CN109118910A - 一种直流电流方向检测装置 - Google Patents

一种直流电流方向检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直流电流方向检测装置，包括微控制器、LED电路和节点电压输入电路。微控制器用于将若干节点电压转换成对应的电压数据进行对比并生成数据；LED电路用于通过接收微控制器生成的数据，显示直流电的大小和方向；节点电压输入电路用于为微控制器提供节点电压。采用本发明，可实现直流电大小和方向的可视化，方便理解直流电的特性。

Description

一种直流电流方向检测装置
技术领域
本发明涉及电子电路领域，尤其涉及一种直流电流方向检测装置。
背景技术
在直流电路中，由于无法直接观察电流的流动，使得学生特别是低年级学生难以理解直流电流。现有的各种直流电流方向演示器等教学演示仪器，通过检测电路中有电流流过时，顺序依次点亮多个发光二极管，用于直观表示电流的流动方向。但现有技术只能检测两个固定点之间的电流流动方向，对于三个点或多个点的电流流动方向以及任意点的电流无法正确识别并显示，且通过发光二极管显示的电流只能表示电流的有无及方向，无法表示电流的大小。
发明内容
本发明提出一种直流电流方向检测装置，实现任意的两个点或多个点的直流电流检测，并通过发光二极管实现直流电流流动方向及电流大小的可视化。
本发明实施例提供一种直流电流方向检测装置，包括：节点电压输入电路、微控制器、LED电路；
所述节点电压输入电路包括多个节点，所述多个节点与外部输入电路连接，产生若干节点电压；
所述节点电压输入电路与所述微控制器连接；
所述微控制器用于将所述若干节点电压转换成对应的电压数据后，对若干所述电压数据进行对比；
所述微控制器还用于完成所述电压数据的对比后，生成处理数据；
所述微控制器与所述LED电路连接；
所述LED电路用于通过接收所述微控制器生成的所述处理数据，显示直流电的大小与方向。
进一步的，所述微控制器用于将若干节点电压转换成对应的电压数据后，对若干所述电压数据进行对比，具体为：
若干所述电压数据组成数据链；
所述微控制器根据所述数据链，对两两相邻的所述电压数据进行对比检测；
若所述微控制器检测到两个相邻的所述电压数据相等，则两个相邻的所述电压数据对应的节点间无电流流入；
若所述微控制器检测到所有的所述电压数据均相等，则所述微控制器判断所述节点电压输入电路无电流流入；
若所有所述电压数据中存在不相等的一组电压数据，则所述微控制器判断不想等的一组所述电压数据对应的节点间有电流流入，并在所有所述电压数据对比结束后，查找所有所述电压数据中的起始电压数据；
完成所有所述电压数据中的所述起始电压数据查找后，所述微控制器以所述起始电压数据为起始点，利用所述起始电压数据与左右两边的所述电压数据进行比较；
所述起始电压数据为所有被查找的所述电压数据中数值最大的所述电压数据。
进一步的，所述微控制器以所述起始电压数据为起始点，利用所述起始电压数据与左右两边的所述电压数据进行比较，具体为：
若所述起始电压数据的数量不唯一时，则相邻的所述起始数据中，所述微控制器以最左端的所述起始数据向左进行所述电压数据比较，以最右端的所述起始数据向右进行所述电压数据比较；
若所述起始电压数据数量唯一且处于所述数据链的最右端时，则所述起始电压数据向左进行所述电压数据比较；
若所述起始电压数据数量唯一且处于所述数据链的最左端时，则所述起始电压数据向右进行所述电压数据比较；
若所述起始电压数据数量唯一且不处于所述数据链的最右端和最左端时，则所述起始电压数据先向左进行电压数据比较，再向右进行电压数据比较。
进一步的，所述起始电压数据向左进行电压数据比较，具体为：
所述微控制器创建一个数组作为当前数组；
所述当前数组将所述起始电压数据作为当前电压数据，向左比较下一个所述电压数据；
所述数组以所述起始电压数据为起始点，向左比较所述起始电压数据的下一个所述电压数据；
若被比较的所述电压数据小于所述当前电压数据，则将所述当前电压数据储存在所述数组中的第一位；
将被比较的所述电压数据排在所述起始电压数据之后储存到所述数组，并将被比较的所述电压数据作为所述当前电压数据；
将所述当前电压数据继续向左比较，若所述当前电压数据大于比较的所述电压数据，则将被比较的所述电压数据排在所述当前电压数据之后储存到所述数组，并将被比较的所述电压数据作为所述当前电压数据，继续向左进行比较；
若所述当前电压数据等于或小于被比较的所述电压数据，则所述微控制器停止所述电压数据的比较，储存所述当前数组后，所述微控制器在所述当前电压数据左边剩余的所述电压数据中继续查找最大的所述电压数据作为所述起始电压数据后，创建新的数组继续进行比较，直至比较完左边的所述电压数据；
所述起始电压数据向右进行电压数据比较的方法，与所述起始电压数据向左进行电压数据比较的方法相同。
进一步的，所述微控制器还用于完成所述电压数据的对比后，生成处理数据，具体为：
所述数组中包括位置数据；其中，所述位置数据用于表示数组内每个所述电压数据的位置；
所述微控制器根据所述位置数据对应的每个所述电压数据的大小关系，生成表示电流流动方向的方向处理数据和表示电流大小的电流值处理数据。
进一步的，所述LED电路包括：LED驱动电路和LED显示电路；
所述LED驱动电路用于将所述方向处理数据和所述电流值处理数据传输到所述LED显示电路；
所述LED显示电路根据所述方向处理数据和所述电流值处理数据，显示直流电的方向与大小。
进一步的，所述LED显示电路根据所述电流值处理数据和所述方向处理数据，显示直流电的大小与方向，具体为：
所述LED显示电路包括多个LED接口；
所述LED显示电路根据所述电流值处理数据，确定所述LED显示电路中各所述LED接口外接的发光二极管的亮度，从而显示电流的大小；
所述LED显示电路根据所述方向处理数据，控制所述各LED接口外接的发光二极管的点亮顺序，从而显示所述电流流动的方向。
进一步的，所述节点电压输入电路包括电压分压电路、取样电路和调理电路；
所述电压分压电路与所述取样电路连接；
所述取样电路与若干所述调理电路和外部的直流电输入电路连接；
若干所述调理电路与所述微控制器的模拟/数字转换器输入端连接；
每个所述调理电路对应不同的所述模拟/数字转换器的输入端接口；
所述电压分压电路用于对内部电源电压进行分压，得到所述取样电路的初始化参考电压；
所述取样电路用于根据所述初始化参考电压和所述直流电输入电路输入的电流，生成若干个节点电压；
若干所述调理电路用于对每个所述节点电压进行处理后，通过所述微控制器的模拟/数字转换器的输入端将每个所述节点电压传送到所述微控制器。
进一步的，所述电压分压电路包括第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻与内部电源端连接；
所述取样电路通过与所述第一电阻和所述第二电阻的节点连接，获取所述初始化参考电压。
进一步的，所述取样电路包括若干个取样电阻；
若干个所述取样电阻互相连接产生若干所述节点；
所述若干节点根据所述初始化参考电压和所述直流电输入电路输入的电流，产生对应的所述节点电压；
所述若干节点与若干所述调理电路连接，所述若干节点通过若干所述调理电路将对应的所述节点电压传送到所述微处理器。
本发明实施例提供的一种直流电流方向检测装置，通过取样电路对流入的直流电进行取样后，通过调理电路传输至微控制器，由微控制器对采集到的电压数据进行判断和处理后，通过LED驱动电路将数据传输至LED显示电路，根据LED显示电路外接的发光二极管的工作状态，实现直观的观察直流电流的流动方向以及大小。
附图说明
图1是本发明提供的一种直流电流方向检测装置的一个实施例的结构图；
图2是本发明提供的一种直流电流方向检测装置的一个实施例的电路原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明提供的一种直流电流方向检测装置的一个实施例的结构示意图。包括微控制器101、LED电路102和节点电压输入电路103。
微控制器101与LED电路102连接。节点电压输入电路103与微控制器101连接。
节点电压输入电路103包括多个节点，多个节点与外部输入电路连接，产生若干节点电压。
微控制器101用于将若干节点电压转换为对应的电压数据后，对若干电压数据进行对比。微控制器101还用于完成电压数据的对比后，生成处理数据。
具体的，微控制器101对接收到的电压数据根据接收顺序从左向右进行排列，组成数据链。微控制器101根据该数据链，对电压数据进行对比检测。
进一步的，若所述微控制器检测到两个相邻的所述电压数据相等，则两个相邻的所述电压数据对应的节点间无电流流入，并对无电流流入的节点进行标记。若微控制器101检测到当前所有电压数据中存在相等的两个相邻的电压数据，则表示这两个相邻的电压数据对应的节点之间无电流流过，则微控制器101对这两个电压节点进行标记。若微控制器101检测到所有的电压数据均相等，则微控制器101判断节点电压输入电路103无电流流入。若所有电压数据中存在不相等的一组数据，则微控制器101判断节点电压输入电路103有电流流入，并在所有电压数据对比结束后，查找所有电压数据中的起始电压数据。起始电压数据为所有被查找的电压数据中数值最大的电压数据。当查找到起始电压数据时，微控制器101以起始电压数据为起始点，与左右两边的电压数据进行比较。
在本实施例中，若微控制器101检测到任意两个电压数据都相等，表示这两个节点之间不存在电势差，则两个电压数据对应的节点间无电流流过。微控制器101对这两个节点进行标记。电压相等的任意两个节点可以是相邻的两个节点，也可以是不相邻的两个节点。若微控制器101检测到任意一组电压数据不相等时，表示这两个节点之间存在电势差，则两个电压数据对应的节点间有电流流过。电压不相等的两个节点可以是相邻的两个节点，也可以是不相邻的两个节点，若为不相邻的两个节点，则两个节点为距离最近的两个节点。在所有电压数据对比结束后，查找所有电压数据中的起始电压数据。起始电压数据为所有被查找的电压数据中数值最大的电压数据。当查找到起始电压数据时，微控制器101以起始电压数据为起始点，分别向左、向右进行比较。
进一步的，若起始电压数据的数量不唯一时，则相邻的起始数据中，微控制器101以最左端的起始电压数据向左进行电压数据比较，以最右端的起始数据向右进行电压数据比较。
若起始电压数据数量唯一且处于数据链的最右端时，则起始电压数据向左进行电压数据比较。若起始电压数据数量唯一且处于数据链的最左端时，则起始电压数据向右进行电压数据比较。
若起始电压数据数量唯一且不处于数据链的最右端和最左端时，则起始电压数据先向左进行电压数据比较，再向右进行电压数据比较。
进一步的，微控制器101启用一个数组作为当前数组，将起始电压数据作为当前电压数据。将当前电压数据放在该数组的第一位，并以当前电压数据为起始点，向左比较下一个电压数据是否小于当前电压数据。若下一个电压数据小于当前电压数据，则把下一个电压数据放置到当前数组的第二位，并将被比较的电压数据作为当前数据，再次向左比较下一个数据是否小于当前数据，若下一个电压数据小于当前电压数据，则把下一个电压数据放到当前数组的第三位。以此循环比较，直至左边无电压数据后，结束并保存当前数组。若向左比较的下一个电压数据大于等于当前数据时，则结束并保存当前数组，并把左边余下的所有电压数据进行下一轮查找起始电压数据后，创建新的数组继续进行比较，若左边余下的所有电压数据需要向右比较则先进行向右比较，当向右比较完再进行向左比较，直至比较完左边的电压数据。
同理，可以得出微控制器101向右比较数据的方法。
进一步的，数组中包括位置数据。其中，位置数据用于表示数组内每个电压数据的位置。微控制器101根据位置数据对应的每个电压数据的大小关系，生成表示电流流动方向的方向处理数据。
具体的，若数组里面的位置数据往右越来越小，则生成表示电流流动方向向左的方向处理数据；若数组里面的位置数据往右越来越大，则生成表示电流流动方向向右的方向处理数据。
进一步的，微控制器101通过数组内的电压数据生成对应的用于表示电流大小的电流值处理数据。
进一步的，LED电路102用于通过接收微控制器101生成的方向处理数据和电流值处理数据，显示直流电的大小与方向。
进一步的，参见图2，是本发明提供的一种直流电流方向检测装置的一个实施例的电路原理示意图。包括微控制器101、LED电路102和节点电压输入电路103。
节点电压输入电路103包括电压分压电路201、取样电路202和调理电路203。
取样电路202与若干调理电路203和外部的直流电输入电路连接。若干调理电路203与微控制器101的模拟/数字转换器输入端连接。每个调理电路202对应不同的模拟/数字转换器101的输入端接口。电压分压电路103用于对内部电源电压进行分压，得到取样电路202的初始化参考电压。取样电路202用于根据该初始化参考电压和外部的直流电输入电路输入的电流，生成若干个节点电压。若干调理电路203用于对每个节点电压进行处理后，通过微控制器101的模拟/数字转换器的输入端将每个节点电压传送到微控制器101。
进一步的，电压分压电路201包括第一电阻和第二电阻，第一电阻与内部电源端连接，第一电阻与第二电阻连接。取样电路202通过与第一电阻和第二电阻的节点连接，获取初始化参考电压。
进一步的，取样电路202包括若干取样电阻，若干个取样电阻互相连接产生若干节点。若干节点根据初始化参考电压和外部的直流电输入电路输入的电流，产生对应的节点电压。
若干节点与若干调理电路203连接，若干节点通过若干调理电路203将对应的节点电压传送到微处理器101。
需要说明的是，调理电路203为本领域中，用于将直流电的电平转化为模拟/数字转换器可以识别的电平的常用电路。
进一步的，采样电阻的阻值可以是相等的，也可以是不相等的。采样电阻可以通过改变连接方式，或改变采样电阻的材料，从而变换采样电阻的阻值，获得不同的检测结果。
需要说明的是，与电压分压电路201连接的采样电阻可以是取样电路202中的任意一个采样电阻。
进一步的，LED电路102包括LED驱动电路204和LED显示电路205。
LED驱动电路204用于将微控制器104生成的方向处理数据和电流值处理数据传输到LED显示电路205。
LED显示电路205方向处理数据和所述电流值处理数据显示直流点的方向和大小。
具体的，LED显示电路205包括多个LED接口。LED显示电路205根据方向处理数据，控制各LED接口外接的发光二极管的点亮顺序，从而显示电流流动的方向。根据电流值处理数据的大小，确定所述LED显示电路205中各LED接口外接的发光二极管的亮度，从而显示电流的大小。
需要说明的是，LED接口外接的发光二极管可以但不限于采用点阵的形式进行排列。调理电路203中任意两个节点对应至少三个发光二极管，以便于显示电流的流动方向。
本发明实施例提供的一种直流电流检测装置，通过对节点电压的采样以及利用微控制器将若干节点电压转换为对应的电压数据后，进行对比和处理，得出相关数据后，控制LED电路外接的发光二极管，显示直流电的大小与方向，实现了直流电流的可视化及电流大小的表示，使得学生对直流电的理解更加清楚。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流电流方向检测装置，其特征在于，包括：节点电压输入电路、微控制器和LED电路；
所述节点电压输入电路包括多个节点，所述多个节点与外部输入电路连接，产生若干节点电压；
所述节点电压输入电路与所述微控制器连接；
所述微控制器用于将所述若干节点电压转换成对应的电压数据后，对若干所述电压数据进行对比；
所述微控制器还用于完成所述电压数据的对比后，生成处理数据；
所述微控制器与所述LED电路连接；
所述LED电路用于通过接收所述微控制器生成的所述处理数据，显示直流电的大小与方向。
2.根据权利要求1所述的一种直流电流方向检测装置，其特征在于，所述微控制器用于将若干节点电压转换成对应的电压数据后，对若干所述电压数据进行对比，具体为：
若干所述电压数据组成数据链；
所述微控制器根据所述数据链，对两两相邻的所述电压数据进行对比检测；
若所述微控制器检测到两个相邻的所述电压数据相等，则两个相邻的所述电压数据对应的节点间无电流流入；
若所述微控制器检测到所有的所述电压数据均相等，则所述微控制器判断所述节点电压输入电路无电流流入；
若所有所述电压数据中存在不相等的一组电压数据，则所述微控制器判断不相等的一组所述电压数据对应的节点间有电流流入，并在所有所述电压数据对比结束后，查找所有所述电压数据中的起始电压数据；
完成所有所述电压数据中的所述起始电压数据查找后，所述微控制器以所述起始电压数据为起始点，利用所述起始电压数据与左右两边的所述电压数据进行比较；
所述起始电压数据为所有被查找的所述电压数据中数值最大的所述电压数据。
3.根据权利要求2所述的一种直流电流方向检测装置，其特征在于，所述微控制器以所述起始电压数据为起始点，利用所述起始电压数据与左右两边的所述电压数据进行比较，具体为：
若所述起始电压数据的数量不唯一时，则相邻的所述起始数据中，所述微控制器以最左端的所述起始数据向左进行所述电压数据比较，以最右端的所述起始数据向右进行所述电压数据比较；
若所述起始电压数据数量唯一且处于所述数据链的最右端时，则所述起始电压数据向左进行所述电压数据比较；
若所述起始电压数据数量唯一且处于所述数据链的最左端时，则所述起始电压数据向右进行所述电压数据比较；
若所述起始电压数据数量唯一且不处于所述数据链的最右端和最左端时，则所述起始电压数据先向左进行电压数据比较，再向右进行电压数据比较。
4.根据权利要求3所述的一种直流电流方向检测装置，其特征在于，所述起始电压数据向左进行电压数据比较，具体为：
所述微控制器创建一个数组作为当前数组；
所述当前数组将所述起始电压数据作为当前电压数据，向左比较下一个所述电压数据；
所述数组以所述起始电压数据为起始点，向左比较所述起始电压数据的下一个所述电压数据；
若被比较的所述电压数据小于所述当前电压数据，则将所述当前电压数据储存在所述数组中的第一位；
将被比较的所述电压数据排在所述起始电压数据之后储存到所述数组，并将被比较的所述电压数据作为所述当前电压数据；
将所述当前电压数据继续向左比较，若所述当前电压数据大于比较的所述电压数据，则将被比较的所述电压数据排在所述当前电压数据之后储存到所述数组，并将被比较的所述电压数据作为所述当前电压数据，继续向左进行比较；
若所述当前电压数据等于或小于被比较的所述电压数据，则所述微控制器停止所述电压数据的比较，储存所述当前数组后，所述微控制器在所述当前电压数据左边剩余的所述电压数据中继续查找最大的所述电压数据作为所述起始电压数据后，创建新的数组继续进行比较，直至比较完左边的所述电压数据；
所述起始电压数据向右进行电压数据比较的方法，与所述起始电压数据向左进行电压数据比较的方法相同。
5.根据权利要求4所述的一种直流电流方向检测装置，所述微控制器还用于完成所述电压数据的对比后，生成处理数据，具体为：
所述数组中包括位置数据；其中，所述位置数据用于表示数组内每个所述电压数据的位置；
所述微控制器根据所述位置数据对应的每个所述电压数据的大小关系，生成表示电流流动方向的方向处理数据和表示电流大小的电流值处理数据。
6.根据权利要求5所述的一种直流电流方向检测装置，其特征在于，所述LED电路包括：LED驱动电路和LED显示电路；
所述LED驱动电路用于将所述方向处理数据和所述电流值处理数据传输到所述LED显示电路；
所述LED显示电路根据所述方向处理数据和所述电流值处理数据，显示直流电的方向与大小。
7.根据权利要求6所述的一种直流电流方向检测装置，其特征在于，所述LED显示电路根据所述电流值处理数据和所述方向处理数据，显示直流电的大小与方向，具体为：
所述LED显示电路包括多个LED接口；
所述LED显示电路根据所述电流值处理数据，确定所述LED显示电路中各所述LED接口外接的发光二极管的亮度，从而显示电流的大小；
所述LED显示电路根据所述方向处理数据，控制所述各LED接口外接的发光二极管的点亮顺序，从而显示所述电流流动的方向。
8.根据权利要求1所述的一种直流电流检测装置，其特征在于，所述节点电压输入电路包括电压分压电路、取样电路和调理电路；
所述电压分压电路与所述取样电路连接；
所述取样电路与若干所述调理电路和外部的直流电输入电路连接；
若干所述调理电路与所述微控制器的模拟/数字转换器输入端连接；
每个所述调理电路对应不同的所述模拟/数字转换器的输入端接口；
所述电压分压电路用于对内部电源电压进行分压，得到所述取样电路的初始化参考电压；
所述取样电路用于根据所述初始化参考电压和所述直流电输入电路输入的电流，生成若干个节点电压；
若干所述调理电路用于对每个所述节点电压进行处理后，通过所述微控制器的模拟/数字转换器的输入端将每个所述节点电压传送到所述微控制器。
9.根据权利要求8所述的一种直流电流方向检测装置，其特征在于，所述电压分压电路包括第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻与内部电源端连接；
所述取样电路通过与所述第一电阻和所述第二电阻的节点连接，获取所述初始化参考电压。
10.根据权利要求8所述的一种直流电流方向检测装置，其特征在于，所述取样电路包括若干个取样电阻；
若干个所述取样电阻互相连接产生若干所述节点；
所述若干节点根据所述初始化参考电压和所述直流电输入电路输入的电流，产生对应的所述节点电压；
所述若干节点与若干所述调理电路连接，所述若干节点通过若干所述调理电路将对应的所述节点电压传送到所述微处理器。
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