CN101533040B - 一种对电压输入电流输出的监控装置 - Google Patents

一种对电压输入电流输出的监控装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对电压输入电流输出的监控装置，该监控装置包括有一壳体，以及安装在壳体内的电路板；在壳体的上面板上设有电压接口(J3)、电流接口(J2)和报警接口(J6)，壳体的右面板上设有电源接口(J1)，壳体的前面板上设有LCD显示屏和键盘；电路板包括有中央处理器、模数转换模块、数模转换模块、报警输出模块、键盘和报警输出模块。该监控装置采用在中央处理器中对接收的数字电压信号Vin进行差分解调获得一个12位二进制数值的工作电压Vout；该工作电压Vout一方面作为电流转换的输入电压，另一方面将工作电压Vout与电压阈值Pin进行比较得到报警电压，从而实现对使用终端过流造成的损坏起到预警与保护的作用。

Description

一种对电压输入电流输出的监控装置
技术领域
本发明涉及对使用终端产品应用电流进行保护的装置。更特别地说，是指一种能够对输入的电压V电压进行转换成电流I电流输出，且对不满足条件输出的电流I电流进行报警的监控装置。
背景技术
对于使用终端产品来讲，使用一种性能稳定的电源装置能够充分的保护其使用寿命。使用终端可以是便携设备(如移动电话，PDAS，GPRS，游戏机)、电信/网络设备(如路由器，服务器，VOIP系统)、消费电子、医疗系统、导航系统等。这些工业设备大多以0～5V电压为标准，其电路内部含有大量的4～20mA电流信号。这些微小信号在使用过程中极易受外界环境(如电磁场、温度等)的影响，而造成内部器件的损坏或输出信号较低的信噪比，给使用终端产品的应用带来巨大隐患。因此，一种稳定、可靠、灵敏度高、易操作的电压电流监控装置对工业生产和应用来说意义巨大。
目前，市场上的类似电压转电流产品一般采用如下三种方法：(1)用电流信号处理代替电压信号处理，与电压信号相比，MOS晶体管更适合处理电流信号，因为放大结构中的共源和共门输出信号均为电流信号。(2)根据运算放大器及电流传输器(CCII)的原理设计等价电流传输器结构，由运算放大器及其等价电流传输器结构的替换并结合伴随网络定理，可将电压型电路转换为电压操作信号和电流操作信号的电流型电路。(3)采用标准电容、运算放大器、反馈电阻、电池和充电电路通过具体器件的选择和计算来设计电压和电流互转的电路。
发明内容
为了能够保护使用终端不至于因电流超过适用范围而造成的使用终端损坏，本发明提供一种对电压输入电流输出的监控装置，该监控装置采用在中央处理器中对接收的数字电压信号Vin进行差分解调获得一个12位二进制数值的工作电压Vout；该工作电压Vout一方面作为电流转换的输入电压，另一方面将工作电压Vout与电压阈值Pin进行比较得到报警电压，从而实现对使用终端过流造成的损坏起到预警与保护的作用。
本发明的一种对电压输入电流输出的监控装置，该监控装置包括有一壳体，以及安装在壳体内的电路板；在壳体的上面板上设有电压接口(J3)、电流接口(J2)和报警接口(J6)，壳体的右面板上设有电源接口(J1)，壳体的前面板上设有LCD显示屏和键盘；
电源接口(J1)用于与220V的直流电连接；
电压接口(J3)用于与能够输出0～5V模拟电压信号V电压的产品；
电流接口(J2)用于与使用终端产品连接；
报警接口(J6)用于提供声音报警；
电路板包括有：
一中央处理器，该中央处理器对接收到的指令信息INF中所设定的量程S和比例K与数字电压信号Vin进行差分处理获得12位二进制数值的工作电压Vout；该工作电压Vout一方面输出至液晶显示模块上进行数字形式的显示；另一方面该工作电压Vout被输出至报警输出模块；在报警输出模块中，该工作电压Vout与电压阈值Pin进行比较，当Vout≥Pin时，报警输出模块产生报警信号进行报警提示；当Vout＜Pin时，将12位二进制数值的工作电压Vout输出给数模转换模块；
一模数转换模块，该模数转换模块用于将外部输入的0～5V模拟信号V电压转换成数字电压信号Vin提供给中央处理器进行处理；
一数模转换模块，该数模转换模块将接收到的12位二进制数值工作电压Vout进行数模转换后输出4～20mA的电流信号I电流；
一报警输出模块，该报警输出模块用于报警信息的输出；
一键盘，通过该键盘向中央处理器下发指令信息INF，该令信息INF包括有量程S、比例K和电压阈值Pin；
一液晶显示模块，该液晶显示模块用于进行数字形式显示各输入、输出的信息。
本发明的一种对电压输入电流输出的监控装置的优点在于：
(1)对外部输入的0～5V模拟信号V电压进行模数转换后为中央处理器提供了数字电压信号Vin。
(2)在中央处理器中应用C语言编写的差分算法对接收到的数字电压信号Vin进行处理，提高了对输入电压监控的精度。
(3)通过键盘操作来下发指令信息INF(指令信息INF包括有量程S、比例K和电压阈值Pin)，该指令信息INF可以根据使用终端的实际需求进行自行更改、设定，提高了本发明监控装置的操作灵活性。
(4)0～5V模拟信号V电压的输入，以及4～20mA电流信号I电流的输出，为现今工业应用中常见的模拟信号，解决了使用终端对电流需要的稳定性和精度要求，从而有效地保护了使用终端。
附图说明
图1是应用本发明电压监控装置的结构示意图。
图1A是本发明电压监控装置的外部结构简示图。
图2是本发明电压监控装置的结构框图。
图3A是本发明电压监控装置中的中央处理器的电路原理图。
图3B是本发明电压监控装置中的220V电源模块的电路原理图。
图3C是本发明电压监控装置中的键盘接口。
图3D是本发明电压监控装置中的液晶接口。
图3E是本发明电压监控装置中的模数转换模块的电路原理图。
图3F是本发明电压监控装置中的数模转换模块的电路原理图。
图3G是本发明电压监控装置中的报警输出模块的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1所示，本发明的电压输入电流输出的监控装置是安装在使用终端与能够输出0～5V模拟信号V电压的设备之间。该监控装置能够保护使用终端不至于因电流超过适用范围而造成损坏。
参见图1A所示，本发明的电压输入电流输出的监控装置包括有一壳体，以及安装在壳体内的电路板。在壳体的上面板上设有电压接口J3、电流接口J2和报警接口J6，壳体的右面板上设有电源接口J1，壳体的前面板上设有LCD显示屏和键盘(该键盘上有0-9个数字，以及常用的如确定、取消等键)。LCD显示屏用于显示通过键盘下发的指令信息INF(指令信息INF包括有量程S、比例K和电压阈值Pin)，易于操作者对使用终端产品的实际需求进行自行更改、设定时的可视化。电源接口J1用于与220V的直流电连接。电压接口J3用于与能够输出0～5V模拟电压信号V电压的产品。电流接口J2用于与使用终端产品连接。报警接口J6用于与如喇叭连接，提供声音报警。
参见图2所示，本发明的一种对电压输入电流输出的监控装置的电路板结构图，该电路板上包括有：
一中央处理器，该中央处理器对接收到的指令信息INF中所设定的量程S和比例K与数字电压信号Vin进行差分处理获得12位二进制数值的工作电压Vout；该工作电压Vout一方面输出至液晶显示模块(LCD)上进行数字形式的显示；另一方面该工作电压Vout被输出至报警输出模块；在报警输出模块中，该工作电压Vout与电压阈值Pin进行比较，当Vout≥Pin时，报警输出模块产生报警信号进行报警提示；当Vout＜Pin时，将12位二进制数值的工作电压Vout输出给数模转换模块；
一模数转换模块，该模数转换模块用于将外部输入的0～5V模拟信号V电压转换成数字电压信号Vin提供给中央处理器进行处理；
一数模转换模块，该数模转换模块将接收到的12位二进制数值工作电压Vout进行数模转换后输出4～20mA的电流信号I电流；
一报警输出模块，该报警输出模块用于报警信息的输出；
一键盘，通过该键盘向中央处理器下发指令信息INF，该令信息INF包括有量程S、比例K和电压阈值Pin；
一液晶显示模块，该液晶显示模块用于进行数字形式显示各输入、输出的信息。
本发明的一种电压输入电流输出的监控装置，其中央处理器选取ATmega128芯片，模数转换模块中的模数转换芯片选取MAX 187芯片，数模转换模块中的数模转换芯片选取MAX5712芯片，数模转换模块中的电压转电流芯片选取ISOEM-U1-P1-O1芯片。该监控装置在选取的各芯片组合下的电路联接为：
参见图3A、图3B、图3C所示，中央处理器U1的10端～17端的8个端子分别与键盘的接口J4的1端～8端相接，实现键盘连接在中央处理器U1上；键盘与中央处理器的连接，实现了由键盘操作向中央处理器下发指令信息INF。在本发明中，所述指令信息INF至少包括有报警时的电压阈值Pin、由键盘操作设置输入电压的量程S(0～9999)、在报警状态下当模数转换模块输入电压Vin低于电压阈值Pin时通过操作键盘来解除警报(即复位)、通过键盘设置输出电流I电流的比例K(0＜K≤9.9)。在本发明中，220V的电压经电源接口J1进入交流转直流芯片U5中，经该交流转直流芯片U5转换成5V电压作为VCC供整个本发明的电压输入电流输出的监控装置使用。
参见图3D所示，中央处理器U1的25端～32端的8个端子分别与液晶显示模块的接口J5的7端～14端相接，中央处理器U1的36端、37端、38端分别与液晶显示接口J5的4端、5端、6端相接，液晶显示模块的接口J5的2端接5V电源，3端连接到可调电阻R27的2端上，可调电阻R27的1端接5V电源，可调电阻R27的3端接地，液晶显示模块的接口J5的1端连接到可调电阻R27的3端上，液晶显示模块的接口J5的16端接地，液晶显示模块的接口J5的15端经电阻R32后接5V电源；液晶显示模块与中央处理器的连接，实现了由液晶显示模块进行数字形式显示各输入、输出的信息。
参见图3E所示，在模数转换模块中，模数转换模块接收由外部输入的0～5V电压V电压，该电压V电压首先经一个滤波电路滤除纹波后，再经一个电阻R3连接到模数转换芯片U2的2端上，滤波电路由二极管D 1和电容C5组成，二极管D1与电容C5并联在电压V电压与数字地之间；模数转换芯片U2的8端、7端、6端分别与中央处理器U1的47端、49端、48端相接，模数转换芯片U2的5端接地，模数转换芯片U2的1端接5V电源，模数转换芯片U2的3端接5V电源，且3端与数字地之间接有另一个滤波电路，该滤波电路由电容C6和电容C7构成，该电容C6和电容C7并联在3端与数字地之间，4端经电容C8接地。
参见图3F所示，在本发明中，数模转换模块包括有数模转换芯片U3、电压转电流芯片U4和5V转24V电源芯片U6；
5V转24V电源芯片U6的1端接5V电压，2端接地，3端输出24V电压，且与电压转电流芯片U4的4端相接，4端接地。
数模转换芯片U3的1端接5V电源，2端接地，3端、4端、5端分别与中央处理器U1的61端、60端、59端相接，6端与电压转电流芯片U4的1端相接。数模转换芯片U3上的三个端子与中央处理器U1上的三个端子的连接，实现了数模转换模块接收到从中央处理器输出的可供电压转电流的电压Vout。
电压转电流芯片U4的2端接地，5端接地，7端和12端作为电流的输出端经电流输出接口J2与使用终端连接(7端和12端分别与电流输出接口J2的1端与2端连接)，实现将稳定的具有4～20mA的电流供给使用终端。
参见图3G所示，报警输出模块首先接收到从中央处理器U1的40端输出的高低电平信号PC5，该高低电频信号PC5经电阻R34后接5V电源，且该高低电平信号PC5再经电阻R35后连接到三极管Q9的基极上；三极管Q9的发射极连接在继电器K1的2端上，三极管Q9的集电极接地；继电器K1的2端与1端之间并联有二极管D11，且1端接5V电源，继电器K1的3端、4端和5端作为报警信号输出的开关，报警信号输出接口J6可以与喇叭相接，实现报警声音的播放。在本发明中，三极管Q9选取型号为8550，继电器K1选取型号为TQ2-5V。
本发明的一种电压输入电流输出的监控装置，能够将0～5V模拟电压信号V电压的输入，以及4～20mA模拟电流信号I电流的输出，为现今工业应用中常见的模拟信号，解决了使用终端对电流需要的稳定性和精度要求，从而有效地保护了使用终端。

Claims (2)

1.一种对电压输入电流输出的监控装置，其特征在于：该监控装置包括有一壳体，以及安装在壳体内的电路板；在壳体的上面板上设有电压接口(J3)、电流接口(J2)和报警接口(J6)，壳体的右面板上设有电源接口(J1)，壳体的前面板上设有LCD显示屏和键盘；
电源接口(J1)用于与220V的直流电连接；
电压接口(J3)用于与能够输出0～5V模拟电压信号V电压的产品连接；
电流接口(J2)用于与使用终端产品连接；
报警接口(J6)用于提供声音报警；
电路板包括有：
一中央处理器，该中央处理器对接收到的指令信息INF中所设定的量程S和比例K与数字电压信号Vin进行差分处理获得12位二进制数值的工作电压Vout；该工作电压Vout一方面输出至液晶显示模块上进行数字形式的显示；另一方面该工作电压Vout被输出至报警输出模块；在报警输出模块中，该工作电压Vout与电压阈值Pin进行比较，当Vout≥Pin时，报警输出模块产生报警信号进行报警提示；当Vout＜Pin时，将12位二进制数值的工作电压Vout输出给数模转换模块；所述中央处理器选取ATmega128芯片；
一模数转换模块，该模数转换模块用于将外部输入的0～5V模拟信号V电压转换成数字电压信号Vin提供给中央处理器进行处理；所述模数转换模块中的模数转换芯片选取MAX187芯片；
一数模转换模块，该数模转换模块将接收到的12位二进制数值工作电压Vout进行数模转换后输出4～20mA的电流信号I电流；所述数模转换模块中的数模转换芯片选取MAX5712芯片，数模转换模块中的电压转电流芯片选取ISOEM-U1-P1-O1芯片；
一报警输出模块，该报警输出模块用于报警信息的输出；
一键盘，通过该键盘向中央处理器下发指令信息INF，该指令信息INF包括有量程S、比例K和电压阈值Pin；所述键盘操作设置输入电压的量程S为0～9999；所述键盘设置输出电流I电流的比例K为0＜K≤9.9；
一液晶显示模块，该液晶显示模块用于进行数字形式显示各输入、输出的信息。
2.根据权利要求1所述的一种对电压输入电流输出的监控装置，其特征在于监控装置中的电路板的电路联接为：
中央处理器(U1)的10端～17端的8个端子分别与键盘的接口(J4)的1端～8端相接；
中央处理器(U1)的25端～32端的8个端子分别与液晶显示模块的接口(J5)的7端～14端相接，中央处理器(U1)的36端、37端、38端分别与液晶显示接口J5的4端、5端、6端相接，液晶显示模块的接口(J5)的2端接5V电源，3端连接到可调电阻R27的2端上，可调电阻R27的1端接5V电源，可调电阻R27的3端接地，液晶显示模块的接口(J5)的1端连接到可调电阻R27的3端上，液晶显示模块的接口(J5)的16端接地，液晶显示模块的接口(J5)的15端经电阻R32后接5V电源；
模数转换模块接收由外部输入的0～5V电压V电压，该电压V电压首先经一个滤波电路滤除纹波后，再经一个电阻R3连接到模数转换芯片(U2)的2端上，滤波电路由二极管D1和电容C5组成，二极管D1与电容C5并联在电压V电压与数字地之间；模数转换芯片(U2)的8端、7端、6端分别与中央处理器(U1)的47端、49端、48端相接，模数转换芯片(U2)的5端接地，模数转换芯片(U2)的1端接5V电源，模数转换芯片(U2)的3端接5V电源，且3端与数字地之间接有另一个滤波电路，该滤波电路由电容C6和电容C7构成，该电容C6和电容C7并联在3端与数字地之间，4端经电容C8接地；
数模转换模块包括有数模转换芯片(U3)、电压转电流芯片(U4)和5V转24V电源芯片(U6)；5V转24V电源芯片(U6)的1端接5V电压，2端接地，3端输出24V电压，且与电压转电流芯片(U4)的4端相接，4端接地；
数模转换芯片(U3)的1端接5V电源，2端接地，3端、4端、5端分别与中央处理器(U1)的61端、60端、59端相接，6端与电压转电流芯片(U4)的1端相接；
电压转电流芯片(U4)的2端接地，5端接地，7端和12端作为电流的输出端经电流输出接口(J2)与使用终端连接，实现将稳定的具有4～20mA的电流供给使用终端；
报警输出模块首先接收到从中央处理器(U1)的40端输出的高低电频信号PC5，该高低电频信号PC5经电阻R34后接5V电源，且该高低电平信号PC5再经电阻R35后连接到三极管Q9的基极上；三极管Q9的发射极连接在继电器(K1)的2端上，三极管Q9的集电极接地；继电器(K1)的2端与1端之间并联有二极管D11，且1端接5V电源，继电器(K1)的3端、4端和5端作为报警信号输出的开关，报警信号输出接口(J6)与喇叭相接，实现报警声音的播放。
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