本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電壓采集裝置。

背景技術(shù)：

對(duì)于各種電子電氣設(shè)備，在生產(chǎn)過程中需要對(duì)設(shè)備的指標(biāo)性能進(jìn)行檢測(cè)；在設(shè)備的運(yùn)行過程中，為了保證設(shè)備的安全有效運(yùn)行，需要對(duì)運(yùn)行過程中的各種電氣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，例如電壓。

在現(xiàn)有技術(shù)中，常采用分壓檢測(cè)的方式對(duì)電壓進(jìn)行采樣，這一采樣方式對(duì)高輸入阻抗不能有效采樣，并且采樣的精度和頻率(多為10Hz)都比較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種電壓采集裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)高輸入阻抗不能有效采樣，采樣的精度和速度都比較低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種電壓采集裝置，包括保護(hù)單元、差分單元、主控單元、告警單元和電源單元；

所述保護(hù)單元的輸入端接入電壓采樣點(diǎn)的電壓，所述保護(hù)單元的輸出端與所述差分單元的輸入端相連；

所述差分單元的輸出端與所述數(shù)據(jù)采樣單元的輸入端相連，以將差分后的電壓輸出到所述數(shù)據(jù)采樣單元生成采樣數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)采樣單元的輸出端與所述主控單元的數(shù)據(jù)輸入端相連，以將所述采樣數(shù)據(jù)輸出到所述主控單元進(jìn)行處理；

所述主控單元的第一控制端與所述告警單元的受控端相連；

所述電源單元的第一電源輸出端與所述差分單元的電源輸入端相連，所述電源單元的第二電源輸出端與所述主控單元的電源輸入端相連。

其中，還包括通信單元，所述通信單元的數(shù)據(jù)傳輸端與所述主控單元的數(shù)據(jù)傳輸端相連；所述電源單元的第三電源輸出端與所述通信單元的電源輸入端相連。

其中，還包括通道切換單元，所述通道切換單元的多個(gè)輸入端分別接入一個(gè)所述電壓采樣點(diǎn)，所述通道切換單元的輸出端與所述保護(hù)單元的輸入端相連，所述通道切換單元的受控端與所述主控單元的第二控制端相連以根據(jù)控制指令切換導(dǎo)通的所述電壓采樣點(diǎn)。

其中，所述通道切換單元的輸入端與所述輸出端之間的導(dǎo)通通過光耦控制。

其中，所述保護(hù)單元包括一個(gè)壓敏電阻和一個(gè)自恢復(fù)的NTC保險(xiǎn)，所述壓敏電阻與所述NTC保險(xiǎn)串聯(lián)。

其中，所述壓敏電阻的型號(hào)為MOV330。

其中，所述告警單元包括一個(gè)節(jié)點(diǎn)告警、一個(gè)外接I/O端口和一個(gè)LED告警燈。

其中，所述數(shù)據(jù)采樣單元包括型號(hào)為REF5025的基準(zhǔn)芯片U28、電容C15、運(yùn)算放大器U33、電阻R38、電阻R39和電阻R40；所述基準(zhǔn)芯片U28的引腳2和引腳4分別與所述電容C15的第一端和第二端相連；所述基準(zhǔn)芯片U28的引腳6與所述電阻R38的第一端相連，所述電阻38的第二端與所述電阻R39的第一端以及運(yùn)算放大器U33的引腳IN+相連，所述電阻R39的第二端與所述電阻R40的第一端相連，所述電阻40的第二端接模擬地。

其中，所述電容C15的電容量為1μF，所述電阻R38的阻值為100KΩ，所述電阻R39的阻值為20KΩ，所述電阻R40的阻值為20KΩ。

其中，所述通信單元為帶隔離的ADM2483芯片。

本發(fā)明的有益效果為：通過設(shè)置電壓采集裝置，包括保護(hù)單元、差分單元、主控單元、告警單元和電源單元；保護(hù)單元的輸入端接入電壓采樣點(diǎn)的電壓，保護(hù)單元的輸出端與差分單元的輸入端相連；差分單元的輸出端與數(shù)據(jù)采樣單元的輸入端相連，以將差分后的電壓輸出到數(shù)據(jù)采樣單元生成采樣數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采樣單元的輸出端與主控單元的數(shù)據(jù)輸入端相連，以將采樣數(shù)據(jù)輸出到主控單元進(jìn)行處理；主控單元的第一控制端與告警單元的受控端相連；電源單元的第一電源輸出端與差分單元的電源輸入端相連，電源單元的第二電源輸出端與主控單元的電源輸入端相連；該方案可以提高檢測(cè)輸入端的輸入阻抗，這樣能夠避免被測(cè)電壓是經(jīng)過分壓后的而造成檢測(cè)不準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采樣速度的自定義設(shè)置。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)容和這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式中提供的一種電壓采集裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式中提供的一種電壓采集裝置的數(shù)據(jù)采集單元的部分電路原理圖；

圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式中提供的一種電壓采集裝置的告警單元的節(jié)點(diǎn)告警的輸出電路原理圖；

圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式中提供的一種電壓采集裝置的通道切換單元的開關(guān)切換電路原理圖。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的電壓采集裝置的具體實(shí)施方式、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。

請(qǐng)參考圖1至圖4，圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式中提供的一種電壓采集裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式中提供的一種電壓采集裝置的數(shù)據(jù)采集單元的部分電路原理圖；圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式中提供的一種電壓采集裝置的告警單元的節(jié)點(diǎn)告警的輸出電路原理圖；圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式中提供的一種電壓采集裝置的通道切換單元的開關(guān)切換電路原理圖。如圖1所示，該電壓采集裝置，包括保護(hù)單元101、差分單元102、主控單元104、告警單元106和電源單元105；

保護(hù)單元101的輸入端接入電壓采樣點(diǎn)的電壓，保護(hù)單元101的輸出端與差分單元102的輸入端相連；

差分單元102的輸出端與數(shù)據(jù)采樣單元103的輸入端相連，以將差分后的電壓輸出到數(shù)據(jù)采樣單元103生成采樣數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)采樣單元103的輸出端與主控單元104的數(shù)據(jù)輸入端相連，以將采樣數(shù)據(jù)輸出到主控單元104進(jìn)行處理；

主控單元104的第一控制端與告警單元106的受控端相連；

電源單元105的第一電源輸出端與差分單元102的電源輸入端相連，電源單元105的第二電源輸出端與主控單元104的電源輸入端相連。

在本方案中，進(jìn)一步還包括通信單元108，通信單元108的數(shù)據(jù)傳輸端與主控單元104的數(shù)據(jù)傳輸端相連；電源單元105的第三電源輸出端與通信單元108的電源輸入端相連。通信單元108可選用帶隔離的ADM2483芯片。

另外，還包括通道切換單元107，通道切換單元107的多個(gè)輸入端分別接入一個(gè)電壓采樣點(diǎn)，通道切換單元107的輸出端與保護(hù)單元101的輸入端相連，通道切換單元107的受控端與主控單元104的第二控制端相連以根據(jù)控制指令切換導(dǎo)通的電壓采樣點(diǎn)。

在本方案中，主控單元104可以采用16位的MSP430F149作為主控芯片；差分單元102可以采用高性能差分芯片INA118作為電壓采樣輸入級(jí)的差分；數(shù)據(jù)采樣單元103包含一個(gè)基準(zhǔn)電壓分壓電路、一個(gè)電壓跟隨電路、一個(gè)基準(zhǔn)電路以及一個(gè)高速24位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片型號(hào)為LTC2440；本實(shí)施例中的電壓采集裝置通過通信單元108與上位機(jī)進(jìn)行通信；電源單元105采用的是3個(gè)隔離性的DC-DC電源，一個(gè)為24V轉(zhuǎn)5V的電源模塊，一個(gè)為正5V轉(zhuǎn)±12V的電源模塊，一個(gè)為5V轉(zhuǎn)5V的電源模塊。

保護(hù)單元101與差分單元102連接，差分單元102直接與數(shù)據(jù)采樣單元103連接，用于對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)采樣單元103與主控單元104連接，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)直接送回至主控單元104進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，開關(guān)單元、告警單元106與通信單元108都直接接入主控單元104中。差分的目的是可以提高檢測(cè)輸入端的輸入阻抗，這樣能夠避免被測(cè)電壓是經(jīng)過分壓后的而造成檢測(cè)不準(zhǔn)確。接入系統(tǒng)中的電壓經(jīng)過差分輸入后，直接到達(dá)高速24位A/D模擬轉(zhuǎn)數(shù)字芯片，該芯片在檢測(cè)轉(zhuǎn)換時(shí)使用的基準(zhǔn)電壓是由基準(zhǔn)芯片REF5025P產(chǎn)生，該芯片產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓經(jīng)過電阻分壓電路將基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓處理后經(jīng)過一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓跟隨后與A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片連接，該轉(zhuǎn)換速度可以通過主控單元104進(jìn)行控制，通過改變A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換速度控制引腳的電平實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片轉(zhuǎn)換速度的控制，此次設(shè)計(jì)一共能夠?qū)崿F(xiàn)7種轉(zhuǎn)換速度的調(diào)節(jié)。

在通道切換單元107的具體切換過程，通道切換單元107的輸入端與輸出端之間的導(dǎo)通通過光耦控制。

在具體的實(shí)施中，保護(hù)單元101包括一個(gè)壓敏電阻和一個(gè)自恢復(fù)的NTC保險(xiǎn)，壓敏電阻與NTC保險(xiǎn)串聯(lián)。壓敏電阻的型號(hào)可選用MOV330。

NTC(Negative Temperature Coefficient)是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料。在本方案中，例如對(duì)電池進(jìn)行電壓檢測(cè)，當(dāng)有電池接入后，為了防止有高電壓接入而造成相應(yīng)元器件的損壞，此時(shí)壓敏電阻和NTC保險(xiǎn)就能及時(shí)斷開，保護(hù)后面的元器件不被高壓損壞。

為實(shí)現(xiàn)各種告警需求，告警單元106包括一個(gè)節(jié)點(diǎn)告警、一個(gè)外接I/O端口和一個(gè)LED告警燈。

具體體現(xiàn)到電路層面，如圖2所示，數(shù)據(jù)采樣單元103包括型號(hào)為REF5025的基準(zhǔn)芯片U28、電容C15、運(yùn)算放大器U33、電阻R38、電阻R39和電阻R40；基準(zhǔn)芯片U28的引腳2和引腳4分別與電容C15的第一端和第二端相連；基準(zhǔn)芯片U28的引腳6與電阻R38的第一端相連，電阻38的第二端與電阻R39的第一端以及運(yùn)算放大器U33的引腳IN+相連，電阻R39的第二端與電阻R40的第一端相連，電阻40的第二端接模擬地，這一部分電路主要用于生成基準(zhǔn)電壓?；鶞?zhǔn)電壓主要由基準(zhǔn)芯片REF5025產(chǎn)生，產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓經(jīng)過電阻R38、電阻R39和電阻R40進(jìn)行分壓，分壓后的電壓經(jīng)過型號(hào)為OP01的運(yùn)算放大器U33組成的電壓跟隨電路后，變成0.6V的基準(zhǔn)電壓，然后該基準(zhǔn)電壓直接連接到A/D模擬轉(zhuǎn)換芯片TLC2440的基準(zhǔn)引腳，給A/D轉(zhuǎn)換芯片提供轉(zhuǎn)換工作的基準(zhǔn)電壓。

其中，電容C15的電容量為1μF，電阻R38的阻值為100KΩ，電阻R39的阻值為20KΩ，電阻R40的阻值為20KΩ。

如圖3所示，節(jié)點(diǎn)告警的輸出電路包括兩個(gè)型號(hào)為AQY212S的光耦(光耦U29和光耦U32)，當(dāng)檢測(cè)到電壓異常時(shí)，主控單元104驅(qū)動(dòng)光耦閉合，即K11和K12接通，K21和K22接通。

通道切換單元107默認(rèn)為12通道，即可以同時(shí)對(duì)12個(gè)電壓采樣點(diǎn)進(jìn)行電壓檢測(cè)。如圖4所示，兩個(gè)光耦組成一個(gè)通道的開關(guān)，一個(gè)光耦接電壓的正極，另外一個(gè)光耦接電壓的負(fù)極，由此，12個(gè)通道就有這樣的24個(gè)光耦組成，通過主控單元104控制12個(gè)通道的光耦，從而實(shí)現(xiàn)12個(gè)通道的切換。當(dāng)然，光耦會(huì)接入保護(hù)電阻(例如電阻R35、電阻R36、電阻R1和電阻R2)。

以下是對(duì)電壓采集裝置的工作原理的具體描述。電壓采集裝置上電后開始運(yùn)行，上電后初始化后默認(rèn)的采樣速率為55Hz，采集電壓通道數(shù)為12，此時(shí)可以通過通信單元108連接上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及存儲(chǔ)，同時(shí)通過通信單元108能夠?qū)ρb置參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可設(shè)置的參數(shù)有裝置采樣速率的設(shè)置，采集電壓通道的設(shè)置以及對(duì)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)等。裝置開始工作，基準(zhǔn)芯片產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓經(jīng)過電阻分壓后再通過運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓跟隨后直接提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片作為轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓使用，主控單元104直接控制光耦進(jìn)行接入系統(tǒng)的通道的選擇，按照默認(rèn)設(shè)置，裝置啟動(dòng)的檢測(cè)通道為12個(gè)，此時(shí)主控單元104控制光耦進(jìn)行12個(gè)通道的逐一打開，每一個(gè)通道由兩個(gè)光耦進(jìn)行控制，一個(gè)光耦控制電壓的正極，另外一個(gè)光耦控制電壓的負(fù)極，在一個(gè)通道打開的時(shí)候，其他所有的通道都是關(guān)閉狀態(tài)的，主控單元104會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有通道，如果存在兩個(gè)通道同時(shí)打開裝置會(huì)進(jìn)行LED燈告警，裝置打開一個(gè)通道后，接入該通道的電壓就會(huì)進(jìn)入到裝置，首先電壓需要經(jīng)過保護(hù)單元101，然后經(jīng)過差分單元102進(jìn)行電壓差分，差分后的電壓進(jìn)入到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，根據(jù)當(dāng)前設(shè)置的轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后把數(shù)據(jù)送到主控單元104進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理主要是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)到相應(yīng)的寄存器，每一個(gè)通道采集的數(shù)據(jù)都有固定的寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并且該寄存器中的數(shù)據(jù)都是實(shí)時(shí)更新的，通過對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，檢測(cè)該電壓數(shù)據(jù)是否超出設(shè)定的告警門限值，如果超過設(shè)定的告警門限值，裝置的LED燈告警，節(jié)點(diǎn)告警以及預(yù)留外接的I/O口都會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的告警處理，主要顯示為告警燈的紅燈會(huì)亮起，節(jié)點(diǎn)告警端會(huì)閉合，外接I/O口會(huì)變成高電平，高電平輸出到對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備進(jìn)行其它必要的控制或記錄。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明,任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。