CN218213179U - 一种采集电路、控制模块、微型无线电流监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电流测量技术领域，特别是涉及一种采集电路、控制模块、微型无线电流监测装置。该采集电路包括三个运算放大器U7.1、U7.2、U8.1，八个电阻R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32，三个二极管D5、D6、D7，以及六个电容C32、C33、C34、C35、C36、C37。该控制模块包括信号电路、主控电路、通讯电路以及电源电路。信号电路采用前述的采集电路。本实用新型通过简化采集电路来缩小电路所需的空间；此外将信号电路即采集电路、主控电路、通讯电路以及电源电路集成到一块主控板上，合理布局，减少主控板的体积。

Description

一种采集电路、控制模块、微型无线电流监测装置

技术领域

本实用新型涉及电流测量技术领域，特别是涉及一种采集电路、控制模块、微型无线电流监测装置。

背景技术

工业生产中需使用各型大功率用电设备，其中使用最多的是电动机，电动机的运行状态影响着工厂的用电安全和用电效率。电动机空载运行时会造成电能浪费。当电动机过负荷运行时，电动机电流会增大，超过允许额定电流时，会产生大量热造成温度升高，使电动机漆包线绝缘化掉，引起短路，严重时还会烧坏电动机，引发安全事故，给企业带来损失，造成电能资源浪费。因此，对工业生产中各型用电设备及线路进行电流监测，通过监测系统进行数据分析，便于企业对用电系统进行精准的维护。可有效预防用电设备电路故障及安全事故的发生，降低企业用电成本，节约资源。

现阶段企业内测量各点位电流数据主要方式为人工手持工具进行测量，再进行能耗估算。数据样本少，不够准确，且耗费人力。少数采用在配电箱内安装智能电表进行电量监测。由于智能电表的功能多样化，其内部具有多种满足不同功能的电路，进而导致线路繁多，接线麻烦，也因其内部的多种电路导致自身的体积和质量大、占用空间多。而对于只需监测用电设备的电流的企业而言，不使用智能电表的其他功能造成资源上的浪费，线路繁多也增加了使用难度。而电流监测装置大部分采用现有的模块化集成电路连接而成，而模块化集成电路为了满足通用性即实现不同功能的需求，需具备不同功能的电路单元，电路本身无法精简，而由其组成的电流监测装置受电路的限制体积上也无法缩小，因此也具有占用空间大的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有智能电表或电流监测装置因电路复杂导致其自身体积大的问题，提供一种采集电路、控制模块、微型无线电流监测装置。

一种采集电路，包括三个运算放大器U7.1、U7.2、U8.1，八个电阻R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32，三个二极管D5、D6、D7，以及六个电容C32、C33、C34、C35、C36、C37。

采集电路的具体连接方式如下：U7.1、U8.1的负电源端接地，正电源端与R25的其中一端相连；U7.1的正电源端还与C33的其中一端相连；U8.1的正电源端还与C37的其中一端相连；C32、R26的其中一端以及R25的另一端与U7.1的同相输入端相连，C32、C33、C37、R26的另一端接地；U7.1的反相输入端与其输出端以及R27、R28的其中一端相连；U8.1的反相输入端与其输出端、D6、D7的正极以及C36的其中一端相连，并作为采集电路的输入端；D6的负极与VCC3V3相连，D7的负极接地；U8.1的同相输入端与R32、C35的其中一端相连，R32的另一端与C36的另一端以及R31的其中一端相连；R31的另一端与R30、C34的其中一端以及D5的负极相连；R30、C34、C35另一端接地；D5的正极与U7.2的输出端、R29的其中一端相连；U7.2的反相输入端与R29的另一端、R28的另一端相连；U7.2的同相输入端与R27的另一端相连且分别作为采集电路的输入端。

本实用新型还提供一种控制模块，包括信号电路、主控电路、通讯电路以及电源电路。信号电路用以将采集电流传感器的检测信号；主控电路用以将检测信号转换成相对应的电流信号；通讯电路用于提供无线通讯；电源电路用于提供电源。信号电路采用前述的采集电路。

本实用新型还提供一种微型无线电流监测装置，包括电流传感器、主控板和锂电池。电流传感器的输入引脚与主控板的输入端相连；锂电池用以提供所需电源。主控板采用前述的控制模块。

进一步的，微型无线电流监测装置还包括外壳。主控板和锂电池设置于外壳的内部。电流传感器设置于外壳的外部。

在其中一个实施例中，外壳包括依次连接的顶盖、中间壳和底盖；中间壳一体成型，包括平面部和弧面部；两个平面部相向设置，两个弧面部相向设置；两个平面部和两个弧面部的内壁面围合成一个容纳主控板和锂电池的腔体。

在其中一个实施例中，外壳包括依次连接的顶盖、中间壳和底盖；中间壳由两个U形连接壳拼接而成；U形连接壳内壁面围合成一个容纳主控板和锂电池的腔体。

在其中一个实施例中，外壳的内壁面对称固定设置有滑轨，滑轨的两端内壁面粘接有防滑贴，主控板与防滑贴相接触。

在其中一个实施例中，外壳的外表面中部固定设置有磁铁，磁铁与外壳贴合紧密。

在其中一个实施例中，外壳的外表面设置有凹槽，凹槽的内部设有挂件，挂件包括支撑杆、U型块和限位块；支撑杆位于凹槽内部，且与凹槽的深度方向相平行，支撑杆的轴向长度小于凹槽的深度；U型块的其中一壁面套于支撑杆的外表面，另一壁面开有通孔，U型块的相向两壁面的间距小于凹槽的深度；限位块设置于支撑杆的一端部，以限位U型块。

在其中一个实施例中，电流传感器采用SCT010开合式电流互感器、SCT016开合式电流互感器、SCT024开合式电流互感器或SCT036开合式电流互感器。

与现有技术相比，本实用新型具备如下有益效果：

1.本实用新型通过简化采集电路来缩小电路所需的空间，在具备采集调制电流传感器的电流信号功能的同时减少不必要的电子元件，不仅能够缩小电路体积与重量，删减不需要的电子元件也能够避免资源上的浪费，提高利用率；

2.本实用新型通过将信号电路即采集电路、主控电路、通讯电路以及电源电路集成到一块主控板上，合理布局，减少主控板的体积，进而能够降低微型无线电流监测装置的体积，实现装置的微型化，小巧易携；

3.本实用新型将电流传感器置于外壳的外部，可以分拆，易于更换；电流传感器采用不同规格的开合式电流互感器，通过更换开合式电流互感器改变装置的量程，满足不同场地的使用；

4.本实用新型通过在外壳外表面设置磁铁，可以将外壳吸附在金属物体表面，配合监测装置安装固定，增加监测装置安装与拆卸的简便性；

5.本实用新型通过在外壳外表面设置挂件，可以将外壳挂放到其他设备上，配合监测装置安装固定，增加监测装置安装与拆卸的简便性；

6.本实用新型的通讯电路实现监测装置的无线传输功能，内置物联网卡，通过NB-IoT网络将数据传输至监测后台，方便灵活、安装范围广。

附图说明

图1为本实用新型中实施例1的一种采集电路的电路示意图；

图2为基于图1的主控电路的电路示意图；

图3为基于图1的通讯电路的电路示意图；

图4为基于图1的电源电路的电路示意图；

图5为基于图1的一种微型无线电流监测装置的结构示意图；

图6为基于图5的沿外壳长度方向的外壳与磁铁的连接示意图；

图7为实施例2的沿外壳宽度方向的外壳与挂件的连接示意图；

图8为基于图7的挂件的结构示意图。

主要元件符号说明

1、主控板；2、电流传感器；3、锂电池；4、外壳；411、磁铁；421、支撑杆、422、U型块；423、限位块。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型针对现有技术中智能电表或电流监测装置由于自身电路复杂、电子器件繁多进而具有体积大、占用空间大的问题，介绍了一种采集电路、控制模块、微型无线电流监测装置。本实用新型通过简化采集电路缩小其所需电子器件，且将信号电路即采集电路、主控电路、通讯电路以及电源电路集成到一块主控板上，合理布局，减少主控板的体积，进而能够降低微型无线电流监测装置的体积。

实施例1

如图1所示，本实施例介绍一种采集电路，包括三个运算放大器U7.1、U7.2、U8.1，八个电阻R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32，三个二极管D5、D6、D7，以及六个电容C32、C33、C34、C35、C36、C37。

三个运算放大器可以采用OPA2340UA运算放大器，其为轨到轨CMOS运算放大器，具有良好的动态响应以及通用性，满足驱动采样模数转换的需求。三个二极管具有保护电路的作用，可以采用1N4148二极管，易于获得、价格低廉且通用性广。

对于电阻和电容的选取，本实施例提供一种具体方式：R25选择8.8KΩ电阻；R26、R28、R29选择1KΩ电阻；R27选择100Ω电阻；R30选择1MΩ电阻；R31选择22kΩ电阻；R32选择43kΩ电阻。C32、C33、C36、C37选择0.1μF电容；C34选择2.2μF电容；C35选择0.68μF电容。

采集电路的具体连接方式如下：U7.1、U8.1的负电源端接地，正电源端与R25的其中一端相连；U7.1的正电源端还与C33的其中一端相连；U8.1的正电源端还与C37的其中一端相连；C32、R26的其中一端以及R25的另一端与U7.1的同相输入端相连，C32、C33、C37、R26的另一端接地；U7.1的反相输入端与其输出端以及R27、R28的其中一端相连；U8.1的反相输入端与其输出端、D6、D7的正极以及C36的其中一端相连，并作为采集电路的输入端；D6的负极与VCC3V3相连，D7的负极接地；U8.1的同相输入端与R32、C35的其中一端相连，R32的另一端与C36的另一端以及R31的其中一端相连；R31的另一端与R30、C34的其中一端以及D5的负极相连；R30、C34、C35另一端接地；D5的正极与U7.2的输出端、R29的其中一端相连；U7.2的反相输入端与R29的另一端、R28的另一端相连；U7.2的同相输入端与R27的另一端相连且分别作为采集电路的输入端。

本实施例的采集电路和现有电路相比更为精简，在具备采集调制电流信号功能的同时减少不必要的电子元件，缩小电路体积与重量，避免资源上的浪费，提高利用率。

在上述采集电路的基础上，本实施例还介绍了一种控制模块，包括信号电路、主控电路、通讯电路以及电源电路。信号电路用以将采集电流传感器的检测信号；主控电路用以将检测信号转换成相对应的电流信号；通讯电路用于提供无线通讯；电源电路用于提供电源。信号电路采用前述的采集电路。

本实施例的控制模块将信号电路即采集电路、主控电路、通讯电路以及电源电路集成到一块主控板上，合理布局，减少主控板的体积。

在上述控制模块的基础上，本实施例还介绍了一种微型无线电流监测装置，如图5所示，包括电流传感器、主控板、锂电池、外壳。电流传感器的输入引脚与主控板的输入端相连；锂电池用以提供所需电源，主控板采用前述的控制模块。主控板和锂电池设置于外壳的内部；电流传感器设置于外壳的外部。

电流传感器可以采用SCT010开合式电流互感器、SCT016开合式电流互感器、SCT024开合式电流互感器或SCT036开合式电流互感器。由于电流传感器和装置主体可以分拆，通过更换不同规格的开合式电流互感器，改变装置的量程，满足不同场地的使用，方便多装置安装与拆除。

外壳由顶盖、中间壳和底盖组成。可以采用铝合金材质，满足质量轻的需求。顶盖和底盖分别位于中间壳的两端，中间壳内部中空设置，用于容纳锂电池和主控板。且在中间壳的内壁面上对称设置滑槽，滑槽的内部间距大于主控板，主控板的边缘可以位于滑槽内对滑槽起到限位的作用，减少主控板在中间壳内部晃动的可能，锂电池可以粘接在中间壳的内壁面上。为了进一步提高滑槽和主控板之间的贴合性，可以在滑槽的两端内壁面上粘接防滑贴。防滑贴具有弹性，可以与主控板贴合进而限位主控板，减少主控板在滑槽内滑动。中间壳的其中相向的两侧为平面部，另外两侧为弧面部，减少外壳表面的尖锐性。

中间壳可以是一体成型。中间壳也可以是由两个U型连接壳拼接而成，通过粘接或卡接等方式将两个U型连接壳组合成中间壳。

如图6所示，为了便于监测装置的安装固定，还可在外壳的外表面设置磁铁，可以通过粘接，嵌入等方式将磁铁与外壳紧密连接，可以将外壳吸附在金属物体表面，配合监测装置安装固定，增加监测装置安装与拆卸的简便性。

为了满足锂电池的循环使用，锂电池可以外接开关电源，开关电源置于外壳的外部。也可以内置一个AC转DC的充电板在外壳内部，外壳上留一个AC:220V接口，满足锂电池的充电需要。由于电流传感器位于外壳外部，因此外壳上还有一个传感器接口，与传感器连接使用。锂电池采用3.7V锂电池，在主控板上通过电源电路分别稳压到3.3V和5V供主控电路和采集电路工作。将导线与电流传感器连接，采用开合式的导线可以直接放入电流传感器的开口内然后闭合即可，电流传感器将导线中大电转为小电流信号接入主控板上的采集电路，经过采样电阻和运放器调制后，传入主控电路的ADC口，主控电路的芯片将其转化为数字量并传入通讯电路中，最后通过NB-IoT网络发送至后台显示电流值。由于该监测装置具备无线传输的功能，实际使用时只需监测后台即可，例如查询和导出历史电流曲线进行数据对比分析。通过多台装置与不同导线的连接并汇总到同一后台能够实现同步多装置监测。

实施例2

如图7和图8所示，本实施例介绍了一种微型无线电流监测装置，该电流监测装置与实施例1中的监测装置相似，区别在于本实施例的外壳表面设置凹槽和挂件代替磁铁。外壳的外表面设置有凹槽，凹槽的内部设有挂件，挂件由支撑杆、U型块和限位块组成。支撑杆的长度小于凹槽的深度，一端与凹槽的内壁面固定连接，另一端与限位块连接，支撑杆与限位块之间可以通过卡接、螺纹或者其他方式连接，在U型块的一端套于支撑杆外表面后限位块封堵支撑杆的一端部，使得U型块无法脱离支撑杆。U型块的两壁面均开有孔，一个孔的直径大于支撑杆，使得U型块能够套在支撑杆外表面。另一个孔是用于使螺栓穿过的通孔，螺栓穿过通孔能够对U型块进行固定安装。

U型块能够在支撑杆外表面转动，因此可以进行角度调节，进而在挂放的时候满足外壳始终保持竖直状态。此外，U型块能够沿支撑杆长度方向移动，因此在不使用U型块的时候，U型块能够位于凹槽内，使用的时候再将U型块向凹槽外移动取出，充分合理利用外壳的空间，避免增大外壳体积，满足微型易于携带的功能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种采集电路，其用于采集一个电流传感器的检测信号，其特征在于，其包括三个运算放大器U7.1、U7.2、U8.1，八个电阻R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32，三个二极管D5、D6、D7，以及六个电容C32、C33、C34、C35、C36、C37；

其中，U7.1、U8.1的负电源端接地，正电源端与R25的其中一端相连；U7.1的正电源端还与C33的其中一端相连；U8.1的正电源端还与C37的其中一端相连；C32、R26的其中一端以及R25的另一端与U7.1的同相输入端相连，C32、C33、C37、R26的另一端接地；U7.1的反相输入端与其输出端以及R27、R28的其中一端相连；U8.1的反相输入端与其输出端、D6、D7的正极以及C36的其中一端相连，并作为所述采集电路的输入端；D6的负极与VCC3V3相连，D7的负极接地；U8.1的同相输入端与R32、C35的其中一端相连，R32的另一端与C36的另一端以及R31的其中一端相连；R31的另一端与R30、C34的其中一端以及D5的负极相连；R30、C34、C35另一端接地；D5的正极与U7.2的输出端、R29的其中一端相连；U7.2的反相输入端与R29的另一端、R28的另一端相连；U7.2的同相输入端与R27的另一端相连且分别作为所述采集电路的输入端。

2.一种控制模块，其包括信号电路、主控电路、通讯电路以及电源电路；所述信号电路用以将采集电流传感器的检测信号；所述主控电路用以将所述检测信号转换成相对应的电流信号；所述通讯电路用于提供无线通讯；所述电源电路用于提供电源，其特征在于：

所述信号电路采用如权利要求1中所述的采集电路。

3.一种微型无线电流监测装置，其包括电流传感器(2)、主控板(1)和锂电池(3)；电流传感器(2)的输入引脚与主控板(1)的输入端相连；锂电池(3)用以提供所需电源，其特征在于：

主控板(1)采用如权利要求2中所述的控制模块。

4.根据权利要求3所述的微型无线电流监测装置，其特征在于，所述微型无线电流监测装置还包括外壳(4)；主控板(1)和锂电池(3)设置于外壳(4)的内部；电流传感器(2)设置于外壳(4)的外部。

5.根据权利要求4所述的微型无线电流监测装置，其特征在于，所述外壳(4)包括依次连接的顶盖、中间壳和底盖；所述中间壳一体成型，包括平面部和弧面部；两个所述平面部相向设置，两个所述弧面部相向设置；两个所述平面部和两个所述弧面部的内壁面围合成一个容纳主控板(1)和锂电池(3)的腔体。

6.根据权利要求4所述的微型无线电流监测装置，其特征在于，所述外壳(4)包括依次连接的顶盖、中间壳和底盖；所述中间壳由两个U形连接壳拼接而成；所述U形连接壳内壁面围合成一个容纳主控板(1)和锂电池(3)的腔体。

7.根据权利要求4所述的微型无线电流监测装置，其特征在于，所述外壳(4)的内壁面对称固定设置有滑轨，所述滑轨的两端内壁面粘接有防滑贴，主控板(1)与所述防滑贴相接触。

8.根据权利要求4所述的微型无线电流监测装置，其特征在于，所述外壳(4)的外表面中部固定设置有磁铁(411)，磁铁(411)与外壳(4)贴合紧密。

9.根据权利要求4所述的微型无线电流监测装置，其特征在于，所述外壳(4)的外表面设置有凹槽，所述凹槽的内部设有挂件，所述挂件包括支撑杆(421)、U型块(422)和限位块(423)；支撑杆(421)位于所述凹槽内部，且与所述凹槽的深度方向相平行，支撑杆(421)的轴向长度小于所述凹槽的深度；U型块(422)的其中一壁面套于支撑杆(421)的外表面，另一壁面开有通孔，U型块(422)的相向两壁面的间距小于凹槽的深度；限位块(423)设置于支撑杆(421)的一端部，以限位U型块(422)。

10.根据权利要求3所述的微型无线电流监测装置，其特征在于，所述电流传感器(2)采用SCT010开合式电流互感器、SCT016开合式电流互感器、SCT024开合式电流互感器或SCT036开合式电流互感器。

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