专利名称：具有led显示和rs485网络接口的简易式电机检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种检测技术领域的装置，具体地说，涉及的是一种具有LED 显示和RS485网络接口的简易式电机检测装置。
背景技术：
微特电机是一种采用直流电驱动的小型电机，在汽车后视镜、硬盘驱动器、 VCD、 DVD、 MP3和MP4等电子产品和装置中得到广泛应用。为提高产品的可靠性和 安全性能，需要对采用微特电机并完成装配之后的产品进行抽检或全部检测，以 确定电机工作状况和装配之后的产品质量。因还未有具有相应的检测设备， 一般 均采用人工配合万用表或电流表检测方式。无法实现自动检测，效率低下且可靠 性低。
为适应电流大小和方向自动检测的需要，BB、 Maxim、 Interil、 Microchip和 Linear等公司生产了大量高侧电流检测芯片。除价格高、市场不易采购和V-端需 要设定工作电压的特点外，这些芯片一般采用表面贴装封装形式不便于更换和硬 件升级，限制了电流检测芯片的应用和推广。同时，Infineon、Melexis、Honeywell、 Allegro和NEC-Tokin等公司生产了大量基于霍尔效应的气隙式霍尔电流传感器， 在大电流大功率传输场合得到广泛应用。这些霍尔电流传感器一般都用于高达 100A以上大电流的检测，不适用于〈100mA的小电流的检测，也无法直接应用于采 用微特电机的这些产品的电流检测。
经对现有技术的文献检索发现，杜明等在《微电机》(2008年第7期第69-71页) 上发表的"基于DSP和虚拟仪器技术的步进电机测试系统"，该文中提出采用TI公 司16位DSP芯片TMS320LF2407A为主控器件，霍尔电流传感器HNO03SY为检测装置 和MAX3232为RS232接口芯片的步进电机驱动电流检测系统设计方法。其不足在于 电流分辨率为O. 1A，精度较差；采用DSP为处理芯片，成本较高；采用RS232接口 与主控计算机通讯，无法组建检测网络，因而通用性不强；采用NI公司LabVIEW 软件直接读取串口数据，自行开发软件的灵活性较差
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种具有LED显示和RS485网络接口的简 易式电机检测装置，将功能分解为I/V转换与调理、方向检测、电流大小与方向 显示、RS485接口及主控单片机等模块，具有LED显示和RS485网络接口功能的低 成本、宽工作范围、高可靠性、较高精度、较高效率和可调放大倍率的网络化和 自动化电流大小和方向检测能力，以适应汽车后视镜和微特电机自动检测要求。
本发明是通过以下技术方案实现的
本发明包括电源电路、主电流电路、电流/电压(I/V)转换与调理电路、RS485 接口电路、LED报警显示电路、电流鉴向电路、串并转换与LED显示电路及主单片 机电路。主电流电路经引出线与I/V转换与调理电路和电流鉴向电路相连。主单 片机电路经引出线与RS485接口电路、LED报警显示电路、电源电路、电流鉴向电 路和串并转换与LED显示电路相连。RS485接口电路经双绞屏蔽线与主控计算机相 连。电源电路为整个装置提供所需的工作电压。
主单片机电路检测到非零的电流数值，或接收到主控计算机经双绞屏蔽线和 RS485接口电路送入的起始信号后，主单片机电路启动定时程序并将吸合信号送至 主电流电路。主电流电路继电器常开触点吸合后，主电流电路导通。电流流经采 样电阻后送入I/V转换与调理电路，I/V转换与调理电路将I/V变换和调理之后的 电压信号馈入主单片机电路，经A/D转换后换算为主电流电路的电流数值。经I/V 转换与调理电路处理后的电压信号也送至电流鉴向电路，经处理后电流鉴向电路 输出表示电流方向的0/1数字信号至主单片机电路。主单片机电路经三根I/O引 脚分别输出电流方向信号、模拟时钟信号和电流数据信号至串并转换与LED显示 电路，经串/并转换后分别用于电流方向和数据的显示。在电流数据超过额定数值 或在设定时间内未换向时，主单片机电路输出报警驱动信号至LED报警显示电路， LED灯亮报警。至定时时间或接收到主控计算机经双绞屏蔽线和RS485接口电路送 至的停止信号或电流大至设定的安全电流数值后，主单片机电路输出释放信号至 主电流电路。主电流电路继电器常开触点释放，主电流电路断开。同时，主单片 机电路将表示电流方向、数值大小和可能的故障类型的信息编码、打包后经RS485 接口电路和双绞屏蔽线送至主控计算机。完成一次检测。
所述的主电流电路，其核心是单路常开常闭继电器和控制三极管，用于主电 流电路的通、断控制。在电路导通后，将流经采样电阻的电流送入I/V转换与调 理电路进行I/V变换和信号调理，再送入主单片机电路进行A/D变换后换算为电流数值。同时，将I/V转换与调理电路进行I/V变换和信号调理后的电流信号经 电流鉴向电路鉴向后送入主单片机电路用于电流方向判断。
所述的IA转换与调理电路，核心是一具有可调电压放大倍数的集成运放芯 片，用于将电流信号转换为电压信号，调理后送入主单片机电路用于A/D转换和 电流数值计算。
所述的RS485接口电路，核心是一 RS485接口芯片，用于数字信号与差分信 号的双向变换，是主控计算机接收主单片机电路发送的电流和方向数据及主单片 机电路接收主控计算机发送的控制指令的通信媒介。
所述的LED报警显示电路，接收主单片机电路的过电流信号，在电流超过额 定数值或超过额定时间未换向时进行声光报警。
所述的电源电路，核心是一12V/5V的电源管理芯片，将12V的输入电压转换 为5V输出电压，为主电流电路、1/V转换与调理电路、RS485接口电路、LED报警 显示电路、电流鉴向电路、串并转换与LED显示电路及主单片机电路提供所需的 工作电压。
所述的电流鉴向电路，通过输出的0/1数字信号用于电流方向的判断和检测。 所述的串并转换与LED显示电路，通过三个引出线与主单片机电路的三根I/O 引脚相连。在主单片机电路的I/O引脚工作在模拟异步串口方式， 一根I/O引脚 输出模拟时钟，另一根I/O引脚输出电流高位和低位数据。第三根I/0引脚通过 输出0、 1电平信号驱动三极管和相应的LED用于电流方向显示。 本发明与其他背景技术相比，具有的有益效果是-
1、 低成本、较高精度，采用采样电阻、集成运放芯片和8位MCU芯片实现I/V 变换和A/D转换，省却了精确采样、放大和调理等信号处理环节。
2、 可测电流范围宽，与采用霍尔电流传感器和固定放大倍数的电压放大电路 相比，通过可调电阻作为反馈电阻与集成运放芯片组成放大倍数连续可调的放大 电路扩大了电流测量范围。
3、 通讯方便、可靠性高，采用RS485网络与上位机或主控计算机通讯，可运 行工业标准的ModBUS协议，数据吞吐量可达2.5Mbps，可靠性高。
4、 组网能力强大，除主控计算机外，最多可连接31个网络节点。
5、 应用范围广，除可与RS485总线通讯外，还可与RS422网络接口和通讯。
6、 便于程序升级，所用MCU具有ISP能力，可非常方便的实现软件的更新、维护和升级。
7、 模拟两线接口 ，采用两根I/O弓I脚模拟I2C两线串口与串/并转换芯片接口 ， 在节省硬件资源的同时简化控制软件设计，也提高了系统的通用性。
8、 系统稳定性好，EMC和EMI能力强。无需外部时钟电路和复位电路，仅需 片上时钟电路和复位电路即可稳定工作。
图l是本发明的结构框图2是主电流电路原理图3是I/V转换与调理电路原理图4是RS485接口电路原理图5是LED报警显示电路原理图6是电源电路原理图7是电流鉴向电路原理图8是串并转换与LED显示电路原理图9是主单片机电路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括主电流电路1， I/V转换与调理电路2， RS485 接口电路3， LED报警显示电路4，电源电路5，电流鉴向电路6，串并转换与LED 显示电路7以及主单片机电路8。电源电路5为主电流电路1、 I/V转换与调理电 路2、 RS485接口电路3、 LED报警显示电路4、电流鉴向电路6、串并转换与LED 显示电路7以及主单片机电路8提供+5V工作电压。
主电流电路1经引出线与I/V转换与调理电路2和电流鉴向电路6相连。主 单片机电路8经引出线与RS485接口电路3、 LED报警显示电路4、电流鉴向电路 6和串并转换与LED显示电路7相连。RS485接口电路3经双绞屏蔽线与上位机或 主控计算机相连。电源电路5经引出线分别与主电流电路1、 1/V转换与调理电路 2、 RS485接口电路3、 LED报警显示电路4、电流鉴向电路6、串并转换与LED显 示电路7和主单片机电路8相连，为系统提供+5V工作电源。本实施例主单片机电路8检测到非零的电流数值，或接收到主控计算机经双 绞屏蔽线和RS485接口电路3送入的起始信号后，主单片机电路8启动定时程序 并将吸合信号送至主电流电路1。主电流电路1继电器K1常开触点吸合后，主电 流电路1导通。电流流经I/V转换与调理电路2，将I/V变换和调理之后的电压信 号馈入主单片机电路8，经A/D转换后换算为主电流电路的电流数值。由主电流电 路1中采样得到的电压信号经I/V变换和调理电路2放大后送至电流鉴向电路6， 经处理后电流鉴向电路6输出表示电流方向的0/1数字信号至主单片机电路8。主 单片机电路8经三根I/O引脚分别输出电流方向信号、模拟时钟信号和电流数据 信号至串并转换与LED显示电路7，经串/并转换后分别用于电流方向和数值的显 示。在电流数据超过额定数值或在设定时间内未换向时，主单片机电路8输出报 警驱动信号至LED报警显示电路4， LED灯亮报警。至定时时间或接收到主控计算 机经双绞屏蔽线和RS485接口电路3送至的停止信号或电流大至设定的安全电流 数值后，主单片机电路8输出释放信号至主电流电路1。主电流电路l中的继电器 Kl常开触点释放，主电流电路l断开。同时，主单片机电路8将表示电流方向、 数值大小和可能的故障类型的信息编码、打包后经RS485接口电路3和双绞屏蔽 线送至主控计算机，检测完成。
如图2所示，主电流电路l包括接头Jl-J2、继电器K1、续流二极管V2、三 极管Q1和电阻R9-R10，接头J1与继电器K1的常开触点相连，继电器K1的公共 触点经电阻R10与接头J2相连并构成系统的主电流回路。电阻R10的两端经引出 线与I/V转换与调理电路2相连。继电器Kl线圈分别与VCC电源和三极管Ql的E 极相连。续流二极管VI负端与VCC电源相连，正端与三极管Ql的E极相连，作 为继电器K1线圈的泄荷回路。三极管Q1的C极接地，B极经电阻R9和引出线与 主单片机电路8相连。
所述的继电器Kl，采用HK4100F-DC5V-SHG继电器，HK4100F-DC5V-SHG继电 器为汇科公司的+5V线圈驱动电压，单路常开，单路常闭六触点微型机械继电器。 工作参数AC220V/3A或DC30V/3A。
所述的续流二极营V2，采用IN4007 二极管，IN4007 二极管为Dc Components 公司的中功率二极管。工作参数最大反向允许电压IOOOV，最大正向允许电流 1. 0A。
所述的三极管Q1，采用S9012三极管，S9012三极管Q1由ETC公司生产。工作参数直流增益300，集电极截止电流-0.2ixA，发射极截止电流-O.luA。
如图3所示，1/V转换与调理电路2包括电容C1-C4、电阻R1-R7、高精度 集成运放U1、稳压管VI和二极管Dl - D2组成，主要完成流经主电流回路电流至 电压的变换和调理功能。其中，R3为可调电阻，用于高精度集成运放U1放大倍数 的调节。Ul的VCC引脚上接至VCC，并经电容Cl去耦至地。Ul的VEE引脚接至 VEE，经电容C2去耦至地。电阻Rl和R2经引出线与主电流电路1中的电阻R10 相连，并分别与集成运放Ul的引脚IN2-和引脚IN2+相连，构成差分输入端。Ul 的引脚IN2+同时经电阻R4下拉至地。可调电阻R3的固定端1与Ul的引脚IN2-相连，可调输出端2与Ul的0UT2引脚相连构成可调放大倍数的I/V变换单元。 Ul的0UT2引脚与IN4+引脚相连，并经R5与IN3-引脚相连。IN3+引脚下拉至地， 并经R6与IN4-引脚相连。0UT4引脚与Dl正端相连，OUT3引脚与D2正端相连。 Dl负端与D2负端相并联后与IN4-引脚相连，并经R7与IN3-引脚相连形成I/V转 换和调理后的电压输出Vout。 Vout经电容C3和C4去耦至地，经稳压管VI稳压 至地后经引出线与主单片机电路8相连。Ul的0UT2引脚经引出线与电流鉴向电路 6相连。
所述的高精度集成运放，采用LM347N高精度集成运放芯片，LM347N高精度集 成运放芯片TI公司生产的轨至轨输出的高精度集成运放芯片。工作参数单工作 电压+3. 5 18V，双工作电压 士18V，增益带宽3MHz，功耗60yA，偏置电流500pA， 摆率13V/us。
如图4所示，RS485接口电路3包括电容C18、 RS485接口芯片U8、终端匹配 电阻R30、稳压二极管D5和D6和接头J485组成。RS485接口芯片U8的引脚VCC 接VCC，并通过电容C18去耦至地。弓I脚GND接地。引脚RO、引脚RE、弓I脚DE和 引脚DI经引出线与主单片机电路8相连以完成数据接收、接收使能控制、发送使 能控制和数据发送功能。引脚B和引脚A与接头J485相连。R30为终端匹配电阻， 分别与RS485接口芯片U8的引脚B和引脚A连接，并经稳压二极管Dl和D2嵌位 至地。
所述的RS485接口芯片，采用MAX485芯片，MAX485 RS485接口芯片为Maxim 公司生产的半双工RS485/422收发器芯片。工作参数工作电压+5V， 2.5Mbps， -7V-+12￥共模电压输入范围，传输延迟30ns，电流功耗120 - 500 P A。
如图5所示，LED报警显示电路4包括红色发光LED管LED1和限流电阻R12组成。LED1正端经R12与VCC相连，LED1负端经引出线与主单片机电路8相连以 提供过流报警等声光报警信号。
如图6所示，电源电路5包括接头J3，电源管理芯片U2 - U3，电容C6、C8 - CIO、 电阻R14 - R15、可调电阻R17和发光二极管D4组成。+7 12V的电压经J3的PIN 引脚接入，弓I脚GND为地。J3的PIN引脚与电源管理芯片U2的引脚Vin相连，并 经C6去耦至地。电源管理芯片U2的ADJ引脚经可调电阻R17接地，作为输出电 压微调电阻，并经电阻R15与Vout引脚相连。U2的Vout引脚经电容C8去耦至地 后与电源管理芯片U3的Vi引脚相连。CAPP引脚与CAPM引脚间接电容C9。 U3的 GND引脚接地，V0经电容C10去耦至地。U2的Vout引脚经电阻R14和发光二极管 D4与U3的GND引脚相连，以为电源指示灯。U2的Vout引脚和U3的V0引脚分别 为系统提供+5V和-5V电源。
所述的电源管理芯片U2釆用LM317芯片，为NS公司生产的电源管理芯片。 工作参数输入电压^ +28V,输出电压+1.2-25V可调，输出电流可达1.5A。
所述的电源管理芯片U3采用LM828芯片，为NS公司生产的反相芯片。工作 参数输入电压+1.8 - 5.5V，输出反相电压-1.8 - -5.5V。
如图7所示，电流鉴向电路6包括三极管Q3、电阻R18 - R20、三极管Q4和
电容C12组成。三极管Q3的E极经引出线与I/V转换与调理电路2中LM347N高
精度集成运放芯片Ul的0UT2引脚相连，B极经R18接地，C极经R19与Q4的B
极相连。三极管Q4的C极经电阻R20接VCC， E极接地。三极管Q4的C极同时经
引出线与主单片机电路8相连，并经电容C12去耦至地。
所述的三极管Q3，采用S9012三极管，S9012三极管Q2由ETC公司生产。工
作参数直流增益300，集电极截止电流-0.2uA，发射极截止电流-O. 1pA。
所述的三极管Q4，采用S9013三极管，S9013三极管Q4由ETC公司生产。工
作参数直流增益300，集电极截止电流O. luA，发射极截止电流O. luA。
如图8所示，串并转换与LED显示电路7包括电阻R21-R22、三极管Q5、串
并转换芯片U4 - U5、 7段码LED DS2 - DS4和排阻R24 - R25组成。DS2为电流方向
显示LED，引脚g与三极管Q5的E极相连，三极管Q5的B极经R21和引出线与主
单片机电路8相连，三极管Q5的C极经R22与VCC相连。7段码LED DS3 - DS4的
引脚a， b， c， d, e， f， g， dp分别与排阻R24和R25的引脚8-l相连，排阻R24
和R25的引脚9-16分别与串并转换芯片U4 - U5的引脚QO - Q7相连，用于电流数值显示。串并转换芯片U4 - U5的CLK引脚并联，经引出线与主单片机电路8相连， 用于电流显示数据的公共时钟。串并转换芯片U4-U5的引脚MR并联后接VCC，用 于电流显示数据的复位和清零。串并转换芯片U4的引脚A和引脚B并联，与串并 转换芯片U5的引脚Q7相连。串并转换芯片U5的引脚A和引脚B并联，经引出线 与主单片机电路8相连。
所述的串并转换芯片U4 - U5采用SN74LS164串并转换芯片，为TI公司生产 的8位串入/并出移位寄存器。工作参数输入电压+4.5-5.5V，最大工作时钟 25MHz，最大输出电流27mA。
所述的三极管Q5，采用S9013三极管，S9013三极管Q5由ETC公司生产。工 作参数直流增益300，集电极截止电流O. liiA，发射极截止电流O. lyA。
如图9所示，主单片机电路8包括单片机U6、电容C13-C15、电感L1和ISP 接口JISP组成。单片机U6的所有VCC引脚并联与VCC相连，并经C13去耦至地。 所有引脚GND并联后接地。单片机U6的引脚AVCC经电感Ll与VCC相连，并经C14 去耦至地。单片机U6的引脚AREF经C15去耦至地。单片机U6的引脚PD4/XCK/T0 和引脚PD6/AIN0分别与RS485接口电路3中RS485接口芯片U8的RE引脚和DE 引脚相连，用于RS485接口芯片U8的发送和接收使能控制。单片机U6的引脚 PDO/RXD和引脚PD1/TXD分别与RS485接口电路3中RS485接口芯片U8的RO引脚 和DI引脚相连，用于RS485数据的发送和接收。单片机U6的引脚PD7/AIN1与LED 报警显示电路4红色发光LED管LED1的负端相连，构成报警输出信号。单片机U6 的引脚PD2/INT0与电流鉴向电路6中三极管Q4的C极相连，组成电流方向信号 反馈电路。单片机U6的引脚PBO/ICP与串并转换与数码显示电路7中的电阻R21 相连，用于电流方向显示。单片机U6的引脚PB1/0C1A与主电流电路1中的电阻 R9相连，用于主电流回路的通断控制。单片机U6的引脚PC5/ADC5/SCL与串并转 换与数码显示电路7中串并转换芯片U4 - U5并联之后的引脚CLK相连，用于电流 数值输出脉冲信号。单片机U6的引脚PC4/ADC4/SDA与串并转换与数码显示电路7 中串并转换芯片U5并联之后的引脚A和引脚B相连，用于电流数值输出。单片机 U6的引脚ADC7与I/V转换与调理电路2中并联之后的Dl与D2负端相连，用于 1/V转换之后的电压检测。ISP接口 JISP的引脚2接VCC， ISP接口6引脚接地， ISP接口1引脚、ISP接口3引脚、ISP接口4引脚和ISP接口5引脚分别与单片 机U6的PB4/MIS0引脚、PB5/SCK引脚、PB3/MOSI/ 0C2引脚和PC6/RESET引脚相连，用于单片机U6的ISP编程。
所述的单片机U6采用ATmega8单片机，ATmega8为Atmel公司生产的AVR mega
系列8位Flash MCU芯片。工作参数8K Flash, 1K SRAM， 512B EEPROM，最大
16MHz， +2.7-5. 5V工作电压，2个带独立预分频器的8位定时器/计数器，1个带
预分频器、比较模式和捕捉模式的16位定时器/计数器，3个P丽通道，6通道10
位ADC， 2通道8位ADC， TWI两线接口， SPI同步串口，可编程串行UART，片上
模拟比较器，ISP能力，工作电流3.6mA。 下面对本实施例的具体工作过程说明
1、 系统上电与接入。经过接头J3接入+5-18V电压，电源电路5中的LM317 电源管理芯片U2产生+5V电压，LM828电源管理芯片U3输出-5V电压为系统供电。 并将主电流电路1中的接头Jl和J2接入待检测的电路。
2、 系统启动。工作在单机模式时，主单片机电路8中ATmega8单片机U6检 测到非零的电压信号，工作在网络模式时，主单片机电路8中ATmega8单片机U6 接收到主控计算机经过RS485接口电路3中的MAX485 RS485接口芯片U8发送的 起始命令后，定时程度启动并向主电流电路1中的HK4100F-DC5V-SHG继电器Kl 发送吸合指令。主电流电路1中的HK4100F-DC5V-SHG继电器Kl吸合，主电路导 通。
3、 电流鉴向与数值检测。I/V转换与调理电路2中LM347N高精度集成运放芯 片U1的IN4-引脚输出1/V转换之后的电压信号至主单片机电路8中的ATmega8单 片机U6，经A/D转换后换算为流经主电流电路1的电流。电流鉴向电路6工作， 输出电流方向DIR信号至主单片机电路8中ATmega8单片机U6。
4、 显示与报警。主单片机电路8中的ATmega8单片机U6将电流方向信号和 数值大小经三根I/O送至串并转换与LED显示电路7，分别显示电流方向和数值。 电流数值超过额定数值或在设定时间内未换向时，主单片机电路8中的ATmega8 单片机U6输出报警驱动信号至LED报警显示电路4， LED报警显示电路4中的红 色发光LED管LED1灯亮报警。工作在网络模式时，主单片机电路8中的ATmega8 单片机U6将电流方向、数值和故障类型的信息编码、打包后经RS485接口电路3 中的MAX485 RS485接口芯片U8和双绞屏蔽线送至主控计算机。
5、 结束。在单机模式下，至定时时间或在网络模式下，主单片机电路8中的 ATmega8单片机U6接收到主控计算机经双绞屏蔽线和RS485接口电路3中的MAX485 RS485接口芯片U8送至的停止信号后，输出释放信号至主电流电路1中的 K4100F-DC5V-SHG继电器Kl。主电流电路1中的K4100F-DC5V-SHG继电器Kl的常 开触点释放，主电流电路断开。
本实施例一般应用于汽车后视镜等微特电机检测场合。由于RS485接口电路3 中的MAX485 RS485接口芯片U8的信号电平与RS422通讯网络信号兼容，所述的 采用采样电阻确定电流大小和方向检测的装置也可作为网络节点应用于RS422网 络中。
本实施例中，因内含片上时钟电路和复位电路，主单片机电路8中ATraega8 单片机U6无需外部时钟电路和复位电路即可正常工作。在节省硬件成本和电路板 面积的同时，提高了系统的EMC和EMI能力。
本实施例中，转换之后的输出电压放大倍数由可调电阻R3和电阻Rl确定。 通过调节R3可在改变放大倍数的同时改变电流测量量程，灵活性强。
权利要求
1、一种具有LED显示和RS485网络接口的简易式电机检测装置，其特征在于包括主电流电路、I/V转换与调理电路、RS485接口电路、LED报警显示电路、电源电路、电流鉴向电路、串并转换与LED显示电路及主单片机电路，其中主电流电路经引出线与I/V转换与调理电路相连，主单片机电路经引出线与RS485接口电路、LED报警显示电路、电流鉴向电路和串并转换与LED显示电路相连，RS485接口电路经双绞屏蔽线与主控计算机相连，电源电路经引出线为系统提供所需VCC和VEE电源，其中主单片机电路检测到非零的电流信号或接收到主控计算机经双绞屏蔽线和RS485接口电路送入的起始信号后，主单片机电路启动定时程序并将吸合信号送至主电流电路；主电流电路继电器常开触点吸合后，主电流电路导通，电流流经I/V转换与调理电路，将I/V变换和调理之后的电压信号馈入主单片机电路，经A/D转换后换算为主电流电路的电流数值；I/V变换和调理之后的电压信号同时也送至电流鉴向电路，经处理后电流鉴向电路输出表示电流方向的数字信号至主单片机电路；主单片机电路经三根I/O引脚分别输出电流方向信号、模拟时钟信号和电流数据信号至串并转换与LED显示电路，经串/并转换后分别用于电流方向和数值的显示，在电流数据超过额定数值或在设定时间内未换向时，主单片机电路输出报警驱动信号至LED报警显示电路，LED灯亮报警；同时，主单片机电路将表示电流方向、数值大小和可能的故障类型的信息编码、打包后经RS485接口电路和双绞屏蔽线送至主控计算机，至定时时间或接收到主控计算机经双绞屏蔽线和RS485接口电路送至的停止信号后，主单片机电路输出释放信号至主电流电路，主电流电路继电器常开触点释放，主电流电路断开，检测完成。
2、 根据权利要求1所述的具有LED显示和RS485网络接口的简易式电机检 测装置，其特征是所述的主电流电路包括接头(Jl、 J2)、继电器(Kl)、续流 二极管(V2)、三极管(Ql)和电阻(R9、 RIO)，接头(Jl)与继电器(Kl)的 常开触点相连，继电器(Kl)的公共触点经电阻(R10)与接头(J2)相连以构 成系统的主电流回路，电阻(R10)的两端经引出线和1/V转换与调理电路中的 电阻(Rl、 R2)分别与I/V转换与调理电路中高精度集成运放芯片(Ul)的(IN2-)和(IN2+)相连；继电器(Kl)线圈分别与VCC电源和三极管(Ql)的E极相连；续流二极管(VI)负端与VCC电源相连，正端与三极管(Ql)的E极相连，作为 继电器(Kl)线圈的泄荷回路；三极管(Ql)的C极接地，B极经电阻(Rl)和 引出线与主单片机电路中单片机(U6)的引脚(PB1/0C1A)相连。
3、 根据权利要求1所述的具有LED显示和RS485网络接口的简易式电机检 测装置，其特征是所述的I/V转换与调理电路包括电容(C1-C4)、电阻(R1-R7)、高精度集成运放(Ul)、稳压管(VI)和二极管(D1-D2)，其中， 可调电阻(R3)用于高精度集成运放(Ul)放大倍数的调节；高精度集成运放(Ul) 的VCC引脚上接至VCC，并经电容(Cl)去耦至地；高精度集成运放(Ul)的引 脚(VEE)接至(VEE)，经电容(C2)去耦至地；电阻(Rl、 R2)经引出线与主 电流电路中的电阻(R10)相连，并分别与高精度集成运放(Ul)的引脚(IN2-) 和引脚(IN2+)相连；高精度集成运放(Ul)的引脚(IN2+)经电阻(R4)下拉 至地；可调电阻(R3)的固定端与高精度集成运放(Ul)的引脚(IN2-)相连， 输出端与高精度集成运放(Ul)的(0UT2)引脚相连构成可调放大倍数的I/V 变换单元；高精度集成运放(Ul)的(0UT2)引脚与(IN4+)引脚相连，并经(R5) 与(IN3-)引脚相连；(IN3+)引脚下拉至地，并经(R6)与(IN4-)引脚相连； (0UT4)引脚与(Dl)正端相连，(0UT3)引脚与(D2)正端相连；(Dl)负端与 (D2)负端相并联后与(IN4-引脚相连，并经(R7)与(IN3-)引脚相连形成 1/V转换和调理后的电压输出(Vout); (Vout)经电容(C3、 C4)去耦至地，经 稳压管(VI)稳压后经引出线与主单片机电路中单片机(U6)的(ADC7)引脚相 连；(Ul)的(0UT2)引脚经引出线与电流鉴向电路中(Q3)的E极相连。
4、 根据权利要求1所述的具有LED显示和RS485网络接口的简易式电机检 测装置，其特征是所述的RS485接口电路3包括电容(C18)、 RS485接口芯片(U8)、终端匹配电阻(R30)、稳压二极管(D5、 D6)和接头(J485); RS485 接口芯片(U8)的引脚(VCC)接(VCC)，并通过电容(C18)去耦至地；引脚(GND) 接地；引脚(R0)、引脚(RE)、引脚(DE)和引脚(DI)经引出线与主单片机电 路中单片机(U6)的(PD0/RXD)引脚、(PD4/XCK/T0)引脚、(PD6/AIN0)引脚 和(PD1/TXD)引脚相连以完成数据接收、接收使能控制、发送使能控制和数据 发送功能；引脚(B)和引脚(A)与接头(J485)相连；为保证RS485接口芯片(U8)工作的可靠性和安全性，引脚(B)和引脚(A)之间跨接终端匹配电阻(R30);限压二极管(D5、 D6)的正端接地，负端分别与引脚(B)和引脚(A)相连以完 成电压钳位功能。
5、 根据权利要求1所述的具有LED显示和RS485网络接口的简易式电机检 测装置，其特征是LED报警显示电路包括红色发光LED管(LED1)和限流电阻(R12); (LED1)正端经(R12)与(VCC)相连，(LED1)负端经引出线与主单片 机电路中单片机(U6)的(PD7/AIN1)引脚相连以提供过流报警等声光报警信号。
6、 根据权利要求1所述的具有LED显示和RS485网络接口的简易式电机检 测装置，其特征是所述的电源电路包括接头(J3)，电源管理芯片(U2)、电源 管理芯片(U3)，电容(C6、 C8-C10)、电阻(R14-R15)、可调电阻(R17)和 发光二极管(D4); +7 12V的电压经(J3)的(PIN)引脚接入，引脚(GND) 为系统地；(J3)的(PIN引脚与电源管理芯片(U2)的引脚(Vin)相连，并经(C6)去耦至地；电源管理芯片(U2)的(ADJ)引脚经可调电阻(R17)接地， 作为输出电压微调电阻，并经电阻(R15)与(Vout)引脚相连；电源管理芯片(U2)的Vout引脚经电容(C8)去耦至地后与电源管理芯片(U3)的(Vi)引 脚相连；电源管理芯片(U3)的(CAPP)引脚与(CAPM)引脚间接电容(C9); 电源管理芯片(U3)的(GND)引脚接地，(V0)经电容(C10)去耦至地；电源 管理芯片(U2)的(Vout)引脚经电阻(R14)和发光二极管(D4)与电源管理 芯片(U3)的(GND)引脚相连，以为电源指示灯；电源管理芯片(U2)的(Vout) 引脚和电源管理芯片(U3)的(V0)引脚分别为系统提供+5V和-5V电源。
7、 根据权利要求1所述的具有LED显示和RS485网络接口的简易式电机检 测装置，其特征是所述的电流鉴向电路包括三极管(Q3)、电阻(R18-R20)、 三极管(Q4)和电容(C12);三极管(Q3)的E极经引出线与I/V转换与调理电 路中高精度集成运放芯片(Ul)的(0UT2)引脚相连，B极经(R18)接地，C 极经(R19)与(Q4)的B极相连；三极管(Q4)的C极经电阻(R20)接(VCC)， E极接地；三极管(Q4)的C极同时经引出线与主单片机电路中ATmega8单片机(U6)的(PD2/INT0)引脚相连，并经电容(C12)去耦至地。
8、 根据权利要求1所述的具有LED显示和RS485网络接口的简易式电机检 测装置，其特征是所述的串并转换与LED显示电路包括电阻(R21-R22)、三 极管(Q5)、串并转换芯片(U4-U5)、7段码LED (DS2 - DS4)和排阻(R24 - R25);(DS2)为电流方向显示LED，引脚(g)与三极管(Q5)的E极相连，三极管(Q5)的B极经(R21)和引出线与主单片机电路中单片机(U6)的(PB0/ICP)引脚相 连，三极管(Q5)的C极经(R22)与(VCC)相连；(DS3-DS4的引脚(a， b， c， d， e， f， g， dp)分别与排阻(R24)和(R25)的引脚(8-1)相连，排阻(R24、 R25)的引脚(9-16)分别与串并转换芯片(U4-U5)的引脚(Q0-Q7)相连， 用于电流数值显示；串并转换芯片(U4-U5)的(CLK)引脚并联，经引出线与 主单片机电路中单片机(U6)的(PC5/ADC5/SCL)引脚相连，用于电流显示数据 的公共时钟；串并转换芯片(U4-U5)的引脚(MR)并联后接(VCC)，用于电流 显示数据的复位和清零；串并转换芯片(U4)的引脚(A)和引脚(B)并联，与 串并转换芯片(U5)的引脚(Q7)相连；串并转换芯片(U5)的引脚(A)和引 脚(B)并联，经引出线与主单片机电路中单片机(U6)的(PC4/ADC4/SDA)引 脚相连。
9、根据权利要求1所述的具有LED显示和RS485网络接口的简易式电机检 测装置，其特征是所述的主单片机电路包括ATmega8单片机(U6)、电容(C13-C15)、电感(Ll)和ISP接口 (JISP);单片机(U6)的所有(VCC)引 脚并联后与(VCC)相连，并经(C13)去耦至地；单片机(U6)的引脚(AVCC) 经电感(Ll)与(VCC)相连，并经(C14)去耦至地；引脚(AREF经(C15)去 耦至地；所有引脚(GND)并联后接地；引脚(PD4/XCK/T0)和引脚(PD6/AIN0) 分别与RS485接口电路中RS485接口芯片(U8)的(RE)引脚和(DE)引脚相连， 用于RS485接口芯片(U8)的发送和接收使能控制；引脚(PD0/RXD)和引脚(PD1/TXD)分别与RS485接口电路中RS485接口芯片(U8)的(R0)引脚和(DI) 引脚相连，用于RS485数据的发送和接收；引脚(PD7/AIN1)与LED报警显示电 路红色发光LED管(LED1)的负端相连，构成报警输出信号；引脚(PD2/INT0 与电流鉴向电路中三极管(Q4)的C极相连，组成电流方向信号反馈电路；弓l脚(PB0/ICP)经引出线与串并转换与LED显示电路中电阻(R21)、三极管(Q5) 的B极相连，组成电流方向显示回路；引脚(PB1/0C1A)经引出线与主电流电路 中电阻(R9)、三极管(Ql)的B极相连，用于主电流电路的通断控制；引脚(PC5/ADC5/SCL)与串并转换与LED显示电路中串并转换芯片(U4-U5)并联之 后的引脚(CLK)相连，用于电流数值输出脉冲信号；引脚(PC4/ADC4/SDA)与 串并转换与LED显示电路中串并转换芯片(U5)并联之后的引脚(A)和引脚(B) 相连，用于电流数值输出；弓l脚(ADC7)与I/V转换与调理电路中高精度集成运放(Ul)的(IN4-)引脚相连，用于I/V转换之后的电压检测；ISP接口 (JISP) 的引脚接(VCC)， (6)引脚接地，(1)引脚、(3)引脚、(4)引脚和(5)引脚 分别与单片机(U6的(PB4/MIS0)引脚、(PB5/SCK)引脚、(PB3/M0SI/ 0C2) 引脚和(PC6/RESET)引脚相连，用于单片机(U6)的ISP编程。
全文摘要
本发明公开了一种电子技术领域的采用电阻和集成运放芯片的电流大小和方向检测装置，其中主电流电路经引出线与I/V转换与调理电路相连。I/V转换与调理电路经引出线与电流鉴向电路相连。主单片机电路经引出线与RS485接口电路、LED报警显示电路、电源电路、电流鉴向电路和串并转换与LED显示电路相连。RS485接口电路经双绞屏蔽线与主控计算机相连。本发明将功能分解为电流大小检测、方向检测、电流大小和方向显示、RS485接口及主控单片机等模块，具有LED显示和RS485网络接口功能的低成本、高可靠性、较高精度和较高效率的网络化和自动化电流大小和方向检测能力，以适应汽车后视镜和微特电机自动检测要求。
文档编号G01R19/25GK101561479SQ200910052138
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者宋立博, 李劲松 申请人:上海交通大学