CN113899941A - 一种电流采集电路及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流采集电路及采集方法，涉及电子电路技术领域，所述电流采集电路包括：至少N个采样电阻、程控开关单元和控制单元，至少N个所述采样电阻均与待采集模拟电流的输出端连接，N为不小于3的奇数，所述程控开关单元与N个所述采样电阻连接，所述控制单元与所述程控开关单元连接，且被配置为：所述控制单元用于控制所述程控开关单元使N个所述采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，得到对应的N个模拟电压值，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值。本发明通过使N个采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值，电流采集结果不会异常且精度高。

Description

一种电流采集电路及采集方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种电流采集电路及采集方法。

背景技术

加速度计是惯性导航系统的重要组成部分，一般输出模拟的电流信号，需将其先转换成数字信号，再进行数字处理。

目前，主要采用的方法有3种，I/F采集电路、V/F采集电路和AD采集电路。前两种方法是将电流信号转换为频率，抗干扰能力强、精度高，但是原理复杂、转换时间长、成本较高。AD采集电路是将模拟电流信号通过高精度采样电阻转换成电压信号，具有原理简单、转换时间短、成本低等优点。

但是，AD采集电路的精度受制于采样电阻的精度，而采样电阻受到环境变化、外界应力时，容易导致电阻阻值漂移甚至故障。当采样电阻的阻值发生漂移甚至故障时，直接导致输出结果精度差甚至异常。

发明内容

本发明实施例提供一种电流采集电路及采集方法，以解决相关技术中采样电阻受到环境变化、外界应力时，容易导致电阻阻值漂移，进而导致电流采集精度差甚至异常技术问题。

第一方面，提供了一种电流采集电路，所述电流采集电路包括：

至少N个采样电阻，其均与待采集模拟电流的输出端连接，N为不小于3的奇数；

程控开关单元，其与N个所述采样电阻连接；

控制单元，其与所述程控开关单元连接，且被配置为：

所述控制单元用于控制所述程控开关单元使N个所述采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，得到对应的N个模拟电压值，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值。

一些实施例中，所述电流采集电路还包括：

滤波放大单元，其设于所述程控开关单元与所述控制单元之间，所述滤波放大单元用于将所述采样电阻将待采集模拟电流转化的模拟电压滤波放大后输出至所述控制单元。

一些实施例中，所述滤波放大单元包括：运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1和电容C2；

所述电阻R1和电阻R2串联后一端与所述程控开关单元的输出端连接、另一端与所述运算放大器U1的正相输入端连接；

所述电阻R3一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接、另一端接地；

所述电阻R4一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接、另一端与所述运算放大器U1的输出端连接；

所述电容C1一端与所述电阻R1和电阻R2连接、另一端与所述运算放大器U1的输出端连接；

所述电容C2一端与所述运算放大器U1的正相输入端连接、另一端接地。

一些实施例中，所述电流采集电路还包括：

模数转换单元，其设于所述滤波放大单元与所述控制单元之间，所述模数转换单元将所述滤波放大单元滤波放大后的模拟电压转换为数字电压输出至所述控制单元。

一些实施例中，所述模数转换单元包括：模拟数字转换芯片U2、差分放大器U3、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

所述电阻R5一端与所述运算放大器U1的输出端连接、另一端与所述差分放大器U3的正相输入端连接；

所述电阻R6一端与所述差分放大器U3的反相输入端连接、另一端接地；

所述电阻R7一端与所述差分放大器U3的正相输入端连接、另一端与所述差分放大器U3的反相输出端连接；

所述电阻R8一端与所述差分放大器U3的反相输入端连接、另一端与所述差分放大器U3的正相输出端连接；

所述差分放大器U3的正相、反相输出端连接与所述模拟数字转换芯片U2的正相、反相输入端连接。

一些实施例中，所述程控开关单元采用多通道的开关芯片。

一些实施例中，所述控制单元采用嵌入式处理器。

一些实施例中，所述采样电阻为高精度薄膜或厚膜电阻。

第二方面，提供了一种电流采集方法，所述电流采集方法包括：

控制程控开关单元使N个采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，得到对应的N个模拟电压值，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值。

一些实施例中，所述控制程控开关单元使N个采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，得到对应的N个模拟电压值，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值的步骤，包括：

以预设周期依次循环使N个采样电阻单独与待采集模拟电流的输出端导通，得到对应的N×M个模拟电压值，M为循环次数；

分别计算每个采样电阻对应的模拟电压值A_i，i取1～N；A_i的计算公式为：

a_i1、a_i2、…a_ij…、a_iM为第i个采样电阻单独与待采集模拟电流的输出端M次导通后，得到对应的M个模拟电压值；

将模拟电压值A₁、A₂、…A_i…、A_N进行排序，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种电流采集电路及采集方法，设置至少N个采样电阻，使N个采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，当任一个采样电阻异常(变大或变小)时，其对应的模拟电压值异常(变大或变小)，然而其余采样电阻均正常，其余采样电阻对应的模拟电压值均为正常值。因此，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值仍然是可靠的，电流采集结果不会出现异常或精度差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种电流采集电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的滤波放大单元的电路图；

图3为本发明实施例提供的模数转换单元的电路图；

图4为本发明实施例提供的多通道的开关芯片的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种电流采集电路，其能解决现有技术中采样电阻受到环境变化、外界应力时，容易导致电阻阻值漂移，进而导致电流采集精度差甚至异常技术问题。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种电流采集电路，所述电流采集电路包括：至少N个采样电阻、程控开关单元和控制单元。

至少N个所述采样电阻均与待采集模拟电流的输出端连接，N为不小于3的奇数，所述程控开关单元与N个所述采样电阻连接，所述控制单元与所述程控开关单元连接，且被配置为：

所述控制单元用于控制所述程控开关单元使N个所述采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，得到对应的N个模拟电压值，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值。

本发明实施例中的电流采集电路，设置至少N个采样电阻，使N个采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，当任一个采样电阻异常(变大或变小)时，其对应的模拟电压值异常(变大或变小)，然而其余采样电阻均正常，其余采样电阻对应的模拟电压值均为正常值。因此，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值仍然是可靠的，电流采集结果不会出现异常或精度差的问题。

更进一步地，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述电流采集电路还包括：滤波放大单元，所述滤波放大单元设于所述程控开关单元与所述控制单元之间，所述滤波放大单元用于将所述采样电阻将待采集模拟电流转化的模拟电压滤波放大后输出至所述控制单元。滤波放大单元可滤去输出模拟电压中的纹波，提高采集精度。

更进一步地，在一个发明实施例中，参见图2所示，所述滤波放大单元包括：运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1和电容C2。

所述电阻R1和电阻R2串联后一端与所述程控开关单元的输出端连接、另一端与所述运算放大器U1的正相输入端连接。

所述电阻R3一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接、另一端接地。

所述电阻R4一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接、另一端与所述运算放大器U1的输出端连接。

所述电容C1一端与所述电阻R1和电阻R2连接、另一端与所述运算放大器U1的输出端连接。

所述电容C2一端与所述运算放大器U1的正相输入端连接、另一端接地。

更进一步地，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述电流采集电路还包括：模数转换单元，所述模数转换单元设于所述滤波放大单元与所述控制单元之间，所述模数转换单元将所述滤波放大单元滤波放大后的模拟电压转换为数字电压输出至所述控制单元。

更进一步地，在一个发明实施例中，参见图3所示，所述模数转换单元包括：模拟数字转换芯片U2、差分放大器U3、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8。其中，电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8的阻值相同。

所述电阻R5一端与所述运算放大器U1的输出端连接、另一端与所述差分放大器U3的正相输入端连接。

所述电阻R6一端与所述差分放大器U3的反相输入端连接、另一端接地。

所述电阻R7一端与所述差分放大器U3的正相输入端连接、另一端与所述差分放大器U3的反相输出端连接。

所述电阻R8一端与所述差分放大器U3的反相输入端连接、另一端与所述差分放大器U3的正相输出端连接。

所述差分放大器U3的正相、反相输出端连接与所述模拟数字转换芯片U2的正相、反相输入端连接。

更进一步地，在一个发明实施例中，参见图4所示，所述程控开关单元采用多通道的开关芯片。如图4所示，开关芯片为八通道CH0～CH7，当N取3时，八通道的开关芯片的CH0～CH7任选三个端口与三个采样电阻连接，八通道的开关芯片的公共端COM接滤波放大模块输入端电阻R1。

更进一步地，在一个发明实施例中，所述控制单元采用嵌入式处理器。优选地，采用FPGA芯片XC6SLX45作为嵌入式处理器，FPGA芯片和外围电路组成所述控制单元，控制多通道的开关芯片，实现按预设周期依次循环使N个采样电阻单独与待采集模拟电流的输出端导通。

更进一步地，在一个发明实施例中，所述采样电阻为高精度薄膜或厚膜电阻。

本发明实施例提供了一种电流采集方法，所述电流采集方法包括：

控制程控开关单元使N个采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，得到对应的N个模拟电压值，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值。

本发明实施例中的电流采集方法，使N个采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，当任一个采样电阻异常(变大或变小)时，其对应的模拟电压值异常(变大或变小)，然而其余采样电阻均正常，其余采样电阻对应的模拟电压值均为正常值。因此，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值仍然是可靠的，电流采集结果不会出现异常或精度差的问题。

更进一步地，在一个发明实施例中，所述控制程控开关单元使N个采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，得到对应的N个模拟电压值，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值的步骤，包括：

以预设周期依次循环使N个采样电阻单独与待采集模拟电流的输出端导通，得到对应的N×M个模拟电压值，M为循环次数；

分别计算每个采样电阻对应的模拟电压值A_i，i取1～N；A_i的计算公式为：

a_i1、a_i2、…a_ij…、a_iM为第i个采样电阻单独与待采集模拟电流的输出端M次导通后，得到对应的M个模拟电压值。多次循环取均值，测量结果更加精准。

将模拟电压值A₁、A₂、…A_i…、A_N进行排序，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值。

举例说明：正常情况下，若N取3时，模拟电压值输出为A₁、A₂、A₃，当三个采样电阻均正常时，A₁、A₂、A₃基本相等，假设A₁、A₂、A₃排序为A₁≥A₂≥A₃，此时输出为A₂。假设第二个采样电阻异常，当A₂异常增大时，此时排序为A₂≥A₁≥A₃，此时输出为A₁，类似地，当A₂异常减小时，此时排序为A₁≥A₃≥A₂此时输出为A₃，由于第一个和第三个采样电阻仍正常工作，A₁、A₃的输出与正常情况下A₂近似相等，在容许的范围内，第二个采样电阻异常不会影响整个电路的正常工作，其他采样电阻异常分析机理类似。因此，本发明实施例取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值，不会出现异常或精度差的问题。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，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、方法、物品或者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、方法、物品或者设备所固有的要素。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、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电流采集电路，其特征在于，所述电流采集电路包括：

至少N个采样电阻，其均与待采集模拟电流的输出端连接，N为不小于3的奇数；

程控开关单元，其与N个所述采样电阻连接；

控制单元，其与所述程控开关单元连接，且被配置为：

所述控制单元用于控制所述程控开关单元使N个所述采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，得到对应的N个模拟电压值，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值。

2.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述电流采集电路还包括：

滤波放大单元，其设于所述程控开关单元与所述控制单元之间，所述滤波放大单元用于将所述采样电阻将待采集模拟电流转化的模拟电压滤波放大后输出至所述控制单元。

3.如权利要求2所述的电流采集电路，其特征在于，所述滤波放大单元包括：运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1和电容C2；

所述电阻R1和电阻R2串联后一端与所述程控开关单元的输出端连接、另一端与所述运算放大器U1的正相输入端连接；

所述电阻R3一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接、另一端接地；

所述电阻R4一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接、另一端与所述运算放大器U1的输出端连接；

所述电容C1一端与所述电阻R1和电阻R2连接、另一端与所述运算放大器U1的输出端连接；

所述电容C2一端与所述运算放大器U1的正相输入端连接、另一端接地。

4.如权利要求3所述的电流采集电路，其特征在于，所述电流采集电路还包括：

模数转换单元，其设于所述滤波放大单元与所述控制单元之间，所述模数转换单元将所述滤波放大单元滤波放大后的模拟电压转换为数字电压输出至所述控制单元。

5.如权利要求4所述的电流采集电路，其特征在于，所述模数转换单元包括：模拟数字转换芯片U2、差分放大器U3、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

所述电阻R5一端与所述运算放大器U1的输出端连接、另一端与所述差分放大器U3的正相输入端连接；

所述电阻R6一端与所述差分放大器U3的反相输入端连接、另一端接地；

所述电阻R7一端与所述差分放大器U3的正相输入端连接、另一端与所述差分放大器U3的反相输出端连接；

所述电阻R8一端与所述差分放大器U3的反相输入端连接、另一端与所述差分放大器U3的正相输出端连接；

所述差分放大器U3的正相、反相输出端连接与所述模拟数字转换芯片U2的正相、反相输入端连接。

6.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于：所述程控开关单元采用多通道的开关芯片。

7.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于：所述控制单元采用嵌入式处理器。

8.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于：所述采样电阻为高精度薄膜或厚膜电阻。

9.一种使用如权利要求1所述的电流采集电路的电流采集方法，其特征在于，所述电流采集方法包括：

控制程控开关单元使N个采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，得到对应的N个模拟电压值，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值。

10.如权利要求9所述的电流采集方法，其特征在于，所述控制程控开关单元使N个采样电阻单独将待采集模拟电流转化为模拟电压，得到对应的N个模拟电压值，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值的步骤，包括：

以预设周期依次循环使N个采样电阻单独与待采集模拟电流的输出端导通，得到对应的N×M个模拟电压值，M为循环次数；

分别计算每个采样电阻对应的模拟电压值A_i，i取1～N；A_i的计算公式为：

a_i1、a_i2、…a_ij…、a_iM为第i个采样电阻单独与待采集模拟电流的输出端M次导通后，得到对应的M个模拟电压值；

将模拟电压值A₁、A₂、…A_i…、A_N进行排序，取N个模拟电压值的中间值换算得到待采集模拟电流的值。

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