一种电压采集装置的制作方法

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种电压采集装置。

背景技术：

对于各种电子电气设备，在生产过程中需要对设备的指标性能进行检测；在设备的运行过程中，为了保证设备的安全有效运行，需要对运行过程中的各种电气参数进行监控，例如电压。

在现有技术中，常采用分压检测的方式对电压进行采样，这一采样方式对高输入阻抗不能有效采样，并且采样的精度和频率(多为10Hz)都比较低。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种电压采集装置，解决了现有技术中对高输入阻抗不能有效采样，采样的精度和速度都比较低的问题。

为实现上述设计，本实用新型采用以下技术方案：

一种电压采集装置，包括保护单元、差分单元、主控单元、告警单元和电源单元；

所述保护单元的输入端接入电压采样点的电压，所述保护单元的输出端与所述差分单元的输入端相连；

所述差分单元的输出端与所述数据采样单元的输入端相连，以将差分后的电压输出到所述数据采样单元生成采样数据；

所述数据采样单元的输出端与所述主控单元的数据输入端相连，以将所述采样数据输出到所述主控单元进行处理；

所述主控单元的第一控制端与所述告警单元的受控端相连；

所述电源单元的第一电源输出端与所述差分单元的电源输入端相连，所述电源单元的第二电源输出端与所述主控单元的电源输入端相连。

其中，还包括通信单元，所述通信单元的数据传输端与所述主控单元的数据传输端相连；所述电源单元的第三电源输出端与所述通信单元的电源输入端相连。

其中，还包括通道切换单元，所述通道切换单元的多个输入端分别接入一个所述电压采样点，所述通道切换单元的输出端与所述保护单元的输入端相连，所述通道切换单元的受控端与所述主控单元的第二控制端相连以根据控制指令切换导通的所述电压采样点。

其中，所述通道切换单元的输入端与所述输出端之间的导通通过光耦控制。

其中，所述保护单元包括一个压敏电阻和一个自恢复的NTC保险，所述压敏电阻与所述NTC保险串联。

其中，所述压敏电阻的型号为MOV330。

其中，所述告警单元包括一个节点告警、一个外接I/O端口和一个LED告警灯。

其中，所述数据采样单元包括型号为REF5025的基准芯片U28、电容C15、运算放大器U33、电阻R38、电阻R39和电阻R40；所述基准芯片U28的引脚2和引脚4分别与所述电容C15的第一端和第二端相连；所述基准芯片U28的引脚6与所述电阻R38的第一端相连，所述电阻38的第二端与所述电阻R39的第一端以及运算放大器U33的引脚IN+相连，所述电阻R39的第二端与所述电阻R40的第一端相连，所述电阻40的第二端接模拟地。

其中，所述电容C15的电容量为1μF，所述电阻R38的阻值为100KΩ，所述电阻R39的阻值为20KΩ，所述电阻R40的阻值为20KΩ。

其中，所述通信单元为带隔离的ADM2483芯片。

本实用新型的有益效果为：通过设置电压采集装置，包括保护单元、差分单元、主控单元、告警单元和电源单元；保护单元的输入端接入电压采样点的电压，保护单元的输出端与差分单元的输入端相连；差分单元的输出端与数据采样单元的输入端相连，以将差分后的电压输出到数据采样单元生成采样数据；数据采样单元的输出端与主控单元的数据输入端相连，以将采样数据输出到主控单元进行处理；主控单元的第一控制端与告警单元的受控端相连；电源单元的第一电源输出端与差分单元的电源输入端相连，电源单元的第二电源输出端与主控单元的电源输入端相连；该方案可以提高检测输入端的输入阻抗，这样能够避免被测电压是经过分压后的而造成检测不准确，能够实现对采样速度的自定义设置。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型具体实施方式中提供的一种电压采集装置的结构方框图；

图2是本实用新型具体实施方式中提供的一种电压采集装置的数据采集单元的部分电路原理图；

图3是本实用新型具体实施方式中提供的一种电压采集装置的告警单元的节点告警的输出电路原理图；

图4是本实用新型具体实施方式中提供的一种电压采集装置的通道切换单元的开关切换电路原理图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的电压采集装置的具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

请参考图1至图4，图1是本实用新型具体实施方式中提供的一种电压采集装置的结构方框图；图2是本实用新型具体实施方式中提供的一种电压采集装置的数据采集单元的部分电路原理图；图3是本实用新型具体实施方式中提供的一种电压采集装置的告警单元的节点告警的输出电路原理图；图4是本实用新型具体实施方式中提供的一种电压采集装置的通道切换单元的开关切换电路原理图。如图1所示，该电压采集装置，包括保护单元101、差分单元102、主控单元104、告警单元106和电源单元105；

保护单元101的输入端接入电压采样点的电压，保护单元101的输出端与差分单元102的输入端相连；

差分单元102的输出端与数据采样单元103的输入端相连，以将差分后的电压输出到数据采样单元103生成采样数据；

数据采样单元103的输出端与主控单元104的数据输入端相连，以将采样数据输出到主控单元104进行处理；

主控单元104的第一控制端与告警单元106的受控端相连；

电源单元105的第一电源输出端与差分单元102的电源输入端相连，电源单元105的第二电源输出端与主控单元104的电源输入端相连。

在本方案中，进一步还包括通信单元108，通信单元108的数据传输端与主控单元104的数据传输端相连；电源单元105的第三电源输出端与通信单元108的电源输入端相连。通信单元108可选用带隔离的ADM2483芯片。

另外，还包括通道切换单元107，通道切换单元107的多个输入端分别接入一个电压采样点，通道切换单元107的输出端与保护单元101的输入端相连，通道切换单元107的受控端与主控单元104的第二控制端相连以根据控制指令切换导通的电压采样点。

在本方案中，主控单元104可以采用16位的MSP430F149作为主控芯片；差分单元102可以采用高性能差分芯片INA118作为电压采样输入级的差分；数据采样单元103包含一个基准电压分压电路、一个电压跟随电路、一个基准电路以及一个高速24位的模拟数字转换芯片，模拟数字转换芯片型号为LTC2440；本实施例中的电压采集装置通过通信单元108与上位机进行通信；电源单元105采用的是3个隔离性的DC-DC电源，一个为24V转5V的电源模块，一个为正5V转±12V的电源模块，一个为5V转5V的电源模块。

保护单元101与差分单元102连接，差分单元102直接与数据采样单元103连接，用于对电压信号进行采集，数据采样单元103与主控单元104连接，把转换好的数据直接送回至主控单元104进行数据处理和分析，开关单元、告警单元106与通信单元108都直接接入主控单元104中。差分的目的是可以提高检测输入端的输入阻抗，这样能够避免被测电压是经过分压后的而造成检测不准确。接入系统中的电压经过差分输入后，直接到达高速24位A/D模拟转数字芯片，该芯片在检测转换时使用的基准电压是由基准芯片REF5025P产生，该芯片产生的基准电压经过电阻分压电路将基准电压进行分压处理后经过一个运算放大器进行电压跟随后与A/D模拟数字转换芯片连接，该转换速度可以通过主控单元104进行控制，通过改变A/D模数转换芯片的转换速度控制引脚的电平实现对芯片转换速度的控制，此次设计一共能够实现7种转换速度的调节。

在通道切换单元107的具体切换过程，通道切换单元107的输入端与输出端之间的导通通过光耦控制。

在具体的实施中，保护单元101包括一个压敏电阻和一个自恢复的NTC保险，压敏电阻与NTC保险串联。压敏电阻的型号可选用MOV330。

NTC(Negative Temperature Coefficient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。在本方案中，例如对电池进行电压检测，当有电池接入后，为了防止有高电压接入而造成相应元器件的损坏，此时压敏电阻和NTC保险就能及时断开，保护后面的元器件不被高压损坏。

为实现各种告警需求，告警单元106包括一个节点告警、一个外接I/O端口和一个LED告警灯。

具体体现到电路层面，如图2所示，数据采样单元103包括型号为REF5025的基准芯片U28、电容C15、运算放大器U33、电阻R38、电阻R39和电阻R40；基准芯片U28的引脚2和引脚4分别与电容C15的第一端和第二端相连；基准芯片U28的引脚6与电阻R38的第一端相连，电阻38的第二端与电阻R39的第一端以及运算放大器U33的引脚IN+相连，电阻R39的第二端与电阻R40的第一端相连，电阻40的第二端接模拟地，这一部分电路主要用于生成基准电压。基准电压主要由基准芯片REF5025产生，产生的基准电压经过电阻R38、电阻R39和电阻R40进行分压，分压后的电压经过型号为OP01的运算放大器U33组成的电压跟随电路后，变成0.6V的基准电压，然后该基准电压直接连接到A/D模拟转换芯片TLC2440的基准引脚，给A/D转换芯片提供转换工作的基准电压。

其中，电容C15的电容量为1μF，电阻R38的阻值为100KΩ，电阻R39的阻值为20KΩ，电阻R40的阻值为20KΩ。

如图3所示，节点告警的输出电路包括两个型号为AQY212S的光耦(光耦U29和光耦U32)，当检测到电压异常时，主控单元104驱动光耦闭合，即K11和K12接通，K21和K22接通。

通道切换单元107默认为12通道，即可以同时对12个电压采样点进行电压检测。如图4所示，两个光耦组成一个通道的开关，一个光耦接电压的正极，另外一个光耦接电压的负极，由此，12个通道就有这样的24个光耦组成，通过主控单元104控制12个通道的光耦，从而实现12个通道的切换。当然，光耦会接入保护电阻(例如电阻R35、电阻R36、电阻R1和电阻R2)。

以下是对电压采集装置的工作原理的具体描述。电压采集装置上电后开始运行，上电后初始化后默认的采样速率为55Hz，采集电压通道数为12，此时可以通过通信单元108连接上位机软件进行数据的实时监测及存储，同时通过通信单元108能够对装置参数进行设置，可设置的参数有装置采样速率的设置，采集电压通道的设置以及对装置进行校准等。装置开始工作，基准芯片产生一个基准电压，基准电压经过电阻分压后再通过运算放大器进行电压跟随后直接提供给模数转换芯片作为转换基准电压使用，主控单元104直接控制光耦进行接入系统的通道的选择，按照默认设置，装置启动的检测通道为12个，此时主控单元104控制光耦进行12个通道的逐一打开，每一个通道由两个光耦进行控制，一个光耦控制电压的正极，另外一个光耦控制电压的负极，在一个通道打开的时候，其他所有的通道都是关闭状态的，主控单元104会实时监测所有通道，如果存在两个通道同时打开装置会进行LED灯告警，装置打开一个通道后，接入该通道的电压就会进入到装置，首先电压需要经过保护单元101，然后经过差分单元102进行电压差分，差分后的电压进入到A/D模数转换芯片的输入端，根据当前设置的转换模式进行转换，转换完成后把数据送到主控单元104进行数据处理，数据处理主要是对采集到的数据进行存储到相应的寄存器，每一个通道采集的数据都有固定的寄存器进行数据存储，并且该寄存器中的数据都是实时更新的，通过对该数据进行处理，检测该电压数据是否超出设定的告警门限值，如果超过设定的告警门限值，装置的LED灯告警，节点告警以及预留外接的I/O口都会进行相应的告警处理，主要显示为告警灯的红灯会亮起，节点告警端会闭合，外接I/O口会变成高电平，高电平输出到对应的外部设备进行其它必要的控制或记录。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。