專利名稱：一種電流檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是ー種電子檢測技術領域的裝置，具體是ー種基于霍爾電流傳感器的電流檢測裝置。
背景技術：
微特電機是ー種小型的直流電機，在汽車后視鏡、硬盤驅(qū)動器、V⑶、DVD、MP3和MP4等裝置中得到廣泛應用。為提高產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量，需要對采用的微特電機和完成裝配之后的產(chǎn)品進行檢測，尤其是檢測電流大小和方向以確定電機工作狀況和裝配之后的產(chǎn)品質(zhì)量。雖然可使用萬用表電流檔測量電流大小和方向或使用電壓檔測量電路中采樣電阻兩端的相對電壓差人工判斷電流方向和大小，但無法實現(xiàn)電流方向和大小的自動檢測，且效率低下。 為實現(xiàn)電流大小和方向的自動測量，Burn Brown、Maxim、Interil、Microchip和Linear等公司生產(chǎn)了大量高側(cè)電流檢測芯片。除價格高和市場不易采購外，這些芯片還具有一般采用SMT封裝形式不便于更換和V-端需特定工作電壓的缺點，限制了高側(cè)電流檢測芯片的應用。Infineon、Melexis、Honeywell、Allegro 和 NEC-Tokin 等公司生產(chǎn)了大量氣隙式霍爾電流傳感器，但這些傳感器一般都用于100A以上大電流的檢測，不適用于〈100mA的小電流的檢測，也無法用于采用微特電機產(chǎn)品的電流檢測和質(zhì)量檢驗。經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，萬洲電氣集団有限公司申報的實用新型專利《一種低壓軟起動器的自動增益調(diào)節(jié)電流檢測電路》(201120268941. 5)使用自動增益調(diào)節(jié)電流檢測電路實現(xiàn)了低壓軟起動器，屬于低壓軟起動裝置技術領域，主要用于低壓固態(tài)軟起動裝置自動增益調(diào)節(jié)電流的檢測。與本實用新型屬于不同的技術領域，不具有電路自動打開功能和遠程通信功能。王少偉在《計算機與網(wǎng)絡》(2009年第4期第609-610頁)上發(fā)表的“在線電流檢測無線報警系統(tǒng)的設計”使用集成運放設計了電流比較電路，通過無線通信技術實現(xiàn)了與主機的通信。此設計主要用于國家電網(wǎng)高壓輸變電線路的故障檢測。與本實用新型屬于不同的技術領域，不具有電路自動打開功能和電流自動增益調(diào)節(jié)功能。

實用新型內(nèi)容實用新型目的本實用新型所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種電流檢測裝置。為了解決上述技術問題，本實用新型公開了ー種電流檢測裝置，包括電流電路、自動增益調(diào)節(jié)電路及單片機電路，電流電路分別與自動增益調(diào)節(jié)電路及單片機電路相連，單片機電路與自動增益調(diào)節(jié)電路連接。具有增益自動調(diào)節(jié)功能、適合小電流的高精度測量。本實用新型中，包括ー無線通信電路，所述無線通信電路與單片機電路連接。具有無線通信功能及電流電路自動打開功能，適合用干物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點作為汽車后視鏡和微特電機等自動檢測裝置使用。本實用新型中，所述的電流電路包括單路常開繼電器、控制三極管、霍爾電流傳感器和比較器，單路常開繼電器分別連接控制三極管的集電極，以及霍爾電流傳感器和比較器，霍爾電流傳感器與所述自動增益調(diào)節(jié)電路連接，所述控制三極管的基極與所述單片機電路連接。用于電流信號的方向輸出、對應的電壓信號輸出、經(jīng)單片機電路實現(xiàn)的電路關閉、打開功能及上電通過檢測電流的電路自動打開功能。本實用新型中，所述的自動增益調(diào)節(jié)電路包括相互連接的一個運算放大器和ー個數(shù)字電位器，所述運算放大器與所述電流電路連接，所述數(shù)字電位器與所述單片機電路連接?？梢杂糜诜糯笏龌魻栯娏鱾鞲衅鞯妮敵鲭妷盒盘枴Ｕ{(diào)理后的電壓再送入單片機電路用于A/D轉(zhuǎn)換和電流數(shù)值計算。本實用新型中，所述的無線通信電路包括RF無線射頻芯片，用于電流數(shù)值及方向信號發(fā)送通道，所述無線射頻芯片與所述單片機電路連接。用于電流數(shù)值及方向信號發(fā)送通道，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點功能。本實用新型中，所述單片機電路包括單片機，單片機連接電流電路和自動增益調(diào)節(jié)電路，井根據(jù)需要連接無線通信電路。用于電流方向判斷、電流電路通斷控制、電流數(shù)值 檢測與計算、反饋電阻及自動增益倍數(shù)調(diào)節(jié)。采用8位高可靠性單片機，用于電流電路的通、斷控制、A/D轉(zhuǎn)換及將A/D轉(zhuǎn)換后的電流數(shù)值及檢測到的方向信號編碼潰入無線通信電路，是系統(tǒng)的核心控制器件。本實用新型的信號處理內(nèi)容和流程為系統(tǒng)上電后接入電機等待檢測器件，電流電路在單片機電路控制下打開或在比較器控制下自動打開，霍爾電流傳感器輸出方向信號至單片機電路。同時，霍爾電流傳感器輸出與電流對應的模擬信號至自動增益調(diào)節(jié)電路，自動增益電路自動將霍爾電流傳感器輸出的模擬信號線性放大至單片機電路的精確模擬電壓轉(zhuǎn)換范圍，實現(xiàn)小電流的高精度測量。每隔特定時間，單片機電路將檢測到的電流數(shù)值及方向信號經(jīng)無線通信電路發(fā)送至遠程主控計算機，實現(xiàn)遠程智能節(jié)點功能。在電流數(shù)值超過額定數(shù)值或設定數(shù)值時，單片機電路輸出關閉信號至電流電路，實現(xiàn)過流保護功能。有益效果與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有低成本、高精度的特點，直接采用霍爾電流傳感器和8位MCU芯片實現(xiàn)I/V變換和A/D轉(zhuǎn)換，省卻了精確采樣、放大和調(diào)理等信號處理環(huán)節(jié)和相應硬件電路；采用無線射頻通信方式，便于在不方便另外布設通信線路場合應用，應用范圍更廣；在電流電路中接入比較器環(huán)節(jié)，在接入電機等待檢測器件時無須單片機控制即可實現(xiàn)電流電路自動打開功能；采用數(shù)字電位器為反饋電阻，使系統(tǒng)具有増益自動調(diào)節(jié)功能，從而提高檢測精度和可靠性。此外，采用具有片上時鐘電路、復位電路的單片機為主控芯片,無需外部時鐘電路和復位電路即可穩(wěn)定工作。
以下結(jié)合附圖
和具體實施方式
對本實用新型做更進一歩的具體說明，本實用新型的上述和/或其他方面的優(yōu)點將會變得更加清楚。圖I為本實用新型的結(jié)構圖。圖2為電流電路示意圖。圖3為自動增益調(diào)節(jié)電路示意圖。圖4為無線通信電路示意圖。圖5為單片機電路示意圖。
具體實施方式
本實用新型公開了ー種電流檢測裝置，包括電流電路、自動增益調(diào)節(jié)電路及單片機電路，電流電路分別與自動增益調(diào)節(jié)電路及單片機電路相連，單片機電路與自動增益調(diào)節(jié)電路連接。包括ー無線通信電路，所述無線通信電路與單片機電路連接。所述的電流電路包括單路常開繼電器、控制三極管 、霍爾電流傳感器和比較器，單路常開繼電器分別連接控制三極管的集電極，以及霍爾電流傳感器和比較器，霍爾電流傳感器與所述自動增益調(diào)節(jié)電路連接，所述控制三極管的基極與所述單片機電路連接。本實用新型中，ー種電流檢測裝置，其特征在于，所述的自動增益調(diào)節(jié)電路包括相互連接的一個運算放大器和ー個數(shù)字電位器，所述運算放大器與所述電流電路連接，所述數(shù)字電位器與所述單片機電路連接。所述的無線通信電路包括無線射頻芯片，用于電流數(shù)值及方向信號發(fā)送通道，所述無線射頻芯片與所述單片機電路連接。所述單片機電路包括單片機，用于電流方向判斷、電流電路通斷控制、電流數(shù)值檢測與計算、反饋電阻及自動增益倍數(shù)調(diào)節(jié)。
實施例如圖I所示，本實施例包括電流電路I、自動增益調(diào)節(jié)電路2、無線通信電路3及單片機電路4，電流電路I與自動增益調(diào)節(jié)電路2及單片機電路4相連，單片機電路4與無線通信電路3相連實現(xiàn)遠程通信及智能節(jié)點功能。本實施例的系統(tǒng)上電后接入電機等待檢測器件，電流電路I在單片機電路4控制下打開或在比較器控制下自動打開，霍爾電流傳感器輸出方向信號至單片機電路4。同吋，霍爾電流傳感器輸出與電流對應的模擬信號至自動增益調(diào)節(jié)電路2，自動增益電路b自動將霍爾電流傳感器輸出的模擬信號線性放大至單片機電路4的精確模擬電壓轉(zhuǎn)換范圍，實現(xiàn)小電流的高精度測量。每隔特定時間，單片機電路4將檢測到的電流數(shù)值及方向信號經(jīng)無線通信電路3發(fā)送至遠程主控計算機，實現(xiàn)遠程智能節(jié)點功能。在電流數(shù)值超過額定數(shù)值或設定數(shù)值時，單片機電路4輸出關閉信號至電流電路1，實現(xiàn)過流保護功能。如圖2所示，電流電路I包括接頭Jl -J2、繼電器K1、續(xù)流ニ極管VI、三極管Q1、電阻Rf R3、電容Cf C2、霍爾電流傳感器Ul和比較器芯片U2，其中接頭Jl與霍爾電流傳感器Ul的INl引腳相連，霍爾電流傳感器Ul的IN2引腳與繼電器Kl的COM端相連，VCC引腳與VCC相連，并經(jīng)電容Cl去耦至地，GND引腳接地，OUTl引腳和0UT2引腳與單片機電路4相連，OUT引腳與自動增益電路b相連，繼電器Kl的NO端與接頭J2相連，繼電器Kl線圈端ロ L2和LI分別與VCC電源和三極管Ql的C極相連，續(xù)流ニ極管Vl負端與VCC電源相連，正端與三極管Ql的C極相連，并聯(lián)作為繼電器Kl線圈的泄荷回路。比較器芯片U2的IN+引腳與繼電器Kl的NO引腳相連，IN-引腳、VSS引腳、GND引腳并聯(lián)后接地，VDD引腳與電源VCC相連，并經(jīng)電容C2去耦至地，OUT引腳經(jīng)電阻R3與電源VCC相連，并經(jīng)電阻Rl與三極管Ql的B極相連，構成上電自動打開回路。同時，三極管的BI極經(jīng)電阻R2與單片機電路4相連，構成單片機控制電路。三極管Ql的E極接地。所述的繼電器K1，采用HK4100F-DC5V-SHG繼電器，HK4100F-DC5V-SHG繼電器為匯科公司的+5V線圈驅(qū)動電壓，單路常開，單路常閉六觸點微型機械繼電器。工作參數(shù)AC220V/3A 或 DC30V/3A。所述的續(xù)流ニ極管VI，采用IN4007 ニ極管，IN4007 ニ極管由Dc Components公司。工作參數(shù)最大允許反向電壓1000V，最大正向允許電流1.0A。所述的三極管Q1，采用S9013三極管，S9013三極管Ql由ETC公司生產(chǎn)。工作參數(shù)直流增益300，集電極截止電流0.2 μ A，發(fā)射極截止電流O. I μ A。所述的霍爾電流傳感器Ul，采用THS-65霍爾電流傳感器，THS-65霍爾電流傳感器為日本NEC-Tokin公司生產(chǎn)的霍爾電流傳感器。工作參數(shù)工作電壓+4. 5-5. 5 V，功耗電流10 - 12mA，檢測電流范圍O - 120mA。在負載RL=IOkQ時，模擬輸出>3. 5V。所述的比較器芯片U2，采用LM311芯片，LM311芯片為NXP公司生產(chǎn)的比較器芯片。工作參數(shù)工作電壓±30 V，最大輸入偏置電流150nA，靈敏度200V/mV。 如圖3所示，自動增益調(diào)節(jié)電路2包括電容C3 C5、電阻R4 R6、高精度集成運算放大器U3 (簡稱運放)和數(shù)字電位器U4，其中高精度集成運放U3的IN+引腳經(jīng)電阻R4和引出線與電流電路I中霍爾電流傳感器Ul的OUT引腳相連，V+引腳接VCC，并經(jīng)C3去耦至地，引腳V-接GND，引腳OA經(jīng)電阻R6和電容C5組成的低通濾波網(wǎng)絡與單片機電路4相連。高精度集成運放U3的IN-引腳與電阻R5、數(shù)字電位器U4的H引腳相連。數(shù)字電位器U4的W引腳與高精度集成運放U3的OA相連，CS引腳、U/D引腳經(jīng)引出線與單片機電路4相連，VDD引腳電源VCC相連，并經(jīng)電容C4去耦至地，GND引腳接地。電阻R5、數(shù)字電位器U4及高精度集成運放U3構成自動增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)霍爾電流傳感器Ul輸出電壓信號的自動放大。所述的高精度集成運放U3采用0P196高精度集成運放芯片，0P196高精度集成運放芯片為Analog Device公司生產(chǎn)的軌至軌輸出的高精度集成運放芯片。工作參數(shù)工作電壓+3 12 V，增益帶寬450kHz，功耗60 μ Α,偏置電壓〈300 μ V，開環(huán)增益為500V/mV。所述的數(shù)字電位器U4采用CAT5120芯片，CAT5120芯片為ON semi公司生產(chǎn)的2線接口數(shù)字可編程電位器。工作參數(shù)工作電壓+2. 7飛.5 V，待機電流0.5 μ A，16抽頭，IOkQ阻值。如圖4所示，所述的無線通信電路3包括電容C6飛9、無線射頻芯片U5、電阻R8和晶振XI，其中無線射頻芯片U5的VDD引腳與電源VCC相連，并經(jīng)電容C6去耦至地。MOD引腳經(jīng)電阻R8與電源VCC相連，RFP引腳、RFN引腳與天線相連，天線中心抽頭與電源VCC相連，并經(jīng)電容C7 C9去耦至地。XTL引腳經(jīng)晶振Xl接地。SDI引腳、SCK引腳、SS引腳、IRQ引腳及FSK引腳經(jīng)引出線與單片機電路4相連，用于電流數(shù)值及方向信號發(fā)送通道。所述的無線射頻芯片U5采用SI4020芯片，SI4020芯片為Silicon Lab公司生產(chǎn)的無線射頻發(fā)送器芯片。工作參數(shù)工作電壓+2.2飛.4V，電流功耗0.3μΑ，315/433/868/915MHz ISM 工作頻段，最高 256kbps 通信速率，EEPROM 及 Microcontroller工作模式。如圖5所示，所述的單片機電路4包括單片機U6和電容C11，其中單片機U6的VDD引腳接電源VCC，并經(jīng)電容Cll去耦至地，VSS引腳接地。IRQ引腳、SCL引腳、SS引腳、MOSI引腳及SCK引腳經(jīng)引出線分別與無線通信電路3中無線射頻芯片U5的IRQ引腳、FSK引腳、SS引腳、SDI引腳及SCK引腳相連，構成無線數(shù)據(jù)發(fā)送通道及編碼方式控制。PTAO引腳、PTAl引腳經(jīng)引出線與電流電路I中霍爾電流傳感器Ul的OUTl引腳、0UT2引腳相連，用于電流方向判斷。PTA2引腳經(jīng)電阻R2與電流電路I中三極管Ql的B極相連，用于電流電路I通斷的單片機控制。PTA3引腳、PTBO引腳經(jīng)引出線與自動增益電路b中數(shù)字電位器U4的CS引腳及U/D引腳相連，用于反饋電阻及自動增益倍數(shù)調(diào)節(jié)。ADP5引腳經(jīng)引出線與電流電路I中霍爾電流傳感器Ul的OUT引腳相連，用于電流數(shù)值檢測與計算。所述的單片機U6采用MC9S08SH8單片機，MC9S08SH8單片機為Freescale公司生產(chǎn)的 8 位 Flash MCU 芯片。工作參數(shù)8K Flash, 256B RAM, 40MHz CPU 頻率，+2.7-5. 5V工作電壓，12通道10位ADC，具有中斷功能的模擬比較器ACMP，異步通信串ロ UART，同步通信串ロ SPI，兩線串ロ IIC，2個2通道16位計數(shù)器TPMx等。下面對本實施例的具體工作過程說明I、系統(tǒng)上電與接入。系統(tǒng)接入5. OV工作電源后，把待電機的端子與接頭Jl及接頭J2相連，繼電器Kl線圈在單片機控制或比較器驅(qū)動下吸合，形成待檢測電流回路。2、電流方向及數(shù)值檢測。霍爾傳感器輸出方向信號至單片機電路，用于電流方向·判斷?；魻杺鞲衅鬏敵龅碾妷耗M信號饋入自動增益調(diào)節(jié)電路，自動增益調(diào)節(jié)電路將代表電流數(shù)值大小的模擬信號放大，送入單片機的A/D引腳實現(xiàn)電流數(shù)值的精確測量。3、電流方向及數(shù)值無線發(fā)送。在特定時間內(nèi)，單片機將檢測到的電流數(shù)據(jù)及方向信號經(jīng)無線通信電路發(fā)送至主控計算機，實現(xiàn)智能節(jié)點功能。在檢測到的電流超過額定數(shù)值或設定數(shù)值時，單片機發(fā)送關閉信號至電流回路關閉繼電器，實現(xiàn)電流電路過流保護。本實施例中，因內(nèi)含片上時鐘電路和復位電路，單片機電路4中MC9S08SH8單片機U6無需外部時鐘電路和復位電路即可正常工作。在節(jié)省硬件成本和電路板面積的同時，提高了系統(tǒng)的EMC和EMI能力。本實施例中，霍爾電流傳感器具有較大的模擬輸出信號，無需繁瑣的差分放大和帶通濾波等處理經(jīng)簡單的緩沖和濾波后即可直接送入單片機進行A/D轉(zhuǎn)換，在節(jié)省系統(tǒng)成本的同時提聞了電流檢測精度。本實施例可以應用于汽車后視鏡等微特電機檢測場合。本實用新型提供了ー種電流檢測裝置，具體實現(xiàn)該技術方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
權利要求1.ー種電流檢測裝置，其特征在于，包括電流電路、自動增益調(diào)節(jié)電路及單片機電路，電流電路分別與自動增益調(diào)節(jié)電路及單片機電路相連，單片機電路與自動增益調(diào)節(jié)電路連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種電流檢測裝置，其特征在于，包括ー無線通信電路，所述無線通信電路與單片機電路連接。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的ー種電流檢測裝置，其特征在于，所述的電流電路包括單路常開繼電器、控制三極管、霍爾電流傳感器和比較器，單路常開繼電器分別連接控制三極管的集電極，以及霍爾電流傳感器和比較器，霍爾電流傳感器與所述自動增益調(diào)節(jié)電路連接，所述控制三極管的基極與所述單片機電路連接。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的ー種電流檢測裝置，其特征在干，所述的自動增益調(diào)節(jié)電路包括相互連接的一個運算放大器和ー個數(shù)字電位器，所述運算放大器與所述電流電路連接，所述數(shù)字電位器與所述單片機電路連接。
5.根據(jù)權利要求2所述的ー種電流檢測裝置，其特征在于，所述的無線通信電路包括無線射頻芯片，用于電流數(shù)值及方向信號發(fā)送通道，所述無線射頻芯片與所述單片機電路連接。
6.根據(jù)權利要求I或2所述的ー種電流檢測裝置，其特征在于，所述單片機電路包括單片機，用于電流方向判斷、電流電路通斷控制、電流數(shù)值檢測與計算、反饋電阻及自動增益倍數(shù)調(diào)節(jié)。
專利摘要本實用新型公開了一種電流檢測裝置，包括電流電路、自動增益調(diào)節(jié)電路及單片機電路，電流電路分別與自動增益調(diào)節(jié)電路及單片機電路相連，單片機電路與自動增益調(diào)節(jié)電路連接。具有增益自動調(diào)節(jié)功能、適合小電流的高精度測量。本實用新型具有低成本、高精度的特點，省卻了精確采樣、放大和調(diào)理等信號處理環(huán)節(jié)和相應硬件電路；采用無線射頻通信方式，便于在不方便另外布設通信線路場合應用，應用范圍更廣；在電流電路中接入比較器環(huán)節(jié)，在接入電機等待檢測器件時無須單片機控制即可實現(xiàn)電流電路自動打開功能；采用數(shù)字電位器為反饋電阻，使系統(tǒng)具有增益自動調(diào)節(jié)功能，從而提高檢測精度和可靠性。
文檔編號G01R15/00GK202649300SQ20122029163
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權日2012年6月20日
發(fā)明者楊繼全, 宋立博, 夏俊 申請人:江蘇敦超電子科技有限公司, 南京寶巖自動化有限公司