0.01mA～6000mA全量程智能测量电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种0.01mA～6000mA全量程智能测量电路，应用在工矿企业、楼宇等输配电设备或现场设参量监测设备中。正温度系数热敏电阻器与第一滤波电容、第一采样电阻、第一运算放大器相连，第一光耦光敏与第一滤波电容、第一采样电阻、第一运算放大器相连；第一运算放大器和第一高通滤波模块相连；电流互感器二次绕组与第三光耦、第二光耦光敏、第二滤波电容、第二运算放大器相连，而电流互感器一次绕组与第二滤波电容、第二采样电阻、第二运算相连，第二光耦与第二采样电阻相连；第二运算放大器输出端和第二高通滤波模块相连。本实用新型设计合理、成宽范围、多量程、高精度。
【专利说明】0.01mA?6000mA全量程智能测量电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种0.0lmA?6000mA全量程智能测量电路，应用在工矿企业、楼宇等输配电设备或现场设参量监测设备中。
【背景技术】
[0002]在工矿企业、楼宇等输配电设备或现场，特别是被监测量值未知或监测量值范围宽的场所，需要对0.0lmA?6000mA量程的信号进行测量。现有技术多采用单一的测量量程配置，不能对宽范围监测量实现精准测量；或者切换量程需要通过更变硬件配置或手动切换量程档位来实现，不但增加了硬件配置的复杂性，且人工切换时很难对检测量变化后的量程档位做出正确的判断而导致操作易出错，从而不能正确、快速地反应出被检测量。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、成宽范围、多量程、高精度的0.0lmA?6000mA全量程智能测量电路。
[0004]本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是:一种0.0lmA?6000mA全量程智能测量电路，其特征在于:包括第一测量模块、第二测量模块、第三测量模块；第一测量模块包括正温度系数热敏电阻器、第一光稱、第一滤波电容、第一米样电阻、第一运算放大器、第一高通滤波模块；所述正温度系数热敏电阻器与第一滤波电容一端、第一米样电阻一端、第一运算放大器输入端负极和输出端相连，而第一光稱的光敏三极管集电极与第一滤波电容另一端、第一米样电阻另一端、第一运算放大器输入端正极相连；第一运算放大器输出端和第一高通滤波模块相连；第二测量模块包括电流互感器、第二光耦、第二滤波电容、第二采样电阻、第二运算放大器、第二高通滤波模块；第三测量模块包括第三光耦；电流互感器二次绕组与第三光耦的光敏三极管集电极、第二光耦的光敏三极管发射极、第二滤波电容一端、第二运算放大器输入端正极相连，而电流互感器一次绕组与第二滤波电容另一端、第二米样电阻一端、第二运算放大器输入端负极和输出端相连，第二光稱的光敏三极管集电极与第二采样电阻的另一端相连；第二运算放大器输出端和第二高通滤波模块相连。
[0005]本实用新型所述的第二测量模块为若干个，这些第二测量模块的第二滤波电容集成为一个、第二运算放大器集成为一个、第二高通滤波模块集成为一个。
[0006]本实用新型所述的第二测量模块为3个。
[0007]本实用新型所述的第一测量模块为3个。
[0008]本实用新型所述的第一测量模块还包括第一限流电阻，第一光耦的发光二极管正极与第一限流电阻相连。
[0009]本实用新型所述的第二测量模块还包括第二限流电阻，第二光耦的发光二极管正极与第二限流电阻相连。
[0010]本实用新型所述的第三测量模块还包括第三限流电阻，第三光耦发光二极管正极与第三限流电阻相连。[0011]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果:通过单片机的A/D 口对各量程信号进行扫描采样，对量程进行判别，然后单片机相应I/o量程控制口输出控制信号，锁定当前量程通道；当量程超出当前范围后，再次启动扫描采样，变更量程通道，在一个硬件设备上实现宽范围(0.0lmA?6000mA)、智能切换量程的高精度(0.2%)测量。本实用新型可以实现0.0lmA?6000mA全量程0.2%精度的精准测量，可把全量程划分为0.0lmA?5mA，5mA ?10mA, IOmA ?20mA, 20mA ?1000mA, IOOOmA ?3000mA, 3000mA ?6000mA 共六个档位；单片机I/O 口通过光耦隔离对各量程档位进行选通，然后单片机A/D 口对当前选通量程通道进行采样，判断当前量值处于的档位并锁定，当前测量值超出当前档位时，单片机解锁当前档位，重复以上过程，实现档位智能切换、精准测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型实施例的电路图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
[0014]参见图1，本实用新型实施例包括第一测量模块、第二测量模块、第三测量模块。
[0015]第一测量模块包括正温度系数热敏电阻器P、第一光稱OPl、第一滤波电容Cl、第一采样电阻R1、第一运算放大器U1、第一高通滤波模块、第一限流电阻R5。正温度系数热敏电阻器P与第一滤波电容Cl 一端、第一米样电阻Rl —端、第一运算放大器Ul输入端负极和输出端相连，而第一光稱OPl的光敏三极管集电极与第一滤波电容Cl另一端、第一米样电阻Rl另一端、第一运算放大器Ul输入端正极相连。第一运算放大器Ul输出端和第一高通滤波模块相连。第一光耦OPl发光二极管正极与第一限流电阻R5相连。第一高通滤波模块包括电阻R3和电容C3。这样的第一测量模块为三个，为第一测量模块一 M4、第一测量模块二 M5、第一测量模块三M6,三个第一测量模块的第一米样电阻Rl的阻值不同。
[0016]第三测量模块包括第三光耦0P3和第三限流电阻R7。
[0017]第二测量模块包括电流互感器CT、第二光耦0P2、第二滤波电容C2、第二采样电阻R2、第二运算放大器U2、第二高通滤波模块、第二限流电阻R6。电流互感器CT 二次绕组L2与第三光耦0P3的光敏三极管集电极、第二光耦0P2的光敏三极管发射极、第二滤波电容C2 一端、第二运算放大器U2输入端正极相连，而电流互感器CT 一次绕组LI与第二滤波电容C2另一端、第二米样电阻R2 —端、第二运算放大器U2输入端负极和输出端相连,第二光耦0P2的光敏三极管集电极与第二采样电阻R2的另一端相连。第二运算放大器U2输出端和第二高通滤波模块相连。第二光耦0P2发光二极管正极与第二限流电阻R6相连。第二高通滤波模块包括电阻R4和电容C4。第三光耦0P3发光二极管正极连接有第三限流电阻R7。这样的第二测量模块为三个，为第二测量模块一 Ml、第二测量模块二 M2、第二测量模块三M3，三个第二测量模块的第二采样电阻R2的阻值不同。三个第二测量模块的第二滤波电容C2集成为一个，即三个第二测量模块共有一第二滤波电容C2。三个第二测量模块的第二运算放大器U2集成为一个，即三个第二测量模块共有一第二运算放大器U2。三个第二测量模块的第二高通滤波模块集成为一个，即三个第二测量模块共有一第二高通滤波模块。电阻R9和电阻R8用于调整第二运算放大器U2的放大倍数。电流互感器CT的精度为0.2%。
[0018]本实用新型实施例可以实现0.0lmA?6000mA全量程0.2%精度的精准测量，把全量程划分为 0.0lmA ?5mA、5mA ?10mA、IOmA ?20mA、20mA ?1000mA、IOOOmA ?3000mA、3000mA?6000mA共六个档位。第一测量模块一 M4对应于测量0.0lmA?5mA档位,第一测量模块二 M5对应于测量5mA?IOmA档位，第一测量模块三M6对应于测量IOmA?20mA档位，第二测量模块一 Ml对应于测量20mA?IOOOmA档位，第二测量模块二 M2对应于测量IOOOmA?3000mA档位，第二测量模块三M3对应于测量3000mA?6000mA档位。
[0019]本实用新型充分利用单片机资源，由单片机7个I/O 口、光耦实现档位切换，利用单片机4个A/D 口完成各档位数据米集。测量时，第一测量模块一 M4的第一光稱OPl发光二极管负极连接单片机的1/07 口，第一测量模块一 M4的第一高通滤波模块连接单片机的ADl 口 ；第一测量模块二 M5的第一光耦OPl发光二极管负极连接单片机的1/06 口，第一测量模块二M5的第一高通滤波模块连接单片机的AD2 口 ；第一测量模块三M6的第一光耦OPl发光二极管负极连接单片机的1/05 口，第一测量模块三M6的第一高通滤波模块连接单片机的AD3 口 ；第二测量模块一 Ml的第二光耦0P2发光二极管负极连接单片机的1/04 口 ；第二测量模块二 M2的第二光耦0P2发光二极管负极连接单片机的1/03 口 ；第二测量模块三M3的第二光耦0P2发光二极管负极连接单片机的1/02 口 ；第二测量模块一 Ml、第二测量模块二 M2、第二测量模块三M3的第一高通滤波模块共接单片机的AD4 口 ；第三光耦0P3的发光二极管负极连接单片机的1/01 口。
[0020]下面分别以0.0lmA?5mA档和20mA?IOOOmA档电路进行描述,其余档位电路与
二者类似。
[0021]第一测量模块一 M4进行0.0lmA?5mA档米样，在第一测量模块一 M4中:被测量信号加在Sin+、Sin-两个端子上，Sin-端子接正温度系数热敏电阻器P，Sin+接第一光耦OPl的光敏三极管发射极，其中单片机1/07 口控制第一光耦OPl光敏三极管发射极和集电极是否接通(即该采样通道是否导通);输入的电流信号经第一采样电阻Rl采样转换成电压信号，经第一运算放大器Ul跟随(放大倍数为I)及第一高通滤波模块后输给单片机ADl采样口。
[0022]第二测量模块一 Ml进行20mA?IOOOmA档位采样，在第一测量模块一 M4中:被测量信号加在Sin+、Sin-两个端子上，Sin-端子接电流互感器CT 一次绕组LI，Sin+端子接第三光耦0P3的的光敏三极管发射极；第二光耦0P2发光二极管负极(即单片机1/04 口)电平拉低时，第二滤波电容C2即与第二采样电阻R2并联，即实现电流互感器的输出经第二滤波电容C2滤波后经过第二采样电阻R2把电流信号准换成电压信号输入给第二运算放大器U2，经第二运算放大器U2放大2.5倍(1+R9/R8)后再经过第二高通滤波模块滤波后输给单片机AD4采样口。
[0023]其中Vref为基准源，由于单片机不能直接采样交流信号的下半周波，此基准源可以实现单片机对交流信号全周波采样；第一光耦OPl、第二光耦0P2、第三光耦0P3经各自的限流电阻后与单片机供电的直流电源正极相连。
[0024]被测信号由Sin+、Sin-输入。首先单片机1/01 口和1/02 口电平拉低选通3000mA?6000mA档位采样通道；启动采样口 AD4 口采样，通过数字滤波、数据计算后，如果AD4 口采样的数据在3000mA?6000mA，则1/01 口和1/02 口保持低电平，AD4 口保持采样；如果采样数据小于3000mA，则进入档位选择状态，此时单片机1/02 口拉高关闭3000mA?6000mA档位采样通道；然后单片机1/03 口电平拉低选通IOOOmA?3000mA档位采样通道；通过数字滤波、数据计算后，如果AD4 口采样的数据在IOOOmA?3000mA，则1/01 口和1/03 口保持低电平，AD4 口保持采样；如果采样数据小于1000mA，则进入档位选择状态，单片机1/03 口拉高关闭IOOOmA?3000mA档位采样通道；然后单片机1/04 口电平拉低选通20mA?IOOOmA档位采样通道；通过数字滤波、数据计算后，如果AD4 口采样的数据在20mA?1000mA，则1/01 口和1/04 口保持低电平，AD4 口保持采样；如果采样数据小于1000mA，则进入档位选择状态，单片机1/01 口和1/04 口拉高关闭20mA?IOOOmA档位采样通道，关闭采样口 AD4 口 ；然后单片机1/05 口电平拉低选通IOmA?20mA档位采样通道；启动采样口 AD3 口采样，通过数字滤波、数据计算后，如果AD3 口采样的数据在IOmA?20mA，则1/05 口保持低电平，AD3 口保持采样；如果采样数据小于10mA，则进入档位选择状态，单片机1/05 口拉高关闭IOmA?20mA档位采样通道，关闭采样口 AD3 口 ；然后单片机1/06 口电平拉低选通5mA?IOmA档位采样通道；启动采样口 AD2 口采样，通过数字滤波、数据计算后，如果AD2 口采样的数据在5mA?10mA，则1/06 口保持低电平，AD2 口保持采样；如果采样数据小于5mA,则进入档位选择状态,单片机1/06 口拉高关闭5mA?IOmA档位采样通道，关闭采样口 AD2 口 ；然后单片机1/07 口电平拉低选通0.0lmA?5mA档位采样通道；启动采样口 AD4 口采样，通过数字滤波、数据计算后，如果ADl 口采样的数据在0.0lmA?5mA，则1/07 口保持低电平，ADl 口保持采样；如果采样数据大于10mA，则进入选择档位状态，单片机1/07 口拉高关闭0.0lmA?20mA档位采样通道，关闭采样口 ADl 口 ；重复以上测量过程。同时在0.0lmA?5mA，5mA?10mA，IOmA?20mA三个通道中串入正温度系数热敏电阻器P，避免电流大幅度跳动时对电路造成损害。
[0025]此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。
【权利要求】
1.一种O. OlmA?6000mA全量程智能测量电路，其特征在于：包括第一测量模块、第二测量模块、第三测量模块；第一测量模块包括正温度系数热敏电阻器、第一光耦、第一滤波电容、第一采样电阻、第一运算放大器、第一高通滤波模块；所述正温度系数热敏电阻器与第一滤波电容一端、第一米样电阻一端、第一运算放大器输入端负极和输出端相连，而第一光耦的光敏三极管集电极与第一滤波电容另一端、第一采样电阻另一端、第一运算放大器输入端正极相连；第一运算放大器输出端和第一高通滤波模块相连；第二测量模块包括电流互感器、第二光耦、第二滤波电容、第二采样电阻、第二运算放大器、第二高通滤波模块；第三测量模块包括第三光耦；电流互感器二次绕组与第三光耦的光敏三极管集电极、第二光耦的光敏三极管发射极、第二滤波电容一端、第二运算放大器输入端正极相连，而电流互感器一次绕组与第二滤波电容另一端、第二采样电阻一端、第二运算放大器输入端负极和输出端相连，第二光耦的光敏三极管集电极与第二采样电阻的另一端相连；第二运算放大器输出端和第二高通滤波模块相连。
2.根据权利要求I所述的O.OlmA?6000mA全量程智能测量电路，其特征在于：所述的第二测量模块为若干个，这些第二测量模块的第二滤波电容集成为一个、第二运算放大器集成为一个、第二高通滤波模块集成为一个。
3.根据权利要求2所述的O.OlmA?6000mA全量程智能测量电路，其特征在于：所述的第二测量模块为3个。
4.根据权利要求I所述的O.OlmA?6000mA全量程智能测量电路，其特征在于：所述的第一测量模块为3个。
5.根据权利要求I所述的O.OlmA?6000mA全量程智能测量电路，其特征在于：所述的第一测量模块还包括第一限流电阻，第一光稱的发光二极管正极与第一限流电阻相连。
6.根据权利要求I所述的O.OlmA?6000mA全量程智能测量电路，其特征在于：所述的第二测量模块还包括第二限流电阻，第二光耦的发光二极管正极与第二限流电阻相连。
7.根据权利要求I所述的O.OlmA?6000mA全量程智能测量电路，其特征在于：所述的第三测量模块还包括第三限流电阻，第三光耦发光二极管正极与第三限流电阻相连。
【文档编号】G01R19/25GK203587676SQ201320676937
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】孙凯, 何朝勤 申请人:杭州东益福电气股份有限公司