CN114002486B - 一种交流电压／电流信号的检测方法以及检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及交流电压/电流信号的检测方法，包括以下步骤：通过采样滤波电路对交流信号进行多次滤波采样；通过有效值算法计算出多次滤波采样的有效值；依靠真实交流信号和有效值的映射关系计算交流信号的真实值；本申请公开了一种简易的交流信号检测电路及检测方法,能够精确有效的检测到交流信号,并将其转换为数字信号,再通过滤波采样以及映射计算得出信号的有效值，该电路能够可靠的实现交流信号的检测功能，可用于消防电源监控等工业应用中。
Description
技术领域
本发明涉及消防设备监测技术领域，更具体地说，涉及一种交流电压/电流信号的检测方法以及检测电路。
背景技术
交流电源信号检测在消防设备监测方面有着广泛的应用，能够精准快速的检测到交流信号对于用电设备有巨大的意义。目前还没有一种能够快速简洁进行交流信号检测的方式方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种交流电压/电流信号的检测方法以及检测电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种交流电压/电流信号的检测方法，其中，包括以下步骤：
第一步：通过采样滤波电路对交流信号进行多次滤波采样；
第二步：通过有效值算法计算出多次滤波采样的有效值；
第三步：依靠真实交流信号和有效值的映射关系计算交流信号的真实值。
本发明所述的交流电压/电流信号的检测方法，其中，所述第一步中，通过第一电流采样电路进行采样，通过第一滤波电路进行对采样信号滤波；
所述第一电流采样电路包括第一电流互感器，所述第一滤波电路包括串联的第一电阻和第二电阻，所述第一电流互感器的一次绕组与交流电连接，所述第一电阻连接于所述第二电阻的一端与所述第一电流互感器的二次绕组的电流输入端电连接，第一电阻远离所述第二电阻的一端与所述第一电流互感器的二次绕组的电流输出端电连接；所述第二电阻远离所述第一电阻的一端与外部的单片机的ADC模拟采样口连接，所述第二电阻远离所述第一电阻的一端通过第一电容接地。
本发明所述的交流电压/电流信号的检测方法，其中，所述第一步中采样方法为：
第一电流互感器的一次绕组输入电流ia，通过第一电流互感器将交流电流信号按比例N:1进行转换成二次绕组的电流输入信号IN，经过第一电阻将电流信号转变为电压信号Via，经过二次绕组的电流输出的直流分量Vref信号，抬升电压使周期信号大于0V，然后通过单片机的ADC模拟采样口做信号采样获得采样值。
本发明所述的交流电压/电流信号的检测方法，其中，所述第三步中，依靠真实交流信号和有效值的映射关系计算交流信号的真实值的方法利用公式：
Xrms＝ia/N*R/3.3*4096；
其中，Xrms为所述第二步获得的有效值，ia为真实电流信号，N为第一电流互感器转换的比例值，R为第一电阻的阻值。
本发明所述的交流电压/电流信号的检测方法，其中，所述第一步中，通过第一电压采样电路进行采样，通过第二滤波电路进行对采样信号滤波；
所述第一电压采样电路包括第一电压互感器，所述第二滤波电路包括串联的第三电阻和第四电阻，所述第一电压互感器的一次绕组的电流输入端串联有第五电阻和第六电阻，所述第一电压互感器的一次绕组的电流输出端串联有第七电阻和第八电阻；所述第三电阻连接于所述第四电阻的一端与所述第一电压互感器的二次绕组的电流输入端电连接，第三电阻远离所述第四电阻的一端与所述第一电压互感器的二次绕组的电流输出端电连接；所述第四电阻远离所述第三电阻的一端与外部的单片机的ADC模拟采样口连接，所述第四电阻远离所述第三电阻的一端通过第二电容接地。
本发明所述的交流电压/电流信号的检测方法，其中，第一步中采样方法为：
在一相电压输入端，输入电压VA，VA相电压通过第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻将电压信号转换为电流信号然后通过第一电压互感器按比例1：1转换成电流信号in，电流信号in经过第三电阻变为电压信号，经过二次绕组的电流输出的直流分量Vref信号，抬升电压使周期信号大于0V，然后通过单片机的ADC模拟采样口做信号采样获得采样值。
本发明所述的交流电压/电流信号的检测方法，其中，所述第三步中，依靠真实交流信号和有效值的映射关系计算交流信号的真实值的方法利用公式：
Xrms＝VA/(r1+r2+r3+r4)*r5/3.3*4096；
其中，Xrms为所述第二步获得的有效值，VA为真实电压信号，r1、r2、r3、r4、r5分别为第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第三电阻的阻值。
本发明所述的交流电压/电流信号的检测方法，其中，所述第二步中，通过有效值算法计算出多次滤波采样的有效值采用方法为：
将模拟信号接入处理单元的ADC接口，根据采样定理在交流信号周期内采集64个点ADC值，通过均方根算法得出有效值然后乘以硬件电路的系数比例得出实际的有效值。
一种交流电流信号检测电路，其中，包括第二电流采样电路和第三滤波电路；
所述第二电流采样电路包括第二电流互感器，所述第三滤波电路包括串联的第九电阻和第十电阻，所述第二电流互感器的一次绕组与交流电连接，所述第九电阻连接于所述第十电阻的一端与所述第二电流互感器的二次绕组的电流输入端电连接，第九电阻远离所述第十电阻的一端与所述第二电流互感器的二次绕组的电流输出端电连接；所述第十电阻远离所述第九电阻的一端与外部的单片机的ADC模拟采样口连接，所述第十电阻远离所述第九电阻的一端通过第三电容接地。
一种交流电压信号检测电路，其中，包括第二电压采样电路和第四滤波电路；
所述第二电压采样电路包括第二电压互感器，所述第四滤波电路包括串联的第十一电阻和第十二电阻，所述第二电压互感器的一次绕组的电流输入端串联有第十三电阻和第十四电阻，所述第二电压互感器的一次绕组的电流输出端串联有第十五电阻和第十六电阻；所述第十一电阻连接于所述第十二电阻的一端与所述第二电压互感器的二次绕组的电流输入端电连接，第十一电阻远离所述第十二电阻的一端与所述第二电压互感器的二次绕组的电流输出端电连接；所述第十二电阻远离所述第十一电阻的一端与外部的单片机的ADC模拟采样口连接，所述第十二电阻远离所述第十一电阻的一端通过第四电容接地。
本发明的有益效果在于：本申请公开了一种简易的交流信号检测电路及检测方法,能够精确有效的检测到交流信号,并将其转换为数字信号,再通过滤波采样以及映射计算得出信号的有效值，该电路能够可靠的实现交流信号的检测功能，可用于消防电源监控等工业应用中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，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附图：
图1是本发明较佳实施例的交流电压/电流信号的检测方法流程图；
图2是本发明较佳实施例的交流电压/电流信号的检测方法三相电的第一电流采样电路图；
图3是本发明较佳实施例的交流电压/电流信号的检测方法三相电的电流采样方式下的采样滤波电路图；
图4是本发明较佳实施例的交流电压/电流信号的检测方法三相电的第一电压采样电路图；
图5是本发明较佳实施例的交流电压/电流信号的检测方法三相电的电压采样方式下的采样滤波电路图；
图6是本发明较佳实施例的交流电压/电流信号的检测方法电路连接示意图。
具体实施方式
为了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技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明较佳实施例的交流电压/电流信号的检测方法，如图1所示，同时参阅图2-6，包括以下步骤：
S01：通过采样滤波电路对交流信号进行多次滤波采样；
S02：通过有效值算法计算出多次滤波采样的有效值；
S03：依靠真实交流信号和有效值的映射关系计算交流信号的真实值；
本申请公开了一种简易的交流信号检测电路及检测方法,能够精确有效的检测到交流信号,并将其转换为数字信号,再通过滤波采样以及映射计算得出信号的有效值，该电路能够可靠的实现交流信号的检测功能，可用于消防电源监控等工业应用中。
优选的，第一步中，通过第一电流采样电路进行采样，通过第一滤波电路进行对采样信号滤波；
如图2和图3所示：以A相的电流连接说明如下：
第一电流采样电路包括第一电流互感器T1，第一滤波电路包括串联的第一电阻R44和第二电阻R46，第一电流互感器T1的一次绕组与交流电(la1、la2)连接，第一电阻R44连接于第二电阻46的一端与第一电流互感器T1的二次绕组的电流输入端电连接，第一电阻R44远离第二电阻R46的一端与第一电流互感器T1的二次绕组的电流输出端电连接；第二电阻R46远离第一电阻R44的一端AINO与外部的单片机的ADC模拟采样口连接，第二电阻R46远离第一电阻R44的一端通过第一电容C11接地。
应用上述的电流采样电路进行采样方法为：
第一电流互感器T1的一次绕组输入电流ia，通过第一电流互感器T1将交流电流信号按比例N:1进行转换成二次绕组的电流输入信号IN0，经过第一电阻R44将电流信号转变为电压信号Via，经过二次绕组的电流输出的直流分量Vref信号，抬升电压使周期信号大于0V，然后通过单片机的ADC模拟采样口做信号采样获得采样值。
同理，对于B相、C相采用同样的电路，以及同样的采样方法进行处理，再次不再赘述；
优选的，第三步中，依靠真实交流信号和有效值的映射关系计算交流信号的真实值的方法利用公式：
Xrms＝ia/N*R/3.3*4096；
其中，Xrms为第二步获得的有效值，ia为真实电流信号，N为第一电流互感器转换的比例值，R为第一电阻的阻值；通过该种方式，就能够十分方便快捷且准确的对交流信号进行检测。
另一种较佳的实施方式是：
如图4和图5所示，通过第一电压采样电路进行采样，通过第二滤波电路进行对采样信号滤波；以对A1(A相电压)输入为例，说明如下：
第一电压采样电路包括第一电压互感器T9，第二滤波电路包括串联的第三电阻R55和第四电阻R90，第一电压互感器T9的一次绕组的电流输入端串联有第五电阻R30和第六电阻R31，第一电压互感器T9的一次绕组的电流输出端串联有第七电阻R41和第八电阻R35；第三电阻R55连接于第四电阻R90的一端与第一电压互感器T9的二次绕组的电流输入端电连接，第三电阻R55远离第四电阻R90的一端与第一电压互感器T9的二次绕组的电流输出端电连接；第四电阻R90远离第三电阻R55的一端与外部的单片机的ADC模拟采样口连接，第四电阻R90远离第三电阻R55的一端通过第二电容C27接地。
应用上述的电压采样电路进行采样方法为：
在A相的输入端A1，输入电压VA，VA相电压通过第五电阻R30、第六电阻R31、第七电阻R41和第八电阻R35将电压信号转换为电流信号然后通过第一电压互感器T9按比例1：1转换成电流信号IN8，电流信号IN8经过第三电阻R55变为电压信号，经过二次绕组的电流输出的直流分量Vref信号，抬升电压使周期信号大于0V，然后通过单片机的ADC模拟采样口做信号采样获得采样值。
同理，对于B相、C相采用同样的电路，以及同样的采样方法进行处理，再次不再赘述；
优选的，第三步中，依靠真实交流信号和有效值的映射关系计算交流信号的真实值的方法利用公式：
Xrms＝VA/(r1+r2+r3+r4)*r5/3.3*4096；
其中，Xrms为第二步获得的有效值，VA为真实电压信号，r1、r2、r3、r4、r5分别为第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第三电阻的阻值；通过该种方式，就能够十分方便快捷且准确的对交流信号进行检测。
优选的，在上述两种实施方式中，第二步通过有效值算法计算出多次滤波采样的有效值采用方法为：
将模拟信号接入处理单元的ADC接口，根据采样定理在交流信号周期内采集64个点ADC值，通过均方根算法得出有效值然后乘以硬件电路的系数比例得出实际的有效值；
计算采用的公式为：
另一种较佳的实施例为：一种交流电流信号检测电路，其中，包括第二电流采样电路和第三滤波电路；
第二电流采样电路包括第二电流互感器，第三滤波电路包括串联的第九电阻和第十电阻，第二电流互感器的一次绕组与交流电连接，第九电阻连接于第十电阻的一端与第二电流互感器的二次绕组的电流输入端电连接，第九电阻远离第十电阻的一端与第二电流互感器的二次绕组的电流输出端电连接；第十电阻远离第九电阻的一端与外部的单片机的ADC模拟采样口连接，第十电阻远离第九电阻的一端通过第三电容接地。
第二电流采样电路与第一电流采样电路相同，第三滤波电路与第一滤波电路相同；电路的连接说明以及电路的原理说明参照上述对第一电流采样电路、第一滤波电路的描述，再此不再赘述；
另一种较佳的实施例为：一种交流电压信号检测电路，其中，包括第二电压采样电路和第四滤波电路；
第二电压采样电路包括第二电压互感器，第四滤波电路包括串联的第十一电阻和第十二电阻，第二电压互感器的一次绕组的电流输入端串联有第十三电阻和第十四电阻，第二电压互感器的一次绕组的电流输出端串联有第十五电阻和第十六电阻；第十一电阻连接于第十二电阻的一端与第二电压互感器的二次绕组的电流输入端电连接，第十一电阻远离第十二电阻的一端与第二电压互感器的二次绕组的电流输出端电连接；第十二电阻远离第十一电阻的一端与外部的单片机的ADC模拟采样口连接，第十二电阻远离第十一电阻的一端通过第四电容接地。
第二电压采样电路与第一电压采样电路相同，第四滤波电路与第二滤波电路相同；电路的连接说明以及电路的原理说明参照上述对第二电流采样电路、第二滤波电路的描述，再此不再赘述；
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种交流电压/电流信号的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：通过采样滤波电路对交流信号进行多次滤波采样；
第二步：通过有效值算法计算出多次滤波采样的有效值；
第三步：依靠真实交流信号和有效值的映射关系计算交流信号的真实值；
所述第一步中，通过第一电流采样电路进行采样，通过第一滤波电路进行对采样信号滤波；或者，所述第一步中，通过第一电压采样电路进行采样，通过第二滤波电路进行对采样信号滤波；
所述第一电流采样电路包括第一电流互感器，所述第一滤波电路包括串联的第一电阻和第二电阻，所述第一电流互感器的一次绕组与交流电连接，所述第一电阻连接于所述第二电阻的一端与所述第一电流互感器的二次绕组的电流输入端电连接，第一电阻远离所述第二电阻的一端与所述第一电流互感器的二次绕组的电流输出端电连接；所述第二电阻远离所述第一电阻的一端与外部的单片机的ADC模拟采样口连接，所述第二电阻远离所述第一电阻的一端通过第一电容接地；
第一电流互感器的一次绕组输入电流ia，通过第一电流互感器将交流电流信号按比例N:1进行转换成二次绕组的电流输入信号IN，经过第一电阻将电流信号转变为电压信号Via，经过二次绕组的电流输出的直流分量Vref信号，抬升电压使周期信号大于0V，然后通过单片机的ADC模拟采样口做信号采样获得采样值；
所述第三步中，依靠真实交流信号和有效值的映射关系计算交流信号的真实值的方法利用公式：
Xrms＝ia/N*R/3.3*4096；
其中，Xrms为所述第二步获得的有效值，ia为真实电流信号，N为第一电流互感器转换的比例值，R为第一电阻的阻值；
所述第一电压采样电路包括第一电压互感器，所述第二滤波电路包括串联的第三电阻和第四电阻，所述第一电压互感器的一次绕组的电流输入端串联有第五电阻和第六电阻，所述第一电压互感器的一次绕组的电流输出端串联有第七电阻和第八电阻；所述第三电阻连接于所述第四电阻的一端与所述第一电压互感器的二次绕组的电流输入端电连接，第三电阻远离所述第四电阻的一端与所述第一电压互感器的二次绕组的电流输出端电连接；所述第四电阻远离所述第三电阻的一端与外部的单片机的ADC模拟采样口连接，所述第四电阻远离所述第三电阻的一端通过第二电容接地；
在一相电压输入端，输入电压VA，VA相电压通过第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻将电压信号转换为电流信号然后通过第一电压互感器按比例1：1转换成电流信号in，电流信号in经过第三电阻变为电压信号，经过二次绕组的电流输出的直流分量Vref信号，抬升电压使周期信号大于0V，然后通过单片机的ADC模拟采样口做信号采样获得采样值；
所述第三步中，依靠真实交流信号和有效值的映射关系计算交流信号的真实值的方法利用公式：
Xrms＝VA/(r1+r2+r3+r4)*r5/3.3*4096；
其中，Xrms为所述第二步获得的有效值，VA为真实电压信号，r1、r2、r3、r4、r5分别为第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第三电阻的阻值。
2.根据权利要求1所述的交流电压/电流信号的检测方法，其特征在于，所述第二步中，通过有效值算法计算出多次滤波采样的有效值采用方法为：
将模拟信号接入处理单元的ADC接口，根据采样定理在交流信号周期内采集64个点ADC值，通过均方根算法得出有效值然后乘以硬件电路的系数比例得出实际的有效值。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 518000 the three floor of the new world apartment, Nanshan Avenue, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong (for office only). Applicant after: Shenzhen hi tech investment Sanjiang Electronics Co.,Ltd. Address before: 518000 the three floor of the new world apartment, Nanshan Avenue, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong (for office only). Applicant before: SHENZHEN FANHAI SANJIANG ELECTRONICS Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |