CN104237625A - 一种全状态起重机械电流检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全状态起重机械电流检测仪，所述检测仪包括电压和电流互感器、调制滤波电路、电能计量芯片电路、微控制器MCU和外围通信端口，所述互感器，将起重机械电动机的电压电流信号进行转变；滤波电路，将所述互感器转变后的信号调制成适当幅值的电压信号，经滤波处理后传输至电能计量芯片；电能计量芯片电路，将所述电压电流信号进行数模转换，并将转换后的数据存储于芯片内部的寄存器中；微控制器MCU，读取电能计量芯片中保存的电压电流参数数据，并将所述数据进行分析处理；外围通信端口，将所述分析处理后的数据与其它设备交换数据。

Description

一种全状态起重机械电流检测仪

技术领域

本发明涉及电学测量领域，尤其涉及一种应用在起重机械和电梯设备的检验检测活动中，通过测量起重机械和电梯设备中电动机工作时的电流和电压信号，结合具体的检验检测项目来辅助分析设备的运行状态的仪器设备。 

背景技术

在起重机械和电梯设备的检验检测活动中，涉及电气方面的项目比较少，所使用的检验仪器多为电压表、电流表等工具，这些检验用仪表存在以下缺点：(1)不能同时记录电压和电流数据，确保供电容量是否符合要求。(2)肉眼读数，不能真实反映设备运行状态的电气特征。(3)难以准确记录设备从启动到停止全过程电气特征，从而不能准确校验电气系统设计的合理性。(4)对于起重机械这类同一机构多台电动机拖动的设备，无法同时测量每台电动机的电气特征，以分析每台电动机是否工作正常。(5)不能通过对设备中电动机的电压电流信号测量来辅助机械设备的工作状态。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种全状态起重机械电流检测仪，该检测仪应用于起重机械和电梯设备检验，通过测量起重机械和电梯设备中电动机工作时的电流和电压信号，结合具体的检验检测项目来辅助分析设备的运行状态。 

本发明的目的通过以下的技术方案来实现： 

本发明的全状态起重机械电流检测仪通过电流互感器和电压互感器测量电动机的电流和电压，电流和电压互感器转变后的信号调制成适当幅值的电压信号，经滤波处理后送至电能计量芯片；电能计量芯片电路，将所述电压 电流信号进行数模转换，并将转换后的数据存储于芯片内部的寄存器中；微控制器MCU，读取电能计量芯片中保存的电压电流参数数据，并将所述数据进行分析处理；外围通信端口，将所述分析处理后的数据与其它设备交换数据。 

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点： 

本发明在起重机械和电梯检验检测中，能够实现对设备中电动机的电流电压从启动到停止的全状态测量和分析，还可以通过使用无线通信适配器将多台全状态起重机械电流检测仪联网实现多台电动机组成同一机构的运行状态测量和分析，以各种有效直观的数据提高检验检测的准确性和可靠性。 

附图说明

图1是本发明实施结构原理图； 

图2是本发明所涉及的无线通信适配器结构原理图； 

图3是本发明所组成的联网数据采集系统结构原理图； 

图4是本发明的无线通信适配器电路原理图； 

图5是本发明全状态起重机械电流检测仪的电路原理图； 

图6是本发明全状态起重机械电流检测仪的电路原理图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。 

如图1所示，是本发明实施结构原理图，该检测仪结构包括电压和电流互感器、调制滤波电路、电能计量芯片电路、微控制器MCU和外围通信端口，所述 

电压和电流互感器，将起重机械电动机的电压电流信号进行转变； 

调制滤波电路，将所述互感器转变后的信号调制成适当幅值的电压信号，经滤波处理后传输至电能计量芯片； 

电能计量芯片电路，将所述电压电流信号进行数模转换，并将转换后的数据存储于芯片内部的寄存器中； 

微控制器MCU，读取电能计量芯片中保存的电压电流参数数据，并将所述数据进行分析处理； 

外围通信端口，将所述分析处理后的数据与其它设备交换数据。所述外围通信端口包括：与计算机通信的USB接口，该接口与支持RS-485通信接口的设备通信；与无线通信适配器通信的无线通信接口；微控制器MCU根据按键操作状态将各种数据显示在液晶显示屏上，同时自动将采集的数据存储于U盘中，可用于离线数据分析；电源电路为每个功能电路部分提供电源。 

上述调制滤波电路，将所述互感器转变后的信号调制成0-5v的电压信号。 

上述检测仪还包括时钟电路、U盘读写电路、液晶显示电路、按键操作电路、温度传感器电路、蜂鸣报警电路、RS485通信电路、无线通信收发电路、电源电路和无线通信适配器；所述时钟电路、USB通信电路、U盘读写电路、液晶显示电路、按键操作电路、温度传感器电路、蜂鸣报警电路、RS485通信电路、电源电路分别与所述微控制器MCU连接；所述无线通信适配器与计算机连接，使计算机对起重机械由多台电动机构成的同一机构工作状态的同时测量和分析(如图2所示)。如图3所示为本发明所组成的联网数据采集系统结构原理。 

上述无线通信适配器由无线通信收发电路、微控制器MCU电路、USB通信电路构成。 

所述电流互感器和电压互感器分别通过滤波电路与所述电能计量芯片电路连接。 

图4是无线通信适配器电路结构原理，J1为USB接口，用于与计算机进行USB连接，芯片U2将USB通信协议转换为串口通信协议，与单片机U3的串口连接，完成单片机与计算机的通信功能。单片机U3与无线通信芯片U4通过SPI接口连接，单片机U3采用SPI通信协议读取无线通信芯片U4内部的收发数据。C17、C18、C19、C20、C21、C22、L2、L3、L4、L5构成天线电路，TX1为433MHZ专用天线。XT1、XT2、XT3分别为U2、U3、U4提供时钟信号，C4、C5、C6、C7、C10、C11为晶振的谐振电容。芯片U1为电压转换芯片实现将5V装换为3.3V电压，为U2、U3、U4提供工作电压，C1、C2、C3为滤波电容，L1为电源平波电感，D1为反向保护二极管，起到电源反向保护的作用。 

图5是全状态起重机械电流检测仪的时钟电路、USB通信电路、U盘读写电路、液晶显示电路、按键电路、温度传感器电路，蜂鸣报警电路、RS485通信电路、无线数据通信电路、锂电池充电电路和电压转换电路。时钟电路采用实时时钟芯片U4，XT4为U4提供时钟信号，C29为去耦电容，BAT1为U4提供后备电源，R56、R57、R58为上拉电阻，U4的SCK、I/O脚通过I2C协议与微控制器U1通信，为系统提供实时时钟信号。USB通信电路采用芯片U5实现微控制器与计算机的USB通信，J8为USB接口，芯片U5的TXD、RXD脚与微控制器的串口通信脚连接、XT5为芯片U5提供时钟信号，C31、C32为晶振XT5的谐振电容，C30为芯片U5的去耦电容。U盘读写电路采用芯片U6实现微控制器将数据读写到U盘或SD卡的功能，J9为U盘接口，J10为SD卡卡槽，XT6为芯片U6提供时钟信号，R60为限流电阻，R61、R62、R63、R64为上拉电阻，J10的INSERT、WP脚与微控制器连接实现SD卡插入和SD卡读写保护功能，J10的SDDI、SDDO、SDCS、SDCK与芯片U6连接实现U6的读写SD卡功能。芯片U6的INT、RST、TXD、RXD与微控制器芯片U1的串口通信引脚连接，微控制器芯片U1通过串口通信实现U盘和SD卡的读写操作。INT为芯片U1提供USB通信中断服务信号，RST为芯片U1提供复位芯片U6的功能。液晶显示电路采用的部件U3为128*64的点阵液晶显示器，该显示器带有中文字库，VCC与电源V33连接，GND与系统电源地连接，VOUT为U3输出的泵升电压，经电阻R65分压后输出至VO引脚，实现液晶屏对比度的调节。U3的RS、RW、E为芯片U1读写液晶屏的读写控制线，DB0-DB7为芯片U1读写液晶屏U3的数据线，BLA为U3的背光控制线，通过芯片U1的100号引脚控制三极管Q1的导通关断实现对液晶屏U3的背光控制。按键电路由按键K1、K2、K3、K4，上拉电阻R68、R69、R70、R71和去抖电容C38、C39、C40、C41组成。通过按键实现对本发明的操作功能。温度传感器电路由芯片U7、上拉电阻R72和限流电阻R73组成，通过单线通信协议实现芯片U1读取芯片U7的温度数据。蜂鸣报警电路由蜂鸣器BUZ、三极管Q2和驱动电阻R74组成，通过声响提示系统的工作状态。RS485通信电路采用芯片U8实现微控制器U1与采用RS485通信介质的系统实现互联通信功能，R75为上拉电阻，D2为单向限流二极管，R76为终端匹配电阻，R77、R78为总线限流电阻，J11为RS485 通信的物理连接口。无线通信电路采用芯片U9实现无线数据的收发功能，C42、C43、C46、C47、C48、C49、C50为芯片U9的去耦电容，R79为芯片U9的偏置电阻，C51、C52、C53、C54、C55、C56、L2、L3、L4、L5构成芯片U9的无线射频电路，TX1为433MHZ专用通信天线。芯片U9通过引脚SI、SCLK、SO、GDO2、GDO0、CSN与微控制器芯片U1连接构成SPI串行外围通信，实现芯片U1读写无线通信芯片U9内部数据的功能。 

图6所示为本发明的全状态起重机械电流检测仪的电流信号输入调制滤波电路、电压信号输入调制滤波电路、电能计量芯片电路、微控制器MCU电路。电流信号通过互感器接入到J1、J2、J3、J4接口，R1、R2、R3、R4、R7、R8、R9、R10、R13、R14、R15、R16、R19、R20、R21和R22为分压电阻，用于获取适当幅度范围的电流信号，R5、R6、R11、R12、R17、R18、R23、R24、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8构成RC滤波器对输入的电流信号滤除杂波信号，转换处理后的信号输入至芯片U2的V1P、V1N、V3P、V3N、V5P、V5N、V0P和V0N引脚。电压信号接入到J5、J6、J7和J8接口，R25-R42为限流电路，通过电压互感器将输入的电压信号转换为电流信号，通过取样电阻R43、R44、R47、R48、R51和R52获得与输入电压成正比的电压信号，再经过由R45、R46、R49、R50、R53、R54、C9、C10、C11、C12、C13和C14组成的滤波电路去除输入的电压信号中的杂波信号，转换处理后输入至芯片U2的V2P、V2N、V4P、V4N、V6P和V6N引脚。电能计量芯片U2的电路如图6所示，C15-C22为芯片U2的去耦电容，晶振XT1为芯片U2提供时钟信号，C23、C24为晶振的谐振电容，芯片U2通过引脚DOUT、DIN、SCLK、CS与芯片U1构成SPI串行外围通信，实现芯片U1读写芯片U2内部数据的功能，从而实现芯片U1获取电流电压等数据的功能。微控制器U1的电路如图6所示，XT2和XT3为U1提供时钟信号，C26、C27为XT3的谐振电容，R55、C25为芯片U1的复位电阻和电容，C28为芯片内核的去耦电容。锂电池充电电路采用锂电池充电专用芯片U3，J12、J13、J14分别为充电接口、开关接口和锂电池接口，C57、C58为去耦电容，E1为充电状态指示，R80为充电电流设置电阻。电源电压转换电路采用芯片U5和DC1实现，其中U5将锂电池输出电压转换为固定的3.3V系统电压，D1为反向限压二极管，起到保护芯片U5的作用。E3为系统电压工作状态指示， R86为设置电阻，将芯片设置为固定3.3V输出，C61为反馈电容，R85为上拉电阻，R83、R84为分压电阻，将分压信号输出至微控制器芯片U1，U1通过内部模数转换，实现锂电池电压状态的监控。芯片DC实现将锂电池输出电压转变为固定5V输出，为系统中需要5V电压的芯片供电，L1、C59组成LC滤波电路，C60为滤波电容，R82为限流电阻，E2为5V系统电压工作状态指示，J15、J16为系统的5V、3.3V电压电源输出接口。 

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。 

Claims (6)

1.一种全状态起重机械电流检测仪，其特征在于，所述检测仪包括电压和电流互感器、调制滤波电路、电能计量芯片电路、微控制器MCU和外围通信端口，所述

电压和电流互感器，将起重机械电动机的电压电流信号进行转变；

调制滤波电路，将所述互感器转变后的信号调制成电压信号，经滤波处理后传输至电能计量芯片；

电能计量芯片电路，将所述电压电流信号进行数模转换，并将转换后的数据存储于芯片内部的寄存器中；

微控制器MCU，读取电能计量芯片中保存的电压电流参数数据，并将所述数据进行分析处理；

外围通信端口，将所述分析处理后的数据与其它设备交换数据。

2.根据权利要求1所述的全状态起重机械电流检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括时钟电路、U盘读写电路、液晶显示电路、按键操作电路、温度传感器电路、蜂鸣报警电路、RS485通信电路、无线通信收发电路、电源电路和无线通信适配器；

所述时钟电路、USB通信电路、U盘读写电路、液晶显示电路、按键操作电路、温度传感器电路、蜂鸣报警电路、RS485通信电路、电源电路分别与所述微控制器MCU连接；

所述无线通信适配器与计算机连接，使计算机对起重机械由多台电动机构成的同一机构工作状态的同时测量和分析。

3.根据权利要求1所述的全状态起重机械电流检测仪，其特征在于，调制滤波电路，将所述互感器转变后的信号调制成0-5v的电压信号。

4.根据权利要求2所述的全状态起重机械电流检测仪，其特征在于，所述无线通信适配器由无线通信收发电路、微控制器MCU电路、USB通信电路构成。

5.根据权利要求1所述的全状态起重机械电流检测仪，其特征在于，所述电流互感器和电压互感器分别通过滤波电路与所述电能计量芯片电路连接。

6.根据权利要求1所述的全状态起重机械电流检测仪，其特征在于，所述外围通信端口包括：与计算机通信的USB接口、与无线通信适配器通信的无线通信接口。