一种管道检测器用非接触电流检测式电量测量装置的制作方法

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种管道检测器用非接触电流检测式电量测量装置。

背景技术：

用管道检测器进行管道本体安全评估，是目前油气管道检测最主要也是最有效的手段。为了确保检测器在管道中能够安全、稳定地运行，需要对为检测器供电的电池组进行必要的控制和管理，使得电池组中的每一个单体电池都能充分地利用，并保持良好的性能，延长其使用寿命。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种管道检测器用非接触电流检测式电量测量装置，用以监测电池组的用电情况和剩余电量。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种管道检测器用非接触电流检测式电量测量装置，与电池组连接，包括电压检测电路、电流检测电路、信号调理电路、ad转换电路、单片机和显示组件；

所述电压检测电路连接电池组正、负极，输出电池组的实时电压采样值到所述信号调理电路；

所述电流检测电路采用非接触电流检测方式，输出电池组供电主回路电流采样值到所述信号调理电路；

所述信号调理电路对电压采样值和电流采样值进行信号调理后，输出到ad转换电路；

所述ad转换电路进行模数变换，输出数字化电压检测和电流检测数据到单片机；

所述单片机与所述显示组件连接；用于将电池组的实时用电量和剩余电量数据送到所述显示组件进行显示。

进一步地，所述电流检测电路，包括：霍尔电流传感器acs711、电容c1和电阻r3；所述acs711的引脚12连接+5v电源，引脚5接地；引脚1、2短接，引脚3、4短接后，接入电池组主供电回路，使主回路电流从引脚1、2流入，从引脚3、4流出；引脚11输出电流采样值；引脚12和引脚6之间连接电阻r3，引脚12和地之间连接滤波电容c1。

利用霍尔效应进行电流检测，避免了串联精密电阻进行电流检测时，串联在电池组供电主回路的精密电阻的功耗，并且避免了在精密电阻故障时，影响电池供电主回路的正常工作问题；即使测量装置出现故障，也不影响供电主回路的正常工作。

进一步地，所述电压检测电路采用电阻分压测量装置，包括电阻r1、电阻r2和采样开关sw1；所述采样开关sw1、电阻r1和电阻r2依次串联在电池组的正、负极。

电阻r1和电阻r2为大阻值电阻，通过串联分压进行电压采样，可减小测量装置的功耗，串联开关sw1，可根据需要断开电压检测电路。

进一步地，所述信号调理电路包括电压信号调理电路和电流信号调理电路；

所述电压信号调理电路对电压采样值进行信号滤波和隔离后，输出到ad转换电路；

所述电流信号调理电路对电流采样值进行信号滤波和差分放大后，输出到ad转换电路。

通过对电压采样值和电流采样值进行分别进行信号调理，滤除杂波信号，隔离放大，满足ad转换的幅度要求。

进一步地，所述信号调理电路包括双运算放大器芯片lm258、电阻r4、r5、r6、r7、r8和电容c2、c3；

lm258的运放1与电阻r4、r5和电容c2构成电压跟随器，对电压采样值进行信号滤波和隔离；

lm258的运放2与电阻r6、r7、r8和电容c3构成差分放大器，对电流采样值进行信号滤波和差分放大；

具体连接包括：

lm258的引脚1，通过电阻r5与lm258的引脚2连接，并用于输出调理后的电压检测信号到ad转换电路；

lm258的引脚3，通过电阻r4与电压检测电路的输出端连接，并通过电容c2接地；

lm258的引脚4接地；

lm258的引脚5，通过电阻r6与电流检测电路的输出端连接，并通过电容c3接地；

lm258的引脚6，通过电阻r7连接+2.5v电源；

lm258的引脚7，通过电阻r8与lm258的引脚6连接，并用于输出调理后的电流检测信号到ad转换电路；

lm258的引脚8，接+5v电源。

进一步地，所述单片机为atmega128。

进一步地，所述ad转换电路采用单片机atmega128中内嵌的adc模块。

进一步地，所述显示组件为ocmj4x8c_3型液晶显示屏或三位数码管。

进一步地，还包括给电压检测电路、电流检测电路、信号调理电路、ad转换电路、单片机和显示组件供电的电压转换电路，所述电压转换电路包括dc-dc模块1和dc-dc模块2；

所述dc-dc模块1的输入端连接电池组的正、负极，输出+5v到电流检测电路、信号调理电路和显示组件供电；同时，所述dc-dc模块1输出+5v到dc-dc模块2；所述dc-dc模块2输出+3.3v电压给单片机供电；输出+2.5v电压给信号调理电路作为差分放大电路的参考电压。

进一步地，所述dc-dc模块1采用dc/dc斩波电路实现降压变换；所述dc-dc模块2通过ams1117以及外围电路实现从+5v到3.3v、+5v到2.5v的电压转换。

本发明具有的优点和积极效果是：实现了对电池组电流和电压的实时监控，通过单片机实现电池组的实时用电量和剩余电量的实时监控，通过显示组件实时显示相关信息，使管道检测人员在使用管道检测器进行管道检测时，能够实时了解电池组的耗电情况，在电池组电量耗尽时，能够及时地对其进行更换。采用霍尔元件进行非接触电流检测，避免了串联精密电阻进行电流检测时，串联在供电主回路的精密电阻的功耗，并且避免了在精密电阻故障时，影响电池供电主回路的正常工作问题；即使测量装置出现故障，也不影响供电主回路的正常工作。并且本发明体积小、重量轻、成本低，并且生产工艺简单。

附图说明

图1为本发明的结构示意框图；

图2为本发明的电流检测电路连接示意图；

图3为本发明的电压检测电路连接示意图；

图4为本发明的电压信号调理电路连接示意图；

图5为本发明的电流信号调理电路连接示意图；

图6为本发明的电压转换电路连接示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图6，一种管道检测器用非接触电流检测式电量测量装置，与电池组连接，如图1所示，包括电压检测电路、电流检测电路、信号调理电路、ad转换电路、单片机、显示组件和电压转换电路；

其中，

电压检测电路连接电池组正、负极，输出电池组的实时电压采样值到信号调理电路；

电流检测电路采用非接触电流检测方式，输出电池组供电主回路电流采样值到信号调理电路；

信号调理电路对电压采样值和电流采样值进行信号调理后，输出到ad转换电路；

ad转换电路进行模数变换后，输出数字化电压检测和电流检测数据到单片机；

所述单片机与所述显示组件连接；计算电池组的用电量和剩余电量数据送到显示组件进行显示。

具体的，采用非接触电流检测方式的电流检测电路，利用霍尔效应进行电流检测，避免了串联精密电阻进行电流检测时，串联在电池组供电主回路的精密电阻的功耗，并且避免了在精密电阻故障时，影响电池供电主回路的正常工作问题；即使测量装置出现故障，也不影响供电主回路的正常工作。

如图2所示，电流检测电路包括霍尔电流传感器acs711、电容c1和电阻r3；其中，acs711的引脚1、2短接，引脚3、4短接后，接入电池组主回路，使主回路电流从引脚1、2流入，从引脚3、4流出；acs711的引脚12连接供电电压vcc，引脚5接地，引脚11输出电流检测信号u1；引脚12和引脚6之间连接电阻r3，引脚12和地之间连接滤波电容c1。

acs711根据霍尔效应，将流经引脚1、2短接和引脚3、4的电流大小转换为对应的电压值从引脚11输出；当输入电流为零时，引脚11输出的电压不为零，输出供电电压vcc的一半，本实施例vcc为5v。

如图3所示，电压检测电路采用电阻分压电压测量装置，包括电阻r1、电阻r2和采样开关sw1；其中，采样开关sw1、电阻r1和电阻r2依次串联在电池组的正、负极，电压检测信号u2从电阻r2的两端引出；具体的，电池的内阻较小，有较好的带负载能力，负载电阻越大，功耗越小，为减小功耗，选用大电阻进行分压，r1选取阻值为100kω的贴片电阻，r2选取阻值为10kω的贴片电阻；开关sw1控制电压检测电路的工作。

由于在电压、电流的实际检测中，会出现误差及干扰，需要信号调理电路对输出的电压、电流信号进行预处理；为进一步提高电压、电流测量的稳定性、排除大量干扰信号，需添加低通滤波电路，同时，霍尔电流传感器测量输出的电压信号过小，需通过集成运放将其放大，便于模数转换器(adc)对其进行模数转换；由于电压信号、电流信号都需要进行信号调理，故信号调理电路选用双运算放大器芯片lm258；通过lm258与外围电路共同组成电压信号调理电路和电流信号调理电路。

如图4所示，电压信号调理电路包括lm258的运放1、电阻r4、r5和电容c2；

电阻r4与电容c2串联在电压检测输出端与地之间，构成低通滤波器，电阻r4的1脚与电压检测输出端连接，电阻r4的2脚连接运放1的同向输入端引脚3；r4电阻为1kω，c2为0.47uf，此时的低通滤波电路截止频率为338.6hz；

运放1的输出端引脚1，一方面通过电阻r5与运放1的反向输入端引脚2连接，另一方面输出调理后的电压检测信号到ad转换电路。

如图5所示，电压信号调理电路包括lm258的运放2、电阻r6、r7、r8和电容c3；

由于霍尔电流传感器静态输出电压为2.5v，为消除2.5v静态电压的影响，运放2连接成差分放大电路；

2.5v电压通过电阻r7连接到运放2的反向输入端引脚5，运放2的输出端引脚7，一方面通过电阻r8与运放1的反向输入端引脚6连接，另一方面输出调理后的电流检测信号到ad转换电路；r7电阻为1kω，r8电阻为5kω；

电阻r6与电容c3串联在电压检测输出端与地之间，构成低通滤波器，电阻r6的1脚与电流检测输出端连接，电阻r6的2脚连接运放2的同向输入端引脚3；r6电阻为1kω，c3为0.47uf。

ad转换电路，对信号调理电路输出的电压检测信号和电流检测信号进行ad转换；ad转换电路可采用集成电路搭建，也可以利用单片机中自带的adc模块进行；

具体的，本实施例中采用单片机中内嵌的adc进行数模转换，这样做，既可以满足精度需求，又可以简化电路、减小印刷电路板尺寸。

本实施例的单片机采用atmega128。atmega128是atmel公司研发的8位系列单片机中最高配置的一款单片机，具有高稳定性，低功耗的特点。atmega128采用risc结构，具有丰富的指令集，多数指令能在一个周期内完成，atmega128具有128k字节的系统内可编程flash，有着10，000次写/擦除周期，能够实现读、修改、写操作。片内拥有4kbeeprom，4kbsram，4个带有比较模式的灵活定时器/计数器，8通道单端或差分输入的10位adc，可以通过isp实现系统内编程，具有6种可选择的节电模式，具有一个兼容jtag接口，可用于在线仿真调试。

单片机atmega128将电池组的供电电流和供电电压相乘得到供电功率，再根据供电时间对供电功率进行累加计算电池组的用电量，通过与电池组满电量的电量相减得到电池组的剩余电量。

所述单片机将测量的用电量和剩余电量等数据送到显示组件进行显示；

显示组件可根据具体工作环境和条件需要选取三位数码管或液晶显示屏；

可选的，显示组件为ocmj4x8c_3型液晶显示屏。ocmj4x8c_3型液晶显示屏各引脚为：

引脚1——vss逻辑电源地；

引脚2——逻辑电源+5v；

引脚3——nc无连接；

引脚4——rs(cs)高：数据低：指令(串行输入的片选)；

引脚5——r/w(sid)高：读低：写(串行数据)；

引脚6——e(sclk)使能端(串行时钟)；

引脚7-14——db0-db7并行数据端；

引脚15——psb高：并行/低：串行；

引脚16——nc无连接；

引脚17——/rst系统复位低电平有效；

引脚18——nc无连；

引脚19——leda背光电源+5v；

引脚20——ledk背光电源0v。

电压转换电路给测量装置中电压检测电路、电流检测电路、信号调理电路、ad转换电路、单片机和显示组件供电，如图6所示，具体包括dc-dc模块1和dc-dc模块2；

dc-dc模块1的输入端连接电池组的正、负极，通过直流电压转换输出5v到电流检测电路、信号调理电路和显示组件供电；同时，输出5v到dc-dc模块2；dc-dc模块1采用dc/dc斩波电路实现降压变换。dc/dc斩波电路输出电流较大，转换效率高，功耗远远小于稳压芯片。考虑封装大小问题，选用集成dc/dc转换芯片。技术指标要求测量电压范围为0～32v，实际情况下，在电池电压在小于一定值时，系统将停止工作，实际测量电压范围在10～32v之间。综合考虑，选中lineartechnology公司生产的ltm8025转换器，输入电压范围为3.6～36v，输出电压为0.8～24v，高至3a的输出电流，工作温度为-40℃～125℃，通过调整电阻将输出电压调至5v。

dc-dc模块2对输入5v电压进行直流电压转换输出3.3v电压给单片机供电，输出2.5v电压给信号调理电路作为差分放大电路的参考电压；

具体的，dc-dc模块2通过ams1117以及外围电路实现从+5v到3.3v、+5v到2.5v的电压转换。

电压转换电路不限于只输出上述电压值供电，当电流检测电路、信号调理电路、单片机和显示组件的改变时，同样可输出相应的所需电压供电。

综上所述，本发明实施例提供的管道检测器用电量测量装置，实现对电池组电流和电压的实时监控，通过单片机实现电池组的实时用电量和剩余电量，通过显示组件实时显示相关信息，使管道检测人员在使用管道检测器进行管道检测时，实时了解电池组的耗电情况，在电池组电量耗尽时，能够及时地对其进行更换；本发明体积小、重量轻、成本低，并且生产工艺简单。

采用霍尔元件进行非接触电流检测，避免了串联精密电阻进行电流检测时，串联在供电主回路的精密电阻的功耗，并且避免了在精密电阻故障时，影响电池供电主回路的正常工作问题；即使测量装置出现故障，也不影响供电主回路的正常工作。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。