CN204758709U - 一种多路复用的电能信息采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多路复用的电能信息采集装置，包括：数据采集模块，第一运算放大器，A/D转换器，单片机，显示屏，电源模块；待测电能通过所述数据采集模块采集后输送到所述第一运算放大器进行放大，放大后的待测电能传输给所述A/D转换器转换成数字信号并传输给单片机，单片机对接收到的数字信号进行处理并输送给所述显示屏进行显示，所述电源模块分别连接到以上各模块供电。其中，数据采集模块的滤波电路采用有源高通滤波器与有源低通滤波器串联后再并联一个有源低通滤波器，并联电路的两端分别连接一个复用开关，通过复用开关可选择并联电路中的任意一种滤波方式，具有多路复用、使用方便、节约资源和成本的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种数据采集装置，特别是一种多路复用的电能信息采集装置。
背景技术
一般来说，电能信息包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量，这就需要通过电能信息采集装置去采集电能信息数据，然后对采集到的电能信息数据进行处理和分析，从而可以判断电能质量。
电能信息采集过程中，电网信号首先通过变换器降压降流，之后再经过EMI滤波器，滤除1MHz以上的电磁噪声，此时可以近似地认为信号中不存在高于1MHz的外部噪声。经过电能信息采集装置的前置差分运放电路和抗混叠低通滤波器电路之后，信号即进入A/D进行数据采样。这一过程中运放电路产生的噪声对信号的影响主要表现为幅度噪声，运放电路输出端的输出电压噪声和输出电流噪声会对之后的数据采样的准确性、速度、精度、稳定度以及数据压缩产生影响。
电能信息采集装置中的调理电路种类非常多，调理电路中的滤波部分通常采用无源滤波方式处理，无源滤波结构简单，但是滤波频段会随负载的变化而变化；如果采用有源滤波器，有源低通滤波器可以滤除高频谐波干扰，有源高通滤波器和有源低通滤波器组成的有源带通滤波器可以滤除多频段的谐波干扰，但是，现实情况是，有时需要滤除多频段的谐波干扰，有时需要单一滤除高频谐波，普通的电能信息采集装置只能完成单一的滤波功能，造成使用不便、资源和成本的浪费。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型公开的一种电能信息采集装置，解决了现有技术中电能信息采集装置滤波功能单一造成的资源和成本浪费等问题，提供一种可实现滤除高频谐波和滤除多频段谐波选择的多路复用的电能信息采集装置，使用方便，节约资源和成本。
本实用新型提供的技术方案为：一种电能信息采集装置，包括：
数据采集模块，第一运算放大器，A/D转换器，单片机，显示屏，电源模块；所述待测电能通过所述数据采集模块采集后输送到所述第一运算放大器进行放大，放大后的所述待测电能传输给所述A/D转换器转换成数字信号并传输给单片机，所述单片机对接收到的所述数字信号进行处理并输送给所述显示屏进行显示，所述电源模块分别连接到以上各模块供电；其中，所述数据采集模块包括信号传感器、第二运算放大器、有源带通滤波器、第一复用开关、第二复用开关；所述有源带通滤波器包括有源高通滤波器、第一有源低通滤波器、第二有源低通滤波器，所述有源高通滤波器与所述第一有源低通滤波器串联后再与所述第二有源低通滤波器并联；并联的第一端通过依次串联的所述第一复用开关和所述第二运算放大器连接到所述信号传感器，并联的第二端通过所述第二复用开关连接到所述第一运算放大器；所述第一复用开关和所述第二复用开关分别连接到所述单片机。
优选的，所述有源高通滤波器是切比雪夫高通滤波器，所述有源低通滤波器是巴特沃兹低通滤波器。
优选的，所述信号传感器包括电压传感器和电流传感器。
优选的，所述电源模块包括AC/DC转换器、DC/DC转换器，所述AC/DC转换器的输入端与所述待测电能连接、输出端与所述DC/DC转换器连接，所述DC/DC转换器分别与所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、A/D转换器、所述单片机、所述显示屏连接
优选的，所述电源模块还包括锂电池组和电源选择器，所述AC/DC转换器的输出端、所述锂电池组均通过所述电源选择器与所述DC/DC转换器连接。
优选的，所述数据采集模块还包括锁相环，所述锁相环一端连接到所述第二复用开关的输出端、另一端连接到所述A/D转换器。
优选的，还包括以太网模块，所述以太网模块一端连接到单片机、另一端通过现场总线连接到网络。
优选的，所述现场总线是CAN总线。
本实用新型相较于现有技术的有益效果是，提供一种多路复用的电能信息采集装置，其数据采集模块中的滤波电路部分采用有源高通滤波器与有源低通滤波器串联后再并联一个有源低通滤波器，并联电路的两端分别连接一个连接到单片机的复用开关，通过复用开关可以选择并联电路中的任意一种滤波方式，可实现滤除高频谐波和滤除多频段谐波选择的多路复用，该电能信息采集装置使用方便，节约资源和成本。
附图说明
图1是本实用新型多路复用的电能信息采集装置的结构示意图；
图2是本实用新型多路复用的电能信息采集装置的数据采集模块结构示意图；
图3是本实用新型多路复用的电能信息采集装置的电源模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
图1是本实用新型多路复用的电能信息采集装置的结构示意图，由图1可知，本实用新型提供的电能信息采集装置包括数据采集模块100，第一运算放大器200，A/D转换器300，单片机400，显示屏500，电源模块600；待测电能通过数据采集模块100采集后输送到第一运算放大器200进行放大，同时滤除热噪声、散粒噪声、闪烁噪声(低频噪声或1/f噪声)以及电阻、电容参数稳定性和环境温度影响产生的噪声；放大后的待测电信号传输给A/D转换器300转换成数字信号并传输给单片机400，单片机400对接收到的数字信号进行处理并输送给显示屏500进行显示，电源模块600与上述各个模块均连接，用于供电。
图2是本实用新型多路复用的电能信息采集装置的数据采集模块结构示意图，由图2可知，所述数据采集模块包括信号传感器101、第二运算放大器102、有源带通滤波器103、第一复用开关104、第二复用开关105；有源带通滤波器103包括有源高通滤波器、第一有源低通滤波器、第二有源低通滤波器，其中，有源高通滤波器与第一有源低通滤波器串联后再与第二有源低通滤波器并联；并联的第一端通过依次串联的第一复用开关104和第二运算放大器102连接到信号传感器101，并联的第二端通过第二复用开关105连接到第一运算放大器200；第一复用开关和第二复用开关分别连接到单片机400。电能信息采集装置中的调理电路种类非常多，调理电路中的滤波部分通常采用无源滤波方式处理，无源滤波结构简单，但是滤波频段会随负载的变化而变化；如果采用有源滤波器，有源低通滤波器可以滤除高频谐波干扰，有源高通滤波器和有源低通滤波器组成的有源带通滤波器可以滤除多频段的谐波干扰，但是，现实情况是，有时需要滤除多频段的谐波干扰，有时需要单一滤除高频谐波，普通的电能信息采集装置只能完成单一的滤波功能，造成使用不便、资源和成本的浪费。采用本实施例提供的多路复用的电能信息采集装置，可以通过使用第一复用开关104和第二复用开关105实现滤除高频谐波和滤除多频段谐波选择的多路复用，具有使用方便、节约资源和成本的优点。
作为本实施例的一种实施方式，信号传感器101包括电压传感器和电流传感器，可以根据不同的信号源采集电压信号和电流信号。因为运放电路的输入电阻和信号源的输出阻抗对比不同；当信号源是电压信号时，运放电路的输入电阻比电压信号源的输出阻抗大；当信号源是电流信号时，运放电路的输入电阻比电流信号源的输出阻抗小；如果运放电路使用同一种类运算放大器，肯定会造成信号源的信号在运算放大电路中的功率变小。作为本实施方式的优选实施方式，第一运算放大器200和第二运算放大器102均包括场效应管运算放大器和双极型晶体管运算放大器，待测电能通过电流传感器输出电流信号，第二运算放大器102的场效应管运算放大器接收该电流信号并输送到有源带通滤波器103；待测电能通过电压传感器输出电压信号，第二运算放大器102的双极型晶体管运算放大器接收该电压信号并输送到有源带通滤波器；通过针对不同信号源选择不同种类的运算放大器，进一步提高了电流信号和电压信号在运放电路中的效率。
作为本实施例的一种优选实施方式，有源高通滤波器采用切比雪夫高通滤波器，有源低通滤波器采用巴特沃兹低通滤波器，切比雪夫高通滤波器和巴特沃兹低通滤波器组成的有源低通滤波器可以更好地滤除多频段谐波干扰，性能稳定、负载能力强、功率因素高。
如图3所示，本实施例的电源模块600包括AC/DC转换器601、DC/DC转换器602，AC/DC转换器601的输入端与待测电能连接、输出端与DC/DC转换器602连接，DC/DC转换器602分别与第一运算放大器200、第二运算放大器102、A/D转换器300、单片机400、显示屏500连接。电源模块600通过对待测电能依次进行AC/DC转换、DC/DC转换后转换成第一运算放大器200、第二运算放大器102、A/D转换器300、单片机400、显示屏500各部分所需电源。作为本实用新型的另一种实施方式，电源模块600还包括锂电池组603和电源选择器604，AC/DC转换器601的输出端、锂电池组603均通过电源选择器604与DC/DC转换器602连接。通过增加锂电池组603和电源选择器604，可以根据现场情况对多路复用的电能信息采集装置的供电方式进行选择。
作为本实用新型的另一种实施方式，数据采集模块100还包括锁相环700，锁相环700一端连接到数据采集模块100的有源带通滤波器103的输出端、另一端连接到A/D转换器300。
作为本实用新型的另一种实施方式，多路复用的电能信息采集装置还包括以太网模块800，以太网模块800一端连接到单片机400、另一端通过现场总线连接到网络。单片机400将经过A/D转换器300转换的数字信号发送给以太网模块800，以太网模块800通过现场总线将采集到的数字信号发送网络，便于分享，实时监控。现场总线有多种总线，本实施例优选CAN总线。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种多路复用的电能信息采集装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，第一运算放大器，A/D转换器，单片机，显示屏，电源模块；所述待测电能通过所述数据采集模块采集后输送到所述第一运算放大器进行放大，放大后的所述待测电能传输给所述A/D转换器转换成数字信号并传输给单片机，所述单片机对接收到的所述数字信号进行处理并输送给所述显示屏进行显示，所述电源模块分别连接到以上各模块供电；
其中，所述数据采集模块包括信号传感器、第二运算放大器、有源带通滤波器、第一复用开关、第二复用开关；所述有源带通滤波器包括有源高通滤波器、第一有源低通滤波器、第二有源低通滤波器，所述有源高通滤波器与所述第一有源低通滤波器串联后再与所述第二有源低通滤波器并联；并联的第一端通过依次串联的所述第一复用开关和所述第二运算放大器连接到所述信号传感器，并联的第二端通过所述第二复用开关连接到所述第一运算放大器；所述第一复用开关和所述第二复用开关分别连接到所述单片机。
2.如权利要求1所述的一种电能信息采集装置，其特征在于，所述有源高通滤波器是切比雪夫高通滤波器，所述有源低通滤波器是巴特沃兹低通滤波器。
3.如权利要求2所述的一种电能信息采集装置，其特征在于，所述信号传感器包括电压传感器和电流传感器。
4.如权利要求3所述的一种电能信息采集装置，其特征在于，所述电源模块包括AC/DC转换器、DC/DC转换器，所述AC/DC转换器的输入端与所述待测电能连接、输出端与所述DC/DC转换器连接，所述DC/DC转换器分别与所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、A/D转换器、所述单片机、所述显示屏连接。
5.如权利要求4所述的一种电能信息采集装置，其特征在于，所述电源模块还包括锂电池组和电源选择器，所述AC/DC转换器的输出端、所述锂电池组均通过所述电源选择器与所述DC/DC转换器连接。
6.如权利要求5所述的一种电能信息采集装置，其特征在于，所述数据采集模块还包括锁相环，所述锁相环一端连接到所述第二复用开关的输出端、另一端连接到所述A/D转换器。
7.如权利要求1-6任一项中所述的一种电能信息采集装置，其特征在于，还包括以太网模块，所述以太网模块一端连接到单片机、另一端通过现场总线连接到网络。
8.如权利要求7所述的一种电能信息采集装置，其特征在于，所述现场总线是CAN总线。
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|---|---|---|---|---|
| CN108111051A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-01 | 天津津航技术物理研究所 | 一种滤波方式可调的压电陶瓷驱动控制装置 |
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| CN110567616A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-12-13 | 北京自动化控制设备研究所 | 用于硅压阻式压力传感器单元的信号采集电路 |
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