CN112684245A - 一种多路直流电压、电流测量与显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路直流电压、电流测量与显示装置，该装置包括电压采集模块、电流采集模块、多路开关、主控模块和电压电流显示模块，所述电压采集模块用于采集若干路电压信号，所述电流采集模块用于采集若干路电流信号，所述主控模块通过多路开关轮流采集每一路的电压信号和电流信号并通过所述电压电流显示模块将采集到的电压信号和电流信号进行显示。本发明可以采集多路直流电压、电流，可以满足绝大多数车站的电压、电流的采集需求。本发明可以将采集到的各个机柜的电子设备电源的电压与电流值集中在前面板统一显示，一目了然。

Description

一种多路直流电压、电流测量与显示装置

技术领域

本发明涉及铁路信号系统领域，具体涉及一种多路直流电压、电流测量与显示装置。

背景技术

铁路信号系统要求对各电子模块电源的电压、电流进行实时检测，并将采集结果，通过串口发送给上位机。该监控系统需要能够同时采集多路电源的电压、电流值，并可以进行机柜上架式安装。目前市面上的电压或电流采集装置，缺点如下：

1、采集类型单一，要么只可以采集电源的电压，要么只可以采集电源的电流。

2、采集电压、电流路数太少，如果需要对多路电压、电流采集，需要多台设备，对成本与机柜的空间均占用较多。

3、不可以机柜上架安装。

4、不能对采集的电压、电流进行集中显示。

5、设备安全性考虑不周，采集设备自身故障可能反串到被采集设备，没有可以同时对多路电压、电流进行采集，并集中显示的设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多路直流电压、电流测量与显示装置，对各个机柜内的电子设备电源的电压、电流值进行测量与显示。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多路直流电压、电流测量与显示装置，该装置应用于铁路信号系统，该铁路信号系统包括若干电子模块电源，该装置包括：

电压采集模块，其包括若干电压采集电路，一所述电压采集电路用于采集一所述电子模块电源的电压信号；

电流采集模块，其包括若干电流采集电路，一所述电流采集电路用于采集一所述电子模块电源的电流信号；

多路开关，其包括输出端、控制端和若干输入端，其每一输入端与一所述电压采集电路和/或一所述电流采集电路连接；

主控模块，其输入端与所述多路开关的输出端连接，其输出端与所述多路开关的控制端连接；

电压电流显示模块，其输入端与所述主控模块的输出端连接；

其中，所述主控模块通过所述多路开关轮流获取每一路采集的电压信号和电流信号并通过所述电压电流显示模块将所述电压信号和所述电流信号进行显示。

可选地，该装置还包括：

AD转换器，用于将所述多路开关的输出端输出的的模拟信号转换为数字信号。

可选地，所述AD转换器内置于所述主控模块。

可选地，该装置还包括：

外部通信模块，其输入端与所述主控模块的输出端连接；所述主控模块通过所述外部通信模块将所述电子模块的电压信号、电流信号发送至外部接收设备。

可选地，该装置还包括：

电源模块，用于为所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述多路开关、所述AD转换模块、所述主控模块、所述电压电流显示模块和所述外部通信模块供电。

可选地，所述电流采集模块用于通过电阻将采集到的电流信号转成电压信号，其中，该电流信号由电流互感器测得。

可选地，所述电压采集模块包括依次通过电路连接的一防护模块、一电压跟随模块、一恒流源模块、一线性光电隔离模块和一恒压源模块；所述防护模块用于防止外部干扰对所述电压采集模块和/或所述电流采集模块的影响，以及在所述电压采集模块和/或所述电流采集模块故障时自动断路；所述电压跟随模块用于前后级电路隔离；所述恒流源模块用于将所述电压跟随模块输出的电压信号转换成电流信号；所述线性光耦隔离模块用于隔离模拟采集电路与内部的数字电路隔离；所述恒压源模块用于将所述线性光耦隔离模块发出的电流信号转换成电压信号。

可选地，所述防护模块包括电阻、电容、TVS管和保险丝。

可选地，所述电压跟随模块和/或所述恒流源模块采用运算放大器设计。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点之一：

本发明可以采集多路直流电压、电流，可以满足绝大多数车站的电压、电流的采集需求。

本发明可以将采集到的各个机柜的电子设备电源的电压与电流值集中在前面板统一显示，一目了然。

本发明中的电压、电流采集电路，充分考虑了设备的使用安全，通过保险丝、线性光耦隔离模块等设计，保证任一路采集电路故障都不会影响被采集电路，也不会影响其他路的采集电路。

本发明整体采用2U上架式设计，在满足铁路信号系统多路电压、电流采集需求的同时，尽可能的压缩对机柜空间的占用。

附图说明

图1为本发明一实施例中多路直流电压、电流测量与显示装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中电压采集模块的结构示意图；

图3为本发明一实施例中多路开关和主控模块的结构示意图；

图4为本发明一实施例中电压电流显示模块的显示界面。

具体实施方式

以下结合附图1～4和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、多路直流电压、电流测量与显示装置、物品或者现场设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、多路直流电压、电流测量与显示装置、物品或者现场设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、多路直流电压、电流测量与显示装置、物品或者现场设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1所示，本实施例提供的一种多路直流电压、电流测量与显示装置，该装置应用于铁路信号系统，该铁路信号系统包括若干电子模块电源，该装置包括：

电压采集模块，其包括若干电压采集电路，一所述电压采集电路用于采集一所述电子模块电源的电压信号；

电流采集模块，其包括若干电流采集电路，一所述电流采集电路用于采集一所述电子模块电源的电流信号；

多路开关，其包括输出端、控制端和若干输入端，其每一输入端与一所述电压采集电路和/或一所述电流采集电路连接；

主控模块，其输入端与所述多路开关的输出端连接，其输出端与所述多路开关的控制端连接；

电压电流显示模块，其输入端与所述主控模块的输出端连接；

其中，所述主控模块通过所述多路开关轮流获取每一路采集的电压信号和电流信号并通过所述电压电流显示模块将所述电压信号和所述电流信号进行显示。

本实施例中，所述电压采集模块用于采集10路电压信号，所述电流采集模块用于采集10路电流信号，所述主控模块通过多路开关轮流采集每一路的电压信号和电流信号并通过所述电压电流显示模块将采集到的电压信号和电流信号进行显示。

请参阅图4所示，电压电流显示模块具体以数码管的方式进行显示。

请参阅图3所示，由于采集路数较广，主控模块自带的AD转换模块，无法一一对应采集，故增加该多路开关，主控模块通过其内置的多路开关控制模块控制多路开关，轮流采集每一路电压、电流值。

本实施例中，电压采集模块采集的电压范围为0～30VDC，电流采集模块采集的电流范围为4-20mA。

本实施例中，所述电流采集模块用于通过电阻将采集到的电流信号转成电压信号，然后再像电压采集模块一样对电压信号进行处理，其中，所述电流信号由外部的电流互感器测得。

本实施例中，10路电压信号与10路电流信号，经电压采集模块、电流采集模块处理后，产生20路模拟电压信号，经主控模块的AD转换模块转换成数字信号。因主控模块的AD转换接口有限，难以做到每一路被采集信号分配一个AD转换模块，所以采用多路开关的方式，由主控模块控制多路开关，决定哪一路的采集值进入AD转换模块，将模拟量转换成数字量，完成电压、电流值的采集。

本实施例中，如图2所示，所述电压采集模块包括依次通过电路连接的一防护模块、一电压跟随模块、一恒流源模块、一线性光电隔离模块和一恒压源模块。

本实施例中，所述防护模块包括电阻、电容、TVS管和保险丝；所述电阻、所述电容和所述TVS管用于防止外部干扰对所述电压采集模块或所述电流采集模块的影响；所述保险丝用于在所述电压采集模块或所述电流采集模块故障时，能够主动断，不影响被测电源；该防护模块让外部干扰信号及时泄放掉，不影响电路采集。还有就是内部电路如果短路了，保险丝及时动作，不影响被采集的电路。很关键，但也挺常用。

请参阅图2所示，防护模块就是防止外部浪涌等干扰的，也防止设备自身故障短路了，不要影响到被采集的电路。电压跟随模块就是一个电压转换器，先采集的电压整理一下，同样的电压值，转换成高输入阻抗，低输出阻抗，更有利于后面的采集。恒流源就是当电压一定的时候，电流值一定，当电压变化的时候，电流值也随之变化，我们就是利用恒流源这个原理，将变化的电压值又转换成电流值，流入到线性光耦中。而线性光耦隔离模块的特点，一方面是隔离，另一方面，就是随着输入电流的变化，输出电流也变化。光耦出来的电流，再流入恒压源，恒压源电流的特点是，流入电流不变，输出电压不变，流入电流变化，输出电压相应变化。这样，光耦流出来的电流，又转回电压值了，然后发送到AD转回模块中，让AD转换成数字信号。

本实施例中，所述电压跟随模块采用运算放大器设计，利用电压跟随模块输入阻抗高、输出阻抗低的特点，起到前后级电路隔离的作用，为下一级的恒流源模块的采集做好阻抗准备。

本实施例中，所述恒流源模块采用运算放大器设计，利用恒流源模块输入电压值与输出电流值成线性关系的特点，将电压跟随模块输出的电压信号转换成电流信号，为电流信号进入线性光耦模块做好准备。

本实施例中，所述线性光耦隔离模块用于隔离模拟采集电路与内部数字电路隔离的作用，防止任一路的故障，不影响主控电路与其他采集电路的正常工作。

本实施例中，所述恒压源模块利用恒压源电路输入电流与输出电压成线性关系的特点，将从线性光耦隔离模块中的出来的电流信号转换成电压信号，经过多路开关后，进入主控模块自带的AD转换模块。

本实施例中，所述主控模块通过外部通信模块将电压信号、电流信号以 RS422的方式发送至外部接收设备(或上位机)。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种多路直流电压、电流测量与显示装置，其特征在于，该装置应用于铁路信号系统，该铁路信号系统包括若干电子模块电源，该装置包括：

电压采集模块，其包括若干电压采集电路，一所述电压采集电路用于采集一所述电子模块电源的电压信号；

电流采集模块，其包括若干电流采集电路，一所述电流采集电路用于采集一所述电子模块电源的电流信号；

多路开关，其包括输出端、控制端和若干输入端，其每一输入端与一所述电压采集电路和/或一所述电流采集电路连接；

主控模块，其输入端与所述多路开关的输出端连接，其输出端与所述多路开关的控制端连接；

电压电流显示模块，其输入端与所述主控模块的输出端连接；

其中，所述主控模块通过所述多路开关轮流获取每一路采集的电压信号和电流信号并通过所述电压电流显示模块将所述电压信号和所述电流信号进行显示。

2.如权利要求1所述的多路直流电压、电流测量与显示装置，其特征在于，该装置还包括：

AD转换器，用于将所述多路开关的输出端输出的的模拟信号转换为数字信号。

3.如权利要求2所述的多路直流电压、电流测量与显示装置，其特征在于，所述AD转换器内置于所述主控模块。

4.如权利要求1或2所述的多路直流电压、电流测量与显示装置，其特征在于，该装置还包括：

外部通信模块，其输入端与所述主控模块的输出端连接；所述主控模块通过所述外部通信模块将所述电子模块的电压信号、电流信号发送至外部接收设备。

5.如权利要求4所述的多路直流电压、电流测量与显示装置，其特征在于，该装置还包括：

电源模块，用于为所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述多路开关、所述AD转换模块、所述主控模块、所述电压电流显示模块和所述外部通信模块供电。

6.如权利要求1所述的多路直流电压、电流测量与显示装置，其特征在于，所述电流采集模块用于通过电阻将采集到的电流信号转成电压信号，其中，该电流信号由电流互感器测得。

7.如权利要求6所述的多路直流电压、电流测量与显示装置，其特征在于，所述电流采集模块的结构和所述电压采集模块的结构相同。

8.如权利要求7所述的多路直流电压、电流测量与显示装置，其特征在于，所述电压采集模块还包括依次通过电路连接的一防护模块、一电压跟随模块、一恒流源模块、一线性光电隔离模块和一恒压源模块；所述防护模块用于防止外部干扰对所述电压采集模块和/或所述电流采集模块的影响，以及在所述电压采集模块和/或所述电流采集模块故障时自动断路；所述电压跟随模块用于前后级电路隔离；所述恒流源模块用于将所述电压跟随模块输出的电压信号转换成电流信号；所述线性光耦隔离模块用于隔离模拟采集电路与内部的数字电路隔离；所述恒压源模块用于将所述线性光耦隔离模块发出的电流信号转换成电压信号。

9.如权利要求8所述的多路直流电压、电流测量与显示装置，其特征在于，所述防护模块包括电阻、电容、TVS管和保险丝。

10.如权利要求8所述的多路直流电压、电流测量与显示装置，其特征在于，所述电压跟随模块和/或所述恒流源模块采用运算放大器设计。

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