CN105353203A - 一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪，主要由单片机，电压传感器，电流传感器，分别与单片机相连接的信号转换模块、相位检测电路以及显示器，分别与信号转换模块相连接的电压采样保持电路和电流采样保持电路，分别与相位检测电路相连接的电流比较电路和电压比较电路，以及串接在电流比较电路与相位检测电路之间还串接有带通滤波电路组成。本发明可以同时测试设备的电压、电流以及功率参数信号，使测试人员可以更加全面的了解设备的运行情况。本发明设置有带通滤波电路，该带通滤波电路可以过滤掉掺杂在方波信号中的干扰信号进行过滤，避免干扰信号影响本发明的测试精度。

Description

一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪

技术领域

本发明涉及一种功率测试仪，具体是指一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪。

背景技术

目前功率测试仪已被广泛应用于工业设备的在线检测和维修。然而，传统的功率测试仪功能较为单一，仅限于对设备的功率进行检测，而对设备的运行电压和电流等关键工作参数信息则不能检测，因此无法全面的反映设备的运行情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的功率测试仪功能单一的缺陷，提供一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪，主要由单片机，电压传感器，电流传感器，分别与单片机相连接的信号转换模块、相位检测电路以及显示器，分别与信号转换模块相连接的电压采样保持电路和电流采样保持电路，分别与相位检测电路相连接的电流比较电路和电压比较电路，以及串接在电流比较电路与相位检测电路之间的带通滤波电路组成；所述电压传感器串接在电压采样保持电路和电压比较电路之间；电流传感器则串接在电流采样保持电路和电流比较电路之间。

进一步的，所述带通滤波电路由放大器P3，放大器P4，三极管VT3，负极与放大器P3的正极相连接、正极则与电流比较电路相连接的电容C6，串接在放大器P3的正极和输出端之间的电阻R16，正极与放大器P3的正极相连接、负极接地的电容C7，正极与电容C7的正极相连接、负极则与电容C7的负极相连接的电容C8，一端与放大器P3的正极相连接、另一端则接地的电阻R15，正极与放大器P3的负极相连接、负极则与三极管VT3的发射极相连接的电容C9，串接在放大器P3的输出端和放大器P4的正极之间的电阻R17，以及负极与三极管VT3的发射极相连接、正极则经电阻R18后与放大器P4的输出端相连接的电容C10组成；所述放大器P3的正极接5V电压；所述三极管VT3的发射极与放大器P3的输出端相连接，其集电极接地，其基极则与放大器P4的负极相连接；所述放大器P4的输出端则与相位检测电路相连接。

所述相位检测电路由电流输入电路，电压输入电路，同时与电流输入电路和电压输入电路相连接的耦合电路，以及与耦合电路相连接的相位处理电路组成。

所述电流输入电路由放大器P1，串接在放大器P1的正极和输出端之间的电阻R3，P极与放大器P1的正极相连接、N极则与放大器P1的负极相连接的二极管D2，N极与放大器P1的正极相连接、P极则与放大器P1的负极相连接的同时接地的二极管D1，一端与放大器P1的正极相连接、另一端则与放大器P4的输出端相连接的电阻R1，以及正极与放大器P1的输出端相连接、负极则与耦合电路相连接的电容C1组成。

所述电压输入电路由放大器P2，串接在放大器P2的正极和输出端之间的电阻R4，P极与放大器P2的正极相连接、N极则与放大器P2的负极相连接的二极管D4，N极与放大器P2的正极相连接、P极则与放大器P2的负极相连接的同时接地的二极管D3，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则与电压比较电路相连接的电阻R2，以及正极与放大器P2的输出端相连接、负极则与耦合电路相连接的电容C2组成。

所述耦合电路由耦合芯片U1，三极管VT1，电容C3，N极与三极管VT1的发射极相连接、P极则经电阻R5后与电容C3的正极相连接的二极管D5，串接在电容C3的负极和耦合芯片U1的VDD管脚之间的电阻R7，一端与耦合芯片U1的CS管脚相连接、另一端则与电容C2的负极相连接的电阻R6，串接在三极管VT1的基极和发射极之间的电阻R8，以及串接在三极管VT1的发射极和耦合芯片U1的FB管脚之间的电阻R10组成；所述耦合芯片U1的BD管脚与三极管VT1的基极相连接，其GND管脚则与电容C3的负极相连接的同时接地，其FB管脚则与相位处理电路相连接，其SW管脚则与三极管VT1的集电极相连接；所述三极管VT1的发射极则同时与电容C1的负极和相位处理电路相连接。

所述相位处理电路由处理芯片U2，三极管VT2，正极经电阻R9后与处理芯片U2的RD管脚相连接、负极接地的电容C4，N极经电阻R12后与处理芯片U2的VDD管脚相连接、P极则与处理芯片U2的B管脚相连接的二极管D6，串接在电容C4的负极和处理芯片U2的VSS管脚之间的电阻R11，串接在处理芯片U2的VDD管脚和CX管脚之间的电阻R13，正极与处理芯片U2的Q管脚相连接、负极则与三极管VT2的发射极相连接的电容C5，以及一端与三极管VT2的集电极相连接、另一端则与处理芯片U2的Q管脚共同形成该相位处理电路的输出端的电阻R14组成；所述处理芯片U2的VDD管脚与三极管VT1的发射极相连接，其CX管脚则与电容C5的正极相连接，其A管脚则与三极管VT2的基极相连接，其RX管脚与三极管VT2的集电极相连接，其VSS管脚接地，其B管脚则与耦合芯片U1的FB管脚相连接；所述相位处理电路的输出端与单片机相连接。

为了达到更好的实施效果，所述耦合芯片U1为ACT364US-T集成芯片，处理芯片U2则为CD4528集成芯片。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明可以同时测试设备的电压、电流以及功率参数信号，使测试人员可以更加全面的了解设备的运行情况。

(2)本发明对电压、电流以及功率参数的测试很精度高，避免测试人员对设备运行情况产生误判。

(3)本发明设置有带通滤波电路，该带通滤波电路可以过滤掉掺杂在方波信号中的干扰信号进行过滤，避免干扰信号影响本发明的测试精度。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图。

图2为本发明的相位检测电路的结构图。

图3为本发明的带通滤波电路的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例

如图1所示，本发明的基于带通滤波电路的多功能功率测试仪，主要由单片机，电压传感器，电流传感器，分别与单片机相连接的信号转换模块、相位检测电路以及显示器，分别与信号转换模块相连接的电压采样保持电路和电流采样保持电路，分别与相位检测电路相连接的电流比较电路和电压比较电路，以及串接在电流比较电路与相位检测电路之间的带通滤波电路组成；所述电压传感器串接在电压采样保持电路和电压比较电路之间；电流传感器则串接在电流采样保持电路和电流比较电路之间。

其中，单片机作为本发明的处理中心，其优先采用AT89C51型单片机来实现。信号转换模块则用于把采集到的电压和电流模拟信号转换为电信号，其优选为ADC0809型A/D转换芯片，该ADC0809型A/D转换芯片的ALE管脚与AT89C51型单片机的PSEN管脚相连接。电压传感器用于采集设备的电压信号，其优先选用北京森社电子有限公司生产的CHV-25P型电压传感器。电流传感器用于采集设备的电流信号，其优先选用北京森社电子有限公司生产的CHB-100S型电流传感器。电压采样保持电路的输出端与ADC0809型A/D转换芯片的EOC管脚相连接，其可以使经过其内部的电压模拟信号保持不变。电流采样保持电路的输出端则与ADC0809型A/D转换芯片的OE管脚相连接，其可以使经过其内部的电流模拟信号保持不变。电流比较电路可以把电流传感器采集到的电流信号转换为相应的方波信号。带通滤波电路则用于过滤掺杂在方波信号中的干扰信号，避免干扰信号影响本发明的测试精度。电压比较电路则可以把电压传感器采集到的电压信号转换为相应的方波信号。该相位检测电路则用于对带通滤波电路和电压比较电路所输送的方波信号进行处理，从而得到一组互补的相位信号输送经单片机。显示器则用于显示设备的实时工作电压、电流以及输出功率的参数值。该电压采样保持电路，电流采样保持电路，电流比较电路以及电压比较电路均采用现有的技术即可实现。

为了更好的对电流比较电路和电压比较电路所输送的方波信号进行处理，如图2所示，该相位检测电路由电流输入电路，电压输入电路，同时与电流输入电路和电压输入电路相连接的耦合电路，以及与耦合电路相连接的相位处理电路组成。

其中，所述电流输入电路用于接收电流比较电路输出的方波信号，其由放大器P1，电阻R1，电阻R3，二极管D1，二极管D2以及电容C1组成。连接时，电阻R3串接在放大器P1的正极和输出端之间。二极管D2的P极与放大器P1的正极相连接、其N极则与放大器P1的负极相连接。二极管D1的N极与放大器P1的正极相连接、其P极则与放大器P1的负极相连接的同时接地。电阻R1的一端与放大器P1的正极相连接、其另一端则与带通滤波电路的输出端相连接。电容C1的正极与放大器P1的输出端相连接、其负极则与耦合电路相连接。

所述电压输入电路则用于接收电压比较电路输出的方波信号，其由放大器P2，串接在放大器P2的正极和输出端之间的电阻R4，P极与放大器P2的正极相连接、N极则与放大器P2的负极相连接的二极管D4，N极与放大器P2的正极相连接、P极则与放大器P2的负极相连接的同时接地的二极管D3，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则与电压比较电路相连接的电阻R2，以及正极与放大器P2的输出端相连接、负极则与耦合电路相连接的电容C2组成。

所述耦合电路用于对电流输入电路和电压输入电路所输送进来的方波信号进行耦合，其由耦合芯片U1，三极管VT1，电容C3，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R10，以及二极管D5组成。

其中，耦合芯片U1，三极管VT1以及电阻R8组成一级耦合放大电路，该一级耦合放大电路的具体结构为：电阻R8串接在三极管VT1的基极和发射极之间。耦合芯片U1的BD管脚与三极管VT1的基极相连接，其SW管脚则与三极管VT1的集电极相连接。同时，二极管D5的N极与三极管VT1的发射极相连接、其P极则经电阻R5后与电容C3的正极相连接。电阻R7串接在电容C3的负极和耦合芯片U1的VDD管脚之间。电阻R6的一端与耦合芯片U1的CS管脚相连接、其另一端则与电容C2的负极相连接。电阻R10则串接在三极管VT1的发射极和耦合芯片U1的FB管脚之间。所述的耦合芯片U1的GND管脚与电容C3的负极相连接的同时接地，其FB管脚则与相位处理电路相连接。所述三极管VT1的发射极则同时与电容C1的负极和相位处理电路相连接。

该二极管D5，电阻R5，电阻R6，电容C3以及电阻R7组成识别电路，该识别电路可以识别出电流比较电路所输出的方波信号和电压比较电路所输出的方波信号。经过识别后的方波信号输入到一级耦合放大电路进行耦合放大处理，经耦合放大处理后的两种方波传输效率更高，且可以避免方波信号在传输的过程中出现损耗。为了达到更好的实施效果，该耦合芯片优选为ACT364US-T集成芯片来实现，而该电容C3则采用耦合电容。

所述相位处理电路由处理芯片U2，三极管VT2，电阻R9，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电容C4，电容C5以及二极管D6组成。

连接时，电容C4的正极经电阻R9后与处理芯片U2的RD管脚相连接、其负极接地。二极管D6的N极经电阻R12后与处理芯片U2的VDD管脚相连接、其P极则与处理芯片U2的B管脚相连接。电阻R11串接在电容C4的负极和处理芯片U2的VSS管脚之间。电阻R13串接在处理芯片U2的VDD管脚和CX管脚之间。电容C5的正极与处理芯片U2的Q管脚相连接、其负极则与三极管VT2的发射极相连接。电阻R14的一端与三极管VT2的集电极相连接、其另一端则与AT89C51型单片机的XTAL2管脚相连接。所述处理芯片U2的Q管脚则与AT89C51型单片机的XTAL1管脚相连接。所述处理芯片U2的VDD管脚与三极管VT1的发射极相连接，其CX管脚则与电容C5的正极相连接，其A管脚则与三极管VT2的基极相连接，其RX管脚与三极管VT2的集电极相连接，其VSS管脚接地，其B管脚则与耦合芯片U1的FB管脚相连接。

其中，电阻R12，电阻R9，电阻R11，电容C4以及二极管D6组成检测电路，该检测电路可以检测出两种不同方波的相位差。而处理芯片U2则根据该相位差对两种方波进行处理，从而得到一组成互补的相位信号输送给单片机。该电容C5则起滤波作用，其可以过滤掉电路自身产生的干扰信号。为了达到更好的实施效果，处理芯片U2优选为CD4528集成芯片来实现。

如图3所示，所述带通滤波电路由放大器P3，放大器P4，三极管VT3，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电容C6，电容C7，电容C8，电容C9以及电容C19组成。

连接时，电容C6的负极与放大器P3的正极相连接、其正极则与电流比较电路相连接。电阻R16串接在放大器P3的正极和输出端之间。电容C7的正极与放大器P3的正极相连接、其负极接地。电容C8的正极与电容C7的正极相连接、其负极则与电容C7的负极相连接。电阻R15的一端与放大器P3的正极相连接、其另一端则接地。电容C9的正极与放大器P3的负极相连接、其负极则与三极管VT3的发射极相连接。电阻R17串接在放大器P3的输出端和放大器P4的正极之间。电容C10的负极与三极管VT3的发射极相连接、其正极则经电阻R18后与放大器P4的输出端相连接。所述放大器P3的正极接5V电压；所述三极管VT3的发射极与放大器P3的输出端相连接，其集电极接地，其基极则与放大器P4的负极相连接。所述放大器P4的输出端则经电阻R1后与放大器P1的正极相连接。

其中，放大器P3，电阻R16，电阻R15，电容C6以及电容C9形成高通滤波电路；而放大器P4，电容C10，电阻R17以及电阻R18则形成低通滤波电路。通过高通滤波电路和低通滤波电路的结合可以使带通滤波电路拥有更大的带宽。

工作时，电压传感器采集设备的工作电压模拟信号并发送给电压采样保持电路，而电流传感器则采集设备的工作电流模拟信号并发送给电流采样保持电路。该电压模拟信号经电压采样模块处理后输入给信号转换模块，而电流模拟信号经电流采样保持电路处理后也输入给信号转换模块。该信号转换模块把电压模拟信号和电流模拟信号转换为相应的电信号输送给单片机，单片机对输入的电信号进行识别后发送给显示器，显示器则显示相应的电压值和电流值。

同时，电压传感器还把电压模拟信号发送给电压比较电路，而电流传感器则把电流模拟信号发送给电流比较电路。该电压比较电路把输入的电压模拟信号转换为相应的方波信号并发送给相位检测电路，电流比较电路把输入的电流模拟信号转换为相应的方波信号发送给带通滤波电路，该带通滤波电路把掺杂在方波信号中的干扰信号进行彻底过滤后发送给相位检测电路。该相位检测电路把两种方波信号进行处理后形成一组互补的相位信号发送给单片机，单片机通过该信号计算出设备的输出功率，并把功率信号发送给显示器，显示器则显示出具体功率参数。

如上所述，便可很好的实施本发明。

Claims (8)

1.一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪，主要由单片机，电压传感器，电流传感器，分别与单片机相连接的信号转换模块、相位检测电路以及显示器，分别与信号转换模块相连接的电压采样保持电路和电流采样保持电路，以及分别与相位检测电路相连接的电流比较电路和电压比较电路组成；所述电压传感器串接在电压采样保持电路和电压比较电路之间；电流传感器则串接在电流采样保持电路和电流比较电路之间；其特征在于，在电流比较电路与相位检测电路之间还串接有带通滤波电路。

2.根据权利要求1所述的一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪，其特征在于：所述带通滤波电路由放大器P3，放大器P4，三极管VT3，负极与放大器P3的正极相连接、正极则与电流比较电路相连接的电容C6，串接在放大器P3的正极和输出端之间的电阻R16，正极与放大器P3的正极相连接、负极接地的电容C7，正极与电容C7的正极相连接、负极则与电容C7的负极相连接的电容C8，一端与放大器P3的正极相连接、另一端则接地的电阻R15，正极与放大器P3的负极相连接、负极则与三极管VT3的发射极相连接的电容C9，串接在放大器P3的输出端和放大器P4的正极之间的电阻R17，以及负极与三极管VT3的发射极相连接、正极则经电阻R18后与放大器P4的输出端相连接的电容C10组成；所述放大器P3的正极接5V电压；所述三极管VT3的发射极与放大器P3的输出端相连接，其集电极接地，其基极则与放大器P4的负极相连接；所述放大器P4的输出端则与相位检测电路相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪，其特征在于：所述相位检测电路由电流输入电路，电压输入电路，同时与电流输入电路和电压输入电路相连接的耦合电路，以及与耦合电路相连接的相位处理电路组成。

4.根据权利要求3所述的一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪，其特征在于：所述电流输入电路由放大器P1，串接在放大器P1的正极和输出端之间的电阻R3，P极与放大器P1的正极相连接、N极则与放大器P1的负极相连接的二极管D2，N极与放大器P1的正极相连接、P极则与放大器P1的负极相连接的同时接地的二极管D1，一端与放大器P1的正极相连接、另一端则与放大器P4的输出端相连接的电阻R1，以及正极与放大器P1的输出端相连接、负极则与耦合电路相连接的电容C1组成。

5.根据权利要求4所述的一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪，其特征在于：所述电压输入电路由放大器P2，串接在放大器P2的正极和输出端之间的电阻R4，P极与放大器P2的正极相连接、N极则与放大器P2的负极相连接的二极管D4，N极与放大器P2的正极相连接、P极则与放大器P2的负极相连接的同时接地的二极管D3，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则与电压比较电路相连接的电阻R2，以及正极与放大器P2的输出端相连接、负极则与耦合电路相连接的电容C2组成。

6.根据权利要求5所述的一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪，其特征在于：所述耦合电路由耦合芯片U1，三极管VT1，电容C3，N极与三极管VT1的发射极相连接、P极则经电阻R5后与电容C3的正极相连接的二极管D5，串接在电容C3的负极和耦合芯片U1的VDD管脚之间的电阻R7，一端与耦合芯片U1的CS管脚相连接、另一端则与电容C2的负极相连接的电阻R6，串接在三极管VT1的基极和发射极之间的电阻R8，以及串接在三极管VT1的发射极和耦合芯片U1的FB管脚之间的电阻R10组成；所述耦合芯片U1的BD管脚与三极管VT1的基极相连接，其GND管脚则与电容C3的负极相连接的同时接地，其FB管脚则与相位处理电路相连接，其SW管脚则与三极管VT1的集电极相连接；所述三极管VT1的发射极则同时与电容C1的负极和相位处理电路相连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪，其特征在于：所述相位处理电路由处理芯片U2，三极管VT2，正极经电阻R9后与处理芯片U2的RD管脚相连接、负极接地的电容C4，N极经电阻R12后与处理芯片U2的VDD管脚相连接、P极则与处理芯片U2的B管脚相连接的二极管D6，串接在电容C4的负极和处理芯片U2的VSS管脚之间的电阻R11，串接在处理芯片U2的VDD管脚和CX管脚之间的电阻R13，正极与处理芯片U2的Q管脚相连接、负极则与三极管VT2的发射极相连接的电容C5，以及一端与三极管VT2的集电极相连接、另一端则与处理芯片U2的Q管脚共同形成该相位处理电路的输出端的电阻R14组成；所述处理芯片U2的VDD管脚与三极管VT1的发射极相连接，其CX管脚则与电容C5的正极相连接，其A管脚则与三极管VT2的基极相连接，其RX管脚与三极管VT2的集电极相连接，其VSS管脚接地，其B管脚则与耦合芯片U1的FB管脚相连接；所述相位处理电路的输出端与单片机相连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于带通滤波电路的多功能功率测试仪，其特征在于：所述耦合芯片U1为ACT364US-T集成芯片，处理芯片U2则为CD4528集成芯片。