CN105093134B - 一种多通道复用的电源检漏自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道复用的电源检漏自动控制装置，装置包括多个精密电阻网络、电压选通切换电路、检漏电路、采样电路、AD转换电路、电平转换电路、控制器。其中各路待检测电压分别与各精密电阻网络相连接，精密电阻网络通过电阻分压实现降压处理，电压选通切换电路通过切换继电器实现某一路电压的接通，根据系统需求在检漏电路中通过切换继电器选通某一路电路实现正漏电路、或负漏电路、或零位电路接通。通过采样电路将模拟信号送入AD转换电路以转换为数字信号，经过电平转换电路送入控制器进行处理以完成某一路电压的漏电检测过程。本发明装置可完成在本控或程控条件下系统自动、实时检漏电，实现多路待检测电压中任一路的漏电检测。

Description

一种多通道复用的电源检漏自动控制装置

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种多通道复用的电源检漏自动控制装置。

背景技术

在车载系统中，漏电作为一个重要的安全隐患，危害性极大。因此，在测试发控系统中，漏电检测是整个系统中必不可少的组成部分。目前系统中检测漏电方法都是通过人工手动操作完成，其存在一定的弊端：自动化程度较低、检测效率较低、只能给出定性的检漏电结果，无法对漏电程度进行量化，完全依靠人工操作和判读，容易造成误操作、误判和漏判。系统中多个单机使用各自的检漏电路，一定程度上存在资源的浪费。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种多通道复用的电源检漏自动控制装置，可实现在本控或程控条件下系统的自动、实时检漏电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种多通道复用的电源检漏自动控制装置，所述装置包括多个精密电阻网络、电压选通切换电路、检漏电路、采样电路、AD转换电路、电平转换电路和控制器，

其中，各精密电阻网络输入端分别连接各路待检测电压，输出端均连接电压选通切换电路的第一输入端，用于对所述各路待检测电压进行降压处理，以保证进入到电压选通切换电路的电压在预设范围内；

所述电压选通切换电路的输出端连接检漏电路输入端，第二输入端连接控制器第一输出端，用于接收控制器发送的接通控制信号，以实现所述各路待检测电压中某一路电压的接通；

所述检漏电路输出端连接采样电路输入端，用于对接通后的电压实现正漏电路、负漏电路或零位电路接通，输出电路接通后的模拟信号至采样电路；

所述采样电路输出端连接AD转换电路输入端，用于接收检漏电路发送的模拟信号，并实现电路为零位电路、检正漏电路或检负漏电路时的电压采样，将采样后的模拟信号发送至AD转换电路；

所述AD转换电路输出端连接电平转换电路输入端，用于将所述采样后的模拟信号转换为数字信号并发送至电平转换电路；

所述电平转换电路输出端连接控制器第一输入端，用于对所述数字信号进行电平转换后使得转换后的数字信号满足控制器要求，将所述满足要求的数字信号发送至控制器；

所述控制器用于对电平转换后的数字信号进行计算，判断待检测电压的漏电情况，输出检测结果。

作为进一步优选地，所述装置还包括本控通信电路、程控通信电路、显示及报警电路和上位机，

所述本控通信电路输入端连接控制器第二输出端，输出端连接显示及报警电路输入端，用于将所述检测结果发送至显示及报警电路；

所述显示及报警电路输入端连接本控通信电路输出端，用于显示所述检测结果，并在检测结果不满足系统要求时进行报警；

所述程控通信电路第一输入端连接控制器第三输出端，第二输入端连接上位机输出端，第一输出端连接上位机输入端，用于实现控制器与上位机的数据传输；

所述上位机用于通过程控通信电路发送检测信号至控制器，由控制器转换为所述接通控制信号，以驱动电压选通切换电路实现所述各路待检测电压中某一路电压的接通；上位机还用于通过程控通信电路接收控制器发送的检测结果并进行显示和处理。

作为进一步优选地，所述检漏电路包括检零位电路、检正漏电路和检负漏电路，所述检零位电路包括第一继电器K2H，第一继电器K2H输入端连接电压选通切换电路输出端,输出端连接采样电路输入端；检正漏电路包括第二继电器K2B和第三继电器K2D,其中第二继电器K2B一端与JK相连接，一端通过电阻R4与电压选通切换电路的JL+相连接，第三继电器K2D一端与JL-相连接，一端通过电阻R3与电压选通切换电路的JL+相连接；检负漏电路包括第二继电器K2B、第三继电器K2D和第四继电器K2F，其中第二继电器K2B一端与JK相连接，一端与第四继电器K2F相连接，第四继电器K2F另外一端与电压选通切换电路的JL+相连接，第三继电器K2D一端与JL-信号相连接，一端通过电阻R3与电压选通切换电路的JL+相连接；所述JK为机壳信号,所述JL+为被检测电压的正端经过电阻分压后的电源正,JL-为被检测电压的负端经过电阻分压后的电源负。

作为进一步优选地，所述控制器用于对电平转换后的数字信号进行计算，判断待检测电压的漏电情况，其中正漏电阻值R1和R2为所述精密电阻网络中的分压电阻，R3和R4为检正漏电路时切换到电路中的电阻，V₁为第二继电器K2B和第三继电器K2D闭合前的电压值,V₂为第二继电器K2B和第三继电器K2D闭合后的电压值；负漏电阻值R1和R2为所述精密电阻网络中的分压电阻，R3为检负漏电路时切换到电路中的电阻，V₁'为第二继电器K2B、第三继电器K2D和第四继电器K2F闭合前的电压值,V₂'为第二继电器K2B、第三继电器K2D和第四继电器K2F闭合后的电压值。

因此，本发明可以获得以下的有益效果：本发明的检漏电路、采样电路、AD电路采用模块化、通用化设计，多通道电压检测时分时共用，根据系统需要，可实时实现多路待检测电压中任何一路的自动正漏检测、负漏检测以及通过采集的漏电电压，并可计算出漏电电阻，对漏电程度进行量化，检测结果可实时在本控状态下的显示屏上显示或者程控状态下的上位机显示。本发明的检漏自动装置集成度高、体积小、可靠性高、抗干扰能力和环境适应性强，适用于多通道、分时和恶劣环境下的高精度采样，可方便地应用于各类工作场合。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明多通道复用的电源检漏自动控制装置结构示意图；

图2为本发明精密电阻网络电路结构示意图；

图3为本发明电压选通切换电路结构示意图；

图4为本发明检漏电路结构示意图；

图5为本发明采样电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明装置由多个精密电阻网络、电压选通切换电路、检漏电路、采样电路、AD电路、电平转换电路和控制器组成。

其中，各精密电阻网络输入端分别连接各路待检测电压，输出端均连接电压选通切换电路的第一输入端。精密电阻网络通过电阻分压实现对检测电压的降压处理，以保证进入到电压选通切换电路的电压在要求的合理范围内。

电压选通切换电路的输出端连接检漏电路输入端，第二输入端连接控制器第一输出端。电压选通切换电路用于接收控制器发送的接通控制信号，以切换其内部的继电器实现某一路电压的接通。

检漏电路输出端连接采样电路输入端，用于根据系统需求通过切换其内部的继电器选通某一路电路实现正漏电路、负漏电路或零位电路的接通。

所述采样电路输出端连接AD转换电路输入端，用于接收检漏电路发送的模拟信号并实现电路为检零位电路、检正漏电路或检负漏电路时的电压采样(可通过运算放大器和隔离放大器实现)，处理后发送至AD转换电路。

AD转换电路输出端连接电平转换电路输入端，用于将采样后的模拟信号转换为数字信号并发送至电平转换电路。

电平转换电路输出端连接控制器第一输入端，用于对所述数字信号进行电平转换后使得转换后的电信号满足控制器要求，并发送至控制器。

控制器用于对电平转换后的数字信号进行计算，以判断检测电压的漏电情况，输出检测结果。

实际应用中，为了更方便直观地显示检测结果、实现对待检电源的控制，本发明装置还包括本控通信电路、程控通信电路、显示及报警电路和上位机。

本控通信电路输入端连接控制器第二输出端，输出端连接显示及报警电路输入端，用于将所述检测结果发送至显示及报警电路。

显示及报警电路输入端连接本控通信电路输出端，用于显示所述检测结果，并在检测结果不满足系统要求时进行报警。

程控通信电路第一输入端连接控制器第三输出端，第二输入端连接上位机输出端，第一输出端连接上位机输入端，用于实现控制器与上位机的数据传输。

上位机用于通过程控通信电路发送检测信号至控制器，由控制器转换为接通控制信号，以驱动电压选通切换电路实现所述各路待检测电压中某一路电压的接通；上位机还用于通过程控通信电路接收控制器发送的检测结果并进行显示。

以下结合一个具体实施例对本发明方案作进一步说明。

如图1所示，本发明由精密电阻网络、电压选通切换电路、检漏电路、采样电路、AD电路、电平转换电路、控制器、本控通信电路、程控通信电路和显示及报警电路组成。

其中，精密电阻网络由电阻R1和R2组成分压电路，如图2所示。精密电阻网络用于将输入的检测电压V1转换成V1out，不同的检测电压对应不同的分压比，其中R1和R2值的大小由采样电路的采样范围决定。为保证AD转换电路的线性度和提高采样的精度，通常保证精密电阻网络分压后的数值在AD芯片采样范围的中间值附近，且电阻均选取精密电阻。

如图3所示，电压选通切换电路的其中一路由继电器K1B和K1D组成。其中，开关K1A控制K1B的选通与断开，开关K1C控制K1D的选通与断开。控制器发出控制信号，经过电平转换，然后控制继电器的开与断以实现某一路分压后的电压接通。当KZ_+V1out和KZ_+V1out同时为高时，继电器K1B和K1D就处于闭合状态，电路接通。为保证电路的安全性以及可靠性，控制器程序中对继电器的控制信号做了与处理，即保证任何一个时刻只有其中一路继电器处于接通状态或者所有继电器处于断开状态。

检漏电路用于实现对各路检测电压的正漏状态、负漏状态、零位状态的电路切换。检漏电路通常由检零位电路、检正漏电路和检负漏电路组成，如图4所示，在本实施例中，检漏电路包括检零位电路、检正漏电路和检负漏电路，其连接关系为检零位电路的控制信号JLLW控制继电器K2H的接通与断开，检正漏电路的控制信号JLZL1和JLZL2分别控制继电器K2B和K2D的接通与断开，检负漏电路的控制信号JLFL控制继电器K2F的接通与断开。

由于检测电压是多路的，不同的器件存在不同的参数的偏差，为保证检测的准确性，每次检漏开始前，都必须先校零位。将采样的零位值作为基准值，零位采样完成后再进行正漏、负漏的采样。如图4所示，其中JK为机壳信号，通过电缆与实际系统的机壳相连接，JL+为被检测电压N的正端经过电阻分压后的电源正,JL-为被检测电压N的负端经过电阻分压后的电源负。检漏具体实施过程为：

第一步，在保证电压选通切换电路全部处于断开的前提下，将检零位电路控制信号JLLW置高，闭合继电器K2H，采集零位值V0，采集的V0值作为AD采集其它电压值的零位值。然后将JLLW置低，断开K2H；

第二步，通过电压选通切换电路选通一路电压，采样此时的电压值为V1；

第三步，将检正漏电路控制信号JLZL1和JLZL2置高，闭合继电器K2B和K2D,电阻R3和R4接入电路改变了原电路的结构，JL+通过R4与系统机壳相连接，采样此时的正漏状态下电压值V2，然后将JLZL1和JLZL2置低，断开继电器K2B和K2D；

第四步，将正漏电路控制信号JLZL1和JLZL2和检负漏电路控制信号JLFL同时置高，闭合继电器K2B、K2D和K2F，电阻R3接入电路改变了原电路的结构，JL-通过R3与系统机壳相连接，采样此时的负漏状态下的电压值V2’，然后断开继电器K2B、K2D和K2F。

第五步，根据采集的V1、V2、V1’、V2’值代入检漏电公式即可算出系统在正漏、负漏状态下漏电状况。检漏电的公式根据图1精密电阻网络中的电阻和图4检漏电电路中的电阻计算得到正漏电阻公式和负漏电阻公式即V₁'为继电器K2B、K2D和K2F闭合前的电压值,V₂'为K2B、K2D和K2F闭合后的电压值。在本发明一个优选实施例中，R1＝R4＝150K，R2＝R3＝24.9K(计算时按25K进行近似计算处理)，通过继电器切换，变换电路结构，正漏公式为：负漏公式为：

采样电路用于实现电路处于检零位电路或检正漏电路或检负漏电路时的电压采样。如图5所示，本实施例中采样电路由运算放大器N1、N3和隔离放大器N2组成，隔离放大器N2保证了输入电压和控制器之间的电压完全隔离开。

本实施例中，AD电路优选为具有12位待并行微机接口的逐次逼近型模数转换芯片AD1674ARZ，其转换时间只需要10μs，有四种输入范围可供选择，为保证电路的通用性，该设计中采用了0-20V的输入范围，输出采用并行方式。

控制器通常可选择DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field ProgrammableGate Array)、ARM(Advanced RISCMachines)或SoC(System on Chip)。控制器用于实现对电压选通切换电路中继电器的控制、通过RS485与显示及报警电路的显示屏进行通信、通过以太网与上位机进行通信以及对采样数值进行处理，具体处理过程是根据V0、V1和V2的值判断电路是否漏电，进而可计算出漏电的等效电路。将计算结果通过本控通信电路送到显示以及报警电路进行显示或进行声光报警，或者通过程控通信电路送到上位机进行显示。

本控通信电路通过RS485电路完成控制器与显示屏的数据通信。以太网模块可优选为型号为ZNE-100TL的嵌入式以太网转串口模块，可实现串口与以太网的相互转化，移植性强。上位机可通过程控通信电路对系统任何一路电源进行实时检漏。

显示及报警电路用于将检测电压的检漏情况及等效电阻时时显示在显示屏上，以便定量的掌握系统的各部分电源的检漏电情况，同时当有任何一路漏电指标超过指定值时，根据漏电程度，将进行声音或者灯光报警，或者上传到上位机，以提醒对其中某一路电源进行处理，起到保护系统同时保护人身安全的作用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多通道复用的电源检漏自动控制装置，其特征在于，所述装置包括多个精密电阻网络、电压选通切换电路、检漏电路、采样电路、AD转换电路、电平转换电路和控制器，

其中，各精密电阻网络输入端分别连接各路待检测电压，输出端均连接电压选通切换电路的第一输入端，用于对所述各路待检测电压进行降压处理，以保证进入到电压选通切换电路的电压在预设范围内；

所述电压选通切换电路的输出端连接检漏电路输入端，第二输入端连接控制器第一输出端，用于接收控制器发送的接通控制信号，以实现所述各路待检测电压中某一路电压的接通；

所述检漏电路输出端连接采样电路输入端，用于对接通后的电压实现正漏电路、负漏电路或零位电路接通，输出电路接通后的模拟信号至采样电路；

所述采样电路输出端连接AD转换电路输入端，用于接收检漏电路发送的模拟信号，并实现电路为零位电路、检正漏电路或检负漏电路时的电压采样，将采样后的模拟信号发送至AD转换电路；

所述AD转换电路输出端连接电平转换电路输入端，用于将所述采样后的模拟信号转换为数字信号并发送至电平转换电路；

所述电平转换电路输出端连接控制器第一输入端，用于对所述数字信号进行电平转换后使得转换后的数字信号满足控制器要求，将所述满足要求的数字信号发送至控制器；

所述控制器用于对电平转换后的数字信号进行计算，判断待检测电压的漏电情况，输出检测结果；

所述检漏电路包括检零位电路、检正漏电路和检负漏电路，所述检零位电路包括第一继电器K2H，第一继电器K2H输入端连接电压选通切换电路输出端,输出端连接采样电路输入端；检正漏电路包括第二继电器K2B和第三继电器K2D,其中第二继电器K2B一端与JK相连接，一端通过电阻R4与电压选通切换电路的JL+相连接，第三继电器K2D一端与JL-相连接，一端通过电阻R3与电压选通切换电路的JL+相连接；检负漏电路包括第二继电器K2B、第三继电器K2D和第四继电器K2F，其中第二继电器K2B一端与JK相连接，一端与第四继电器K2F相连接，第四继电器K2F另外一端与电压选通切换电路的JL+相连接，第三继电器K2D一端与JL-信号相连接，一端通过电阻R3与电压选通切换电路的JL+相连接；所述JK为机壳信号,所述JL+为被检测电压的正端经过电阻分压后的电源正,JL-为被检测电压的负端经过电阻分压后的电源负。

2.如权利要求1所述的多通道复用的电源检漏自动控制装置，其特征在于，所述装置还包括本控通信电路、程控通信电路、显示及报警电路和上位机，

所述本控通信电路输入端连接控制器第二输出端，输出端连接显示及报警电路输入端，用于将所述检测结果发送至显示及报警电路；

所述显示及报警电路输入端连接本控通信电路输出端，用于显示所述检测结果，并在检测结果不满足系统要求时进行报警；

所述程控通信电路第一输入端连接控制器第三输出端，第二输入端连接上位机输出端，第一输出端连接上位机输入端，用于实现控制器与上位机的数据传输；

所述上位机用于通过程控通信电路发送检测信号至控制器，由控制器转换为所述接通控制信号，以驱动电压选通切换电路实现所述各路待检测电压中某一路电压的接通；上位机还用于通过程控通信电路接收控制器发送的检测结果并进行显示和处理。

3.如权利要求1所述的多通道复用的电源检漏自动控制装置，其特征在于，判断待检测电压的漏电情况，其中正漏电阻值R1和R2为所述精密电阻网络中的分压电阻，R3和R4为检正漏电路时切换到电路中的电阻，V₁为第二继电器K2B和第三继电器K2D闭合前的电压值,V₂为第二继电器K2B和第三继电器K2D闭合后的电压值；负漏电阻值R1和R2为所述精密电阻网络中的分压电阻，R3为检负漏电路时切换到电路中的电阻，V₁'为第二继电器K2B、第三继电器K2D和第四继电器K2F闭合前的电压值,V₂'为第二继电器K2B、第三继电器K2D和第四继电器K2F闭合后的电压值。