一种无线电流检测装置的制作方法

本实用新型属于测量技术领域，尤其涉及一种无线电流检测装置。

背景技术：

无线电流检测技术是一种通过将传输线上的交变电流通过互感变压器转换成电压量，进而进行采集的技术。无线电流检测装置的用途主要有：1.工业应用:电网传输线上电流测量，发电机输出电流监控，电动机输入电流监控，三相交变电源等电力系统中电流量的测量。2.企业应用：对生产的恒流恒压源进行输出特性评估，包括其输出的谐波杂散程度等。3.民用：家用、车用便携电源的状态检测等。在现代化生产中，电网电压由于用电器的增多，阻抗特性的复杂，会使反馈回电网的电流含有很多丰富的谐波分量，同时一些交变电源由于负载特性的不同，也会使电源工作不正常，而且对于强电网络或者弱电网络，有线连接的电流检测装置为对主回路有一定干扰。因此有必要设计一种隔离式的具有谐波测量功能的电流传感装置，以适应不同场合的检测需求。

从原理角度看，目前应用较多的是通过电流型互感器来检测交变电流，测量谐波的方法有基于模拟电路的滤波法和基于数字处理系统的傅里叶变换法。其中傅里叶变换法，可以通过数字系统将采样回来的交流信号进行傅里叶变换，进而在数字域进行滤波，系统较为简洁，但实时性不好，不同的处理系统延迟不一样。基于模拟电路的滤波法，是通过模拟滤波器将信号直接进行分离，数字系统的作用只是采样和显示，系统的实时性较好，稳定性较高。在目前的一些应用中，电流检测装置大多通过不同频带的滤波器将频率分开来，这样就使得滤波器系统变得较为复杂。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种采样精度高，实时性好，系统简洁，人机交互良好的中小交变电流检测装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种无线电流检测装置，包括交变电流输出和上位机，还包括电流型互感器系统、滤波器系统、辅助电源系统、单片机处理及蓝牙发送系统；电流型互感器系统、滤波器系统串联接入交变电流输出，滤波器系统与单片机处理及蓝牙发送系统的输入端相连，单片机处理及蓝牙发送系统的输出端连接上位机，辅助电源系统分别连接电流型互感器系统、滤波器系统和单片机处理及蓝牙发送系统。

在上述的无线电流检测装置中，电流型互感器系统包括变压器、放大器电路；变压器输入端连接交变电流输出，放大器电路连接变压器输出端。

在上述的无线电流检测装置中，变压器原副线圈匝数比为1：14，磁芯为ZS157125铁硅铝，放大器电路核心运算放大器采用OPA313单电源运算放大器。

在上述的无线电流检测装置中，滤波器系统包括三阶有源低通滤波器和三阶有源高通滤波器；三阶有源低通滤波器与三阶有源高通滤波器并联后接入放大器电路输出端。

在上述的无线电流检测装置中，三阶有源低通滤波器和三阶有源高通滤波器的核心运放均选用OPA313单电源运放；三阶有源低通滤波器的截止频率为1300Hz，三阶有源高通滤波器的截止频率为2700Hz。

在上述的无线电流检测装置中，辅助电源系统包括大电容充电电路，基于TPS61073的BOOST升压电路；大电容充电电路包括一个10欧姆限流电阻，低导通压降二极管B10100和2.2F电容，2.2F电容与一个10uf的坦电容并联以降低输出纹波，基于TPS61073的BOOST升压电路串联接入大电容充电电路之后，基于TPS61073的BOOST升压电路输入限制为1.8V以上，输出电压恒定为5V。

在上述的无线电流检测装置中，单片机处理及蓝牙发送系统包括单片机系统和蓝牙数据发送系统，单片机系统连接滤波器系统输出口，蓝牙数据发送系统发送端连接单片机系统IO口，蓝牙数据发送系统接收端连接上位机USB口；辅助电源系统为单片机系统提供5V电压。

在上述的无线电流检测装置中，单片机系统采用MSP430F5529，蓝牙数据发送系统采用TICC2650。

本实用新型工作原理：以电流型互感器系统和滤波器系统为核心，完成交变电流采样和1000Hz基波，2000Hz二次谐波，3000Hz三次谐波的分离。使用单片机MSP430F5529进行滤波放大后的交流电压采样,同时通过蓝牙系统将基波幅值，二次谐波幅值以及三次谐波幅值发送到上位机。系统以2.2F电容作为系统储能元件以提供脱机工作时的电能，通过TPS61073升压芯片提供5V恒定输出电压为系统供电。无线测量10mA至1.5A有效值的交变电流，同时测量出交变电流所含有的基波以及二次，三次谐波幅度值，通过上位机实时显示。

本实用新型的有益效果：能够以相当高的精度进行含谐波的交变电流采样，系统功耗低，输出稳定而准确，并可以进行人为校准。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例电流互感器系统电路图；

图3（a）、图3（b）为本实用新型一个实施例滤波器系统电路图；

图4为本实用新型一个实施例辅助电源系统结构电路图；

图5为本实用新型一个实施例单片机处理和蓝牙发送系统电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实施例采用的技术方案如下：一种无线电流检测装置，包括交变电流输出和上位机，还包括电流型互感器系统、滤波器系统、辅助电源系统、单片机处理及蓝牙发送系统；电流型互感器系统、滤波器系统串联接入交变电流输出，滤波器系统与单片机处理及蓝牙发送系统的输入端相连，单片机处理及蓝牙发送系统的输出端连接上位机，辅助电源系统分别连接电流型互感器系统、滤波器系统和单片机处理及蓝牙发送系统。

进一步，电流型互感器系统包括变压器、放大器电路；变压器输入端连接交变电流输出，放大器电路连接变压器输出端。

进一步，变压器原副线圈匝数比为1：14，磁芯为ZS157125铁硅铝，放大器电路核心运算放大器采用OPA313单电源运算放大器。

进一步，滤波器系统包括三阶有源低通滤波器和三阶有源高通滤波器；三阶有源低通滤波器与三阶有源高通滤波器并联后接入放大器电路输出端。

进一步，三阶有源低通滤波器和三阶有源高通滤波器的核心运放均选用OPA313单电源运放；三阶有源低通滤波器的截止频率为1300Hz，三阶有源高通滤波器的截止频率为2700Hz。

进一步，辅助电源系统包括大电容充电电路，基于TPS61073的BOOST升压电路；大电容充电电路包括一个10欧姆限流电阻，低导通压降二极管B10100和2.2F电容，2.2F电容与一个10uf的坦电容并联以降低输出纹波，基于TPS61073的BOOST升压电路串联接入大电容充电电路之后，基于TPS61073的BOOST升压电路输入限制为1.8V以上，输出电压恒定为5V。

进一步，单片机处理及蓝牙发送系统包括单片机系统和蓝牙数据发送系统，单片机系统连接滤波器系统输出口，蓝牙数据发送系统发送端连接单片机系统IO口，蓝牙数据发送系统接收端连接上位机USB口；辅助电源系统为单片机系统提供5V电压。

更进一步，单片机系统采用MSP430F5529，蓝牙数据发送系统采用TICC2650。

本实施例具体实施时，如图1所示，上述的无线电流检测装置，包括：电流型互感器系统1、滤波器系统2、辅助电源系统3、单片机处理及蓝牙发送系统4。电流型互感器系统1、滤波器系统2串联连接于交变电流输出5后，滤波器系统2的输出作为单片机处理及蓝牙发送系统4的输入，单片机处理及蓝牙发送系统4的输出作为系统输出，辅助电源系统3作为外围部分。

如图2所示，电流互感器系统包括原副线圈匝数比为1：14的环形变压器11和放大电路12，副线圈并接一个100欧姆的贴片电阻进行电流转电压，一个由单片机处理及蓝牙发送系统4提供的3.3V电平经过分压后提供一个60mV的偏置电平将变压器输出电压抬升至GND电平以上，一个由辅助电源系统3提供供电的单电源运放串接至变压器输出用于将信号放大。

如图3（a）图3（b）所示，滤波器系统包括一个三阶有源低通滤波器21和三阶有源高通滤波器22。图3（a）所示，三阶有源低通滤波器21设置的截止频率为1300Hz，对2000Hz二次谐波的衰减为10dB，对3000Hz三次谐波的衰减为20dB，电流信号经过此滤波器后，基波可以基本无衰减通过，有所衰减，幅度将为原来的0.3。三次谐波基本被滤掉。输出的信号即可交由单片机处理和蓝牙发送系统4进行采样。图3（b）所示，三阶有源高通滤波器22设置的截止频率为2700Hz，对2000Hz二次谐波的衰减为10dB，对1000Hz基波以及直流偏置的衰减为20dB，电流信号经过此滤波器后，三次谐波的正半周可以基本无衰减通过。输出的信号即可交由单片机处理及蓝牙发送系统4进行采样。

如图4所示，辅助电源系统包括一个2.2F大电容充电电路31，和基于TPS61073的BOOST升压电路32。其中大电容充电电路31包括一个10欧姆限流电阻，低导通压降二极管B10100和2.2F电容，2.2F电容与一个10uf的坦电容并联以降低输出纹波，一个基于TPS61073的BOOST升压电路32串接至2.2F大电容充电电路31之后，基于TPS61073的BOOST升压电路输入限制为1.8V以上，输出电压恒定为5V

如图5所示，单片机处理及蓝牙发送系统包括单片机系统41和蓝牙数据发送系统42，单片机系统41供电电压为辅助电源系统3提供的+5V电压，单片机系统41的功能包括：1.片上AD三通道交流采样：分别采样输入电流信号、低通滤波器输出信号、高通滤波器输出信号。2.进行功率计算，通过总信号功率=基波功率+二次谐波功率+三次谐波功率，可以计算出二次谐波的幅度值，从而将基波信号IA，二次谐波信号IB，三次谐波信号IC的幅度值计算出来。蓝牙数据发送系统包括发送端和接收端，发送端连接至单片机IO口，接收端连接至上位机USB口。

本实施例一种无线电流检测装置能够无线测量10mA至1.5A有效值的交变电流，同时可以测量出交变电流所含有的基波以及二次，三次谐波幅度值，系统功耗低，输出稳定而准确，并且可以进行人为校准，通过上位机实时显示。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。