CN108802485A - 一种数字交流电流表模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电流表模块，其公开了一种数字交流电流表模块，解决传统技术中的数字电流表装置成本高、结构复杂的问题。该电流表模块包括：电源电路、采样电路、处理电路和显示电路；电源电路为数字交流电流表模块提供工作电源；采样电路包括：整流桥、采样电阻和运算放大器；显示电路包括位移缓存器芯片和数码管；处理电路包括带模数转换功能的单片机。本发明适用于对精度要求不高且对成本比较敏感场合，如教学设备、便携式设备、手持设备和民用产品的数字面板等。

Description

一种数字交流电流表模块

技术领域

本发明涉及电流表模块，具体涉及一种数字交流电流表模块，适用于对精度要求不高且对成本比较敏感场合，如教学设备、便携式设备、手持设备和民用产品的数字面板等。

背景技术

传统的数字电流表模块大多采用单片机驱动专用的模数转换芯片来采样电压数据，通过采样的电压数据来计算出对应的电流值；由于专用模数转换芯片的价格较高，这样大大增加了整个模块的成本，并且模块的结构比较复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种数字交流电流表模块，解决传统技术中的数字电流表装置成本高、结构复杂的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种数字交流电流表模块，包括：电源电路、采样电路、处理电路和显示电路；所述电源电路为数字交流电流表模块提供工作电源；所述采样电路包括：整流桥、采样电阻和运算放大器；所述显示电路包括位移缓存器芯片和数码管；所述处理电路包括带模数转换功能的单片机；所述整流桥将待测交流电流整流为直流电流，整流后的直流电流通过采样电阻，在采样电阻两端形成电势差，采样电阻高电位点的电压输入至运算放大器按比例放大后，由自带模数转换功能的单片机采集该电压数据，多次采样后计算出该电压的平均值，通过该电压值计算出待测电流的有效值后由所述移缓存器芯片按位扫描驱动数码管显示电流值。

作为进一步优化，所述电源电路包括输出电压为5V的三端稳压芯片。

作为进一步优化，所述位移缓存器芯片采用串行输入并行输出位移缓存器芯片74HC595。

作为进一步优化，所述数码管为四位八段数码管，所述位移缓存器芯片由两个74HC595进行串联。

作为进一步优化，所述电源电路的输出电压同时作为带模数转换功能的单片机进行模数转换的参考电压。

本发明的有益效果是：

本发明采用自带模数转换功能的单片机代替了单片机加专用模数转换芯片的方式，这样大大简化了电路结构，降低了设备整体的制造成本，提高了产品的竞争力；该数字交流电压表模块具有体积小，结构简单，使用灵活等优点，可以广泛使用在对精度要求不高且对成本比较敏感场合，如教学设备、便携式设备、手持设备和民用产品的数字面板等。

附图说明

图1为本发明实施例中的数字交流电流表模块电路结构示意图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种数字交流电流表模块，解决传统技术中的数字电流表装置成本高、结构复杂的问题。本发明中的数字交流电流表模块包括：电源电路、采样电路、处理电路和显示电路；所述电源电路为数字交流电流表模块提供工作电源；所述采样电路包括：整流桥、采样电阻和运算放大器；所述显示电路包括位移缓存器芯片和数码管；所述处理电路包括带模数转换功能的单片机；所述整流桥将待测交流电流整流为直流电流，整流后的直流电流通过采样电阻，在采样电阻两端形成电势差，采样电阻高电位点的电压输入至运算放大器按比例放大后，由自带模数转换功能的单片机采集该电压数据，多次采样后计算出该电压的平均值，通过该电压值计算出待测电流的有效值后由所述移缓存器芯片按位扫描驱动数码管显示电流值。

下面结合附图及实施例对本发明的方案做进一步的描述：

实施例：

如图1所示，在本实施例中，电源电路由输出电压为5V的三端稳压芯片U1和串联在U1的输出端与地之间的滤波电容C1构成；其中，U1通常采用ASM1117-5.0或7805，其它任何输出为5V的三端稳压芯片亦可，U1的输入端外接电源电压VCC，VCC根据实际情况取值，建议取值范围为9～25VDC，建议取值为12VDC，U1的输出电压为模块内部的电源电压，同时是单片机模数转换的参考电压；滤波电容C1可使用带极性的电容，可根据实际情况选定电容值的大小，建议不要小于10Uf。

采样电路由整流桥芯片D1、采样电阻R4、运算放大器U5、电阻R1-R3、滤波电容C4构成。

处理电路由带模数转换功能的单片机U4和滤波电容C2和C3构成。

整流桥芯片D1的两个输入测试端Iin1、Iin2串联到待测交流电流的回路中，输出端连接运算放大器U5的同相输入端；采样电阻R4连接在运算放大器U5的同相输入端和地之间；运算放大器U5的反相输入端通过电阻R3接地，电阻R2连接在运算放大器U5的反相输入端与输出端之间，R2和R3一起组成U5的负反馈网络，因此U5的放大倍数为(R2+R3)/R3；运算放大器U5的输出端通过电阻R1连接至单片机U4的模数转换引脚AD0，滤波电容C4连接在电阻R1接入单片机U4的一端与地之间，作为采样电路的滤波电容，可以减小干扰，建议不要小于47Pf。

显示电路由两个串行输入并行输出位移缓存器芯片U2和U3和一个四位八段数码管LED构成；位移缓存器芯片可采用74HC595；U2和U3串联后和单片机U4的I/O口相连，单片机每次输出一个16位的串行数据，然后锁存到U2和U3中，以改变U2和U3的输出值，其中DA是串行数据输入线，连接单片机的I/O口和U3的14引脚，CK是串行输入时钟线连接单片机的I/O口和U2、U3的11引脚，HS是输出锁存器的时钟线，连接单片机的I/O口和U2、U3的12引脚；引脚15、1、2、3、4、5、6、7为U2、U3的输出引脚，其中U2其中的四个输出引脚分别与数码管的位引脚SEG1、SEG2、SEG3、SEG4相连，U3的输出引脚分别与数码管的段码引脚a、b、c、d、e、f、g、dp相连，工作时依次点亮与SEG1、SEG2、SEG3、SEG4对应的数码管完成电压显示。

电容C2、C3是单片机U4的滤波电容，并联后接在单片机U4的vcc引脚与地之间；其中一个是小电容，可选用0.01～0.1uF的电容，电容值的大小由单片机的工作频率决定，另外一个是大电容，可使用带极性的电容，建议不要小于10Uf。

上述数字交流电流表模块的工作原理是：待测交流电流由D1整流成直流电流，该电流通过R4后在R4的高电位端产生电压(对地电压)，该电压为待测电流的R4倍，由U5放大后，通过R1后由单片机的一路模数转换AD0采集，采集到的值是一个分度值，然后单片机根据模数转换的参考电压计算出AD0的测得电压，每次测量计算的时间要远远小于交流电的周期，通过以上过程测量计算交流电多个周期的电压数据，然后将测得的电压数据求平均值，然后将这个平均值乘R3/(R4*(R2+R3))得到待测交流电流的有效值。最后单片机控制74HC595,由74HC595驱动数码管显示交流电电流的有效值。

Claims (5)

1.一种数字交流电流表模块，其特征在于，包括：电源电路、采样电路、处理电路和显示电路；所述电源电路为数字交流电流表模块提供工作电源；所述采样电路包括：整流桥、采样电阻和运算放大器；所述显示电路包括位移缓存器芯片和数码管；所述处理电路包括带模数转换功能的单片机；所述整流桥将待测交流电流整流为直流电流，整流后的直流电流通过采样电阻，在采样电阻两端形成电势差，采样电阻高电位点的电压输入至运算放大器按比例放大后，由自带模数转换功能的单片机采集该电压数据，多次采样后计算出该电压的平均值，通过该电压值计算出待测电流的有效值后由所述移缓存器芯片按位扫描驱动数码管显示电流值。

2.如权利要求1所述的一种数字交流电流表模块，其特征在于，所述电源电路包括输出电压为5V的三端稳压芯片。

3.如权利要求2所述的一种数字交流电流表模块，其特征在于，所述位移缓存器芯片采用串行输入并行输出位移缓存器芯片74HC595。

4.如权利要求3所述的一种数字交流电流表模块，其特征在于，所述数码管为四位八段数码管，所述位移缓存器芯片由两个74HC595进行串联。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种数字交流电流表模块，其特征在于，所述电源电路的输出电压同时作为带模数转换功能的单片机进行模数转换的参考电压。