CN109254200A - 用于检测dc24v电压稳定性的隔离型直流电压传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，包含：电压采样模块，连接DC24V母线，将电压信号转换为第一电流信号；信号线性隔离模块，连接电压采样模块，电气隔离第一电流信号并输出与其线性度一致的第二电流信号；信号线性放大模块，连接信号线性隔离模块，放大第二电流信号；信号转换模块，连接设置在信号线性放大模块和上位设备之间，将第二电流信号转换为数字输出信号和发送给上位设备的通讯信号，并根据上位设备的指令调整输出信号；输出隔离放大模块，将输出信号隔离放大作为外接设备的驱动信号；信号收发模块，连接设置在信号转换模块和上位设备之间，实现上位设备信号转换模块之间双向通讯。

Description

用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器

技术领域

本发明涉及自动化控制应用领域，具体涉及检测DC24V电压稳定性的技术领域。

背景技术

信号采集是自动化系统控制的重要环节，被采集到的信号的准确度会影响对整个系统控制的精度和系统的可靠性。随着科技的进步，大量的控制过程都是在电子设备中发生的，给控制设备提供稳定的工作电压将是不可缺少的环节。而对供电电压进行采样监测可以有效地掌握当前用电系统中的供电质量，针对不同的情况对系统内的设备进行相应的处理。例如，当系统中某个用电设备发生老化，其在工作时会使供电电压产生异常的波动，那么通过电压传感器将会在这个设备开始工作的瞬间发现这个对系统供电电压产生的影响的现象，并将发生问题的数据发送给用于控制的处理单元，而后续的处理单元可以通过比对后发现，到底是哪个设备的使用寿命快到了，从而发出相对应的信息，告知操作人员需要对设备进行维护或更换。实现在发生系统稳定性遭到破坏的现象之前发现潜在的故障点。或者，系统的供电装置由于不确定的因素突然停止了对控制系统的供电，那么电压传感器可以迅速的发现问题，并将数据发送出去，而后续的控制系统可以根据整个系统在设计之初的系统架构，在当前线路中的电压值降低到无法维持系统运作之前做出切换供电电源或是对现有控制参数进行备份以便于供电恢复后快速恢复工作所需及其他的控制动作。因此对控制设备供电质量的监测有助于提高整个系统在控制过程的可靠性与稳定性。

目前市场上用于供电电压检测的常规设备通常具有体积大，可扩展性差，价格昂贵，不利于高密度集成等等的不足。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器。所述传感器连接待检测的24V直流电源母线，将所述母线电压信号转换成电流信号，并将电流信号转换为支持RS485协议的通讯信号和数字量的输出信号，所述通讯信号发送给上位设备进行电压质量分析，所述输出信号用于驱动外接设备。由于所述母线的电压信号发生变化会引起转换的电流信号也产生变化，因此上位设备通过接收的通讯信号即可实现对直流24V母线电压信号的稳定性检测。同时所述传感器还根据上位设备指令调整所述数字量的输出信号。

本发明所述的一种用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，连接DC24V电源母线、上位设备和外接设备，将母线的电压信号转换为发送给外接设备的数字量输出信号和发送给上位设备的通讯信号，上位设备通过所述通讯信号检测电源母线的电压稳定性，电压波动时所述传感器还根据上位设备发出的指令调整输出信号，包含：

电压采样模块，连接DC24V电源母线，通过对所述电源母线的电压采样，将所述电源母线的电压信号转换为第一电流信号；

信号线性隔离模块，包含输入端和反馈补偿端；所述信号线性隔离模块的输入端和反馈补偿端均连接所述电压采样模块；所述信号线性隔离模块对所述第一电流信号进行电气隔离，输出第二电流信号，并实现所述第二电流信号线性度与第一电流信号线性度一致；

信号线性放大模块，与所述信号线性隔离模块连接，放大所述第二电流信号；

信号转换模块，连接设置在信号线性放大模块和上位设备之间；所述信号转换模块集成有ADC设备和UART接口，将经放大的第二电流信号转换成为UART接口数据发送给上位设备，同时还根据经放大的第二电流信号生成数字量的输出信号。

所述用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，还包含信号收发模块，连接设置在信号转换模块和上位设备之间，将所述UART接口数据转换为支持RS485协议的通讯信号发送给上位设备，并将上位设备的指令信号转换为UART接口的数据发送给信号转换模块，实现上位设备与信号转换模块之间的双向通信。

所述用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，还包含自供电模块，所述自供电模块电性连接所述DC24V电源母线、电压采样模块、信号线性隔离模块、信号线性放大模块、信号转换模块、信号收发模块；所述自供电模块将24V直流电转换为5V直流电，为电压采样模块、信号线性隔离模块、信号线性放大模块、信号转换模块、信号收发模块提供稳定的工作电源。

所述第一电流信号为满足信号线性隔离模块正常工作的电流信号。

所述信号转换模块还根据上位设备的指令信号，调整所述数字量的输出信号。

所述用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，还包含输出隔离放大模块；所述输出隔离放大模块包含输出隔离模块和输出放大模块；所述输出隔离模块连接所述信号转换模块，用于电气隔离所述输出信号；所述输出放大模块与输出隔离模块连接，用于放大经隔离的输出信号，提高对外接设备的驱动能力。

一种用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器的检测方法，采用本发明所述的隔离型直流电压传感器实现的，包含以下步骤：

S1、电压采样模块，将所连接的DC24V电源母线的电压信号转换为第一电流信号；

S2、信号线性隔离模块，所述信号线性隔离模块的输入端连接所述电压采样模块；对所述第一电流信号进行线性电气隔离和反馈补偿，输出与第一电流信号线性度一致的第二电流信号；

S3、信号线性放大模块放大所述第二电流信号；

S4、信号转换模块根据放大的第二电流信号转换成为UART接口数据和数字量的输出信号；

S5、信号收发模块实现信号转换模块和上位设备之间的双向通信，信号转换模块根据通信结果调整数字量输出信号；

S6、输出隔离放大模块将所述数字量的输出信号进行电气隔离并放大，为外接设备提供驱动信号。

所述步骤S5具体包含以下步骤：

S51、信号转换模块将所述UART接口数据，转换为支持RS485协议的通讯信号，并发送给上位设备；

S52、上位设备根据所述通讯信号检测电源母线的电压稳定性；当电源母线电压波动时，进入S53；

S53、上位设备发出指令信号，信号收发模块根据RS485协议，从所述指令信号中提取指令并转换为UART接口数据发送给信号转换模块；

S54、信号转换模块根据接收的指令调整数字量的输出信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：将检测DV24V电压信号转换为检测电流信号，避免本发明的传感器因检测电压波动造成损坏。且只需要一些基本的电子元器件，即可实现了检测DV24V电压稳定性；同时还能根据实时监测的结果调整输出信号。且本发明结构紧凑，实现方式简单，性价比高；同时本发明的传感器接口丰富，便于二次开发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图:

图1是本发明的用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器的系统结构图。

图2是本发明的用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器的工作流程图。

图中：1、DC24V电源母线；2、电压采样模块；3、信号线性隔离模块；4、信号线性放大模块；5、信号转换模块；6、自供电模块；7、输出隔离模块；8、输出放大模块；9、信号收发模块；10、上位设备；11、外接设备；12、输出隔离放大模块。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术特征、目的和效果，下面结合附图对本发明进行更为详细地描述。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专利。需要说明的是，这些附图中均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、清晰地辅助说明本发明专利。

本发明提供一种用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器。所述传感器连接待检测的24V直流电压母线，将所述母线电压信号转换成电流信号，并将电流信号转换为支持RS485协议的通讯信号和数字量的输出信号，所述通讯信号发送给上位设备10进行电压质量分析，所述输出信号用于驱动外接设备11。由于所述母线的电压信号发生变化会引起转换的电流信号也产生变化，因此上位设备10通过接收的通讯信号即可实现对直流24V母线电压信号的稳定性检测。同时所述传感器还根据上位设备10指令调整所述数字量的输出信号。

本发明所述的一种用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，连接DC24V电源母线1、上位设备10和外接设备11，将母线的电压信号转换为发送给外接设备11的数字量输出信号和发送给上位设备10的通讯信号，上位设备10通过所述通讯信号检测电源母线的电压稳定性，电压波动时所述传感器还根据上位设备10发出的指令调整输出信号，如图1所示，包含：

电压采样模块2，连接DC24V电源母线1，通过对所述电源母线的电压采样，将所述电源母线的电压信号转换为第一电流信号；

信号线性隔离模块3，包含输入端和反馈补偿端；所述信号线性隔离模块3的输入端和反馈补偿端均连接所述电压采样模块2；所述信号线性隔离模块3对所述第一电流信号进行电气隔离，输出第二电流信号，并通过补偿实现所述第二电流信号线性度与第一电流信号线性度一致。在本应用实施例中，所述信号线性隔离模块3优选的使用型号为HCNR200的线性模拟光电耦合器。

信号线性放大模块4，与所述信号线性隔离模块3连接，放大所述第二电流信号，使得第二电流信号的微小变化也容易被识别；在本实施例中，优选的使用型号为AD8552的放大器产品。

信号转换模块5，连接设置在信号线性放大模块4和上位设备10之间；所述信号转换模块5集成有ADC设备和UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter通用异步收发传输器)接口，将经放大的第二电流信号转换成为UART接口数据发送给上位设备10，同时还根据第二电流信号生成数字量的输出信号。在本应用实施例中，优选的使用型号为STM8S003的单片机。STM8S207单片机内部集成了一个10位8通道的ADC设备，同时这个型号的芯片还集成了标准的UART接口。在本发明的另一个实施例中，单片机内部根据工艺需求预先编制好控制程序，当母线的电压变化超过预先设定的阈值，母线供电质量发生劣化现象，单片机还可以生成对应的数字量输出信号，对异常进行处理。通过信号线性隔离模块3将被测电信号与信号转换模块5进行了有效的隔离，使被检测的电源与信号转换模块5不存在电气上连续性，防止了被测高电压传入信号转换模块5中将其损坏。

所述用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，还包含信号收发模块9，连接设置在信号转换模块5和上位设备10之间，将所述UART接口数据转换为支持RS485协议的通讯信号发送给上位设备10，并将上位设备10的指令信号转换为UART接口的数据发送给信号转换模块5，实现上位设备10与信号转换模块5之间的双向通信。所述信号转换模块5还根据上位设备10的指令信号，调整所述数字量的输出信号。在本实施例中，优选的使用型号为ADM2687的电源隔离RS-485数据收发器。

所述用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，还包含自供电模块6，所述自供电模块6电性连接所述DC24V电源母线1、电压采样模块2、信号线性隔离模块3、信号线性放大模块4、信号转换模块5、信号收发模块9；所述自供电模块6将24V直流电转换为5V直流电，为电压采样模块2、信号线性隔离模块3、信号线性放大模块4、信号转换模块5、信号收发模块9提供稳定的工作电源。在本应用实施例中，所述自供电模块6选用型号为REC5-2405的直流转换器。

所述用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，还包含输出隔离放大模块12；所述输出隔离放大模块12包含输出隔离模块7和输出放大模块8；所述输出隔离模块7连接所述信号转换模块5，用于将输出信号与传感器内部回路电气隔离；本应用实施例中，输出隔离模块7优选型号为PS2801-4的光电耦合器。出放大模块与输出隔离模块7连接，用于放大经隔离的输出信号，提高对外接设备11的驱动能力。所述DC24V电源母线1为所述输出隔离模块7和输出放大模块8提供电能。本应用实施例中，优选型号为IRF7380的产品。

本发明还包含一种用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器的检测方法，采用本发明所述的隔离型直流电压传感器实现的，如图2所示，包含以下步骤：

S1、电压采样模块2，将所连接的DC24V电源母线1的电压信号转换为第一电流信号；

S2、信号线性隔离模块3，所述信号线性隔离模块3的输入端连接所述电压采样模块2；对所述第一电流信号进行线性电气隔离和反馈补偿，输出与第一电流信号线性度一致的第二电流信号；

S3、信号线性放大模块4放大所述第二电流信号；

S4、信号转换模块5根据放大的第二电流信号转换成为UART接口数据和数字量的输出信号；

S5、信号收发模块9实现信号转换模块5和上位设备10之间的双向通信，信号转换模块5根据通信结果调整数字量输出信号；

S6、输出隔离放大模块12将所述数字量的输出信号进行电气隔离并放大，为外接设备11提供驱动信号。

所述步骤S5具体包含以下步骤：

S51、信号转换模块5将所述UART接口数据，转换为支持RS485协议的通讯信号，并发送给上位设备10；

S52、上位设备10根据所述通讯信号检测电源母线的电压稳定性；当电源母线电压波动时，进入S53；

S53、上位设备10发出指令信号，信号收发模块9根据RS485协议，从所述指令信号中提取指令并转换为UART接口数据发送给信号转换模块5；

S54、信号转换模块5根据接收的指令调整数字量的输出信号。

通常被检测线路上的电压会远高于电压传感器使用的电子元件的额定工作电压，因此在电压信号在输入传感元件之前通常会进行降压处理，常用的方法是通过电阻搭建分压电路进行分压或者使用电磁耦合的方法产生传感元件所能接收的电压信号后再进行处理。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：将检测的电压信号转化成满足信号线性隔离模块3正常工作的第一电流信号，由于检测电压信号发生变化，第一电流信号也会产生对应变化，根据所述电流变化实现对所检测电路的电压检测，还避免本发明的传感器因检测电压波动造成损坏。同时本发明只需要一些基本的电子元器件，即可实现了检测24V电压稳定性，同时还能根据实时监测的结果调整输出信号。且本发明结构紧凑，实现方式简单，性价比高；同时本发明的传感器接口丰富，便于二次开发。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，连接DC24V电源母线、上位设备和外接设备，将母线的电压信号转换为发送给外接设备的数字量输出信号和发送给上位设备的通讯信号，上位设备通过所述通讯信号检测电源母线的电压稳定性，电压波动时所述传感器还根据上位设备发出的指令调整输出信号，其特征在于，包含：

电压采样模块，连接DC24V电源母线，通过对所述电源母线的电压采样，将电源母线的电压信号转换为第一电流信号；

信号线性隔离模块，包含输入端和反馈补偿端；所述信号线性隔离模块的输入端和反馈补偿端均连接所述电压采样模块；所述信号线性隔离模块对所述第一电流信号进行电气隔离，输出第二电流信号，并实现所述第二电流信号线性度与第一电流信号线性度一致；

信号线性放大模块，与所述信号线性隔离模块连接，放大所述第二电流信号；

信号转换模块，连接设置在信号线性放大模块和上位设备之间；所述信号转换模块集成有ADC设备和UART接口，将经放大的第二电流信号转换成为UART接口数据发送给上位设备，同时还将经放大的第二电流信号转换为数字量的输出信号。

2.如权利要求1所述的用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，其特征在于，还包含信号收发模块，连接设置在信号转换模块和上位设备之间，将所述UART接口数据转换为支持RS485协议的通讯信号发送给上位设备，并将上位设备的指令信号转换为UART接口的数据发送给信号转换模块，实现上位设备与信号转换模块之间的双向通信。

3.如权利要求2所述的用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，其特征在于，还包含自供电模块，电性连接所述DC24V电源母线、电压采样模块、信号线性隔离模块、信号线性放大模块、信号转换模块、信号收发模块；所述自供电模块将24V直流电转换为5V直流电，为电压采样模块、信号线性隔离模块、信号线性放大模块、信号转换模块、信号收发模块提供稳定的工作电源。

4.如权利要求1所述的用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，其特征在于，所述第一电流信号为满足信号线性隔离模块正常工作的电流信号。

5.如权利要求2所述的用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，其特征在于，所述信号转换模块还根据上位设备的指令信号，调整所述数字量的输出信号。

6.如权利要求1所述的用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器，其特征在于，还包含输出隔离放大模块；所述输出隔离放大模块包含输出隔离模块和输出放大模块；所述输出隔离模块连接所述信号转换模块，用于隔离所述输出信号；所述输出放大模块与输出隔离模块连接，用于放大经隔离的输出信号，提高对外接设备的驱动能力。

7.一种用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器的检测方法，采用如权利要求1～6任一所述的隔离型直流电压传感器实现的，其特征在于，包含以下步骤：

S1、电压采样模块，将所连接的DC24V电源母线的电压信号转换为第一电流信号；

S2、信号线性隔离模块，所述信号线性隔离模块的输入端连接所述电压采样模块；对所述第一电流信号进行线性电气隔离和反馈补偿，输出与第一电流信号线性度一致的第二电流信号；

S3、信号线性放大模块放大所述第二电流信号；

S4、信号转换模块根据放大的第二电流信号转换成为UART接口数据和数字量的输出信号；

S5、信号收发模块实现信号转换模块和上位设备之间的双向通信，信号转换模块根据通信结果调整数字量输出信号；

S6、输出隔离放大模块将所述数字量的输出信号进行电气隔离并放大，为外接设备提供驱动信号。

8.如权利要求7所述的用于检测DC24V电压稳定性的隔离型直流电压传感器的检测方法，其特征在于，所述步骤S5具体包含以下步骤：

S51、信号转换模块将所述UART接口数据，转换为支持RS485协议的通讯信号，并发送给上位设备；

S52、上位设备根据所述通讯信号检测电源母线的电压稳定性；当电源母线电压波动时，进入S53；

S53、上位设备发出指令信号，信号收发模块根据RS485协议，从所述指令信号中提取指令并转换为UART接口数据发送给信号转换模块；

S54、信号转换模块根据接收的指令调整数字量的输出信号。