专利名称：一种分离式直流电压采集与处理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直流电压采集与处理系统，特别是测量部分与显示部分分离的直流电压采集与处理系统。
背景技术：
在硬件电路调试过程中，电压是十分重要的指标，可以根据电压的大小来确定硬件是否工作正常。在实际的操作修理工程中，有时候单凭一块电压表就能找到电路问题的症结所在，完成进一步的修理工作。现在市场上大多数直流电压表采用测量、显示合为一体的设计，这样对于一些特 殊环境和要求的场合就不能适用了 ；为了伸入狭窄的场所而不断地挪动梯子和电压表；在难以接近的地方进行测量，机器或控制面板与限位或隔离开关不在同一地点，或者处于禁止用户进入的区域，例如无尘室或危险区域。在精度方面，国内大多数的万用表以3位半甚至2位半为主，而且价格也是不菲。以著名的国产品牌优利德为例，一款UT33B价格大约为87元人民币，其直流档位的理论精度最大为3位半。同时一般的电压表只是简单的进行单一时刻的测量读数，无法记录一段时间内的电压值，更加无法描绘出电压的变化曲线。这对把握整体电压的变化十分不利。正如文献I (严世胜，钟承尧.海南师范大学学报(自然科学版)，2010 (I):第44-46+52页.)报道，现在主流的智能直流电压表一般只完成测量与显示的功能，精度上也是一般只能达到2位。价格方面因为单片机的加入所以略有降低，但是其精度也是只能到达2位半。有的可能像文献2 (高峰，许伟明.科技信息，2010 (31):第484-485页.)中所说，加入了与PC机传输数据的功能。但是在传输数据过程中使用的是串口，对于现在串口逐步被USB 口取代的趋势，连接起来就非常的麻烦了，并且文中也没有制作出实际可用的上位机处理软件；最为重要的是二者都不能解决在狭窄区域等特殊情况下的测量问题。综上所述，本实用新型设计一款精度相对较高并且价格比较低廉的直流电压表，想使得性价比尽可能的高，终结“大多数直流电压表测量精度不是非常高，精度高的价格又非常的昂贵”这一局面。并且采用USB 口的形式取代以往的串口形式来制作数据采集与处理环节，希望能将测量的数据传到PC。最重要的是，本实用新型将设计分离式的直流电压表，将测量部分与显示部分发开，这样就能解决因为在特殊情况下的测量难题。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是设计一种分离式的直流电压表，将测量部分与显示部分分开，这样就能解决像在狭窄的场所等特殊情况下的测量难题。该直流电压表精度至少能达到3位半并且性价比高，采用USB 口的形式取代以往的串口形式来制作数据采集与处理环节，能将测量的数据传到PC。本实用新型的技术方案为本实用新型提供一种分离式直流电压采集与处理系统，包括直流电压的测量发送部分和接收显示部分，其中测量发送部分和接收显示部分之间通过无线传输的形式来传输数据，并采用上位机进行数据处理，其特征在于所述测量发送部分采用的是精度为4位半的AD芯片；进一步地，所述AD芯片为ICL7135或AD7705 ；进一步地，所述测量发送部分能够自动切换量程，其中量程有三档2V、20V、200V ；进一步地，所述系统采用nRF24L01或nRF903/905无线传输模块来进行无线数据传输。本实用新型和现有技术相比所具有的有益效果在于本实用新型的分离式的直流电压表，将测量部分与现实部分分开，这样可以在一些狭窄地方或者人无法进入达到的地方。本实用新型以USB 口的形式取代以往的串口形式来制作数据采集与处理环节，可将测量的数据传到PC，并能结合上位机软件，进行存储和进一步数据统计处理。本实用新型设计的直流电压表精度可达3位半并且成本也是比较低廉的，在所有的功能均已实现的情况下，成本仅在百元以内；在测量部分使用三个测量档位的自动切换，保证测量能在最合适的档位进行，并且使用双阈值的方法保证当测量值在一个值附近切换时不会引起继电器的频繁动作。
图I是测量档位自动切换原理图；图2是测量发送部分的原理图；图3是测量发送部分的顶层PCB图；图4是测量发送部分的底层PCB图；图5是接收显示部分原理图；图6是接收显示部分的顶层PCB图；图7是接收部分的底层PCB图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作详细说明。本实用新型的分离式直流电压采集与处理系统的整体设计分为直流电压的测量发送和接收显示两个部分，其中测量发送部分的原理图如图2所示，测量发送部分的顶层PCB图和底层PCB图分别如图3和图4所示；接收显示部分原理图如图5所示；接收显示部分的顶层PCB图和底层PCB分别如图6和图7所示；其中测量发送部分和接收显示部分之间通过无线传输的形式更新提交数据，以此完成对分离式特性的设计；其中测量发送部分选用高精度4位半的AD芯片，具有自动量程切换功能，测量档位自动切换原理图如图I所示，可自动在2V, 20V, 200V三种量程之间选择，以此完成对高精度特性的设计；数据接收显示部分可显示测量数据并将数据上传到PC中进行后续的处理工作，以此完成对数据采集和上传特性的设计；采用上位机进行数据处理可显示电压变化趋势，可将电压数据储存在电脑中。具体的实施方式有以下几种实施例一其中测量发送部分的具体设计如下[0023]I)采用高精度A/D转换芯片ICL7135进行数据读取ICL7135芯片有如下特点(I) 4位半的精度，最大量程为20000个计数(2. 0000V)，可保证ILSB的精度；(2)技术成熟，应用范围很广，基本量程2. 0000V使用起来也是比较合适，拓展量程方便；(3 )接口成熟，转换数据的读取非常方便。2)继电器量程选择的切换控制首先确定量程有三档2V、20V、200V。自动切换量程，选择的思路是从高量程到低量程依次进行判断，当测量值小于ICL7135满值的9%时，选择降低一个档位。但是因为表笔开路时值为0，所以初始档位选为2V,若测量值大于ICL7135满值20000，则切换到更高档位，保险起见分别设置2V-over，20V-over, 20V-under, 200V-under 这几个判断情况。同时可能出现的问题是当测量电压在档位切换阈值附近变化跳动时，可能导致继电器频繁的变化。解决的思路是设置此芯片调高档位和降低挡位的阈值不为同一值，相当于是双阈值，所以可以有效避免上述情况，而且再添加一个旁路电容(低通滤波器)，防止高频干扰，这样就可以完全解决这个问题了。3)无线数据的传输nRF24L01无线传输模块有如下特点(I)使用广泛的2. 4GHz无线传输形式；(2)模块化成熟，操作简单，价格低廉，半双工通信；(3)功耗很低，发射状态最大电流12. 3mA ；
(4)具有硬件检验的功能，最低限度的减少干扰及其他因素造成的数据传输错误。4)电压隔离与保护工作本实施例中采取的电压隔离与保护措施有如下3项(1)使用压敏电阻和熔丝管进行系统初级输入端保护；(2)使用钳位二极管器件进行ICL7135输入端保护；(3)强电部分和弱电部分分别进行覆铜，只在一点进行连接，尽可能减少相互之间的干扰。5)电源供电因为功耗的考虑，所以使用+3. 3V供电。另外ICL7135需要使用负电压，所用加入-3.3V电压。另外考虑到电压值不高，且本设计具有长期、频繁使用的特点，所以使用锂电池供电，这样可多次循环使用；并且只需关闭电源，插上充电器即可完成充电。其中接收显示部分的具体设计如下I)无线数据的接收；2)通过LED液晶屏的实时显示使用LED显示当前测量的电压值与测量档位；3)数据上传到PC :考虑到现在大多数笔记本和台式电脑不具备串口，所以使用虚拟串口的技术。用USB的形式传输串行数据，这样可以满足最大范围的使用需求；4)电源供电。其中上位机部分的具体设计如下I)数据显示显示当前测量数值和当前档位；2)数据走势图绘制，了解一段时间内的变化；3)数据保存，以文件形式存储到电脑中。实施例二其中测量发送部分的具体设计如下I)采用AD7705进行数据读取[0047]AD7705芯片有如下特点(I) 16位分辨率，满量程是2V的情况下，通过计算可知可达0. 00003V。这样至少可以满足4位半的测量要求；(2)技术成熟，应用范围很广，基本量程2. 0000V使用起来也是比较合适，拓展量程方便；(3)接口成熟，转换数据的读取非常方便。2)继电器量程选择的切换控制首先确定量程有三档2V、20V、200V。自动切换量程，选择的思路是从高量程到低量程依次进行判断，当测量值小于AD7705满值的9%时，选择降低一个档位。但是因为表笔开路时值为0，所以初始档位选为2V。若测量值大于AD7705满值20000，则切换到更高档位，保险起见分别设置2V-over，20V-over, 20V-under, 200V-under 这几个判断情况。同时可能出现的问题是当测量电压在档位切换阈值附近变化跳动时，可能导致继电器频繁的变化。解决的思路是设置此芯片调高档位和降低挡位的阈值不为同一值，相当 于是双阈值，所以可以有效避免上述情况，而且再添加一个旁路电容(低通滤波器)，防止高频干扰，这样就可以完全解决这个问题了。3)无线数据的传输与实施例一相同，米用nRF24L01无线传输模块。4)电压隔离与保护工作本实用新型中采取的电压隔离与保护措施有如下3项(I)使用压敏电阻和熔丝管进行初级输入端保护；(2)使用钳位二极管器件进行AD7705输入端保护；(3)强电部分和弱电部分的地分别进行覆铜，只在一点进行连接，尽可能减少相互之间的干扰。5)电源供电因为AD芯片和无线模块的电压和功耗的考虑，所以使用+3. 3V供电。另外考虑到电压值不高，且本设计具有长期、频繁使用的特点，所以使用锂电池供电，这样可多次循环使用；并且只需关闭电源，插上充电器即可完成充电。其中接收显示部分和上位机部分的具体设计与实施例一相同。实施例三其中测量发送部分以及上位机部分的具体设计与实施例一相同，所不同的是在接收显示部分中使用LCD1602显示当前测量的电压值与现在的测量档位；因为使用LCD屏幕，而非LED屏幕，所以可保证在户外阳光强烈的情况下正常观察数值。实施例四与实施例三不同的地方是无线数据的传输采用了 nRF903/905无线传输模块，该模块有如下特点(1)433MHZ开放ISM频段可免许使用；(2)模块化成熟，操作简单，价格低廉，半双工通信；(3)功耗很低，待机模式下状态仅为2. 5uA (4)具有硬件检验的功能，最低限度的减少干扰及其他因素造成的数据传输错误。(5)最高发射速率50KBPS，高效GFSK调制，抗干扰能力强；(6) SPI接口功能强大、编程简单。实施例五该实施例与实施例三所不同的是，无线数据的传输采用了 CCllOl无线传输模块，该模块有如下特点(1)载频433 11取，可定制31511/86811/91511等其他1311频段；(2)模块化成熟，操作简单，价格低廉；(3)可编程控制的数据传输率，最高可达500kbps ; (4)低功耗功率llmW，接收电流<15mA，发射电流<25mA，休眠时电流2uA ;(5)接受灵敏度高，视距可靠传输距离可达350m ； (6) SPI接口功能强大、编程简单。本实用新型制作出了分离式的直流电压表，将测量部分与现实部分分开，这样可以在一些狭窄地方或者人无法进入达到的地方。无线使用的范围是空旷无遮挡情况下IOm左右，在有遮挡情况下，最多能中间隔开一堵墙。本实用新型以USB 口的形式取代以往的串口形式来制作数据采集与处理环节，可将测量的数据传到PC，并能结合上位机软件，进行存储和进一步数据统计处理。本实用新型设计的直流电压表精度最高可达3位半并且成本也是比较低廉的，在所有的功能均已实现的情况下，成本仅在百元以内；在测量部分使用三个测量档位的自动切换，保证测量能在最合适的档位进行，并且使用双阈值的方法保证当测量值在一个值附近切换时不会引起继电器的频繁动作。并且测量发送部分采用初级输入保护和芯片输入保护的共同方式，保护使用者的人身安全；通过加入低通滤波器、覆铜、一点接地等方式优化了被测量波形，加入了抗干扰细节，使得测量精度更高；使用了可以多次充电使用的锂电池，节能环保，延长了本实用新型的使用寿命。上述详细说明是针对本实用新型的可行实施方式的具体说明，上述实施方式并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型的等效实施或变更，均应包含于本实用新型的专利范围。权利要求1.一种分离式直流电压采集与处理系统，包括直流电压的测量发送部分和接收显示部分，其中测量发送部分和接收显示部分之间通过无线传输的形式来传输数据，并采用上位机进行数据处理，其特征在于所述测量发送部分采用的是精度为4位半的AD芯片。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述AD芯片为ICL7135或AD7705。
3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述测量发送部分能够自动切 换量程，其中量程有三档2V、20V、200V。
4.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，采用nRF24L01、nRF903/905或CCllOl无线传输模块来进行无线数据传输。
5.根据权利要求1-5之一所述的系统，其特征在于，所述系统的电源采用+3.3V供电。
6.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电源采用锂电池。
7.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述接收显示部分中使用LCD 或者LED显示当前测量的电压值与测量档位。
8.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统采用压敏电阻和熔丝 管进行所述系统初级输入端保护、使用钳位二极管器件进行所述芯片输入端保护以及在强电部分和弱点部分分别进行覆铜，并只在一点进行连接。
9.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述芯片的调高档位和降低挡位 的阈值不为同一值。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述芯片旁边还设置有低通滤波器用于防止高频干扰。
专利摘要本实用新型提供一种分离式直流电压采集与处理系统，包括直流电压的测量发送部分和接收显示部分，其中测量发送部分和接收显示部分之间通过无线传输的形式来传输数据，并采用上位机进行数据处理，所述测量发送部分采用的是精度为4位半的AD芯片；本实用新型的有益效果在于采用分离式的直流电压表能将测量部分与现实部分分开，这样可以在一些狭窄地方或者人无法进入达到的地方。
文档编号G01R19/25GK202512168SQ20122016820
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者冯涛, 孙昌国, 扈亦越, 董洁, 霍建 申请人:北京科技大学