5.00V。
实施例四：
如图5所示，所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：剩余电压最大发生在工频电压峰值时刻的情况，***断电必须在电压峰值时刻时，剩余电压测量值最为可信。***需要较准确的同步信号。所述掉电识别电路（3）采用工频信号过零作为***的同步信号，被测设备通电后，经降压变压器降压，分压网络R21、R22取样，为了防止噪声信号引起过零检测器的误操作，采用了由LM358组成迟滞比较器。阈值电压不能设置太高，应为毫伏级，选取R22为0.1K，R23为100K，则阈值电压为±5mV。
当然，本领域的技术人员，还可以对本实用新型的电阻、电容、放大器以及电路模块结构作适当变更，例如变更电路电阻、电容型号，将绝对值电路模块采用别的方式实现等。
如上所述便可较好的实现本实用新型。
上述实例仅为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于MSP430的剩余电压检测***，包括输入保护电路（1）、绝对值电路(2)、采样保持与数模转换电路(3)、掉电识别电路（4）和MSP430及其串口(5)，其特征在于：
所述输入保护电路（1）通过两个测量头（A1，A2）触接待测仪器，而经绝对值电路（2）和采样保持与数模转换电路（3）链接MSP430及其串口（5），掉电识别电路（4）连接MSP430及其串口（5）和待测仪器，电源连接待测仪器且为各电路提供电源。
2.根据权利要求1所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：
所述输入保护电路（1）包括继电器S2、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C1、二极管D1、D2和放大器A1、A2、A3、A4；
所述继电器S2：一端接整流后的外部输入电压VIN，另一端接输入分压电阻R1和R2；
所述电阻R1和R2：一端接继电器S2，中间连接放大器A1的同相端、二极管D1的阴极和电容C1的阳极，电容C1的另一端接地；R2另一端接电阻R7；
所述二极管D1：阳极接二极管D2的阳极；
所述二极管D2：阴极接电容C1的阴极；
所述放大器A1：负相端接放大管A1的输出端；
所述放大器A2：同相端接电阻R3，负相端并联电阻R4、R5，电阻R5的另一端并联电阻R6和放大器A3的负极，输出端并联电阻R4和R8；
所述放大器A3：同相端接电阻R7，输出端接电阻R10；
所述放大器A4：同相端并联电阻R10、R11，负相端并联电阻R8、R9，输出端作为绝对值电路（2）的输入端。
3.根据权利要求1所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：
所述绝对值电路（2）包括电阻R12、R13、R14、R15、R16、二极管D3、D4和放大器A5、A6；
所述放大器A5：负相端并联电阻R12、R13和二极管D3的正相端，同相端接输入保护电路（1）的输出端；输出端并联二极管D3的负相端和D4的正相端，电阻R13的另一端接地；
所述放大器A6：同相端并联电阻R15、R16，R16另一端接地，负相端并联电阻R12、R14，输出端并联电阻R14。
4.根据权利要求1所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：
所述采样保持与数模转换电路(3)包括采样保持电路LF398，电阻R17、R18、R19、R20、基准电压电路LTC2400、LM336，电容C2、C3；
所述采样保持电路LF398：引脚1并联15V正电源和电容C2的阳极，电容C2的阴极接地；引脚2接绝对值电路（2）的输出端，引脚3接地，引脚5并联-15V负电源和电容C3的阳极，电容C3的阴极接地，引脚7接外部时钟输入信号I/O，引脚8接基准电压电路LTC2400的Vin端；
所述基准电压电路LTC2400：Vcc端并联5V正电源和电阻R19，Vref端并联LM336、电阻R17和R19，Gnd端接地，CS端、Sck端、Sdo端分别外接MP430，Fo接电阻R14，电阻R14接地；
所述LM336：阳极接地，阴极并联电阻R17、R19，中间并联电阻R17和R18。
5.根据权利要求1所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：
所述掉电识别电路（4）包括电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26，放大器A7、A8，整流二极管D5、D6；
所述放大器A7：同相端并联电阻R21和R22，反相端接电阻R23，R23接放大器A8的反相端，输出端接反相端；
所述放大器A8：同相端并联电阻R25和R26，输出端接电阻R24，电阻R24，并联二极管D5的阴极和电阻R25，输出给MSP430一个输入信号；
所述整流二极管D5：阳极接整流二极管D6的阳极；
所述整流二极管D6：阴极接地。
6.根据权利要求1所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：
所述MSP430及其串口(5)包扩存储FLASH单元，相应的串口和人机交互电路。
7.根据权利要求2、3、4或5所述的基于MSP430的剩余电压检测***，其特征在于：所述输入保护电路（1）、绝对值电路(2)、采样保持与数模转换电路(3)、掉电识别电路（4）中的电阻、电容采用SMT、防硫化高精度贴片电阻、电流感应电阻、合金超低阻中的任意一种。
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