CN103308739A - 一种网络型霍尔直流电流传感器 - Google Patents

Abstract

一种网络型霍尔直流电流传感器，采用高灵敏度差分式输出的线性霍尔元件，该元件的供电方式采用恒流供电模块供电，通过对霍尔元件输出的差分信号进行差分初级放大和可编程次级放大，然后通过偏置电路将信号偏置到预定值，使用高精度数据采集模块将转换的数字信号通过隔离电路传输到微控制器，微控制器与可编程放大模块进行双向通信，从而动态调节霍尔元件输出的模拟信号放大倍数，也能按照校准系数计算出所测电流值并通过网络通信模块7发送，软件协议提供给上层应用调零接口和校准接口，微控制器6与网络通信模块7的协同工作可实现与数据采集中心的远距离数据交互。

Description

一种网络型霍尔直流电流传感器

技术领域

本发明涉及一种网络型霍尔直流电流传感器，特别指的是一种采用开环或闭环穿孔方式，带网络通讯，自动校准，软件调零，量程自适应变更，能自动识别电流方向的数字型直流电流传感器。

背景技术

目前国内的霍尔电流传感器一般分为开环式和闭环式两种霍尔传感器，主要应用在通信机房、基站、楼宇、电力配电柜等供电线路中的电流测量，尤其以直流电流的测量为主。开环式霍尔电流传感器量程大，安装方便，但精度低，误差大，抗干扰能力弱，由于这些传感器的输出形式为模拟电压输出或模拟电流输出，因此在工程应用中还需要为其配备模拟量信号采集器，然后通过PC机读取采集器的数据，再按照一定的转换规则算出相应的电流值。这样一来增加了成本，同时也不利于集中监控，特别是在测试点比较分散的地方。并且模拟信号线经过远距离传输后容易衰减和被干扰，这样不利于电流测量的准确性。这些传感器在应用到不同的地区时由于受地磁场影响，零点都会发生偏移，因此需要手动调零来进行校准。并且传感器只有一个固定量程，当被测电流远低于满量程时，由于满量程误差的原因该种传感器将不能准确测量出小电流的值。

发明内容：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能实现TCP/IP协议的RS485网络通信，且不只限于RS RS485网络通信的数字化霍尔直流电流传感器，具有抗干扰能力强，温漂小，受电源波动影响小并且量程自适应变更，对电流可软件调零等功能的数字型霍尔直流电流传感器。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术解决方案。

本发明由差分式电流信号测量模块1、恒流供电模块2、信号调理模块3、可编程放大模块4、数据采集模块5、微控制器6、网络通信模块7、状态指示灯8和电源模块9组成。

本发明采用高灵敏度差分式输出的线性霍尔元件，该元件的供电方式采用恒流供电模块2供电。

通过对霍尔元件输出的差分信号进行差分初级放大和可编程次级放大，然后通过偏置电路将信号偏置到预定值。

使用高精度数据采集模块5将转换的数字信号通过隔离电路传输到微控制器6。

微控制器6与可编程放大模块4进行双向通信，从而动态调节霍尔元件输出的模拟信号放大倍数。

微控制器6按照校准系数计算出所测电流值并通过网络通信模块7发送，软件协议提供给上层应用调零接口和校准接口。

微控制器6与网络通信模块7的协同工作可实现与数据采集中心的远距离数据交互。

通过TCP/IP协议的RS485网络通信，能实现设备与设备之间的网络通讯，设备与监控中心之间的异地组网。

状态指示灯8显示传感器的运行状况，报警状况，通信数据的发送与接收状况。

本发明的工作流程如下：

1.差分式霍尔测量模块1通过互感的方式将穿在磁环中的直流电流转换成微弱的差分信号并输出给信号调理模块2。

2.信号调理模块2首先对输入信号进行第一次初级放大，然后以一个固定的电位值进行偏置。

3.偏置后的信号由可编程放大模块4通过微处理器6的控制来动态调节放大增益。

4.数据采集模块5以固定的转换速率将输入的模拟信号转换成数字信号

5.微处理器6启动数据采集模块5，按照一定的时间间隔读取数据采集模块5转换的数字信号数据，并计算当前电流值。

6.微处理器6由计算所得数据和当前传感器量程进行比较。根据比较结果来调节可编程放大模块4的增益大小，从而确定新的量程，并重新采集数据和计算。

7.微处理器6由计算所得数据和所设置的报警上下限值比较。根据比较结果来控制状态指示灯7，并设置报警状态标志位。

8.监控中心通过网络总线向传感器发送读取数据指令，传感器将最新读到的电流数据和报警状态标志位，电流方向标志位以固定格式向监控中心应答。

本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：

A、差分式霍尔测量模块1和差分式放大电路能够有效抑制共模抑制比，且霍尔元件通过恒流电路供电，放大电路的供电方式采用隔离双电源，这样不仅可以减小外部电源波动给信号带来的干扰，而且能够减小电路的零漂。

B、数据采集模块5采用了差分式高精度、高转换效率AD芯片，通过微控制器6软件的过采样算法能够达到0.5％的误差。

C、微处理器6将采集的数据按照校准系数计算出实际的电流值，然后通过网络通信模块7传输到监控中心。该传输方式能够方便多台传感器或不同种传感器之间的组网，而且数据传输稳定可靠，距离更远。

D、传感器的输出零点不局限于某一固定电压信号值。在零输入时信号调理模块3将霍尔元件输出的信号放大并偏置到一定的电压范围，微处理器6采集此时的电压数据作为电流零点。当不同地理位置的电流零点电位发生改变时，通过软件控制指令微处理器6会自动采集当前的电压信号作为新的零点电位，从而避免了现场传感器人工调零的麻烦。

E、微控制器6通过总线方式与可编程放大模块4通信，从而改变霍尔元件输出到AD采集输入的信号放大倍数。该放大倍数的调整由微控制器6动态监控完成。当所测量的电流值远低于传感器当前满量程时，微控制器6将发指令增大信号放大倍数。当所测量的电流值接近传感器当前满量程是，微控制器6发指令减小信号放大倍数。此方法能够满足所测电流大小为1A～1000A时的误差都在0.5％的范围内。

F、微控制器6内部程序可设置电流报警阀值，当报警条件成立时会通过软件向监控中心发送报警状态，同时传感器会有报警指示灯提示。

G、数据的发送和接收按照约定的协议进行传输，数据包中包含有方向标志位和报警状态标志位。通过上位机软件读取该标志位信息可判断电流当前的方向和是否报警。

本发明中，传感器为被动式数据传输，即上位机向传感器发请求指令后，传感器根据请求的信息进行相应的处理并返回相应的数据。本发明的特征在于该传感器能够直接组网而无需增加任何采集设备，能够通过软件自动调零且量程会根据实际电流自适应调整。

本发明的网络型霍尔电流传感器安装方便，功耗低，抗干扰能力强，通信距离长，尤其适用于被监测点比较分散的场合。

附图说明：

图1是本发明网络型霍尔电流传感器的结构图。

图2是本发明网络型霍尔电流传感器的工作原理图。

具体实施方式：

如图2电源模块9为该网络型霍尔直流电流传感器的其它模块提供供电电源，该电源提供多路不同电压值，不同极性以及带隔离的供电电源，使得各个功能模块能独立工作，不相互影响，提供整体抗干扰能力。恒流供电模块2产生特定大小的电流值给差分霍尔元件供电，差分式霍尔测量模块1将感应到的直流电流信号以差分信号的形式输出。信号调理模块3将输入的差分信号进行初级放大，并偏置到相应的电位上。可编程放大模块4在相应指令的控制下能够改变输入信号的放大增益。数据采集模块5将输入的电压信号转换成数字信号。微处理器6读取数据采集模块5转换的数字信号后进行相应的计算并处理。状态指示灯8指示报警状态和数据的发送、接收状态。网络通信模块7对采集到的电流值、报警状态和电流方向等信息通过网络方式报告给上级监控中心，上级监控中心可以通过通信模块控制设备，达到远程监控的目的。

Claims (9)

1.一种网络型霍尔直流电流传感器，由差分式电流信号测量模块1、恒流供电模块2、信号调理模块3、可编程放大模块4、数据采集模块5、微控制器6、网络通信模块7、状态指示灯8和电源模块9组成。其特征是能实现TCP/IP协议的RS485网络通信，且不只限于RS RS485网络通信的数字化霍尔直流电流传感器，具有抗干扰能力强，温漂小，受电源波动影响小并且量程自适应变更，对电流可软件调零等功能的数字型霍尔直流电流传感器。

2.如权利要求1所述的一种网络型霍尔直流电流传感器，其特征在于采用高灵敏度差分式输出的线性霍尔元件，该元件的供电方式采用恒流供电模块2供电。

3.如权利要求1所述的一种网络型霍尔直流电流传感器，其特征在于通过对霍尔元件输出的差分信号进行差分初级放大和可编程次级放大，然后通过偏置电路将信号偏置到预定值。

4.如权利要求1所述的一种网络型霍尔直流电流传感器，其特征在于通过TCP/IP协议的RS485网络通信，能实现设备与设备之间的网络通讯，设备与监控中心之间的异地组网。

5.如权利要求1所述的一种网络型霍尔直流电流传感器，其特征在于使用高精度数据采集模块5将转换的数字信号通过隔离电路传输到微控制器6。

6.如权利要求1所述的一种网络型霍尔直流电流传感器，其特征在于微控制器6与可编程放大模块4进行双向通信，从而动态调节霍尔元件输出的模拟信号放大倍数。

7.如权利要求1所述的一种网络型霍尔直流电流传感器，其特征在于微控制器6与网络通信模块7的协同工作可实现与数据采集中心的远距离数据交互。

8.如权利要求1所述的一种网络型霍尔直流电流传感器，其特征在于微控制器6按照校准系数计算出所测电流值并通过网络通信模块7发送，软件协议提供给上层应用调零接口和校准接口。

9.如权利要求1所述的一种网络型霍尔直流电流传感器，其特征在于状态指示灯8显示传感器的运行状况，报警状况，通信数据的发送与接收状况。

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