CN207586405U - 一种基于usb数据采集卡的直流电源监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于USB数据采集卡的直流电源监测系统，包括供电单元、直流电压传感器、直流电流传感器、信号调理电路、高速USB数据采集卡和上位机。电流电压传感器模块采集直流电源电压和电流参数，经信号调理电路转换为数据采集卡可接收信号，数据采集卡对采集到的电流和电压信号同时进行AD转换，转换后的数据经过USB接口传输给上位机，上位机LabVIEW软件对结果进行数据分析、分析结果实时显示和保存。所述采用USB数据采集卡，在保证低成本的条件下提供了较高的数据采样速率和传输速率，高性能上位机可快速分析大量数据，实时显示和存储数据及其分析结果，降低了系统的开发成本，提高了监测系统的准确度和实时性。
Description
技术领域
本实用新型涉及直流电源监测和保护领域，具体是一种采集电流和电压数据并高速传输给上位机，上位机实时分析电能质量和电路故障的监测系统。
背景技术
直流电源广泛使用在消费电子、自动控制、继电保护、音响照明、电子设备和电力交通等多种场合，直流供电下电流电压的不稳定和电气故障会造成设备工作的不稳定，甚至发生事故。低压直流系统在发生电能质量恶化，产生各种直流故障时，由于直流电的特点，往往需要分析直流电压电流的高频动态特性，需要分析的数据量较大，要求数据采集模块和数据传输模块具有较高的数据采集速率和传输速率，同时上位机也要具有较快的数据处理速度才能完成高速动态数据分析，显示最终处理结果。
现有直流监测系统基本利用RS串行接口传输数据，数据传输速率比较慢。当信号采集模块速率较快时，数据传输模块无法及时传输数据到上位机，上位机显示会有延时现象；另一方面较低的传输速率影响上位机的数据分析，甚至无法得出有用的结果，降低监测的效果和系统的功能。
实用新型内容
针对上述情况，本实用新型提供了一种基于LabVIEW和高速USB采集卡的低压直流监测系统，目的在于准确分析直流低压电路的参数实时显示其状态，遇到故障时发出故障报警。
为了实现上述目的本实用新型采用如下技术方案：一种基USB数据采集卡的直流电源监测系统，由供电单元、直流电压传感器、直流电流传感器、信号调理电路、高速USB数据采集卡和上位机组成：供电单元把220V交流电转换为3.3V或者5V，给电压电流传感器、信号调理电路和数据采集卡提供电源，电流传感器的线圈被直流电源系统正极导线穿过，电压传感器输入端分别连接到正负导线上，电流电压传感器输出端分别连接信号调理电路输入端对信号进行滤波放大，电流电压信号调理电路输出端分别和数据采集卡的AD端口连接，数据采集卡输出端通过USB接口连接上位机，上位机安装有LabVIEW软件接收数据并进行实时数据处理和分析，显示和存储分析结果。
所述的供电单元用于给信号调理电路和数据采集卡提供电源。
所述的传感器单元由直流电流互感器和霍尔电压传感器构成，电流互感器可采集0-10A直流电流，分压电阻可采集0-400V直流电压，用于采集低压直流线路中的电流和电压参数。
所述的信号调理电路由差分输入电路、高低通滤波器、信号变换电路组成，主要用于信号幅值变换，满足信号采集卡对输入的要求。
所述的高速USB数据采集卡含有多路AD端口可以并行完成AD转换，并通过USB 2.0高速接口传输给上位机。
所述的上位机安装有LabVIEW软件，实时显示保存电能质量参数，判断是否有电气故障以及是否报警。
本实用新型的有益效果在于：采用USB数据采集卡，在保证低成本的条件下提供了较高的数据采样速率和传输速率，使得数据的可分析频域特征更宽，为进一步的电能状态和故障分析提供了数据基础；上位机使用了高性能PC和利用图形化编程语言的LabVIEW软件，可快速分析大量数据，实时显示和存储数据及其分析结果，降低了系统的开发成本，提高了监测系统的准确度和实时性。
附图说明
图1为本实用新型一种基于USB数据采集卡的直流电源监测系统的结构示意图。
图2为本实用新型一种基于USB数据采集卡的直流电源监测系统的数据处理流程图。
附图标记：(1)供电单元；(2.1)电流传感器；(2.2)电压传感器；(3.1)电流信号调理电路；(3.2)电压信号调理电路；(4)数据采集卡；(5)上位机。
具体实施方式
下面将结合附图做进一步说明。
如图1，一种基于USB数据采集卡的直流电源监测系统，包括供电单元(1)、直流电压传感器(2.1)、直流电流传感器(2.2)、电流信号调理电路(3.1)、电压信号调理电路(3.2)、高速USB数据采集卡(4)和上位机(5)组成：供电单元(1)把电网220V转换为3.3V或者5V电压，给信号调理电路(3)和数据采集卡(4)提供电源，传感器单元(2)采集供电直流线路的电流、电压参数，传感器输出端连接信号调理电路(4)输入端对信号进行滤波放大，之后将信号输出到数据采集卡(4)的AD端口，数据采集卡(4)通过USB接口将AD转换后的数据传送给上位机(5)，上位机(5)安装有LabVIEW软件接收数据并进行实时数据处理和分析，显示和存储分析结果。
所述的供电单元(1)用于给信号调理电路(3)和数据采集卡(4)提供电源。
所述的直流电流传感器(2.1)由直流电流互感器构成，电流互感器可采集0-10A直流电流，输出为0-5V的电压信号，用于采集低压直流线路中的电流参数。
所述的直流电压传感器(2.2)由霍尔电压传感器模块构成，电流互感器可采集0-400V直流电压，输出为0-5V电压，用于采集低压直流线路中的电压参数。
所述的电流信号调理电路(3.1)由差分输入电路、高低通滤波器、信号变换电路组成，主要用于对直流电流信号进行幅值变换和滤波，满足信号采集卡AD端口对输入信号的要求。
所述的电压信号调理电路(3.2)由差分输入电路、高低通滤波器、信号变换电路组成，主要用于对直流电压信号进行幅值变换和滤波，满足信号采集卡AD端口对输入信号的要求。
所述的高速USB数据采集卡(4)具有24路差分输入模拟信号-数字信号(AD)转换通道，最高采样速率50kHz，具有USB 2.0高速接口与上位机(5)连接。
所述的上位机(5)安装有LabVIEW软件，用于实时显示直流电流电压偏差、波动、谐波、瞬态过电流电压等电能状态参数，并把分析结果和正常工作电能指标上限值进行比较，判断线路是否安全可靠并进行声光报警。
如图2所示，传感器模块采集直流电源电压和电流参数，经信号调理电路转换为数据采集卡可接收信号，数据采集卡对采集到的电流和电压信号同时进行AD转换，转换后的数据经过USB接口传输给上位机，上位机LabVIEW软件对结果进行数据分析、分析结果实时显示和保存。
此处说明描述了本实用新型的某些特征及一种实现方法，但其他基于本实用新型技术方案的结构变化、替代和修改也应包括在本实用新型权利要求的保护范围内，具体保护范围由所附的权利要求范围为准。
Claims (4)
1.一种基于USB数据采集卡的直流电源监测系统，由供电单元、直流电压传感器、直流电流传感器、信号调理电路、高速USB数据采集卡和上位机组成，其特征在于：供电单元输出端连接电压电流传感器、信号调理电路和数据采集卡并提供电源，电流传感器的线圈被直流电源系统正极导线穿过，电压传感器输入端分别连接到直流电源正负导线上，电流电压传感器输出端分别连接信号调理电路输入端，电流电压信号调理电路输出端分别和数据采集卡的AD端口连接，数据采集卡输出端通过USB接口连接上位机。
2.根据权利要求1所述的一种基于USB数据采集卡的直流电源监测系统，其特征在于，所述USB数据采集卡采样速率为50kHz，具有24路AD通道。
3.根据权利要求1所述的一种基于USB数据采集卡的直流电源监测系统，其特征在于，电流传感器采用直流电流互感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于USB数据采集卡的直流电源监测系统，其特征在于，电压传感器采用霍尔电压传感器模块。
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| CN109521752A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-03-26 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 控制箱检测系统 |
| CN113484593A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-10-08 | 南京理工大学 | 一种用于大功率脉冲电源的数据采集系统 |
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