一种雷电流峰值记录卡的制作方法

本实用新型涉及电子信息技术中设备或设施的防雷监控领域，特别涉及一种雷电流峰值记录卡。

背景技术：

雷击是一种古老而常见的自然现象，其本质是空间带电云层之间或者带电云层与地面物体之间的放电，雷电蕴藏着巨大的能量，雷击直接发生时的电压极高，雷击核心会产生极大的放电电流，直击雷的直接破坏力及其对人类的伤害是总所周知的。

雷击的发生有着极大地随机性。当雷击发生的时候，通过空间电磁感应的作用，会在其周围很大的范围内的各种导体上产生浪涌电压，这种因雷击感应产生的浪涌电压，同样有着极大的伤害。这是因为在电子化、信息化高度发展的今天，人们大量应用着包括计算机、交换机在内的各种电子设备，这些电子设备工作在低功耗、低电压的条件下，其抗浪涌电压的能力极差，雷击形成的浪涌电压很容易对这些电子设备造成破坏，因而对雷电的检测和防护现在已经变得越来越重要。

雷电流峰值记录卡，对于雷电的研究、分析雷电灾害事故、尤其对防雷设施的维护均具有十分重要的意义。现有的雷电流峰值记录卡在原理上源自“剩磁法”:雷电发生时遗留在磁带/磁钢棒上面的滞磁，根据这个剩磁的大小可进一步计算出雷电的峰值电流大小。这需要精密的（高斯）剩磁仪检测，为降低剩磁检测的成本和提高测量精度，也有预先在磁带上初始化一定的信息编码（譬如一段固定频率的正弦波），根据雷电磁场对编码的破坏程度，可方便检测出雷电磁场的强度。可见，现有的雷电流峰值记录卡存在以下问题：

1）假如在测量时间段内发生多次雷击，其测量结果为这几次雷电磁场的向量叠加，其测量结果可能是不可信的。更加不可能得出雷击次数与分别每次的雷电流峰值。

2）磁带经历反复的磁化后，其测量精度必然不断下降，记录卡的使用次数一般只有几十次。

3）需要取出记录卡送入读卡器进行读取与初始化，不能现场方便地通过手持设备读出测量结果，而且其读卡器昂贵。

4）记录卡在使用过程中容易受外部磁场干扰，温度等因素的影响。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种雷电流峰值记录卡，性能高而且测量结果可靠。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种雷电流峰值记录卡，与外部设备电连接，包括雷电采集单元、整流稳压单元、波形保持单元、CPU单元和NFC单元；所述雷电采集单元采集的雷电流经整流稳压单元进行整流和稳压处理后给所述CPU单元供电，同时所述雷电流经波形保持单元进行峰值捕捉，并经过CPU单元进行峰值采样及存储后输出给NFC单元，由NFC单元完成与外部设备的数据交换，同时所述NFC单元还给所述CPU单元供电。

进一步的，所述雷电采集单元包括电感、第一电容和电阻，所述电感的一端通过所述第一电容连接所述电阻的一端，也连接所述整流稳压单元和所述波形保持单元，所述电感的另一端连接所述电阻的另一端。

进一步的，所述整流稳压单元包括第一二极管、第二电容和稳压芯片，所述第一二极管的负极通过所述第二电容接地，也连接所述稳压芯片的VIN端，所述稳压芯片的GND端接地，所述稳压芯片的VOUT端连接所述CPU单元，所述第一二极管的正极连接所述雷电采集单元。

进一步地，所述波形保持单元包括第二二极管和第三电容，所述第二二极管的负极通过所述第三电容接地，也连接所述CPU单元，所述第二二极管的正极连接所述雷电采集单元。

进一步地，所述CPU单元包括CPU芯片，所述CPU芯片包括模数转换器、储存器和通讯接口，所述CPU芯片的P1.1端和P1.2端为通讯接口，所述模数转换器的一端通过CPU芯片的P1.0端连接所述波形保持单元，所述模数转换器的另一端连接所述存储器，所述CPU芯片的P1.1端和P1.2端连接NFC单元，所述CPU芯片的P1.3端连接所述稳压芯片的VOUT端，也连接所述NFC单元。

进一步地，所述NFC单元包括NFC芯片，所述NFC芯片的SCL端连接CPU芯片的P1.1端，所述NFC芯片的SDA端连接CPU芯片的P1.2端，所述NFC芯片的VOUT端连接外部设备，也连接所述CPU芯片的P1.3端。

具体的，所述稳压芯片的型号为LM1117。

具体的，所述CPU芯片的型号为c8051f310。

具体的，所述储存器为EEPROM储存器或Flash储存器，所述通讯接口为SPI串行外设接口或I2C接口。

具体的，所述NFC芯片的型号为NT3H1101。

相较于现有技术，本实用新型提供的雷电流峰值记录卡，通过设置波形保持单元，保证了采样的抗干扰性和精度；同时通过设置CPU单元，实现了存储10万条以上的采样值，且可以记录每一条雷击，而且使用寿命可实现上亿次，数据可保存20年；同时通过设置NFC单元，实现了记录卡与外部的无线连接，且无需连接外部电源，实现了高的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型雷电流峰值记录卡的结构框图。

图2为本实用新型雷电流峰值记录卡的电路原理图。

具体实施方式

本实用新型提供一种雷电流峰值记录卡，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供的一种雷电流峰值记录卡1，与外部设备2电连接，包括雷电采集单元11、整流稳压单元12、波形保持单元13、CPU单元14和NFC单元15，所述雷电采集单元11连接所述整流稳压单元12，并通过所述波形保持单元13、CPU单元14和NFC单元15连接外部设备2，所述整流稳压单元12和NFC单元15也连接所述CPU单元。

所述雷电采集单元11用于接收雷电交变电磁波，并通过整流稳压单元12进行整流和稳压处理后，给所述CPU单元14供电；所述波形保持单元13用于捕捉雷电波形的峰值，并输出给所述CPU单元14，所述CPU单元14进行峰值采样及存储后输出给NFC单元15，由所述NFC单元15完成与外部设备2的数据交换，同时所述NFC单元在进行通信时还产生电能给所述CPU单元14供电，实现电路的自供电。

请参阅图2，所述雷电采集单元11包括电感L、第一电容C1和电阻R，所述电感L和第一电容C1组成一个宽频带LC电路，其频带在几百赫兹到几十千赫兹之间，正好落在雷电的频谱之内（高能量部分）。所述电阻R用于降低LC电路的Q值，从而获得所需带宽。

具体实施时，请继续参阅图2，所述电感L的一端通过所述第一电容C1连接所述电阻R的一端，也连接所述整流稳压单元12和所述波形保持单元13，所述电感L的另一端连接所述电阻R的另一端。

请继续参阅图2，所述整流稳压单元12包括第一二极管D1、第二电容C2和稳压芯片LDO，所述第一二极管D1起整流作用，第二电容为大容量电容，起储能作用，所述稳压芯片LDO的型号为LM1117，提供电流限制和热保护，起稳压作用。

具体实施时，所述第一二极管D1的负极通过所述第二电容C2接地，也连接所述稳压芯片LDO的VIN端，所述稳压芯片LDO的GND端接地，所述稳压芯片LDO的VOUT端连接所述CPU单元14，所述第一二极管D1的正极连接所述雷电采集单元11，具体连接电感L1的一端。

请继续参阅图2，所述波形保持单元包括第二二极管D2和第三电容C3，所述第二二极管D2为单向导通二极管，所述第三电容C3为小容量电容，能快速的实现充放电。

具体实施时，所述第二二极管D2的负极通过所述第三电容C3接地，也连接所述CPU单元14，具体连接CPU芯片的P1.0端，所述第二二极管D2的正极连接所述雷电采集单元11，具体连接电感L1的一端。在电路进行采样时，所述第三电容C3充电，由于电容阻值较小，所以能实现快速的充放电，电路输出的信号随输入信号的变化而变化；当电路处于保持状态时，由于第二二极管D2单向导通，所述第三电容C3放电缓慢，由于所述第三电容C3的一端接第二二极管D2的信号跟随电路，所以输出的信号基本保持在采样结束瞬间的信号电平值，保证了CPU单元14在进行信号采集时具有更高的抗干扰性和精度。

请继续参阅图2，所述CPU单元14包括CPU芯片，所述CPU芯片包括模数转换器ADC、存储器141和通讯接口，模数转换器ADC、存储器141为CPU芯片内部集成的模块，所述CPU芯片的P1.1端和P1.2端为通讯接口，本具体实施例中，所述CPU芯片的型号为c8051f310，功耗为1.8mW，用于管理NFC单元15，完成与外部设备的通信。所述模数转换器ADC用于进行雷电峰值的采样，所述存储器141为EEPROM存储器或FLASH存储器，用于存储雷电峰值的采样值，所述通讯接口为SPI串行接口或I2C接口，由于FLASH的容量大，所以可以存储10万条以上的采样值，且可以记录每一条雷击，而且由于现在FLASH单元最少10万次的擦写，所以其使用寿命可实现上亿次，同时可将数据保存20年。

具体实施时，所述模数转换器ADC的一端通过CPU芯片的P1.0端连接所述波形保持单元13，具体连接第二二极管D2的负极，所述模数转换器ADC的另一端连接所述存储器141，所述CPU芯片的P1.1端和P1.2端连接NFC单元15，所述CPU芯片的P1.3端连接所述稳压芯片LDO的VOUT端，也连接所述NFC单元15。

请继续参阅图2，所述NFC单元15包括NFC芯片NFC，所述NFC芯片NFC的SCL端连接CPU芯片的P1.1端，所述NFC芯片的SDA端连接CPU芯片的P1.2端，所述NFC芯片NFC的VOUT端连接外部设备，也连接所述CPU芯片的P1.3端，给所述CPU单元供电，本具体实施例中，所述NFC芯片NFC的型号为NT3H1101，NFC芯片可实现与外部设备的无线通信，实现了高的稳定性。

为了更好的理解本实用新型，以下结合图1和图2对本实用新型作进一步说明：

发生雷击时，雷电采集单元11的LC电路接收雷电交变电磁波，经过第一二极管D1进行整流，并经过稳压芯片LDO进行稳压处理后给CPU单元14供电，同时，所述雷电采集单元11的LC电路接收的雷电交变电磁波也经过波形保持电路进行峰值捕捉后，由所述CPU单元14的模数转换器ADC完成峰值采样，并写入存储器141中，所述模数转换器ADC采集的峰值也通过所述CPU芯片的P1.1端和P1.2端输出给NFC单元15，由所述NFC单元15完成与外部设备的数据交换，同时所述NFC单元15在进行通信时还产生电能给所述CPU单元14供电，实现电路的自供电。

综上所述，本实用新型提供的雷电流峰值记录卡，通过设置波形保持单元，保证了采样的抗干扰性和精度；同时通过设置CPU单元，实现了存储10万条以上的采样值，且可以记录每一条雷击，而且使用寿命可实现上亿次，数据可保存20年；同时通过设置NFC单元，实现了记录卡与外部的无线连接，且无需连接外部电源，实现了高的稳定性。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。