CN211402621U - 一种数码管运行状态检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数码管运行状态检测系统，包括控制模块、驱动模块、数码管、限流电阻、采样电阻及电流检测模块；驱动模块的7个输出端DR0～DR6分别电连接数码管的a‑g段码的负极或正极；数码管的a‑g段码的另一端分别经限流电阻汇流后，再经采样电阻连接驱动电源的正极或负极；电流检测模块并联在采样电阻上，电流检测模块的输出端电连接控制模块的输入端。由此，本实用新型仅采用一颗采样电阻及一颗电流检测模块就可以实现对单个数码管中7个段码进行有效检测，减少布线纠缠、简单可靠，能在数码管正常工作状态下实时段码级检测，节约人工巡检时间。

Description

一种数码管运行状态检测系统

技术领域

本实用新型涉及数码管检测领域，尤其涉及一种数码管运行状态检测系统。

背景技术

很多场所用LED进行信息的显示，但LED也会有损坏的情况，有些重要的场合若不能及时获知LED的损坏情况，会造成很大的损失。

现有技术对LED的检测技术主要集中在出厂的质检环节，由于是批量检测，所以对于检测设备的复杂度要求并不高。

但是在LED的使用过程中对其的运行情况进行检测，检测装置不能太复杂，不能增加太多的布线。

现阶段对于LED运行期间的检测技术主要分3种：

一、电压电流检测法，通过检测点亮LED时，LED两侧的电压或流经LED的电流来判断LED的运行情况；如申请号为201910155444.5的中国专利中介绍，在驱动线路上设置采样电阻，然后通过指令逐个点亮每一颗LED，与驱动系统提供的电流的理论值进行比较，以此来判断LED的运行情况，结构复杂，检测过程繁琐，只能将显示屏停下来专门进行检测，适合于出厂检测及检修检测，不适用于LED日常使用过程中的检测。

对于在LED日常使用过程中同步进行的检测，一般采用如下方式：

二、光电检测法，通过在与LED对应的位置设置光电传感器，检测LED的运行情况；这种方式只适用于LED较少的情况下，若LED数量较多，每颗LED或每一段码的LED组合都需要分别配置一个光电传感器，每个数码管包括七个段码，则需要配置七个光电传感器，七段码的驱动布线和七段码的检测布线较多且会纠缠交叉，影响系统的抗电磁干扰性能，同时，光电检测法易受环境光线的影响降低判断准确性。

三、图像检测法，通过对LED显示装置进行拍照，再进一步分析照片来检测LED的运行情况，这种方法更复杂，涉及到复杂的图像处理技术，成本很高。

综上可知，现有电流电压法，多用于生产检验装置，非实时运行过程检测；类似有LED点阵屏检测，基于动态扫描驱动，多通道分时电压和电流检测，循环检测多行显示中的某一行，检测控制电路复杂，成本高，对数码LED运行状态检测的实用性不大。

光电法针对数码LED的每一段都进行光电转换的感知和检测，开关器件多、布线多，增加了故障隐患、易造成误判。

图像法需要外置摄像头，用在数码LED钟等场合上不现实。

因此本领域技术人员急需一种成本低廉，结构简单、且可以在线实时检测数码管显示状态的系统和方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种数码管运行状态检测系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种数码管运行状态检测系统，包括控制模块及至少一组显示测量组件，每组所述显示测量组件包括驱动模块、数码管、限流电阻、采样电阻及电流检测模块。

所述驱动模块包括DR0～DR6共7个输出端，所述数码管包括a-g共7个段码，所述驱动模块的7个输出端DR0～DR6分别电连接所述数码管的a-g段码的负极或者分别电连接数码管a-g段码的正极，用于同时驱动数码管上各段码发光；

所述数码管的a-g段码的正极分别电连接一个限流电阻；每个所述限流电阻的另一端并联在一起后电连接所述采样电阻的一端，所述采样电阻的另一端接驱动电源的正极或负极；

所述电流检测模块并联在所述采样电阻上，所述电流检测模块的输出端电连接所述控制模块的输入端；

所述控制模块储存有数码管所能显示的所有字符的标准电流值，通过对电流检测模块测得的电流与内部存储的标准电流值做对比，可以获知数码管是否正常工作。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

优选地，所述电流检测模块采用高端电流检测芯片或低端电流检测芯片；

优选地，所述高端电流检测芯片选择MAX4173系列产品；

优选地，所述控制模块采用SOC型单片机或ARM微控制器，所述SOC是指片上系统(System on Chip)，其自身已经具备系统所需要的的最基本的各项功能；

优选地，所述SOC型单片机采用PIC16F887；

优选的，所述电流检测模块采用串行数字输出的电流监测器；串行数字输出的电流监测器自身具有AD转换功能，可以通过数据总线传输数据，在多个数码管同时使用时，可以进一步减少布线量。

优选地，所述串行数字输出的电流监测器是TI公司的INA219；

优选地，所述驱动模块采用TPIC6B595；

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

对每个静态或改进型静态驱动的数码管LED，实时进行从a到g共7个段码的集约式电流检测，通过与控制单元中记忆的标准电流进行对比，从而可以实现故障数码管及具体段码的诊断，并回传至控制模块做进一步处理。

仅采用一颗采样电阻及一颗电流检测模块就可以实现对单个数码管中7个段码进行有效检测，简单可靠，且能在数码管正常工作状态下实时段码级检测，无需进入专门的检修模式进行检测，节省了检查检修时间。

本实用新型工作过程如下：

S1在控制模块中建立标准电流表

S1-1、启动系统；

S1-2、控制模块控制数码管依次显示预先设定的字符；

S1-3、电流检测模块依次实时检测显示当前字符时采样电阻两端的电压值，形成标准电流表，所述标准电流表中每个显示字符对应一个标准电流；S2、检测数码管运行状态

S2-1、控制模块实时检测数码管的工作电流；

S2-2、将显示字符的实时电流与所述标准电流表中相应字符的标准电流值做比较，如果偏差超过设定阈值，则转步骤S2-3，否则执行步骤S2-1；

S2-3、控制模块记录多个数码管电流异常时对应显示的字符，结合显示字符的段码真值表，多个电流异常时对应显示的字符中均包括的段码，即为具体故障的段码；

S3、控制模块对外发出警告信息。

所述步骤S3控制模块对外发出警告信息，具体是指控制模块控制数码管进行闪烁显示，向外界发出显示异常的警告信息。通过数码管闪烁显示向外界提供警告信息，避免外界接受到错误的信息。

附图说明

图1为实施例1中针对单一数码管运行状态检测的电路原理图；

图2为单个数码管中段码分布示意图；

图3为数码管显示0-9字符时的状态示意图；

图4为数码管显示0-9字符时对应的段码真值表；

图5为实施例2同时使用多个数码管时的电路原理图；

图6为实施例3同时使用多个数码管时的电路原理图；

图7为实施例中数码管的段码a的内部构成原理图；

图8为本实用新型的数码管运行状态检测系统的工作流程图；

图9为实施例中数码管的单个段码内部正常工作时状态示意图；

图10为实施例中数码管的单个段码内一个LED短路故障时示意图；

图11为实施例中数码管的单个段码内一个LED开路故障时示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例1：

请参照图1所示，一种数码管运行状态检测系统，包括主要由PIC16F887组成的控制模块、及一组显示测量组件，所述显示测量组件包括驱动模块TPIC6B595、数码LED1、限流电阻Ra-Rg、采样电阻R1及电流检测模块MAX4173。

所述控制模块的RB0端电连接所述驱动模块TPIC6B595的SERIN端；所述控制模块的RB1端电连接所述驱动模块TPIC6B595的SRCK端，为驱动模块提供移位寄存器时钟信号；所述控制模块的RB2端电连接所述驱动模块TPIC6B595的RCK端，为驱动模块提供储存寄存器时钟信号；所述控制模块的RC2端电连接所述驱动模块TPIC6B595的G端，用于提供驱动模块的输出使能信号；驱动模块TPIC6B595的SRCLK端连接电源Vcc。

所述驱动模块TPIC6B595包括DR0～DR6共7个输出端，所述数码管LED1包括a-g共7个段码，所述驱动模块的7个输出端DR0～DR6分别电连接所述数码管的a-g段码的负极，即DR0连接LED1的a端，DR1连接LED1的b端，以此类推，用于同时驱动数码管LED1上各段码发光；

所述数码管的a-g段码的正极分别电连接一个限流电阻，即数码LED1的a1端连接限流电阻Ra，b1端连接限流电阻Rb，以此类推，g1端连接限流电阻Rg，限流电阻Ra～Rg的另一端并联在一起后电连接所述采样电阻R1的一端，所述采样电阻R1的另一端接驱动电源的正极；

所述电流检测模块MAX4173的输入端RS+接驱动电源的正极，RS-连接采样电阻R1的非接驱动电源端，所述电流检测模块MAX4173的输出端Vout电连接所述控制模块PIC16F887的一个模数转换输入端RA0；

所述控制模块PIC16F887内储存有标准电流表，所述标准电流表是指在数码管LED1所有段码显示正常时，数码管LED1显示预设字符时对应的标准电流值，通过对电流检测模块测得的实时电流与内部存储的标准电流值做对比，可以获知数码管的工作状态。

本方案在现有数码管显示电路基础上仅增加了一颗采样电阻R1及一个高端电流检测模块MAX4173，可以实时检测数码管LED1的运行情况，线路紧凑，工作稳定可靠。且高端电流检测模块相对于低端电流检测模块，工作更稳定，电流检测更准确。

实施例2：

实施例2如图5所示，包括多个显示测量组件，由一个控制模块PIC16F887同时控制多个显示测量组件，每个显示测量组件中包括一个数码管驱动模块TPIC6B595、一个数码LED、一组限流电阻、一个采样电阻及一个电流检测模块MAX4173，第一个显示测量组件中的数码管驱动模块TPIC6B595的SEROUT电连接第二个显示测量组件中数码管驱动模块TPIC6B595的SERIN端，依次类推级联使用。每个显示测量组件的电流检测模块分别连接控制模块PIC16F887的一个输入端。由于每个显示测量组件的显示均受控制模块的控制，每个显示测量组件单独对应一个采样电阻，每个采样电阻两端的电压信息分别送入控制模块的一个输入端，由此，控制模块可以分别进行处理，进而实现对每一个数码管显示状态的实时段码级检测。

实施例3：

区别于实施例2，本实施例中，显示测量组件中的电流检测模块采用TI公司的INA219，INA219自身具有AD转换功能，可以通过数据总线进行数据传输，且可以编程地址，每个电流检测模块INA219的SDA端并联后连接控制模块的RC4端，每个电流检测模块INA219的SCL端并联后电连接控制模块的RC3端，通过对电流检测模块INA219的A0端和A1端的设置，使每个电流检测模块具有不同的地址，控制模块通过不同的地址可以访问读取特定的电流检测模块的值，从而实现了以更少的布线实现对多个数码管运行状态的检测功能。

本实用新型具体工作步骤如下：

S1在控制模块中建立标准电流表

S1-1、启动系统；

S1-2、控制模块控制数码管依次显示预先设定的字符；

S1-3、电流检测模块依次实时检测显示当前字符时采样电阻两端的电压值，形成标准电流表，所述标准电流表中每个显示字符对应一个标准电流；S2、检测数码管运行状态

S2-1、控制模块实时检测数码管的工作电流；

S2-2、将显示字符的实时电流与所述标准电流表中相应字符的标准电流值做比较，如果偏差超过设定阈值，则转步骤S2-3，否则执行步骤S2-1；

S2-3、控制模块记录多个数码管电流异常时对应显示的字符，结合显示字符的段码真值表，多个字符中均包含的段码，即为具体故障的段码；

S3、控制模块控制数码管进行闪烁显示，向外界发出显示异常警告信息。

以时钟领域显示数字0-9为例，数码管的各段码按照图2所示定义，数码管显示0-9的状态如图3所示，数码管显示字符0-9时对应的段码真值表如图4所示，图4中，0表示对应段码处于熄灭状态，1表示对应段码处于点亮状态。

如图7所示，数码管单个段码由两组发光二极管并联而成，每组包括串联在一起的3个发光二极管，单个段码的驱动电源是7.8V，采样电阻为4.7欧，每串LED限流电阻为100欧姆，正常点亮LED时如图9所示，流经采样电阻R1的工作电流为30mA，即标准电流值为30mA；若段码中有单个LED发生短路，如图10所示，则实测流经采样电阻R4的工作电流达到45mA左右，为标准电流值的1.5倍，若段码中有单个LED发生开路如图11所示，则实测流经采样电阻的工作电流为15mA左右，为标准电流值的50％。

在只有一个段码故障时，若控制模块检测到当显示字符0、2、3、5、6、7、8、9时，电流值均超过设定阈值，而显示1和4字符时正常，则可判断是数码管上的段码a异常；

若当显示字符0、1、2、3、4、7、8、9时电流值均超过设定阈值，而显示5、6字符时正常，则可判断是数码管上的段码b异常；

再结合前述短路和开路情况下，实际电流值与标准电流值的差值大小，并结合图4所示真值表，经过有限次合乎逻辑的推理，可以推导出每个具体段码的故障情况，故障定位更精准。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种数码管运行状态检测系统，其特征在于，包括控制模块及至少一组显示测量组件，每组所述显示测量组件包括驱动模块、数码管、限流电阻、采样电阻及电流检测模块；

所述驱动模块包括DR0～DR6共7个输出端，所述数码管包括a-g共7个段码，所述驱动模块的7个输出端DR0～DR6分别电连接所述数码管的a-g段码的负极或者分别电连接数码管a-g段码的正极；

所述数码管的a-g段码的另一端分别通过限流电阻汇流；再经采样电阻连接驱动电源的正极或负极；

所述电流检测模块并联在所述采样电阻上，所述电流检测模块的输出端电连接所述控制模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的数码管运行状态检测系统，其特征在于，所述电流检测模块采用高端电流检测芯片或低端电流检测芯片。

3.根据权利要求2所述的数码管运行状态检测系统，其特征在于，所述高端电流检测芯片为MAX4173。

4.根据权利要求1至3任一项所述的数码管运行状态检测系统，其特征在于，所述控制模块采用单片机或ARM微控制器。

5.根据权利要求4所述的数码管运行状态检测系统，其特征在于，所述单片机为PIC16F887。

6.根据权利要求1或2所述的数码管运行状态检测系统，其特征在于，所述电流检测模块采用串行数字输出的电流监测器。

7.根据权利要求6所述的数码管运行状态检测系统，其特征在于，所述串行数字输出的电流监测器为TI公司的INA219。

8.根据权利要求1所述的数码管运行状态检测系统，其特征在于，所述驱动模块采用TPIC6B595。

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