CN101769957B

CN101769957B - 一种电压电流测量自动切换电路及其方法

Info

Publication number: CN101769957B
Application number: CN 201010103615
Authority: CN
Inventors: 谭利红; 陈明奎; 李小文; 苏理
Original assignee: Zhuzhou CSR Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: CN101769957A

Abstract

一种电压电流测量自动切换电路及其方法，包括电压采样回路和电流采样回路，电压采样回路包括电压采样电阻一和电压采样电阻二，电流采样回路包括电流采样电阻，电压采样电阻一与电压采样电阻二串联，电压采样回路与电流采样回路并联，自动切换电路还包括继电器，继电器的常闭端接入电压采样回路，继电器的受控端接采集模块的数字输出通道，控制端接入电流采样回路，通过来自采集模块数字输出通道的控制信号，控制继电器动作，将电流采样电阻接入电路或从电路中断开，进一步实现电压电流测量自动切换功能。本发明能对接入到测试设备的采集电压电流信号类型实现自动识别，并采取相应的测试模式，整个过程无需人工干预，使用方便，使现有资源充分利用。

Description

一种电压电流测量自动切换电路及其方法

技术领域

本发明涉及一种电压电流测量电路及其方法，尤其是一种能够实现电压电流测量模式自动切换的电路及其方法。

背景技术

一般的数据采集模块只能固定地采集电压信号或电流信号，若在数据采集电路中加入了如图1所示的电压/电流测量模式切换电路，则在一套系统中既能采集电压信号，又能采集电流信号，但是对这两种测试模式的切换，需手动来完成，即需打开测试仪的盖子，将电压/电流切换电路处的跨接套跨接在电压测试模式或电流测试模式的电路中，然后再盖上测试仪的盖子，若下次采集信号的类型发生了变化，需再重复上述过程，因此，原有的手动切换模式比较繁复。

原有的模拟输入采样电路如图1所示，包含以下几部分：电流采样电阻R11，电压采样电阻R21和电阻R22，电压/电流采样模式切换开关K1（此处用跨接套实现）。电阻R21和电阻R22为串联关系，它们一起与电阻R11构成并联关系。通过闭合或断开切换开关K1，来实现将电阻R11接入电路或从电路中断开的功能。

若进行电压信号采集时，断开模式切换开关K1，输入的电压信号经过采样电阻R21和R22构成闭合回路，通过获取电阻R22上的电压，并送到数据采集模块后续相关模块，即可实现对电压信号的采集。因为一般的数据采集模块对外只能采集±5V的电压，通过适当的调节电阻R21和电阻R22的阻值，可扩大实际测试仪的电压测量范围。

若进行电流信号的采集时，则闭合切换开关K1，由于电阻R11远小于电阻R21与电阻R22的串联总阻值，因此可近似认为电流信号全部经过电阻R11构成闭合回路，而在R21和R22中无电流流过，此时送到数据采集模块后续相关模块的信号为电阻R11上的电压信号，即实现了电流信号的采集。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术电压电流测量电路在进行电压/电流采集模式的切换时，需手动进行，比较繁复的技术问题。通过增加电压/电流采集模式自动切换电路，不再需要手动进行切换，实现数据采集模块同时对电压和电流数据进行采集测量，从而进一步简化电路设计的目的。

按照本发明，上述技术问题是通过下述技术方案来实现的：

一种电压电流测量自动切换电路，包括电压采样回路和电流采样回路，电压采样回路包括电压采样电阻一和电压采样电阻二，电流采样回路包括电流采样电阻，电压采样电阻一与电压采样电阻二串联，电压采样回路与电流采样回路并联，自动切换电路还包括继电器，继电器的常闭端接入电压采样回路，继电器的受控端接采集模块的数字输出通道，控制端接入电流采样回路，通过来自采集模块数字输出通道的控制信号，控制继电器动作，将电流采样电阻接入电路或从电路中断开，进一步实现电压电流测量自动切换功能，电压采样回路的电阻值与电流采样回路的电阻值的比值大于25.5。

作为本发明电压电流测量自动切换电路进一步的实施方式，在被测输入信号为电压信号时，自动切换电路通过测试电压采样电阻二上的电压信号在一定数值范围内，判断被测输入信号为电压信号，采集模块的数字输出通道向继电器的受控端输出低电平，继电器保持初始状态不动作，电流采样电阻从电路中断开同时电压采样电阻二接入电路，从而实现对电压信号的采集测量。

当被测输入信号为电流信号时，自动切换电路通过测试电压采样电阻二上的电压信号超过一定数值范围的电压值时，判断被测输入信号为电流信号，采集模块的数字输出通道向继电器的受控端输出控制信号，继电器动作，将电压采样电阻二从电路中断开同时将电流采样电阻接入电路，从而实现对电流信号的采集测量。

作为本发明电压电流测量自动切换电路进一步的实施方式，电压采样回路的电阻值与电流采样回路的电阻值的比值为88至100之间。

一种利用电压电流测量自动切换电路进行电压电流测量自动切换的方法，包括以下步骤：

（1）采集模块对通道中的被测输入信号进行一次采样，通过判断电压采样电阻二上的电压信号是否在一定数值范围内；

（2）若某一通道被测输入信号的电压幅值超出一定数值范围时，采集模块将向对应的数字输出通道输出控制信号，使继电器动作，将电压采样电阻二从电路中断开同时将电流采样电阻接入电路，进入电流信号采集模式；

（3）若采集的被测输入信号幅值未超出范围时，采集模块将向对应的数字输出通道输出相应的控制信号，继电器不动作，电流采样电阻从电路中断开同时电压采样电阻二接入电路，进入电压信号采集模式；

（4）保持继电器状态，进行后续信号的采集；

（5）测量过程结束后，继电器恢复到初始状态，进而切换电路恢复到初始状态。

作为本发明电压电流测量自动切换方法进一步的实施方式，自动切换电路恢复到初始状态的过程包括：采集模块的数字输出通道向继电器的受控端自动输出低电平，继电器再次动作，将电流采样电阻从电路中断开同时将电压采样电阻二接入电路，自动切换电路恢复到初始状态。

作为本发明电压电流测量自动切换方法进一步的实施方式，不管被测输入信号是电压信号还是电流信号，首先将被测输入信号作为一定数值范围内的电压信号进行检测。

作为本发明电压电流测量自动切换方法进一步的实施方式，当来自电流传感器的被测输入信号在电压采样电阻二上产生的电压超过一定数值后，电流传感器处于饱和状态，电压采样电阻二上的电压值限制在一定数值范围内。

本发明所述的电压电流测量自动切换电路及其方法能够对接入到测试设备的采集电压电流信号类型实现自动的识别，并采取相应的测试模式，整个过程无需人工干预，使用较为方便。同时，本发明还在模拟信号采集电路中将用到采集模块自身的数字输出通道，来实现电流/电压采集模式的自动切换，并使现有资源得以充分利用。

附图说明

图1 为现有技术电压电流测量模式切换电路的电路结构示意图；

图2 为本发明电压电流测量模式自动切换电路示意图；

图3 为本发明电压电流测量模式自动切换电路软件控制流程图；

图中：R11-电流采样电阻，R21-电压采样电阻一，R22-电压采样电阻二，K1-切换开关，K2-继电器。

具体实施方式：

附图给出了本发明的具体实施例，下面将通过附图和实施例对本发明作进一步的描述。

作为本发明电压电流测量自动切换电路的一种具体实施方式，以MP425数据采集模块为例，MP425数据采集模块是一款USB2.0接口、14位AD采集模块，具有8路同步采集功能，并且具有16路TTL数字输出通道的数据采集模块。本发明的一种具体实施方式对原有电路做了如下改进，实现了测量模式的自动切换，电路主要由以下部分组成：自动切换电路包括电压采样回路和电流采样回路，电压采样回路包括电压采样电阻一R21和电压采样电阻二R22，电流采样回路包括电流采样电阻R11，电压采样电阻一R21与电压采样电阻二R22串联，电压采样回路与电流采样回路并联，自动切换电路还包括继电器K2，继电器K2的常闭端接入电压采样回路，继电器K2的受控端接采集模块的数字输出通道，控制端接入电流采样回路，通过来自采集模块数字输出通道的控制信号，控制继电器K2动作，将电流采样电阻R11接入电路或从电路中断开，进一步实现电压电流测量自动切换功能。其中，电流采样电阻R11（可选阻值为392Ω），电压采样电阻R21（可选23KΩ）和R22（可选11.5KΩ），继电器K2。电阻R21和电阻R22为串联关系，它们与电阻R11在电路连接关系上为并联关系，通过来自MP425采集模块数字输出通道的高低电平，控制继电器动作，并进一步实现将电阻R11接入电路或从电路中断开功能。

继电器K2的常闭端接电压采样回路，如图2所示，即不管输入的实际信号是电压还是电流信号，首先将输入信号作为±10V范围内的电压信号进行检测，此种状态下电阻R22上的电压在±5V范围内，符合MP425采集模块的电压采样范围，将此电压采样信号送到MP425后续的相关模块，PC机软件读到此电压值，根据R21（可选23KΩ）和R22（可选11.5KΩ）的阻值配比，如果R22两端的电压值在±3.33V范围内，则可知实际的输入信号电压值在±10V范围内，即可判断实际输入信号为电压信号，此时对应的数字输出通道输出低电平，即继电器保持初始状态不动作，这样便实现了电压信号的正常采集。

若被测信号是电流信号（通常是来自传感器的信号），即当电流信号接入采样电路中后，由于继电器的初始状态是将R21和R22接入电路，因此即使是1mA的电流信号，也会在相互串联的R21和R22上产生一个很大的电压，理论上，仅1mA的电流会在R21和R22上产生约34V的电压，更大的电流则产生更大的电压。但是，实际情况下，当电压达到一定的值后，电流传感器此时会处于饱和状态，其电压值会限制在±10V~±15V范围内。此时，PC机软件对R22两端的电压值进行检测和判断，由于采集到的电压值超出了3.33V，即输入信号大于10V，所以PC机软件即可确定此时输入的信号为电流信号（因为如果输入信号为电压信号则小于10V），此时PC机软件控制MP425模块的数字输出通道输出+5V的TTL高电平给继电器K2的控制信号端，继电器K2动作，将电阻R22从电路中断开同时将电阻R11接入电路，从而实现对电流信号的测量。测量结束后，PC机软件控制MP524模块恢复初始状态，即MP425模块的数字输出通道的+5V的TTL高电平自动变为0V的TTL低电平，继电器K2再次动作，将电阻R11从电路中断开同时将电阻R22接入电路，此时自动切换电路也恢复到了初始状态。

如图3所示是本发明电压电流测量自动切换方法的一种具体实施方式软件流程图，测量模式自动切换的软件包括以下步骤：

步骤1：软件启动；

步骤2：采集模块对通道中被测的8路模拟输入信号分别进行一次采样，通过分析判断输入信号幅值在电压采样电阻二R22上产生的电压信号是否超出±3.33V的范围，即判断输入电压是否超过±10V；

步骤3：若某一通道被测输入信号的幅值超出±10V，采集模块将向对应的数字输出通道输出+5V的TTL高电平，使继电器K2动作，进入电流信号采集模式；

步骤4：若采集的被测输入信号幅值未超出范围，采集模块则将向对应的数字输出通道输出0V的TTL低电平，继电器K2不动作，电流采样电阻R11从电路中断开同时电压采样电阻二R22接入电路，进入电压信号采集模式；

步骤5：保持继电器K2状态，进行后续信号采集；

步骤6：采集结束，使继电器K2恢复初始状态，即切换电路也恢复到初始状态，退出系统。

自动切换电路恢复到初始状态的过程包括，采集模块的数字输出通道向继电器K2的受控端自动输出低电平，继电器K2再次动作，将电流采样电阻R11从电路中断开同时将电压采样电阻二R22接入电路，自动切换电路恢复到初始状态。不管被测输入信号是电压信号还是电流信号，首先将被测输入信号作为一定数值范围内的电压信号进行检测。当来自电流传感器的被测输入信号在电压采样电阻二R22上产生的电压超过一定数值后，电流传感器处于饱和状态，电压采样电阻二R22上的电压值限制在一定数值范围内。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域的普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。本发明技术方案中所采用的芯片和元器件数值包括但不限于具体实施方式当中所列举的具体型号和数值。

Claims

1.一种电压电流测量自动切换电路，包括电压采样回路和电流采样回路，所述电压采样回路包括电压采样电阻一（R21）和电压采样电阻二（R22），电流采样回路包括电流采样电阻（R11），电压采样电阻一（R21）与电压采样电阻二（R22）串联，电压采样回路与电流采样回路并联，其特征在于：所述自动切换电路还包括继电器（K2），继电器（K2）的常闭端接入电压采样回路，继电器（K2）的受控端接采集模块的数字输出通道，控制端接入电流采样回路，通过来自采集模块数字输出通道的控制信号，控制继电器（K2）动作，将电流采样电阻（R11）接入电路或从电路中断开，进一步实现电压电流测量自动切换功能，所述电压采样回路的电阻值与电流采样回路的电阻值的比值大于25.5。

2.根据权利要求1所述的一种电压电流测量自动切换电路，其特征在于：自动切换电路通过测试电压采样电阻二（R22）上的电压信号在一定数值范围内，判断被测输入信号为电压信号，采集模块的数字输出通道向继电器（K2）的受控端输出低电平，继电器（K2）保持初始状态不动作，电流采样电阻（R11）从电路中断开同时电压采样电阻二（R22）接入电路，从而实现对电压信号的采集测量。

3.根据权利要求1所述的一种电压电流测量自动切换电路，其特征在于：自动切换电路通过测试电压采样电阻二（R22）上的电压信号超过一定数值范围的电压值时，判断被测输入信号为电流信号，采集模块的数字输出通道向继电器（K2）的受控端输出控制信号，继电器（K2）动作，将电压采样电阻二（R22）从电路中断开同时将电流采样电阻（R11）接入电路，从而实现对电流信号的采集测量。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种电压电流测量自动切换电路，其特征在于：所述电压采样回路的电阻值大于电流采样回路的电阻值两个数量级。

5.一种利用权利要求1所述的电压电流测量自动切换电路进行电压电流测量自动切换的方法，包括以下步骤：

（1）采集模块对通道中的被测输入信号进行一次采样，通过判断电压采样电阻二（R22）上的电压信号是否在一定数值范围内；

（2）若某一通道被测输入信号的电压幅值超出一定数值范围时，采集模块将向对应的数字输出通道输出控制信号，使继电器（K2）动作，将电压采样电阻二（R22）从电路中断开同时将电流采样电阻（R11）接入电路，进入电流信号采集模式；

（3）若采集的被测输入信号幅值未超出范围时，采集模块将向对应的数字输出通道输出相应的控制信号，继电器（K2）不动作，电流采样电阻（R11）从电路中断开同时电压采样电阻二（R22）接入电路，进入电压信号采集模式；

（4）保持继电器（K2）状态，进行后续信号的采集；

（5）测量过程结束后，继电器（K2）恢复到初始状态，进而使自动切换电路恢复到初始状态。

6.根据权利要求5所述的一种电压电流测量自动切换方法，其特征在于：所述自动切换电路恢复到初始状态的过程包括，采集模块的数字输出通道向继电器（K2）的受控端自动输出低电平，继电器（K2）再次动作，将电流采样电阻（R11）从电路中断开同时将电压采样电阻二（R22）接入电路，自动切换电路恢复到初始状态。

7.根据权利要求5或6所述的一种电压电流测量自动切换方法，其特征在于：不管被测输入信号是电压信号还是电流信号，首先将被测输入信号作为一定数值范围内的电压信号进行检测。

8.根据权利要求7所述的一种电压电流测量自动切换方法，其特征在于：当来自电流传感器的被测输入信号在电压采样电阻二（R22）上产生的电压超过一定数值后，电流传感器处于饱和状态，电压采样电阻二（R22）上的电压值限制在一定数值范围内。