CN109387683A - 一种交直流电压和电流信号自适应采样电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交直流电压和电流信号自适应采样电路及方法，其中的自适应采样电路包括采样支路以及采样处理电路，采样支路与采样处理电路的采样端子并联连接；采样支路与采样处理电路的并联点用于连接采样信号；采样支路中串设有阻值可控的电阻器以及二极管，二极管的两端并联有第一控制开关；采样处理电路包括用于控制改变电阻器阻值的第一控制端以及用于控制第一控制开关通断的第二控制端。本发明通过电阻器两端的电压变化情况，自动识别出输入信号的类型，自适应地采集交直流电压信号和交直流电流信号，不需进行断电操作，保证了设备的连续运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种交直流电压和电流信号自适应采样电路及方法，属于采样电路技术领域。
背景技术
目前，常见的信号采样电路要么只能采样交流电压信号或采样交流电流信号，要么只能采样直流电压信号或采样直流电流信号，即使能实现交直流电压和交直流电流的采样，也需要通过手动短接电阻或者是更换电路板来实现，应用不灵活，自适应性不强。
发明内容
本发明的目的是提供一种交直流电压和电流信号自适应采样电路及方法，用于解决现有技术中实现采样交直流电压信号、交直流电流信号需要手动短接电阻或者是更换电路板，自适应能力较差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种交直流电压和电流信号自适应采样电路，包括采样支路以及采样处理电路，所述采样支路与所述采样处理电路的采样端子并联连接；所述采样支路与所述采样处理电路的并联点用于连接采样信号；所述采样支路中串设有阻值可控的电阻器以及二极管，所述二极管的两端并联有第一控制开关；所述采样处理电路包括用于控制改变所述电阻器阻值的第一控制端以及用于控制所述第一控制开关通断的第二控制端。
进一步的，所述采样支路中还串设有第二控制开关，所述采样处理电路还包括用于控制所述第二控制开关通断的第三控制端。
进一步的，所述第一控制开关为第一继电器常开触点开关，第二控制开关为第二继电器常闭触点开关。
进一步的，所述电阻器为数字电位器。
本发明还提供了一种交直流电压和电流信号自适应采样方法，包括以下步骤：
步骤1，控制改变用于连接采样信号的阻值可控的电阻器的阻值，并检测该电阻器两端电压的变化；
步骤2，若该电阻器两端的电压值不变，则判定采样信号为直流电压信号；若该电阻器两端的电压值阶跃变化，则判定采样信号为直流电流信号；若该电阻器两端的电压为幅值不变的半波信号，则判定采样信号为交流电压信号；若该电阻器两端的电压为幅值阶跃变化的半波信号，则判定采样信号为交流电流信号；
步骤3，若判定采样信号为直流电压信号或交流电压信号，则对该电阻器两端的电压进行采样；若判定采样信号为直流电流信号，将该电阻器的阻值调整到适合直流电流采样的阻值，并对该电阻器两端的电压进行采样；若判定采样信号为交流电流信号，控制短路与该电阻器串联的二极管，将该电阻器的阻值调整到适合交流电流采样的阻值，并对该电阻器两端的电压进行采样。
进一步的，还包括若判定采样信号为直流电流信号时，控制短路与该电阻器串联的二极管。
进一步的，通过控制闭合第一控制开关短路与该电阻器串联的二极管。
进一步的，若判定采样信号为直流电压信号或交流电压信号时，控制断开与该电阻器串联的第二控制开关以对采样信号进行电压采样。
进一步的，所述第一控制开关为第一继电器常开触点开关，第二控制开关为第二继电器常闭触点开关。
进一步的，所述电阻器为数字电位器。
本发明的有益效果是：
通过改变阻值可控的电阻器的阻值，并检测该电阻器两端的电压变化情况，若电压值恒定不变，说明采样信号为直流电压信号；若电压值呈阶跃变化，说明采样信号为直流电流信号；若电压为幅值不变的半波信号，说明采样信号为交流电压信号；若电压为幅值呈阶跃变化的半波信号，说明采样信号为交流电流信号。若采样信号为直流电压信号或交流电压信号，则直接对该电阻器两端的电压进行采样；若采样信号为直流电流信号，则控制电阻器的阻值调整到适合直流电流采样的阻值，然后对电阻器两端的电压进行采样；若采样信号为交流电流信号，则控制短路与电阻器串联的二极管，以免影响采样结果且增大功耗，然后将该电阻器的阻值调整到适合直流电流采样的阻值，并对电阻器两端的电压进行采样。整个采样过程不需要人为参与，也不需要断电操作，可自适应识别和采集交直流电压信号和交直流电流信号，且整个采样电路结构简单，自动化程度较高。
进一步的，判定采样信号为直流电压信号或交流电压信号时，控制断开与电阻器串联的控制开关，直接对采样信号进行采样，有效避免了电阻器消耗电能以及影响采样信号准确性的现象。
附图说明
图1是本发明交直流电压和电流信号自适应采样电路的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体的实施例对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本发明提供了一种交直流电压和电流信号自适应采样电路，其电路结构图如图1所示，包括采样支路和采样处理电路，采样支路和采样处理电路的采样端子并联连接，采样支路与采样处理电路的并联点用于连接采样信号。其中，采样支路中串设有阻值可控的电阻器R1以及二极管D1，二极管D1的两端并联有用于短路该二极管D1的第一控制开关K1，该采样处理电路包括控制改变电阻器R1阻值的第一控制端以及控制第一控制开关K1通断的第二控制端。
当需要对某个待采样信号电路进行采样时，只需要将上述采样支路与采样处理电路的并联点连接到待采样信号电路的输出端Uin+和Uin-，自适应采样的工作原理如下：
在正常工作过程中，由采样处理电路控制改变电阻器R1的阻值，并检测电阻器R1两端的电压变化情况。若电阻器R1两端的电压值恒定不变，说明采样信号为直流电压信号；若电阻器R1两端的电压值呈阶跃变化，说明采样信号为直流电流信号；若电阻器R1两端的电压为幅值不变的半波信号，说明采样信号为交流电压信号；若电阻器R1两端的电压为幅值阶跃变化的半波信号，说明采样信号为交流电流信号。
在判断出输入该自适应采样电路的信号为直流电流信号时，由采样处理电路控制将R1调整到适合直流电流信号采样的电阻值固定下来，此时电阻器R1的作用是在输入信号为直流电流信号时为后级的采样处理电路提供合适的电压。并且，为了防止二极管D1的压降对采样结果造成影响，且降低二极管D1的功耗，由采样处理电路控制闭合第一控制开关K1，此时二极管D1被短路。
在判断出输入该自适应采样电路的信号为交流电流信号时，由采样处理电路控制闭合第一控制开关K1，此时二极管D1短路，由采样处理电路控制将R1调整到适合交流电流信号采样的电阻值固定下来，此时电阻器R1的作用是在输入信号为交流电流信号时为后级的采样处理电路提供合适的电压。
在判断出输入该自适应采样电路的信号为直流电压信号或交流电压信号，则直接对该电阻器R1两端的电压进行采样，此时不需要调整R1的阻值大小。
具体的，上述电阻器R1采用可以通过程序控制的数字电位器，也可以采用其他阻值可控的电阻器件。为了判断输入信号的性质，在改变电阻器R1的阻值时，可以采用在适当的范围内每间隔一定时间△T线性调整R1的阻值，△T不小于交流信号的周期，电阻器R1阻值改变的次数可以为1次也可以是2、3、4次等。当只改变一次阻值时，可以选择较大的阻值改变幅度，以提高检测采样信号种类的准确性。
另外，在判断出输入该采样电路的信号为直流电流或交流电流信号时，需要将R1调整到适合电流信号采样的电阻值固定下来，该固定电阻值的大小可以根据采样处理电路的采样量程确定，保证采样处理电路所测得的电阻器R1两端的电压不超过采样处理电路的采样量程，且最好处于采样量程合理的位置处，例如采样量程的2/3位置处。
上述的采样处理电路可以控制改变电阻器R1的阻值，实现对电阻器R1两端的电压进行采样，可以自适应地判断出采样信号的类型，并且在判断出采样信号为直流电流信号或交流电流信号时，可以自动地将电阻器R1的阻值调整到适合电流信号采样的电阻值固定下来。
作为进一步的改进方案，采样支路中还包括第二控制开关K2，第二控制开关K2与电阻器R1串联连接，第二控制开关K2的闭合与断开可由采样处理电路的第三控制端进行控制。当判断出输入采样电路的信号为直流电压或者交流电压信号时，控制断开第二控制开关K2，以避免电阻器R1消耗电能，同时避免了电阻器R1对电压采样信号的影响，保证了采样信号的准确性。
需要说明的是，在输入信号断开或者切换输入信号的过程中，采样处理电路读取到的采样值变为零，此时需要断开第一控制开关K1并闭合第二控制开关K2，即将第一控制开关K1恢复为断开状态，将第二控制开关K2恢复为闭合状态。
具体的，第一控制开关K1可以采用第一继电器的常开触点开关，第二控制开关K2可以采用第二继电器的常闭触点开关，第一继电器的线圈J1以及第二继电器的线圈J2设置在采样处理电路中，采样处理电路通过控制第一、第二继电器的线圈J1和J2得电和失电来控制K1和K2的断开和闭合。
对于上述的采样处理电路，不仅能够实现对交直流电压或交直流电流信号的采集，而且可以控制改变电阻器R1的阻值以及控制控制开关K1、K2闭合和断开。具体的，如图1所示，采样处理电路中设有CPU控制电路，第一控制端、第二控制端和第三控制端设置在该CPU控制电路中，由CPU控制电路控制改变电阻器R1的阻值以及控制闭合与断开开关K1、K2。当然，在实现上述要求的情况下，采样处理电路可以采用现有技术中的任一采样处理电路，此处对采样处理电路的具体电路结构不再做详细描述。
本发明还提供了一种交直流电压和电流信号自适应采样方法，包括以下步骤：
步骤1，控制改变用于连接采样信号的阻值可控的电阻器的阻值，并检测该电阻器两端电压的变化；
步骤2，若该电阻器两端的电压值不变，则判定采样信号为直流电压信号；若该电阻器两端的电压值阶跃变化，则判定采样信号为直流电流信号；若该电阻器两端的电压为幅值不变的半波信号，则判定采样信号为交流电压信号；若该电阻器两端的电压为幅值阶跃变化的半波信号，则判定采样信号为交流电流信号；
步骤3，若判定采样信号为直流电压信号或交流电压信号，则对该电阻器两端的电压进行采样；若判定采样信号为直流电流信号，将该电阻器的阻值调整到适合直流电流采样的阻值，并对该电阻器两端的电压进行采样；若判定采样信号为交流电流信号，控制短路与该电阻器串联的二极管，将该电阻器的阻值调整到适合交流电流采样的阻值，并对该电阻器两端的电压进行采样。
上述的交直流电压和电流信号自适应采样电路为实现该交直流电压和电流信号自适应采样方法的一种具体电路，但并不局限于上述给出的具体电路。
在本发明所提供的交直流电压和电流信号自适应采样电路及方法中，输入信号的类型可随时进行切换，不需进行断电操作，可自适应地采集交直流电压信号和交直流电流信号，保证了设备的连续运行。
Claims (10)
1.一种交直流电压和电流信号自适应采样电路，其特征在于，包括采样支路以及采样处理电路，所述采样支路与所述采样处理电路的采样端子并联连接；所述采样支路与所述采样处理电路的并联点用于连接采样信号；所述采样支路中串设有阻值可控的电阻器以及二极管，所述二极管的两端并联有第一控制开关；所述采样处理电路包括用于控制改变所述电阻器阻值的第一控制端以及用于控制所述第一控制开关通断的第二控制端。
2.根据权利要求1所述的交直流电压和电流信号自适应采样电路，其特征在于，所述采样支路中还串设有第二控制开关，所述采样处理电路还包括用于控制所述第二控制开关通断的第三控制端。
3.根据权利要求2所述的交直流电压和电流信号自适应采样电路，其特征在于，所述第一控制开关为第一继电器常开触点开关，第二控制开关为第二继电器常闭触点开关。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的交直流电压和电流信号自适应采样电路，其特征在于，所述电阻器为数字电位器。
5.一种交直流电压和电流信号自适应采样方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，控制改变用于连接采样信号的阻值可控的电阻器的阻值，并检测该电阻器两端电压的变化；
步骤2，若该电阻器两端的电压值不变，则判定采样信号为直流电压信号；若该电阻器两端的电压值阶跃变化，则判定采样信号为直流电流信号；若该电阻器两端的电压为幅值不变的半波信号，则判定采样信号为交流电压信号；若该电阻器两端的电压为幅值阶跃变化的半波信号，则判定采样信号为交流电流信号；
步骤3，若判定采样信号为直流电压信号或交流电压信号，则对该电阻器两端的电压进行采样；若判定采样信号为直流电流信号，将该电阻器的阻值调整到适合直流电流采样的阻值，并对该电阻器两端的电压进行采样；若判定采样信号为交流电流信号，控制短路与该电阻器串联的二极管，将该电阻器的阻值调整到适合交流电流采样的阻值，并对该电阻器两端的电压进行采样。
6.根据权利要求5所述的交直流电压和电流信号自适应采样方法，其特征在于，还包括若判定采样信号为直流电流信号时，控制短路与该电阻器串联的二极管。
7.根据权利要求6所述的交直流电压和电流信号自适应采样方法，其特征在于，通过控制闭合第一控制开关短路与该电阻器串联的二极管。
8.根据权利要求7所述的交直流电压和电流信号自适应采样方法，其特征在于，若判定采样信号为直流电压信号或交流电压信号时，控制断开与该电阻器串联的第二控制开关以对采样信号进行电压采样。
9.根据权利要求8所述的交直流电压和电流信号自适应采样方法，其特征在于，所述第一控制开关为第一继电器常开触点开关，第二控制开关为第二继电器常闭触点开关。
10.根据权利要求5-9中任一项所述的交直流电压和电流信号自适应采样方法，其特征在于，所述电阻器为数字电位器。
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