一种电压采集设备及方法与流程

本发明涉及信号采集领域，特别是涉及一种电压采集设备及方法。

背景技术：

电压采集设备可用于模拟量信号的数字化，并提供给上位机进行分析处理；也可用于对开关量信号的采集，经组态软件判断后控制开关量的输出；还可实现异地分布设备的远程控制，比如电压采集设备常应用在机房监控、电力监控、工业自动化、环保检测、智能家居和物联网等场合。因此，电压采集设备凭借自身的诸多优势，获得越来越多人们的青睐。

目前，市场上的电压采集设备，小到小型家电产品中的电压数据采集卡、电压采集单元，大到电力系统中应用的电压采集模块，电压采集设备尺寸多样，且采集的电压信号精度也各有不同，这也导致电压采集设备的价格差别很大。

因此，虽然目前所应用的电压采集设备种类繁多，但大多数电压采集设备的采集精度、采集范围和成本之间的矛盾都未得到很好地解决：通常采集精度高、范围广的电压采集设备，其成本也较高，严重影响了电压采集设备的进一步推广使用，所以寻求一种采集范围广、精度较高且成本较低的电压采集设备，十分必要。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种电压采集设备及方法，以解决现有技术中的电压采集设备不能同时满足精度高、采集范围广及成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种电压采集设备，包括依次电连接的上位机、第一继电器切换电路、第一电流传感器和A/D转换芯片，其中，

所述第一继电器切换电路用于选择相应量程、采集并发送原始电流信号至所述第一电流传感器，所述第一继电器切换电路包括电连接的第一继电器和电阻；

所述第一继电器的输入端与所述上位机电连接、电源端与外电源电连接、输出端分别与所述第一电流传感器的输入端和电阻电连接；

所述第一电流传感器的输入端与所述电阻电连接、电源端与外电源电连接、输出端电连接至所述A/D转换芯片。

优选的，本发明实施例公开的电压采集设备，还包括第二继电器切换电路和第二电流传感器，其中，所述第二继电器切换电路和第二电流传感器与所述第一继电器切换电路和所述第一电流传感器并联连接，所述第二继电器切换电路包括电连接的第二继电器和电阻，所述第二继电器的输入端与所述上位机电连接、电源端与外电源电连接、输出端分别与所述第二电流传感器的输入端和电阻电连接；所述第二电流传感器的输入端与所述电阻电连接、电源端与外电源电连接、输出端电连接至所述A/D转换芯片。

优选的，本发明实施例公开的电压采集设备，还包括第三继电器切换电路和第三电流传感器，其中，所述第三继电器切换电路和第三电流传感器与所述第一继电器切换电路和所述第一电流传感器并联连接，所述第三继电器切换电路包括电连接的第三继电器和电阻，所述第三继电器的输入端与所述上位机电连接、电源端与外电源电连接、输出端分别与所述第三电流传感器的输入端和电阻电连接；所述第三电流传感器的输入端与所述电阻电连接、电源端与外电源电连接、输出端电连接至所述A/D转换芯片。

优选的，所述第一继电器、第二继电器和第三继电器为小型中间继电器，所述第一电流传感器、第二电流传感器和第三电流传感器为高精度电流传感器。

优选的，所述第一电流传感器、第二电流传感器和/或第三电流传感器的电源端之间连接有滤波电路，所述滤波电路包括串联连接的第一电容器、第二电容器和第三电容器，其中，所述第一电容器和第二电容器的连接处接地，所述第一电容器和第三电容器的连接处与所述第一电流传感器、第二电流传感器和/或第三电流传感器的电源端一端电连接，所述第二电容器和第三电容器的连接处与所述第一电流传感器、第二电流传感器和/或第三电流传感器的电源端另一端电连接。

优选的，所述第一继电器、第二继电器和/或第三继电器的输入端电连接有第一连接器、输出端电连接有第二连接器，所述第一电流传感器、第二电流传感器和/或第三电流传感器的输入端电连接有第三连接器、输出端电连接有第四连接器、电源端之间还电连接有第五连接器。

本发明实施例公开了一种电压采集方法，包括：

上位机发送采集通道切换控制信号；

第一继电器切换电路根据所述采集通道切换控制信号，选择相应量程、采集并发送原始电流信号至第一电流传感器；

所述第一电流传感器根据所述原始电流信号，生成电压信号、并将所述电压信号发送至A/D转换芯片。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种电压采集设备及方法，其中，电压采集设备包括依次电连接的上位机、第一继电器切换电路、第一电流传感器和A/D转换芯片，其中，第一继电器切换电路包括电连接的第一继电器和电阻；第一继电器的输入端与上位机电连接、电源端与外电源电连接、输出端分别与第一电流传感器的输入端和电阻电连接；第一电流传感器的输入端与电阻电连接、输出端电连接至AD转换芯片。与现有技术相比，本发明实施例提供的电压采集设备，通过设置第一继电器切换电路和第一电流传感器，实现电压采集量程档位间的切换，操作简单方便，同时兼具精度高、采集范围广且成本低廉的优点，具有较高的实用与推广价值。

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，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明实施例提供的一种电压采集设备的电路原理图；

图2为本发明实施例提供的一种电压采集设备中第一继电器切换电路与第一电流传感器的电路接线图；

图3为本发明实施例提供的一种电压采集方法的流程示意图；

符号表示为：

101-第一继电器，102-第一电流传感器，201-第二继电器，202-第二电流传感器，301-第三继电器，302-第三电流传感器，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，R7-第七电阻，R8-第八电阻，R9-第九电阻，C1-第一电容器，C2-第二电容器，C3-第三电容器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种电压采集设备，可参见图1，为本发明实施例提供的一种电压采集设备的电路原理图。

本发明实施例公开的电压采集设备，包括依次电连接的上位机、第一继电器切换电路、第一电流传感器102和A/D转换芯片。

其中，第一继电器切换电路主要用于接收来自上位机的采集通道切换控制信号，并根据该采集通道切换控制信号选择相应量程、采集原始电流信号并将该原始电流信号发送至第一电流传感器102。该第一继电器切换电路主要包括电连接的第一继电器101和电阻，通过接入电路中电阻值的大小变化，从而实现电压量程的切换。

第一继电器101可以采用小型中间继电器。该第一继电器101的输入端与上位机电连接，用于接收上位机发送的采集通道切换控制信号；第一继电器101的电源端与外电源电连接，用于对该第一继电器101进行供电；第一继电器101的输出端分别与上述第一电流传感器102的输入端和电阻电连接，这样一方面可以通过选择接入电路中电阻值的大小，利用与原始电流信号相适应的量程对原始电流信号进行采集，另一方面可实现将第一继电器采集到的原始电流信号发送至第一电流传感器102进行进一步处理。

第一电流传感器102可以采用高精度电流传感器。该第一电流传感器102的输入端还与上述电阻电连接，形成完整回路。同时，该第一电流传感器102的电源端与外电源电连接，利用外电源对该第一电流传感器102进行供电。该第一电流传感器102的输出端电连接至A/D转换芯片，使该原始电流信号在第一电流传感器102中转换为电压信号后，输出至A/D转换芯片，进行模数转换处理，从而获得待测电压信号值。

为了更方便理解本发明实施例提供的电压采集设备的电压采集过程，下面进行举例说明。这里第一继电器101采用欧姆龙MY2N-J型继电器，第一电流传感器102采用WBI411S07型电流传感器。

参见图2，为本发明实施例提供的一种电压采集设备中第一继电器切换电路与第一电流传感器的电路接线图。

上述电阻包括依次串联连接的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，其中，电阻值的大小可依据具体实现量程进行确定，如测量量程为430V和30V时，可选择第一电阻R1的阻值为200KΩ，第二电阻R2的阻值为200KΩ，第三电阻R3的阻值为30KΩ。当然，测量量程及电阻阻值并不以此为限，还可以是其他数值，在此不做赘述。

在连接时，第一继电器101的引脚5与上位机电连接，第一继电器101的引脚8与靠近第二电阻R2的第三电阻R3一端电连接、并通过第一电阻R1和第二电阻R2与上位机电连接，第一继电器101的引脚9和引脚12电连接，且引脚9通过第一电阻R1与上位机电连接，第一继电器101的引脚13外接+24V电源，第三电阻R3的另一端与第一电流传感器102的引脚7电连接；第一电流传感器102的引脚3接地、引脚1和引脚2分别外接+12V和-12V电源、引脚4电连接至A/D转换芯片。

本发明实施例提供的电压采集设备在使用时，首先通过人工预判待测电压信号大小，选择合适的电压测量量程，控制上位机对第一继电器切换电路发送采集通道切换控制信号；第一继电器切换电路接收该采集通道切换控制信号，当选择30V电压量程时，第一继电器101动作，第一电阻R1和第二电阻R2经过第一继电器101的两组开关实现首末端短路，此时仅有第三电阻R3接入电路并与第一电流传感器102电连接，实现了利用最大测量值为30V的电压测量量程对该待测电压信号进行采集；反之，当选择430V电压量程时，第一继电器101不动作，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3串联后与第一电流传感器102电连接，实现了利用最大测量值为430V的电压测量量程对该待测电压信号进行采集。

第一继电器101采集原始电流信号后，将采集到的原始电流信号发送至第一电流传感器102；在第一电流传感器102中将该原始电流信号转换为电压信号，并将该电压信号发送至A/D转换芯片；A/D转换芯片对该电压信号进行模数转换等处理，并将处理后的电压信号发送至输出设备进行显示，这里的输出设备可以是信号系统中常用的信号输出设备，如计算机或带显示信号功能的其他设备等。

本发明实施例提供的电压采集设备，通过继电器、电阻和电流传感器等的连接，实现了根据待测电压信号值的大小，自由切换测量量程，具有量程切换方便，电压采集范围广，测量结果误差小、测量精度高等的优点，同时，本发明实施例提供的电压采集设备所用芯片和元件均十分常见，在市场上容易购买，且价格便宜，故该电压采集设备的性价比较高，具有巨大的实用价值和推广价值。

进一步的，作为一种优选方案，本发明实施例提供的电压采集设备，还包括第二继电器切换电路和第二电流传感器202，其中，第二继电器切换电路和第二电流传感器202与第一继电器切换电路和第一电流传感器102并联连接。通过设置该第二继电器切换电路和第二电流传感器202，可以扩大本发明实施例提供的电压采集设备对待测电压信号的采集量程，进一步增大适用范围。

与第一继电器切换电路类似，第二继电器切换电路主要用于接收来自上位机的采集通道切换控制信号，并根据该采集通道切换控制信号选择相应量程、采集原始电流信号并将该原始电流信号发送至第二电流传感器202。

第二继电器切换电路主要包括电连接的第二继电器201和电阻，通过接入电路中电阻值的变化，从而实现电压量程的切换。

第二继电器201的输入端与上位机电连接，用于接收上位机发送的采集通道切换控制信号；第二继电器201的电源端与外电源电连接，用于对该第二继电器201进行供电；第二继电器201的输出端分别与上述第二电流传感器202的输入端和该电阻电连接，这样一方面可以通过选择接入电路中电阻值的大小，选择与原始电流信号相适应的量程对原始电流信号进行采集，另一方面可实现将第二继电器201采集到的原始电流信号发送至第二电流传感器202进行进一步处理。

第二电流传感器202的输入端还与上述电阻电连接，形成完整回路。同时，该第二电流传感器202的电源端与外电源电连接，利用外电源对该第二电流传感器202进行供电。该第二电流传感器202的输出端电连接至A/D转换芯片，实现该待测信号在第一电流传感器102中转换为电压信号后，输出至A/D转换芯片，进行模数转换处理，从而获得待测电压信号值。

类似的，该第二继电器201可以采用小型中间继电器，如欧姆龙MY2N-J型继电器，第二电流传感器202可以采用高精度电流传感器，如WBI411S07型电流传感器。此处的电阻可以为包括依次串联连接的第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的电阻组，其中，各电阻值的大小可依据具体实现量程进行确定，如测量量程为11V和1V时，可选择第四电阻R4的阻值为5KΩ，第五电阻R5的阻值为5KΩ，第六电阻R6的阻值为1KΩ。当然，测量量程及电阻阻值并不以此为限，还可以是其他数值，在此不做赘述。

这里第二继电器201和第二电流传感器202及第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6之间的具体连接关系分别与上述第一继电器101和第一电流传感器102及第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的连接关系相对应，可参见上述第一继电器101和第一电流传感器102及第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的连接关系，在此不做赘述。

作为一种包括了两个继电器切换电路及电流传感器组成的并联回路的电压采集设备，当人工预判待测电压信号大小，选择1V量程进行电压信号采集时，第二继电器201动作，第四电阻R4和第五电阻R5通过第二继电器201的两组开关实现首末端短路，此时仅有第六电阻R6接入电路并与第二电流传感器202电连接，实现了利用最大测量值为1V的电压测量量程对该待测电压信号进行采集；反之，当选择11V电压量程时，第二继电器201不动作，第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6串联后与第二电流传感器202电连接，实现了利用最大测量值为11V的电压测量量程对该待测电压信号进行采集。其他电压采集步骤与仅设置第一继电器切换电路和第一电流传感器102时类似，具体可参见上文，在此不做赘述。

进一步的，作为一种优选方案，本发明实施例提供的电压采集设备除包括第二继电器切换电路和第二电流传感器202外，还可以包括第三继电器切换电路和第三电流传感器302，其中，第三继电器切换电路和第三电流传感器302与第一继电器切换电路和第一电流传感器102并联连接。通过设置该第三继电器切换电路和第三电流传感器302，可以扩大本发明实施例提供的电压采集设备对待测电压信号的采集量程，进一步增大适用范围。

与第一继电器切换电路类似，第三继电器切换电路主要用于接收来自上位机的采集通道切换控制信号，并根据该采集通道切换控制信号选择相应量程、采集原始电流信号并将该原始电流信号发送至第三电流传感器302。

第三继电器切换电路主要包括电连接的第三继电器301和电阻，通过接入电路中电阻值的变化，从而实现电压量程的切换。

第三继电器301的输入端与上位机电连接，用于接收上位机发送的采集通道切换控制信号；第三继电器301的电源端与外电源电连接，用于对该第三继电器301进行供电；第三继电器301的输出端分别与上述第三电流传感器302的输入端和电阻电连接，这样一方面可以通过选择接入电路中电阻值的大小，选择与原始电流信号相适应的量程对原始电流信号进行采集，另一方面可实现将第三继电器301采集到的原始电流信号发送至第三电流传感器302进行进一步处理。

第三电流传感器302的输入端还与上述电阻电连接，形成完整回路。同时，该第三电流传感器302的电源端与外电源电连接，利用外电源对该第三电流传感器302进行供电。该第三电流传感器302的输出端电连接至A/D转换芯片，将该待测信号在第三电流传感器302中转换为电压信号后，输出至A/D转换芯片，进行模数转换处理。

类似的，该第三继电器301可以采用小型中间继电器，如欧姆龙MY2N-J型继电器，第三电流传感器302可以采用高精度电流传感器，如WBI411S07型电流传感器。此处电阻可以为包括依次串联连接的第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9的电阻组，其中，各电阻值的大小可依据具体实现量程进行确定，如测量量程为0.11V和0.01V时，可选择第七电阻R7的阻值为50Ω，第八电阻R8的阻值为50Ω，第九电阻R9的阻值为10Ω。当然，测量量程及电阻阻值并不以此为限，还可以是其他数值，在此不做赘述。

这里第三继电器301和第三电流传感器302及第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9之间的具体连接关系分别与上述第一继电器101和第一电流传感器102及第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的连接关系相对应，可参见上述第一继电器101和第一电流传感器102及第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的连接关系，在此不做赘述。

作为一种包括了三个继电器切换电路及电流传感器组成的并联回路的电压采集设备，当人工预判待测电压信号后，选择0.01V量程进行电压信号采集时，第三继电器301动作，第七电阻R7和第八电阻R8通过第三继电器301的两组开关实现首末端短路，此时仅有第九电阻R9接入电路并与第三电流传感器302电连接，实现了利用最大测量值为0.01V的电压测量量程对该待测电压信号进行采集；反之，当选择0.11V电压量程时，第三继电器301不动作，第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9串联后与第三电流传感器302电连接，实现了利用最大测量值为0.11V的电压测量量程对该待测电压信号进行采集。其他电压采集步骤与仅设置第一继电器切换电路和第一电流传感器102时类似，可参见上文，在此不做赘述。

作为一种优选方案，本发明实施例提供的电压采集设备的第一电流传感器102、第二电流传感器202或第三电流传感器302中的一种或几种电流传感器的电源端之间连接有滤波电路。

该滤波电路包括串联连接的第一电容器C1、第二电容器C2和第三电容器C3，其中，第一电容器C1和第二电容器C2的连接处接地，第一电容器C1和第三电容器C3的连接处与第一电流传感器102、第二电流传感器202或第三电流传感器302的电源端一端电连接，第二电容器C2和第三电容器C3的连接处与第一电流传感器102、第二电流传感器202或第三电流传感器302的电源端另一端电连接。

该滤波电路可以使外接电源，如直流电压+12V，-12V，残留的交流杂波和高次谐波通过回路入地，达到消除杂波的目的，有效实现电源滤波。此处，电容的取值可以根据实际需要确定，如第一电容器C1、第二电容器C2和第三电容器C3的电容为220μF。

进一步的，作为一种优选方案，本发明实施例提供的电压采集电路，还可以通过设置连接器，为外接线路提供更多接口。如第一继电器101、第二继电器201或第三继电器301中的一种或几种继电器的输入端电连接第一连接器，该第一连接器可以为PTVIN型连接器，该PTVIN型连接器的引脚1、引脚2和引脚3可分别对应连接该第一继电器101、第二继电器201和第三继电器301的输入端。

第一继电器101、第二继电器201或第三继电器301中的一种或几种继电器的输出端电连接第二连接器，该第二连接器可以为KCJDQ型连接器，该KCJDQ型连接器的引脚1、引脚2和引脚3可分别对应连接该第一继电器101、第二继电器201或第三继电器301的输出端。

该第一电流传感器102、第二电流传感器202或第三电流传感器302中的一种或几种电流传感器的输入端电连接第三连接器，该第三连接器可以为PTVOUT型连接器，该PTVOUT型连接器的引脚1、引脚2和引脚3可分别对应连接该第一电流传感器102、第二电流传感器202和第三电流传感器302的输入端。

该第一电流传感器102、第二电流传感器202或第三电流传感器302中的一种或几种电流传感器的输出端电连接第四连接器，该第四连接器可以为VOUTTOAD型连接器，该VOUTTOAD型连接器的引脚1、引脚2和引脚3可分别对应连接该第一电流传感器102、第二电流传感器202和第三电流传感器302的输入端。

该第一电流传感器102、第二电流传感器202或第三电流传感器302中的一种或几种电流传感器的电源端之间还电连接第五连接器，该第五连接器可以为P12V型连接器，该P12V型连接器的引脚1和引脚4分别外接该第一电流传感器102、第二电流传感器202和第三电流传感器302的电源端、引脚2和引脚3接地。当然，上述连接器还可以是其他类型，在此不做赘述。

与本发明实施例提供的电压采集设备相对应，本发明还提供一种电压采集方法实施例。具体可以参见图3，为本发明实施例提供的一种电压采集方法的流程示意图。

本发明实施例提供的电压采集方法，包括：

S100，上位机发送采集通道切换控制信号；

具体为：人工对待测电压信号进行预判，选择合适的电压测量量程，控制上位机产生并向第一继电器切换电路发送采集通道切换控制信号。

S200，第一继电器切换电路根据采集通道切换控制信号，选择相应量程、采集并发送原始电流信号至第一电流传感器；

具体为：第一继电器切换电路根据采集通道切换控制信号，控制接入电路中的电阻值的大小，进而选择相应量程，利用该量程采集并发送原始电流信号至第一电流传感器。

S300，第一电流传感器根据所述原始电流信号，生成电压信号、并将该电压信号发送至A/D转换芯片；

具体为：第一电流传感器接收由第一继电器发送的原始电流信号，并根据该原始电流信号，生成电压信号，该电压信号即是待测电压信号。该第一电流传感器将该电压信号发送至A/D转换芯片，由该A/D转换芯片对该电压信号进行模数转换等进一步处理，最终由该A/D转换芯片将处理后的电压信号发送至输出设备进行显示，这里的输出设备可以是信号系统中常用的信号输出设备，如计算机或带显示信号功能的其他设备等。

本发明实施例提供的电压采集方法，可以根据待测电压信号值的大小，自由切换测量量程，具有量程切换方便，电压采集范围广，测量结果误差小、测量精度高等的优点，具有巨大的实用价值。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。