CN110618310A - 一种小型电压电流隔离监测模块 - Google Patents

一种小型电压电流隔离监测模块 Download PDF

Info

Publication number
CN110618310A
CN110618310A CN201910976680.3A CN201910976680A CN110618310A CN 110618310 A CN110618310 A CN 110618310A CN 201910976680 A CN201910976680 A CN 201910976680A CN 110618310 A CN110618310 A CN 110618310A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
current
isolation
operational amplifier
monitoring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910976680.3A
Other languages
English (en)
Inventor
全浩军
所玉君
崔建飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute
Original Assignee
Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute filed Critical Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute
Priority to CN201910976680.3A priority Critical patent/CN110618310A/zh
Publication of CN110618310A publication Critical patent/CN110618310A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output

Abstract

本发明公开了一种小型电压电流隔离监测模块，电压监测时，单片机子模块采集隔离运放芯片输出的电压值，同时采集温度，并根据温度和隔离运放芯片的增益随温度变化数据得到当前隔离运放增益值，根据增益值和采集到的隔离运放输出电压值计算隔离运放输入电压值，之后根据分压电阻分压比例计算输入监测电压Vin+电压值；电流监测时，单片机子模块采集电压跟随器输出的电压值，并根据该电压值和电流传感IC的电流‑电压计算公式得到输入电流量。本发明同时支持电压电流温度监测、报警条件设定、采集数据输出和可编程IO功能，具有电气隔离、占用面积小和功能丰富、通用性强等优点。

Description

一种小型电压电流隔离监测模块
技术领域
本发明属于电路设计技术领域，涉及一种小型电压电流隔离监测模块。
背景技术
电压电流监测是判断电路工作稳定性的重要手段，现有的隔离电压电流监测模块多体积较大、不便使用，而小型电压电流监测模块又多采用非隔离方式实现，其带来了干扰和电磁兼容性问题。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：针对现有电压电流监测模块存在的诸多问题，提供一种小型电压电流隔离监测模块。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种小型电压电流隔离监测模块，包括电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块；
所述电压采集子模块由高精度分压电阻和隔离运放构成；
所述电流采集子模块由电流传感IC、运放和相关外围电路构成，其中运放搭建电压跟随器，用于增强电流传感IC输出电压的驱动能力；
所述单片机子模块由支持温度采集、两路ADC、一路UART的单片机和相关外围电路构成。
所述小型电压电流隔离监测模块对外引出如下管脚：
隔离电压监测5V供电引脚：VDD1
隔离电压监测5V供电地引脚：GND1
隔离电压监测电压输入引脚：Vin+
隔离电流监测电流输入引脚：Iin+
隔离电流监测电流输出引脚：Iin-
3.3V供电引脚：VDD2
3.3V供电地引脚：GND2
UART发送引脚：TX
UART接收引脚：RX
监测报警引脚：ALARM
可编程IO引脚：IO
所述小型电压电流隔离监测模块连接关系如下：
VDD1和GND1连接电压采集子模块，为其中的隔离运放输入端供电；
Vin+连接电压采集子模块，其通过高精度分压电阻分压后连接隔离运放输入端；
Iin+和Iin-连接电流采集子模块，其分别接电流传感IC的电流输入和输出端；
VDD2和GND2连接电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块，其为电压采集子模块的输出端和电流采集子模块、单片机子模块供电；VDD2、GND2与VDD1、GND1完全隔离。
TX、RX、ALARM和IO连接单片机子模块，其中TX和RX分别连接单片机对应UART功能的发送和接收引脚；
电流传感IC电压输出引脚连接由运放搭建的电压跟随器的输入端，电压跟随器的输出端连接单片机的一路ADC输入引脚。
电压采集子模块输出电压连接单片机的另一路ADC输入引脚；
基于以上构成、引脚和连接关系，该小型电压电流隔离监测模块实现如下功能：
电压监测：单片机采集隔离运放输出的电压值，同时采集温度，并根据温度和隔离运放芯片的增益随温度变化数据得到当前隔离运放增益值，根据增益值和采集到的隔离运放输出电压值计算隔离运放输入电压值，之后根据电阻分压比例计算输入监测电压Vin+电压值；
电流监测：单片机采集电压跟随器输出的电压值，并根据该电压值和电流传感IC的电流-电压计算公式得到输入电流量；
报警：单片机在进行电压、电流和温度监测的同时根据UART通讯接口传入的报警条件设定信息进行实时判断，当满足报警条件时通过ALARM引脚输出高电平或低电平，ALARM报警信号有效状态为高电平还是低电平同样可通过UART通讯接口进行设定，在默认条件下非报警状态为低电平，报警状态为高电平。
报警条件设定：可通过UART通讯接口设定报警条件，具体包括：
报警条件1：当小于某一电压时；
报警条件2：当大于某一电压时；
报警条件3：当小于某一电流时；
报警条件4：当大于某一电流时；
报警条件5：当小于某一温度时；
报警条件6：当大于某一温度时；
报警条件7：报警条件1～6的任意与、或、非组合；
采集数据输出：可通过UART通讯接口输出采集到的电压、电流和温度数据。
可编程IO：可通过UART通讯接口实时改变IO引脚的高、低电平状态。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的小型电压电流隔离监测模块，同时支持电压电流温度监测、报警条件设定、采集数据输出和可编程IO功能，具有电气隔离、占用面积小和功能丰富、通用性强等优点。
附图说明
图1是本发明一种小型电压电流隔离监测模块的各子模块连接示意图。
图2是本发明一种小型电压电流隔离监测模块的电压采集子模块内部连接示意图。
图3是本发明一种小型电压电流隔离监测模块的电流采集子模块内部连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1、图2和图3，本发明一种小型电压电流隔离监测模的具体实施例如下：
一种小型电压电流隔离监测模块，由电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块构成，其中：
所述电压采集子模块由高精度分压电阻和隔离运放构成，隔离运放选用Toshiba的TLP7820芯片；
所述电流采集子模块由电流传感IC、运放和相关外围电路构成，其中运放搭建电压跟随器，用于增强电流传感IC输出电压的驱动能力，电流传感IC选用Allegro的ACS系列芯片；
所述单片机子模块由支持温度采集、两路ADC、一路UART的PIC系列单片机和相关外围电路构成。
所述小型电压电流隔离监测模块对外引出管脚如图1所示。
所述小型电压电流隔离监测模块连接关系如下：
VDD1和GND1连接电压采集子模块，为TLP7820的VDD1和GND1引脚供电；
Vin+连接电压采集子模块，其通过高精度分压电阻分压后连接TLP7820的Vin+引脚，TLP7820的Vin-引脚通过电阻接地；
Iin+和Iin-连接电流采集子模块，其分别接电流传感IC的电流输入IP+和输出端IP-；
VDD2和GND2连接电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块，其为电压采集子模块的输出端和电流采集子模块、单片机子模块供电；VDD2、GND2与VDD1、GND1完全隔离。
TX、RX、ALARM和IO连接单片机子模块，其中TX和RX分别连接PIC单片机对应UART功能的发送和接收引脚；
电流传感IC电压输出引脚VIOUT连接由运放搭建的电压跟随器的输入端，电压跟随器的输出端连接单片机的一路ADC输入引脚。
电压采集子模块输出电压连接单片机的另一路ADC输入引脚；
基于以上构成、引脚和连接关系，该小型电压电流隔离监测模块实现如下功能：
电压监测：单片机采集隔离运放TLP7820输出的电压值，同时采集温度，并根据温度和TLP7820的增益随温度变化数据得到当前TLP7820芯片的增益值，根据增益值和采集到的TLP7820输出电压值计算TLP7820输入电压值，之后根据电阻分压比例计算模块Vin+引脚电压值；
电流监测：单片机采集电压跟随器输出的电压值，并根据该电压值和电流传感IC的电流-电压计算公式得到输入电流量；
报警：单片机在进行电压、电流和温度监测的同时根据UART通讯接口传入的报警条件设定信息进行实时判断，当满足报警条件时通过ALARM引脚输出高电平或低电平，ALARM报警信号有效状态为高电平还是低电平同样可通过UART通讯接口进行设定，在默认条件下非报警状态为低电平，报警状态为高电平。
报警条件设定：可通过UART通讯接口设定报警条件，具体包括：
报警条件1：当小于某一电压时；
报警条件2：当大于某一电压时；
报警条件3：当小于某一电流时；
报警条件4：当大于某一电流时；
报警条件5：当小于某一温度时；
报警条件6：当大于某一温度时；
报警条件7：报警条件1～6的任意与、或、非组合；
采集数据输出：可通过UART通讯接口输出采集到的电压、电流和温度数据。
可编程IO：可通过UART通讯接口实时改变IO引脚的高、低电平状态。
以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种小型电压电流隔离监测模块，其特征在于，包括：电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块；所述电压采集子模块包括分压电阻和隔离运放芯片；所述电流采集子模块包括电流传感IC、运放单元和外围电路，其中运放单元搭建电压跟随器；电压监测时，单片机子模块采集隔离运放芯片输出的电压值，同时采集温度，并根据温度和隔离运放芯片的增益随温度变化数据得到当前隔离运放增益值，根据增益值和采集到的隔离运放输出电压值计算隔离运放输入电压值，之后根据分压电阻分压比例计算输入监测电压Vin+电压值；电流监测时，单片机子模块采集电压跟随器输出的电压值，并根据该电压值和电流传感IC的电流-电压计算公式得到输入电流量。
2.如权利要求1所述的小型电压电流隔离监测模块，其特征在于，所述监测模块对外引出如下管脚：
隔离运放芯片上的引脚有：隔离电压监测5V供电引脚：VDD1；隔离电压监测5V供电地引脚：GND1；隔离电压监测电压输入引脚：Vin+；3.3V供电引脚：VDD2；3.3V供电地引脚：GND2；
电流传感IC上的引脚有：隔离电流监测电流输入引脚：Iin+；隔离电流监测电流输出引脚：Iin-；
单片机子模块上的引脚有：UART发送引脚：TX；UART接收引脚：RX；监测报警引脚：ALARM；可编程IO引脚：IO。
3.如权利要求2所述的小型电压电流隔离监测模块，其特征在于，所述VDD1和GND1连接电压采集子模块，为其中的隔离运放输入端供电；Vin+连接电压采集子模块，其通过高精度分压电阻分压后连接隔离运放输入端；Iin+和Iin-连接电流采集子模块，其分别接电流传感IC的电流输入和输出端；VDD2和GND2连接电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块，其为电压采集子模块的输出端和电流采集子模块、单片机子模块供电；VDD2、GND2与VDD1、GND1完全隔离。
4.如权利要求3所述的小型电压电流隔离监测模块，其特征在于，所述电流传感IC电压输出引脚连接由运放单元搭建的电压跟随器的输入端，电压跟随器的输出端连接单片机子模块上设置的一路ADC输入引脚；电压采集子模块输出电压连接单片机子模块上设置的另一路ADC输入引脚。
5.如权利要求4所述的小型电压电流隔离监测模块，其特征在于，所述监测模块还具有报警功能，报警时，单片机子模块在进行电压、电流和温度监测的同时根据单片机子模块上设置的UART通讯接口传入的报警条件设定信息进行实时判断，当满足报警条件时通过ALARM引脚输出高电平或低电平，ALARM报警信号有效状态为高电平还是低电平通过UART通讯接口进行设定，在默认条件下非报警状态为低电平，报警状态为高电平。
6.如权利要求5所述的小型电压电流隔离监测模块，其特征在于，所述监测模块还具有采集数据输出功能，通过UART通讯接口输出采集到的电压、电流和温度数据。
7.如权利要求6所述的小型电压电流隔离监测模块，其特征在于，所述监测模块还具有可编程IO功能，通过UART通讯接口实时改变IO引脚的高、低电平状态。
CN201910976680.3A 2019-10-15 2019-10-15 一种小型电压电流隔离监测模块 Pending CN110618310A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910976680.3A CN110618310A (zh) 2019-10-15 2019-10-15 一种小型电压电流隔离监测模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910976680.3A CN110618310A (zh) 2019-10-15 2019-10-15 一种小型电压电流隔离监测模块

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110618310A true CN110618310A (zh) 2019-12-27

Family

ID=68925501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910976680.3A Pending CN110618310A (zh) 2019-10-15 2019-10-15 一种小型电压电流隔离监测模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110618310A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112557772A (zh) * 2020-12-07 2021-03-26 天津津航计算技术研究所 一种单电源小型交流隔离检测模块

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102684269A (zh) * 2012-05-28 2012-09-19 河南速达电动汽车科技有限公司 一种纳米铅酸蓄电池智能控制系统
CN203178349U (zh) * 2013-05-02 2013-09-04 东北石油大学 基于stm32的手持式电压电流测量仪
CN104625276A (zh) * 2014-12-04 2015-05-20 宁波市华正信息技术有限公司 一种火花机在线运行参数实时监控系统及其监控方法
CN205049650U (zh) * 2015-10-12 2016-02-24 珠海格力电器股份有限公司 电压采样电路及系统
CN105375583A (zh) * 2015-12-09 2016-03-02 合肥国盛电池科技有限公司 动力锂电池组的管理系统及方法
CN206498377U (zh) * 2016-11-21 2017-09-15 国家电网公司 光伏组件监测模块的电压电流采集电路
CN107797076A (zh) * 2017-12-12 2018-03-13 杭州电子科技大学 一种基于隔离耦合器件的汽车电池电流电压检测设备
CN207652390U (zh) * 2018-01-10 2018-07-24 齐鲁交通服务开发有限公司 高速公路光伏电站智能化管理监控平台
CN209342800U (zh) * 2018-12-28 2019-09-03 金堆城钼业股份有限公司 一种电流检测仪

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102684269A (zh) * 2012-05-28 2012-09-19 河南速达电动汽车科技有限公司 一种纳米铅酸蓄电池智能控制系统
CN203178349U (zh) * 2013-05-02 2013-09-04 东北石油大学 基于stm32的手持式电压电流测量仪
CN104625276A (zh) * 2014-12-04 2015-05-20 宁波市华正信息技术有限公司 一种火花机在线运行参数实时监控系统及其监控方法
CN205049650U (zh) * 2015-10-12 2016-02-24 珠海格力电器股份有限公司 电压采样电路及系统
CN105375583A (zh) * 2015-12-09 2016-03-02 合肥国盛电池科技有限公司 动力锂电池组的管理系统及方法
CN206498377U (zh) * 2016-11-21 2017-09-15 国家电网公司 光伏组件监测模块的电压电流采集电路
CN107797076A (zh) * 2017-12-12 2018-03-13 杭州电子科技大学 一种基于隔离耦合器件的汽车电池电流电压检测设备
CN207652390U (zh) * 2018-01-10 2018-07-24 齐鲁交通服务开发有限公司 高速公路光伏电站智能化管理监控平台
CN209342800U (zh) * 2018-12-28 2019-09-03 金堆城钼业股份有限公司 一种电流检测仪

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112557772A (zh) * 2020-12-07 2021-03-26 天津津航计算技术研究所 一种单电源小型交流隔离检测模块

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201508409U (zh) 一种智能电池巡检仪
CN101476903A (zh) 一种传感器通用接口采集系统
CN106300670A (zh) 一种基于电力系统的综合数据巡检分析系统
CN205300716U (zh) 称重仪表
CN110618310A (zh) 一种小型电压电流隔离监测模块
CN107144750A (zh) 一种低压台区掉电监测装置及报警方法
CN208862584U (zh) 一种集成充电电池保护功能电路、单片机以及充放电电路
US20220155125A1 (en) M-bus receiving circuit and m-bus-based 4g water meter collector
CN111627196B (zh) 一种基于soc片上系统的无线智能水表
CN210720558U (zh) 一种低成本便携电压测量装置
CN114441846A (zh) 高精度电压检测控制电路
CN208156199U (zh) 基于sim868的定位和通信系统
CN203888638U (zh) 用于装载机的数字步进电机指针式组合仪表
CN110888370A (zh) 微功耗多功能集成数据采集单元
CN114252780A (zh) 电源测试装置
CN218733305U (zh) 无线充电装置
CN209748547U (zh) 多通道通信控制电路
CN209746596U (zh) 一种gprs智能通用计数器
CN207623405U (zh) 无线功率的滤波处理电路及监测装置
CN209343150U (zh) 一种基于can总线的可自复位温湿度采集装置
CN203537567U (zh) 基于ZigBee技术的采摘机器人传感器无线传输装置
CN215003961U (zh) 一种高压开关柜无线红外在线测温电路
CN211860139U (zh) 一种具有多种通讯接口的调试盒
CN220584677U (zh) 一种保护型传感器ttl通讯适配器
CN213661589U (zh) 一种四线电梯平层槽型光电开关电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191227

RJ01 Rejection of invention patent application after publication