CN207650258U - 一种用于太阳能充电控制系统的数据采集电路 - Google Patents

Abstract

一种用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，包括用于采集电流信息的电流传感器接口电路、用于采集电压信息的电压采集电路、对采集到的数据进行处理的MCU电路和与其他设备进行通信的通信电路，所述电流传感器接口电路、所述电压采集电路和所述通信电路分别与所述MCU电路电连接。本申请的有益效果是：电压采集电路的输入范围很广，电路可以将宽电压范围的输入转换为0‑3.3V的电平信号进行处理；电源的纹波更小，能达到0.05％；电路元器件选型的高性能以及抗干扰电路的应用，使得校测数据的实时性、准确度更高。

Description

一种用于太阳能充电控制系统的数据采集电路

技术领域

本申请属于太阳能充电技术领域，具体地说，涉及一种用于太阳能充电控制系统的数据采集电路。

背景技术

长期以来，在电子系统应用过程中，经常会需要对电子系统的特定或重要位置进行电信号的数据采集，以便供上层系统对其运行状况进行分析，并作出合适的判断。随着电子类产品和设备在各行各业中的广泛应用，数据采集的技术更显得尤为重要。在太阳能充电控制系统中，更需要对各充电单元的运行和使用状态进行监控，这就需要采集充电单元的电流和电压信号进行分析，但目前的数据采集电路采集的数据范围比较窄，不能得到广泛的应用。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，能够采集宽电压信号进行处理。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，并采用以下技术方案来实现。

一种用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，包括用于采集电流信息的电流传感器接口电路、用于采集电压信息的电压采集电路、对采集到的数据进行处理的MCU电路和与其他设备进行通信的通信电路，所述电流传感器接口电路、所述电压采集电路和所述通信电路分别与所述MCU电路电连接。

进一步的，所述MCU电路包括MCU芯片、上电复位电路、MCU晶振电路和信号指示灯电路；所述上电复位电路、所述MCU晶振电路和所述信号指示灯电路分别与所述MCU芯片电连接。

进一步的，所述MCU芯片的所有电源端口均连接MCU+3.3电源，所有GND端口接地；所述上电复位电路包括复位按键S1；所述复位按键S1 的一端接地，另一端分别连接所述MCU芯片的复位端和上拉电阻R5的一端，所述上拉电阻R5的另一端接所述MCU+3.3电源；所述复位按键S1与滤波电容C5并联；所述MCU晶振电路包括第一晶振Y1和第二晶振Y2，所述第一晶振Y1和所述第二晶振Y2的两端分别与所述MCU芯片电连接；所述第一晶振Y1并联两路电路，一路是电容C1和电容C2的串联电路，另一路是电阻R1；所述第二晶振Y2与电容C3和电容C4的串联电路并联；所述电容C1和所述电容C2的连接端接地，所述电容C3和所述电容C4的连接端接地。

进一步的，所述信号指示灯电路包括三个分别指示不同信息的信号灯，所述的三个信号灯的正极分别连接上拉电阻后与所述MCU+3.3电连接，所述的三个信号灯的负极分别与所述MCU芯片的IO口电连接。

进一步的，所述电流传感器接口电路包括若干电流传感器；所述电流传感器的电压端均连接MCU+5电源；所述电流传感器的地端均接地；所述电流传感器的输出端作为采集到的电流信号与所述MCU电路的MCU芯片电连接。

进一步的，所述电压采集电路包括若干采集转换电路；所述采集转换电路的电压采集点串联不少于两个分压电阻后与输入运算放大器的输入端-极电连接；最后一个所述分压电阻前连接下拉电阻后接地；所述输入运算放大器的电源端接电源，地端接地，输出端和所述输入端-极之间连接滤波电容；所述输入运算放大器的输出端连接电阻后与反馈型线性光耦的输入端负极电连接，所述线性光耦的输入端正极与电源连接；所述线性光耦的反馈端正极与所述输入运算放大器的输入端正极电连接，同时接地；所述线性光耦的反馈端负极与所述输入运算放大器的输入端-极电连接；所述线性光耦的输出端正极与输出运算放大器的输入端+极电连接，同时接地；所述线性光耦的输出端负极与所述输出运算放大器的输入端-极电连接；所述输出运算放大器的输出端和输入端-极之间连接RC电路；所述输出运算放大器的输出端连接MCU电阻后作为电压采样信号Vsen与所述MCU电路的MCU芯片电连接；所述MCU电阻的后端另分两路，一路连接上拉二极管的正极，所述上拉二极管的负极接MCU+3.3电源；另一路连接下拉二极管的负极，所述下拉二极管的正极接地。

进一步的，所述通信电路包括RS485电路和RS232电路；所述数据采集电路工作时两种通信方式二选一。

进一步的，所述RS485电路包括485通信芯片U6，所述MCU电路的一组发送和接收通信信号作为485通信的发送端和接收端与所述485通信芯片U6的通信端电连接；所述485通信芯片U6的控制端与所述MCU电路的485使能信号输出端电连接；所述485通信芯片U6的电源端连接 MCU+3.3电源，地端接地；所述485通信芯片U6的A端和B端之间连接电阻网络，且所述A端和所述B端分别作为另一组485通信的发送端和接收端与后续485通信设备电连接。

进一步的，所述RS232电路包括232通信芯片U8，所述MCU电路的另一组发送和接收通信信号作为232通信的发送端和接收端与所述232通信芯片U8的通信端电连接；与前述232通信芯片U8的通信端相对应的另一组通信端与后续232通信设备电连接；所述232通信芯片U8的电源端与所述MCU+3.3电源电连接，地端接地；所述232通信芯片的各组正、负C端口间均连接滤波电容，正、负V端口均连接电容后接地。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：本申请电压采集电路的输入范围很广，电路可以将宽电压范围的输入转换为0-3.3V的电平信号进行处理；电路元器件选型的高性能以及抗干扰电路的应用，使得校测数据的实时性、准确度更高。

当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请数据采集电路MCU电路原理图。

图2是本申请数据采集电路晶振连接原理图。

图3是本申请数据采集电路指示灯连接原理图。

图4是本申请数据采集电路的BOOT选择电路原理图。

图5是本申请数据采集电路电流传感器接口电路原理图。

图6是本申请数据采集电路电压转换电路原理图。

图7是本申请数据采集电路RS485电路原理图。

图8是本申请数据采集电路RS232电路原理图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

一种用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，包括电流传感器接口电路、电压采集电路、MCU电路和通信电路，电流传感器接口电路、电压采集电路和通信电路分别与MCU电路电连接。电流传感器接口电路和电压采集电路用来采集电流和电压信息，将采集到的电流和电压信息传输给MCU 电路，MCU电路对采集数据进行处理后经通信电路向外输送。电压采集电路将采集到的初始高电压转换成0-3.3V电压信号，再输送给MCU电路。

如图1所示，MCU电路包括MCU芯片、上电复位电路、MCU晶振电路、信号指示灯电路和BOOT选择电路。上电复位电路、MCU晶振电路、信号指示灯电路和BOOt选择电路分别与MCU芯片电连接。MCU芯片选用 STM32F103RCT6。MCU芯片的电源端口包括VDDA、VDD_1、VDD_2、VDD_3和VDD_4；GND端口包括VSSA、VSS_1、VSS_2、VSS_3和VSS_4。 MCU芯片的VDDA和VSSA分别连接MCU+3.3电源和MCU_AGND，VDD_1、VDD_2、VDD_3和VDD_4分别连接MCU+3.3电源，VSS_1、VSS_2、 VSS_3和VSS_4分别连接MCU_GND。且相对应的MCU+3.3电源和GND 之间均连接滤波电容，以起到滤波和隔直的作用，保护电源不被短路。 MCU_AGND和MCU_GND之间连接磁珠FB1，原则上市售的通用磁珠都可以使用，用来吸收高频信号，抑制电磁辐射的干扰，减轻两个地之间的相互干扰。MCU+3.3电源为3.3V直流电源。

上电复位电路包括复位按键S1，复位按键S1的一端接MCU_AGND，另一端分别连接MCU芯片的复位端和上拉电阻R5的一端，上拉电阻R5 的另一端接MCU+3.3电源。复位按键S1的两端分别与滤波电容C5的两端电连接，C5用来滤波，并将MCU_AGND与MCU+3.3电源隔离。正常工作时，由于上拉电阻R5连接3.3V电源，MCU芯片的复位端口为高电平；当需要复位时，按下复位按键S1，拉低MCU芯片的复位端口，MCU芯片进行系统复位，即复位端口低电平有效。

如图2所示，MCU晶振电路包括第一晶振Y1和第二晶振Y2，第一晶振Y1和第二晶振Y2的两端分别与MCU芯片的IO口电连接。第一晶振 Y1并联两路电路，一路是电容C1和电容C2的串联电路，另一路是电阻 R1。第二晶振Y2并联一路电路，为电容C3和电容C4的串联电路。电容 C1和电容C2的连接端与MCU_AGND连接，电容C3和电容C4的连接端也与MCU_AGND连接。第一晶振和第二晶振优选STM32专用的晶振，Y1 频率为8MHz，Y2频率为32.768KHz。

如图3所示，信号指示灯电路包括三个信号灯，第一信号灯LED1、第二信号灯LED2和第三信号灯LED3，三个信号灯的正极分别连接上拉电阻后与MCU+3.3电连接，三个信号灯的负极分别与MCU芯片的一个IO口电连接。MCU芯片通过置高或者置低对应的IO口实现不同信号灯的亮或灭。第一信号灯LED1为运行指示灯，用来指示本申请的数据采集电路是否处于运行状态；第二信号灯LED2和第三信号灯LED3为通信指示灯，分别用来指示是否处于RS485通信状态以及是否处于RS232通信状态。

如图4所示，BOOT选择电路包括端子J1，端子J1是6pin的双排插接端子，每排3pin。BOOT0和BOOT1分别连接在两排的中间pin，每排两端的两pin分别连接MCU+3.3电源和MCU_GND。通过插帽的插接位置变化来改变BOOT0和BOOT1的电平高低。例如，BOOT0插帽插接在第1和第 3pin，则BOOT0为高电平，当插帽插接在第3和第5pin，则BOOT0为低电平。BOOT1电平变化和BOOT0相同。BOOT选择状态表如表1所示。数据采集时，BOOT0和BOOT1设置在低电平，采用Flash启动。

BOOT0	BOOT1	启动模式	说明
				0	X	用户闪存存储器	用户闪存存储器，也就是FLASH启动
1	0	系统存储器	系统存储器启动，用于串口下载
				1	1	SRAM启动	SRAM启动，用于在SRAM中调试代码

表1

如图5所示，电流传感器接口电路包括四个电流传感器。四个电流传感器的电压端均连接MCU+5电源，即DC+5V；四个传感器的地端均连接 MCU_AGND。四个传感器的输出端作为电流信号分别与MCU芯片的四个IO端口电连接，电流信号分别对应图中的Csen1、Csen2、Csen3和Csen4。本实施例选用霍尔电流传感器。

如图6所示，电压采集电路包括四路采集转换电路，可以采集四个位置的电压。

采集的初始电压经分压电阻分压后与第一输入运算放大器U1A的输入端-极电连接。分压电阻优选四个电阻，分别为第一分压电阻R23、第二分压电阻R27、第三分压电阻R31和第四分压电阻R39，选择多个分压电阻可以在电路调试时便于微调，在精度要求不太高的情况下亦可用一个或两个等效电阻代替。第三分压电阻31和第四分压电阻R39之间连接下拉电阻R35，用于将此点电压钳位在较低的电平，具体电平值根据输入电压以及各分压电阻阻值的不同而有所不同。第一输入运算放大器U1A的电源端接DC5V电源，地端接PV_GND，输出端和输入端-极之间连接滤波电容C34，起到滤波和隔离的作用，防止干扰造成的误判断。第一输入运算放大器U1A的输出端连接电阻R43后与第一光耦OPT1的输入端负极电连接，第一光耦OPT1 的输入端正极与DC+5V连接。第一光耦OPT1为惠普的反馈型线性光耦HCNR200/201。第一光耦OPT1的反馈端正极与第一输入运算放大器U1A 的输入端正极电连接，并接地PV_GND。第一光耦OPT1的反馈端负极与第一输入运算放大器U1A的输入端-极电连接。

第一光耦OPT1的输出端正极与第一输出运算放大器U3A的输入端+极电连接，同时接地MCU_AGND。第一光耦OPT1的输出端负极与第一输出运算放大器U3A的输入端-极电连接；第一输出运算放大器U3A的输出端和输入端-极之间并联电阻R47和电容C39，电阻R47和电容C39组成一个 RC电路。第一输出运算放大器U3A的输出端连接电阻R51后作为第一电压采样信号Vsen1与MCU芯片电连接。电阻R51的后端另分两路，一路连接上拉二极管D3的正极，上拉二极管D3的负极接MCU+3.3电源；另一路连接下拉二极管D4的负极，下拉二极管D4的正极接MCU_AGND。

当采集的电压信号输入后，经分压后的电压信号输入U1A输入端-极，由于U1A的输入端+极接地，运算放大器U1A输出基于输入电压波形的介于0～3.3V的电压信号，线性光耦OPT1起到隔离的作用，使得信号的转换和传输更稳定。

当第一光耦OPT1未正常工作时，即OPT1的输出端未导通时，由于二极管D3和D4的正反向的连接，使得Vsen1无信号输送给MCU芯片。当光耦OPT1正常工作后，由于运算放大器U3A起到反向放大器的作用，输出与前述波形各点位正好相反的信号波形，再经R51的分压传送给MUC芯片，完成电压信号的采集。

电压采集电路的另外三路采集转换电路的电路结构均与第一路相同，分别得到第二电压采样信号Vsen2、第三电压采样信号Vsen3和第四电压采样信号Vsen4。第二电压采样信号Vsen2、第三电压采样信号Vsen3和第四电压采样信号Vsen4分别与MCU芯片电连接。

本实施例的四个输入运算放大器选用集成四路通道的运算放大器 LMV324。四个输出运算放大器也选用集成四路通道的运算放大器LMV324。

通信电路包括RS485电路和RS232电路，工作时两种通信方式二选一。

如图7所示，RS485电路包括485通信芯片U6，U6选用SP3485EN。MCU芯片的一组USART端口作为485通信的输出端和接收端与485通信芯片U6电连接。具体为USART3_RX与485通信芯片U6的RO端电连接， USART3_TX与485通信芯片U6的DI端电连接。485通信芯片U6的RE 端和DE端均与MCU芯片的一个IO端口电连接，DE高电平有效，RE低电平有效，该IO端口的输出信号作为485使能信号RS485_dir输送给485 通信芯片U6。485通信芯片U6的VCC端连接MCU+3.3电源，GND端连接MCU_GND。485通信芯片U6的A端连接上拉电阻R9后接MCU+3.3电源，B端连接下拉电阻R10后接MCU_GND，且A端和B端分别作为RS485 通信信号输出给后续的485通信端(图中未示出)，分别为第一485通信信号RS485_A和第二485通信信号RS485_B。485通信芯片U6的A端和B 端之间连接电阻网络。电阻网络为串联的两组电阻分网络，电阻分网络为两个电阻的并联。两组电阻分网络之间通过跳线连接，当电路调试时时连通跳线；电路采集信号时，断开跳线，此时，相当于A端和B端各自仅配设有上拉电阻和下拉电阻。

MCU芯片与485通信芯片U6连接的两个USART信号可以通过2X2 规格的Header后再与485通信芯片电连接，可以通过变换Header的插接方式通断连接。

如图8所示，RS232电路包括232通信芯片U8，本实施例选用232通信芯片型号为ST3232BDR。与485通信电路一样，选择一组MCU芯片的 USART端口作为232通信的输出端和接收端与232通信芯片U8电连接，本实施例选用USART1的发送和接收端与232通信芯片的一组接收和发送端电连接，具体为，USART1_RX与232通信芯片U8的R1out电连接， USART1_TX与232通信芯片U8的T1in电连接。232通信芯片U8与前述接收和发送端相对应的发送和接收端作为232通信芯片的另一端与后续232 通信端(图中未示出)电连接。232通信芯片U8的VCC端与MCU+3.3电源电连接，GND端与MCU_GND电连接。232通信芯片的各组正负极C端口间均连接滤波电容进行滤波和直流隔离，保证芯片工作的稳定。所有V 端口均连接电容后与MCU_GND电连接，同样起到保证芯片稳定工作的作用。

MCU芯片与232通信芯片U8连接的两个USART信号和485通信电路一样，可以通过一个2X2规格的Header后再与232通信芯片电连接，可以通过变换Header的插接方式通断连接。

本申请的有益效果是：本申请电压采集电路的输入范围很广，电路可以将宽电压范围的输入转换为0-3.3V的电平信号进行处理；电路元器件选型的高性能以及抗干扰电路的应用，使得校测数据的实时性、准确度更高。

以上对本申请实施例所提供的一种用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。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商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，其特征在于：包括用于采集电流信息的电流传感器接口电路、用于采集电压信息的电压采集电路、对采集到的数据进行处理的MCU电路和与其他设备进行通信的通信电路，所述电流传感器接口电路、所述电压采集电路和所述通信电路分别与所述MCU电路电连接。

2.根据权利要求1所述用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，其特征在于：所述MCU电路包括MCU芯片、上电复位电路、MCU晶振电路和信号指示灯电路；所述上电复位电路、所述MCU晶振电路和所述信号指示灯电路分别与所述MCU芯片电连接。

3.根据权利要求2所述用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，其特征在于：所述MCU芯片的所有电源端口均连接MCU+3.3电源，所有GND端口接地；所述上电复位电路包括复位按键S1；所述复位按键S1的一端接地，另一端分别连接所述MCU芯片的复位端和上拉电阻R5的一端，所述上拉电阻R5的另一端接所述MCU+3.3电源；所述复位按键S1与滤波电容C5并联；所述MCU晶振电路包括第一晶振Y1和第二晶振Y2，所述第一晶振Y1和所述第二晶振Y2的两端分别与所述MCU芯片电连接；所述第一晶振Y1并联两路电路，一路是电容C1和电容C2的串联电路，另一路是电阻R1；所述第二晶振Y2与电容C3和电容C4的串联电路并联；所述电容C1和所述电容C2的连接端接地，所述电容C3和所述电容C4的连接端接地。

4.根据权利要求2或3所述用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，其特征在于：所述信号指示灯电路包括三个分别指示不同信息的信号灯，所述的三个信号灯的正极分别连接上拉电阻后与所述MCU+3.3电连接，所述的三个信号灯的负极分别与所述MCU芯片的IO口电连接。

5.根据权利要求1所述用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，其特征在于：所述电流传感器接口电路包括若干电流传感器；所述电流传感器的电压端均连接MCU+5电源；所述电流传感器的地端均接地；所述电流传感器的输出端作为采集到的电流信号与所述MCU电路的MCU芯片电连接。

6.根据权利要求1所述用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，其特征在于：所述电压采集电路包括若干采集转换电路；所述采集转换电路的电压采集点串联不少于两个分压电阻后与输入运算放大器的输入端-极电连接；最后一个所述分压电阻前连接下拉电阻后接地；所述输入运算放大器的电源端接电源，地端接地，输出端和所述输入端-极之间连接滤波电容；所述输入运算放大器的输出端连接电阻后与反馈型线性光耦的输入端负极电连接，所述线性光耦的输入端正极与电源连接；所述线性光耦的反馈端正极与所述输入运算放大器的输入端正极电连接，同时接地；所述线性光耦的反馈端负极与所述输入运算放大器的输入端-极电连接；所述线性光耦的输出端正极与输出运算放大器的输入端+极电连接，同时接地；所述线性光耦的输出端负极与所述输出运算放大器的输入端-极电连接；所述输出运算放大器的输出端和输入端-极之间连接RC电路；所述输出运算放大器的输出端连接MCU电阻后作为电压采样信号Vsen与所述MCU电路的MCU芯片电连接；所述MCU电阻的后端另分两路，一路连接上拉二极管的正极，所述上拉二极管的负极接MCU+3.3电源；另一路连接下拉二极管的负极，所述下拉二极管的正极接地。

7.根据权利要求1-3、5-6任一所述用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，其特征在于：所述通信电路包括RS485电路和RS232电路；所述数据采集电路工作时两种通信方式二选一。

8.根据权利要求7所述用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，其特征在于：所述RS485电路包括485通信芯片U6，所述MCU电路的一组发送和接收通信信号作为485通信的发送端和接收端与所述485通信芯片U6的通信端电连接；所述485通信芯片U6的控制端与所述MCU电路的485使能信号输出端电连接；所述485通信芯片U6的电源端连接MCU+3.3电源，地端接地；所述485通信芯片U6的A端和B端之间连接电阻网络，且所述A端和所述B端分别作为另一组485通信的发送端和接收端与后续485通信设备电连接。

9.根据权利要求8所述用于太阳能充电控制系统的数据采集电路，其特征在于：所述RS232电路包括232通信芯片U8，所述MCU电路的另一组发送和接收通信信号作为232通信的发送端和接收端与所述232通信芯片U8的通信端电连接；与前述232通信芯片U8的通信端相对应的另一组通信端与后续232通信设备电连接；所述232通信芯片U8的电源端与所述MCU+3.3电源电连接，地端接地；所述232通信芯片的各组正、负C端口间均连接滤波电容，正、负V端口均连接电容后接地。