CN213069001U - 一种交流变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种交流变送器，包括：单片机、电压互感器、AD转换电路、通信模块以及运放模块；电压互感器依次通过运放模块以及AD转换电路连接单片机；单片机通过电压互感器采集交流变送器输入端的电压数据，并依次通过运放模块以及AD转换电路处理后接收；将采集的电压数据传输给主机。单片机通过电流互感器采集交流变送器输入端的电流数据，并依次通过运放模块以及AD转换电路处理后接收；将采集的电流数据传输给主机。交流变送器在工作过程中，有效的检测交流变送器电压电流状态，对交流变送器进行有效的监控，如果交流变送器出现故障及时发现，并进行处理，避免影响使用，保证系统的稳定运行。

Description

一种交流变送器

技术领域

本实用新型涉及变送器技术领域，尤其涉及一种交流变送器。

背景技术

电压变送器分直流电压变送器和交流变送器，交流变送器是一种能将被测交流电流(交流电压)转换成按线性比例输出直流电压或直流电流的仪器，广泛应用于电力、邮电、石油、煤炭、冶金、铁道、市政等部门的电气装置、自动控制以及调度系统。交流变送器具有单路、三路组合结构形式。直流电压变送器是一种能将被测直流电压转换成按线性比例输出直流电压或直流电流的仪器，也广泛应用在电力、远程监控、仪器仪表、医疗设备、工业自控等各个需要电量隔离测控的行业。

目前的交流变送器在工作过程中，无法有效的检测交流变送器电压电流状态，使得无法对交流变送器进行有效的监控，如果交流变送器出现故障无法及时发现，并进行处理，影响使用。

实用新型内容

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种交流变送器，包括：单片机、电压互感器、AD转换电路、通信模块以及运放模块；

电压互感器依次通过运放模块以及AD转换电路连接单片机；

单片机通过电压互感器采集交流变送器输入端的电压数据，并依次通过运放模块以及AD转换电路处理后接收；

单片机通过通信模块连接主机，将采集的电压数据传输给主机。

进一步需要说明的是，还包括：电流互感器；

电流互感器依次通过运放模块以及AD转换电路连接单片机；

单片机通过电流互感器采集交流变送器输入端的电流数据，并依次通过运放模块以及AD转换电路处理后接收；

单片机通过通信模块连接主机，将采集的电流数据传输给主机。

进一步需要说明的是，还包括：降压模块；

降压模块与单片机连接，降压模块将24V电压降到3.3V，给单片机供电。

进一步需要说明的是，降压模块采用MP2359降压芯片；

降压模块包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、电感L1以及MP2359降压芯片U1；

二极管D1阴极、电容C1第一端、电容C2第一端、24v接线端、电阻R1第一端以及电源端分别与MP2359降压芯片U1一脚连接；

二极管D1阳极、电容C1第二端以及电容C2第二端分别接地；

电阻R1第二端连接MP2359降压芯片U1二脚；

MP2359降压芯片U1六脚接地；

MP2359降压芯片U1三脚与电容C3第一端连接；

MP2359降压芯片U1四脚分别与电容C3第二端、电感L1第一端以及二极管D2阴极连接；MP2359降压芯片U1五脚分别与电阻R2第一端和电阻R3第二端连接；电阻R3第一端接地；电阻R2第二端分别连接电感L1第二端、电容C4第一端、电容C5第一端以及降压模块输出端；

电容C4第二端以及电容C5第二端均接地；二极管D2阳极接地。

进一步需要说明的是，运放模块包括：电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、运放器U2、运放器U3、电容C11、电容C12以及二极管D11；

电阻R11第一端连接运放模块输入端；

电阻R11第二端连接运放器U2一脚；运放器U2二脚通过电阻R12分别连接三脚和电容C11第一端，电容C11第二端分别与电阻R13第一端、电阻R14第一端以及电阻R15第一端连接；电阻R13第二端接地；电阻R15第二端接电源；电阻R14第二端与运放器U3一脚连接；运放器U3二脚分别与电阻R18第一端和电阻R19第一端连接；电阻R19第二端接地；电阻R18第二端分别与运放器U3三脚和二极管D11阳极连接；

运放器U3四脚接电源；运放器U3五脚接地；二极管D11阴极分别与电容C12第一端、电阻R17第一端和电阻R16第一端连接；

电容C12第二端和电阻R17第二端接地；

电阻R16第二端接运放模块输出端；

运放器U2和运放器U3均采用LM324运放器。

进一步需要说明的是，通信模块采用485模块电路，采用SP3485芯片。

单片机采用STM32F030F4P6单片机，或stm32单片机。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

单片机通过电压互感器采集交流变送器输入端的电压数据，并依次通过运放模块以及AD转换电路处理后接收；将采集的电压数据传输给主机。单片机通过电流互感器采集交流变送器输入端的电流数据，并依次通过运放模块以及AD转换电路处理后接收；将采集的电流数据传输给主机。

这样，交流变送器在工作过程中，有效的检测交流变送器电压电流状态，对交流变送器进行有效的监控，如果交流变送器出现故障及时发现，并进行处理，避免影响使用，保证系统的稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为交流变送器电压检测示意图；

图2为交流变送器电流检测示意图；

图3为降压模块示意图；

图4为降压模块电路图；

图5为运放模块电路图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型涉及的交流变送器可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC4～20mA恒流环标准信号，连续输送到计算机或显示仪表。交流变送器原副边高度绝缘隔离，两线制输出接线，具有精度高，体积小、功耗小、频响宽、抗干扰。特别适用发电机、电动机、智能低压配电柜、空调、风机、路灯等负载电流的智能监控系统。

基于上述交流变送器本实用新型提供一种交流变送器，如图1所示，包括：单片机1、电压互感器2、AD转换电路3、通信模块4以及运放模块5；电压互感器2依次通过运放模块5以及AD转换电路3连接单片机1；单片机1通过电压互感器2采集交流变送器输入端的电压数据，并依次通过运放模块5以及AD转换电路3处理后接收；单片机1通过通信模块4连接主机，将采集的电压数据传输给主机。

也就是在测量时，交流变送器测试端接入0-500V交流电，电压互感器2采集交流变送器输入端的电压数据，并通过运放模块5进行放大处理，避免信号干扰，提升准确度，再通过AD转换电路3进行模数转换后理后发送给单片机1。单片机1将采集的电压数据传输给主机。当然主机还可以获取交流变送器输入端的电压值，这样主机可以实时了解交流变送器的状态信息。

作为本实用新型的一种实施方式，如图2所示，交流变送器还包括：电流互感器6；电流互感器6依次通过运放模块5以及AD转换电路3连接单片机1；单片机1通过电流互感器6采集交流变送器输入端的电流数据，并依次通过运放模块5以及AD转换电路3处理后接收；单片机1通过通信模块连接主机，将采集的电流数据传输给主机。

电压互感器其工作原理与变压器相同，将高电压变换为低电压，以便用低压量值反映高压量值的变化。电压互感器基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。如当接入220V交流电压时，可以转换小于1的电压值，传给运放电路。

为了保证单片机及交流变送器内部一些元件的稳定运行，如图3和图4所示，还包括：降压模块7；降压模块7与单片机1连接，降压模块将24V电压降到3.3V，给单片机供电。当然交流变送器其他需要将24V电压降到3.3V的用电元件也可以由降压模块7来处理。

降压模块采用MP2359降压芯片；MP2359是基于CMOS工艺开关内置DC/DC转换器。内置上端开关的导通电阻为0.35欧，能提供最大为1.2A的电流。MP2359降压芯片由振荡电路、PWM控制电路、基准电压源、误差放大器、相位补偿电路、斜坡电路、软启动电路、保护电路、内部电压调节器、开关等组成，外部器件用到电感、电阻、二极管、电容，所有这些构成完整的降压DC转换器。

由于MP2359的电流限流模式工作时并不需要监测电阻，所以能高速高效地实现其功能。输出电容选择陶瓷电容。开关频率由内部固定为1.4MHz。

作为保护功能，备有限制每个周期的尖峰电流功能、输出短路时开关频率限制在原来的1/4的折回功能、热关断功能、欠压锁定功能。

其中，工作电压范围：4.5V～24V；内置N型驱动：典型值Ron＝0.35Ω；输出电压范围外部电阻可调：0.8V～15V可设定；反馈电压：0.8V±1.5％误差；尖峰电流限制：典型值2.0A；欠压锁定功能；开关频率：1.4MHz；陶瓷电容可作为输入输出电容；待机电流：典型值0μA；降压型DC/DC转换器的工作原理和输出电流；

降压DC转换器在开关管导通时对电感进行充电，在其关断时电感则进行放电，其间的能量损失非常小。由此能得到一个低于输入电压的输出电压。

第一步 上端开关导通，电流IL＝i1流过，电感L被充入能量，电容COUT同时被充电并提供输出电流IOUT。此时，电感电流IL＝i1与上端开关导通时间(tON)成比例从IL＝ILmin＝0开始增加直到ILmax。

第二步 上端开关关闭，由电感L维持IL＝ILmax，二极管打开。电流IL＝i2流过。

第三步 电流IL＝i2逐渐减小，在topen时间后降低到IL＝ILmin＝0，二极管关断，这被称为不连续导通模式。接着输出电流增大，经过toff时间。电流IL＝ILmin＝0前便进入下个周期，开关打开，二极管关断。在这种情况下，电流IL从ILmin(＞0)开始增大，这称为连续导通模式。PWM控制模式的情况下，系统通过控制导通时间tON以维持输出电压。

本实用新型中，降压模块包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、电感L1以及MP2359降压芯片U1；

二极管D1阴极、电容C1第一端、电容C2第一端、24v接线端、电阻R1第一端以及电源端分别与MP2359降压芯片U1一脚连接；二极管D1阳极、电容C1第二端以及电容C2第二端分别接地；电阻R1第二端连接MP2359降压芯片U1二脚；MP2359降压芯片U1六脚接地；MP2359降压芯片U1三脚与电容C3第一端连接；MP2359降压芯片U1四脚分别与电容C3第二端、电感L1第一端以及二极管D2阴极连接；MP2359降压芯片U1五脚分别与电阻R2第一端和电阻R3第二端连接；电阻R3第一端接地；电阻R2第二端分别连接电感L1第二端、电容C4第一端、电容C5第一端以及降压模块输出端；电容C4第二端以及电容C5第二端均接地；二极管D2阳极接地。

作为本实用新型的一种实施方式，如图5所示，运放模块包括：电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、运放器U2、运放器U3、电容C11、电容C12以及二极管D11；电阻R11第一端连接运放模块输入端；

电阻R11第二端连接运放器U2一脚；运放器U2二脚通过电阻R12分别连接三脚和电容C11第一端，电容C11第二端分别与电阻R13第一端、电阻R14第一端以及电阻R15第一端连接；电阻R13第二端接地；电阻R15第二端接电源；电阻R14第二端与运放器U3一脚连接；运放器U3二脚分别与电阻R18第一端和电阻R19第一端连接；电阻R19第二端接地；电阻R18第二端分别与运放器U3三脚和二极管D11阳极连接；运放器U3四脚接电源；运放器U3五脚接地；二极管D11阴极分别与电容C12第一端、电阻R17第一端和电阻R16第一端连接；电容C12第二端和电阻R17第二端接地；电阻R16第二端接运放模块输出端；运放器U2和运放器U3均采用LM324运放器。

运放模块是把经过转换的交流电压信号进行处理。如传过来的电压信号经过电压跟随器输出，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。电压信号经过电容C11滤波，滤掉直流成分，再经过后级的运放电路，经过二极管D11又滤除掉交流成分得到一个直流电压。

作为本实用新型的一种实施方式，通信模块采用485模块电路，采用SP3485芯片。单片机采用STM32F030F4P6单片机，或stm32单片机。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种交流变送器，其特征在于，包括：单片机、电压互感器、AD转换电路、通信模块以及运放模块；

电压互感器依次通过运放模块以及AD转换电路连接单片机；

单片机通过电压互感器采集交流变送器输入端的电压数据，并依次通过运放模块以及AD转换电路处理后接收；

单片机通过通信模块连接主机，将采集的电压数据传输给主机。

2.根据权利要求1所述的交流变送器，其特征在于，

还包括：电流互感器；

电流互感器依次通过运放模块以及AD转换电路连接单片机；

单片机通过电流互感器采集交流变送器输入端的电流数据，并依次通过运放模块以及AD转换电路处理后接收；

单片机通过通信模块连接主机，将采集的电流数据传输给主机。

3.根据权利要求1所述的交流变送器，其特征在于，

还包括：降压模块；

降压模块与单片机连接，降压模块将24V电压降到3.3V，给单片机供电。

4.根据权利要求3所述的交流变送器，其特征在于，

降压模块采用MP2359降压芯片；

降压模块包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、电感L1以及MP2359降压芯片U1；

二极管D1阴极、电容C1第一端、电容C2第一端、24v接线端、电阻R1第一端以及电源端分别与MP2359降压芯片U1一脚连接；

二极管D1阳极、电容C1第二端以及电容C2第二端分别接地；

电阻R1第二端连接MP2359降压芯片U1二脚；

MP2359降压芯片U1六脚接地；

MP2359降压芯片U1三脚与电容C3第一端连接；

MP2359降压芯片U1四脚分别与电容C3第二端、电感L1第一端以及二极管D2阴极连接；MP2359降压芯片U1五脚分别与电阻R2第一端和电阻R3第二端连接；电阻R3第一端接地；电阻R2第二端分别连接电感L1第二端、电容C4第一端、电容C5第一端以及降压模块输出端；

电容C4第二端以及电容C5第二端均接地；二极管D2阳极接地。

5.根据权利要求1所述的交流变送器，其特征在于，

运放模块包括：电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、运放器U2、运放器U3、电容C11、电容C12以及二极管D11；

电阻R11第一端连接运放模块输入端；

电阻R11第二端连接运放器U2一脚；运放器U2二脚通过电阻R12分别连接三脚和电容C11第一端，电容C11第二端分别与电阻R13第一端、电阻R14第一端以及电阻R15第一端连接；电阻R13第二端接地；电阻R15第二端接电源；电阻R14第二端与运放器U3一脚连接；运放器U3二脚分别与电阻R18第一端和电阻R19第一端连接；电阻R19第二端接地；电阻R18第二端分别与运放器U3三脚和二极管D11阳极连接；

运放器U3四脚接电源；运放器U3五脚接地；二极管D11阴极分别与电容C12第一端、电阻R17第一端和电阻R16第一端连接；

电容C12第二端和电阻R17第二端接地；

电阻R16第二端接运放模块输出端；

运放器U2和运放器U3均采用LM324运放器。

6.根据权利要求1所述的交流变送器，其特征在于，

通信模块采用485模块电路，采用SP3485芯片。

7.根据权利要求1所述的交流变送器，其特征在于，

单片机采用STM32F030F4P6单片机，或stm32单片机。

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