CN113030544A - 一种电信号隔离检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电信号隔离检测的方法，属于水泵控制技术领域，解决了水泵控制强电弱电信号隔离检测问题，其技术方案要点是包括单片机、电压检测电路、电流检测电路、通讯电路和供电电路，供电电路连接通讯电路和单片机用于提供工作电源，通讯电路连接单片机并用于传输数据，电压检测电路和电流检测电路分别连接在单片机上用于提供控制板电路的电压采样信号和电流采样信号，所述控制板电路提供的采样端为市电供电端，采用隔离通信的方式进行数据信号传输，达到了简化电路结构，优化数据传输可靠性的效果。

Description

一种电信号隔离检测的方法

技术领域

本发明涉及水泵控制领域，特别地，涉及一种电信号隔离检测的方法。

背景技术

在水泵控制过程中，需要检测水泵运行的交流电压和电流，由于控制板还需要处理其它弱电传感器，为安全起见，需要对交流电压和电流信号进行隔离检测。通常采用的方法是电压互感器加电流互感器的方法，也有采用线性光耦隔离检测的方法。

这些方法的缺点是成本高，电路复杂，互感器的方法体积大，不利于安装。在有多路信号需要检测时(例如三相供电)，这个问题显的更为复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题，提供一种电信号隔离检测的方法，以达到隔离通讯的目的。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电信号隔离检测的方法，包括单片机、电压检测电路、电流检测电路、通讯电路和供电电路，供电电路连接通讯电路和单片机用于提供工作电源，通讯电路连接单片机并用于传输数据，电压检测电路和电流检测电路分别连接在单片机上用于提供控制板电路的电压采样信号和电流采样信号，所述控制板电路提供的采样端为市电供电端，通过电压检测电路或电流检测电路采集电信号并输入至单片机的ADC采样引脚，单片机初始化，开始检测电压和电流，对电流和电压检测结果信号进行滤波处理，判断发送数据计时是否到达，如果发送数据计时到达则进行组织数据步骤，并设置发送标志，再重新开始检测电压和电流；如果发送数据计时未到达则重新开始检测电压和电流。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述组织数据步骤设置在单片机的中断触发中包括：

步骤一：保护现场，判断不需要发送数据时，恢复现场，并退出；

步骤二：定义通讯起始位为T1时间的高电平后连续T2时间的低电平，定义数据0为T1时间的高电平后连续T3时间的低电平，定义数据1为T1时间的高电平后连续T4时间的低电平；

步骤三：判断需要发送数据时，发送T1时间高电平，T2时间的低电平，T1时间高电平，如果数据为0，则发出T3时间低电平，如果数据为1，则发出T4时间低电平，判断所有位数据发送完则清理发送标志，如果所有位未发送完成则技术发送下一位，最后回复现场，退出中断。

作为本发明的具体方案可以优选为：电压检测电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、二极管D2、电容C1，采样端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R1，电阻R1的另一端连接电阻R3，电阻R3的另一端连接电阻R4和电阻R5，电阻R5的另一端接地，电阻R4的另一端连接二极管D1的阳极、二极管D2的阴极和电容C1的一端并作为信号输出端，电容C1的另一端连接二极管D2的阳极并接地，二极管D1的阴极连接电压源VCC。

作为本发明的具体方案可以优选为：电压检测电路包括电阻RS、电阻R8、二极管D3、二极管D4、和电容C2，电阻RS串联在火线端和零线端之间，电阻RS的正极端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接二极管D3的阳极、二极管D4的阴极、电容C2的一端并作为输出端，二极管D3的阴极连接电压源VCC，二极管D4的阳极和电容C2的另一端接地。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述通讯电路包括光电耦合器。

本发明技术效果主要体现在以下方面：电路为独立工作的电路，且与控制板之间为隔离通讯方式，可以与零火线有直接相连接的关系，从而可以采用简单的方法进行电流和电压的检测电流的检测方式采用采样电阻的方式，利用采样电阻把电流信号转换为电压信号，由单片机的ADC功能进行检测和处理电压检测采用电阻分压的方式，把高压信号分压为低压信号，可以供单片机的ADC功能直接进行检测和处理。

附图说明

图1为实施例中硬件电路方框图；

图2为实施例中硬件电路原理图；

图3a为实施例中起始位信号图；

图3b为实施例中数据0信号图；

图3c为实施例中数据1信号图；

图3d为实施例中数据串信号图；

图4为主程序流程图；

图5为中断程序流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，以使本发明技术方案更易于理解和掌握，而不能理解为对本发明的限制。

实施例：

一种电信号隔离检测的方法，参考图1所示，包括单片机、电压检测电路、电流检测电路、通讯电路和供电电路。供电电路连接通讯电路和单片机用于提供工作电源，通讯电路连接单片机并用于传输数据，电压检测电路和电流检测电路分别连接在单片机上用于提供控制板电路的电压采样信号和电流采样信号，控制板电路提供的采样端为市电供电端，通过电压检测电路或电流检测电路采集电信号并输入至单片机的ADC采样引脚。

结合图1和图2所示，硬件上，本发明采用独立的单片机进行交流信号的检测，通过光耦隔离通讯的方式把信号传输给控制板。供电电路产生单片机和通讯电路所需的电源通讯电路为隔离通讯方式，单片机通过通讯电路把检测结果发给控制板。

多路电流检测和电压检测电流实现电流和电压信号的转换，转换为单片机可以检测的低压信号后，单片机通过ADC(模拟数字转换)的方式进行处理。

由于本发明的电路为独立工作的电路，且与控制板之间为隔离通讯方式，因此本发明的电路可以与零火线有直接相连接的关系，从而可以采用简单的方法进行电流和电压的检测。电流的检测方式采用采样电阻的方式，利用采样电阻把电流信号转换为电压信号，由单片机的ADC功能进行检测和处理。电压检测采用电阻分压的方式，把高压信号分压为低压信号，可以供单片机的ADC功能直接进行检测和处理。

具体的，电压检测电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、二极管D2、电容C1，采样端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R1，电阻R1的另一端连接电阻R3，电阻R3的另一端连接电阻R4和电阻R5，电阻R5的另一端接地，电阻R4的另一端连接二极管D1的阳极、二极管D2的阴极和电容C1的一端并作为信号输出端，电容C1的另一端连接二极管D2的阳极并接地，二极管D1的阴极连接电压源VCC。

电压检测电路包括电阻RS、电阻R8、二极管D3、二极管D4、和电容C2，电阻RS串联在火线端和零线端之间，电阻RS的正极端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接二极管D3的阳极、二极管D4的阴极、电容C2的一端并作为输出端，二极管D3的阴极连接电压源VCC，二极管D4的阳极和电容C2的另一端接地。通讯电路包括光电耦合器CP1。

图中，电压检测部分，通过电阻分压，把交流高压转换为低压小信号，经过二极管D1和D2钳位后，送单片机ADC1口。钳位二极管D1 D2的左右是确保送到单片机ADC1的信号的电平不会超出单片机允许的范围。电容C1的作用是滤波，可以有效的过滤掉大部分的干扰信号。

电流检测部分，需要控制板预先在电机与零线之间增加电流采样电阻。采样电阻的阻值和功率由实际电机的功率决定。一般采用毫欧电阻。需要选择合适的阻值和功率，以尽可能提高采样电阻产生的电压，这样可以不用经过放大直接送单片机ADC2进行检测。实际应用中，如果要提高电流检测的精度或者减小采样电阻的尺寸，则需要增加放大电路，放大电路为常规的运算放大电路即可，这里不做具体说明。电流采样后的信号仍然需要经过钳位二极管D3、D4的钳位。电容C2的作用是滤波，可以有效的过滤掉大部分的干扰信号。

通讯电路为简单的光耦隔离电路，单向通讯，具体的通讯方式在软件部分进行说明。

降压稳压电路是把输入的交流电压转换为单片机可以使用的直流电压，这部分电路不在本专利保护范围内，可以使用多种方式，例如阻容降压后再线性稳压，或者使用专门的BUCK降压电路。

为了方便信号的检测，单片机和信号的公共端(GND)直接连接了零线。

对单片机的控制方式如下：参考图4和图5。

单片机初始化，开始检测电压和电流，对电流和电压检测结果信号进行滤波处理，判断发送数据计时是否到达，如果发送数据计时到达则进行组织数据步骤，并设置发送标志，再重新开始检测电压和电流；如果发送数据计时未到达则重新开始检测电压和电流。

组织数据步骤设置在单片机的中断触发中包括：

步骤一：保护现场，判断不需要发送数据时，恢复现场，并退出；

步骤二：定义通讯起始位为T1时间的高电平后连续T2时间的低电平，定义数据0为T1时间的高电平后连续T3时间的低电平，定义数据1为T1时间的高电平后连续T4时间的低电平；

步骤三：判断需要发送数据时，发送T1时间高电平，T2时间的低电平，T1时间高电平，如果数据为0，则发出T3时间低电平，如果数据为1，则发出T4时间低电平，判断所有位数据发送完则清理发送标志，如果所有位未发送完成则技术发送下一位，最后回复现场，退出中断。

参考图3a，首先定义通讯起始位为T1时间的高电平后连续T2时间的低电平。参考图3b，定义数据0为T1时间的高电平后连续T3时间的低电平。参考图3c，定义数据1为T1时间的高电平后连续T4时间的低电平。不通讯的时候，通讯端口的信号为高电平，当需要通讯时，先发出T1时间的高电平，再发出T2时间的低电平，此后根据数据是0还是1连续发送数据，例如发送的数据为01100011。参考图3d，实际发送数据时，把检测结果按照位编排好后，一次性发出去即可。例如如果每个数据为10位，则两个数据需要连续发送20位，在发送起始位后，连续发送20位数据即可。

实际定义T1 T2 T3 T4时间时，需要尽可能把T2 T3 T4时间差异变大。同时也要兼顾通讯总的时间。

作为实际应用的例子，T1时间设置为3毫秒，T2时间设置为9毫秒，T3时间设置为3毫秒T4时间设置为6毫秒。

数据一般定时发送一次，实际应用中，一般1S发送一次即可。

数据发送过程一般在定时中断中进行，以确保计时时间的准确。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种电信号隔离检测的方法，包括单片机、电压检测电路、电流检测电路、通讯电路和供电电路，供电电路连接通讯电路和单片机用于提供工作电源，通讯电路连接单片机并用于传输数据，电压检测电路和电流检测电路分别连接在单片机上用于提供控制板电路的电压采样信号和电流采样信号，所述控制板电路提供的采样端为市电供电端，其特征是，通过电压检测电路或电流检测电路采集电信号并输入至单片机的ADC采样引脚，单片机初始化，开始检测电压和电流，对电流和电压检测结果信号进行滤波处理，判断发送数据计时是否到达，如果发送数据计时到达则进行组织数据步骤，并设置发送标志，再重新开始检测电压和电流；如果发送数据计时未到达则重新开始检测电压和电流。

2.如权利要求1所述的电信号隔离检测的方法，其特征在于：所述组织数据步骤设置在单片机的中断触发中包括：

步骤一：保护现场，判断不需要发送数据时，恢复现场，并退出；

步骤二：定义通讯起始位为T1时间的高电平后连续T2时间的低电平，定义数据0为T1时间的高电平后连续T3时间的低电平，定义数据1为T1时间的高电平后连续T4时间的低电平；

步骤三：判断需要发送数据时，发送T1时间高电平，T2时间的低电平，T1时间高电平，如果数据为0，则发出T3时间低电平，如果数据为1，则发出T4时间低电平，判断所有位数据发送完则清理发送标志，如果所有位未发送完成则技术发送下一位，最后回复现场，退出中断。

3.如权利要求1所述的电信号隔离检测的方法，其特征在于：电压检测电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、二极管D2、电容C1，采样端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R1，电阻R1的另一端连接电阻R3，电阻R3的另一端连接电阻R4和电阻R5，电阻R5的另一端接地，电阻R4的另一端连接二极管D1的阳极、二极管D2的阴极和电容C1的一端并作为信号输出端，电容C1的另一端连接二极管D2的阳极并接地，二极管D1的阴极连接电压源VCC。

4.如权利要求1所述的电信号隔离检测的方法，其特征在于：电压检测电路包括电阻RS、电阻R8、二极管D3、二极管D4、和电容C2，电阻RS串联在火线端和零线端之间，电阻RS的正极端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接二极管D3的阳极、二极管D4的阴极、电容C2的一端并作为输出端，二极管D3的阴极连接电压源VCC，二极管D4的阳极和电容C2的另一端接地。

5.如权利要求1所述的电信号隔离检测的方法，其特征在于：所述通讯电路包括光电耦合器。

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