一种基于嵌入式Linux操作系统的电流测量电路的制作方法

本发明涉及电流测量技术领域，特别涉及一种基于嵌入式linux操作系统的电流测量电路。

背景技术：

当前测量直流无刷电机电流的测试仪器均为独立单套设备，单台测试仪器仅能测量一台直流无刷电机的电流性能，而且测量仪器的主控制电路均为8位或16位单片机，测量仪器上的面板均为传统lcd屏幕及机械开关，且面板设计相对固定，测试直流无刷单机电流的过程中出现的各类操作都需要人工操作，工作效率低，测试过程中可能导致人为误差。

技术实现要素：

本发明提供一种基于嵌入式linux操作系统的电流测量电路，能够提高直流无刷电机电流的测量效率，并且减小人工操作导致的人为误差。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于嵌入式linux操作系统的电流测量电路，应用于电流测量装置，包括主控制器、端口电路以及通过所述端口电路与所述主控制器以i2c总线连接的a/d采集电路、数字io电路、rs-485总线接口转换电路和电流测试电路；

所述主控制器为装有嵌入式linux操作系统的计算机；

所述电流测试电路包括电流测试单元、开关控制单元以及信号输入输出端口，所述电流测试单元和开关控制单元分别与所述信号输入输出端口电连接。

优选地，一种基于嵌入式linux操作系统的电流测量电路还包括状态指示电路，所述状态指示电路与所述主控制器以i2c总线连接，用于指示主控制器的工作状态。

优选地，所述端口电路包括主控制器端口以及与所述主控制器端口电连接的a/d端口、数字io端口和gpio端口，所述a/d端口用于输入输出模拟信号，所述数字io端口用于输入输出数字信号。

优选地，所述rs-485总线接口转换电路为max485总线转换器，用于将主控制器需要发送的串行数据转为符合rs-485总线规范的电平，发送至其他外部接收电路。

优选地，所述电流测试电路还包括稳压电路单元，所述稳压电路单元与所述信号输入输出端口电连接，用于将电源电压降低至电流测量装置的工作电压。

优选的，所述电流测试电路还包括滤波电路单元，所述滤波电路单元分别与所述稳压电路单元和所述信号输入输出端口电连接，用于消除电源中的纹波电压。

优选的，所述电流测试单元为6片acs712-20芯片的霍尔电流传感器，用于通过测量输出电压大小来测量电流方向。

优选的，一种基于嵌入式linux操作系统的电流测量电路还包括电源电路，用于为所述电流测量电路供电。

与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

通过本发明，采用嵌入式linux操作系统为电流测量装置编写特定的程序，以使的电流测量装置实现自动化的电流测量功能，通过i2c总线将主控制器与电流测量装置采用的电流测量电路中的a/d采集电路连接，将a/d采集电路所采用的多个芯片设定不同的总线地址，使得a/d采集电路可以同时采集多路电流信号，使得电流测量装置可以同时对多个直流无刷电机的电流进行测量，提高测量效率，还能够提高测量过程的精确度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。附图中：

图1是根据本发明实施例的一种基于嵌入式linux操作系统的电流测量电路的原理图；

图2是根据本发明实施例的a/d采集电路的电路图；

图3是根据本发明实施例的数字io电路的电路图；

图4是根据本发明实施例的端口电路的电路图；

图5是根据本发明实施例的rs-485总线接口转换电路的电路图；

图6是根据本发明实施例的电流测试单元的电路图；

图7是根据本发明实施例的开关控制单元的电路图；

图8是根据本发明实施例的信号输入输出端口的电路图；

图9是根据本发明实施例的状态指示电路的电路图；

图10是根据本发明实施例的稳压电路单元的电路图；

图11是根据本发明实施例的电源电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明附图，对本发明技术方案进行描述，但所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于嵌入式linux操作系统的电流测量电路，应用于电流测量装置，包括主控制器1、端口电路2以及通过端口电路2与主控制器1以i2c总线连接的a/d采集电路3、数字io电路4、rs-485总线接口转换电路5和电流测试电路6；主控制器1为装有嵌入式linux操作系统的计算机；电流测试电路6包括电流测试单元61、开关控制单元62以及信号输入输出端口63，电流测试单元61和开关控制单元62分别与信号输入输出端口63电连接。

本实施例中，a/d采集电路采用了4片pcf8591芯片作为8位a/d转换器及d/a转换器，每片pcf8591芯片具有4路独立的a/d转换器和1路d/a转换器，因此该电路具有16通道a/d转换和4通道d/a转换，以满足多路电流量的测量及外部电路控制。pcf8591芯片是以i2c总线与主控制器相连接，每片芯片采用拨码开关的形式设定不同的总线地址，使得各芯片可以独立工作，实现对多台直流无刷电机电流的同时测量，提高测量效率。各芯片统一采用+5v电压作为参考电压，确保各a/d采集通道的测量范围为0～+5v，d/a模拟量输出的范围为0～+5v。

数字io电路采用了2片pcf8574芯片作为数字io端口，每片pcf8574芯片具有8路io端口，2片pcf8574芯片组合共有16个满足ttl电平的数字io端口，通过i2c总线与主控制器相连接，每片芯片采用拨码开关的形式设定不同的总线地址，使得各芯片可以独立工作。以满足外部电路开关量控制、状态量输入的需要。

开关控制单元用于控制开关量属性，具体为，采用电磁型继电器作为中小功率的开关，采用光电耦合器作为数字信号的开关控制。两种开关量由专用驱动芯片控制。开关控制单元由电压量输出至io口和a/d转换端口电路进行控制。

主控制器可以采用基于arm内核处理器微型电脑主板raspberrypi(中文名称“树莓派”)，采用通用lcd液晶屏及键盘鼠标等外围设备，实现人机界面操作。通过在电脑主板上预装的嵌入式linux操作系统上的qt开发环境，使用c++语言进行程序编写、开发，生成“电流测试程序”。根据程序上的控制功能，运行测试程序，实现电流测量及开关控制功能。这样可以使用户通过电脑的屏幕实现对直流无刷电机消耗电流的实时读取，进一步的，根据电流测试程序还可以将测试结果以报表的形式显示在屏幕上供用户读取，方便对测试结果进行记录，由于主控制器采用电脑主板，所以具备联网功能，这样用户就可以远程实时获取直流无刷电机的电流测量结果。

可选的，本发明的一种基于嵌入式linux操作系统的电流测量电路还包括状态指示电路7，状态指示电路7与主控制器1以i2c总线连接，用于指示主控制器的工作状态。

本实施例中，状态指示电路采用pcf8574芯片和4盏发光二极管，主控制器根据状态运行情况，通过i2c总线向pcf8574芯片发送端口状态命令，点亮4盏发光二极管。根据发光二极管状态，可以获取主控制器的工作状态，便于电路的故障分析、排查。

可选的，端口电路2包括主控制器端口21以及与主控制器端口21电连接的a/d端口22、数字io端口23和gpio端口24，a/d端口22用于输入输出模拟信号，数字io端口23用于输入输出数字信号。a/d端口用于输入模拟信号，同时兼顾有4路模拟信号输出，用于外部信号的测量与控制。数字io端口主要是pcf8574电路输入输出数字信号，用于外部电路的开关量控制和状态量接收使用。

可选的，rs-485总线接口转换电路5为max485总线转换器，用于将主控制器需要发送的串行数据转为符合rs-485总线规范的电平，发送至其他外部接收电路。使得本电路可以通过rs-485总线与其他上位机或者相同的电路进行通信，增加a/d采集通道的数量，从而实现更多数量的电流量测试。

可选的，电流测试电路6还包括稳压电路单元64，稳压电路单元64与信号输入输出端口63电连接，用于将电源电压降低至电流测量装置的工作电压。

对于电流测试电路的输入电源来说，外部输入+9v～+24v电压后，经稳压电路单元降压后形成+5v工作电压，为该电路板上器件供电。

可选的，电流测试电路6还包括滤波电路单元65，滤波电路单元65分别与稳压电路单元64和信号输入输出端口63电连接，用于消除电源中的纹波电压。

可选的，电流测试单元6为6片acs712-20芯片的霍尔电流传感器，用于通过测量输出电压大小来测量电流方向。

具体的，上述霍尔电流传感器允许通过的额定电流为20a，输出模拟电压范围为0～5v，通过测量输出电压大小可知电流方向。当电流为0a时，默认输出+2.5v，当芯片输出0～2.5v时，表明测量反向电流，当芯片输出+2.5v～+5v电压时，表明测量正向电流。输出的电压量输出至io口和a/d转换端口电路进行测量。

可选的，本发明的一种基于嵌入式linux操作系统的电流测量电路还包括电源电路8，用于为电流测量电路供电。本实施例中的电源采用的是+5v电压，作为整个电路的电源输入，+5v输入电路含有具有自恢复功能的保险器件，同时，通过焊接6片贴片式钽电容，可以消除纹波电压对数字电路的干扰。

综合上述，通过上述实施例，采用嵌入式linux操作系统为电流测量装置编写特定的程序，以使的电流测量装置实现自动化的电流测量功能，通过i2c总线将主控制器与电流测量装置采用的电流测量电路中的a/d采集电路连接，将a/d采集电路所采用的多个芯片设定不同的总线地址，使得a/d采集电路可以同时采集多路电流信号，使得电流测量装置可以同时对多个直流无刷电机的电流进行测量，提高测量效率，还能够提高测量过程的精确度。