CN219201759U - 电流电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流电压检测电路，用于对二总线AB极的采样电阻的电流和电压进行采样，该电路包括：依次串联的电阻分压电路、多级运放放大电路，及与串联电路连接的单片机，电阻分压电路与采样电阻连接；电阻分压电路用于对流经采样电阻的电压进行分压；多级运放放大电路用于对采样电阻的电压进行分级放大；通过对采样电阻的电压进行分压和放大，使其采样电压在单片机采样范围内；单片机用于对两条总线上的电压值进行采样，并通过计算获取电压差，得到AB极上的电压情况，在检测电流时，通过检测低电平总线上的电压值，通过计算得到相应电流情况。本实用新型解决了电子雷管使用的安全性问题，提升了电子雷管电流和电压检测的准确性。

Description

电流电压检测电路

技术领域

本实用新型涉及电子雷管控制技术领域，尤其涉及一种电流电压检测电路。

背景技术

目前，电子雷管是采用数字控制芯片对起爆过程进行精确控制的新型雷管，其优势为：技术成熟，性能更优，易于管控。其精确多段式的延时设置，为大规模的精确爆破提供可行条件，在电子雷管的具体使用过程中，需要使用起爆卡检测雷管状态是否正常和保证使用过程中的可靠性和安全性。

现有的电子雷管电流和电压检测方法中，电流检测的范围有限，微小电流情况下的检测准确性不佳。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种针对二总线双电阻电路的可靠、高效的电流电压检测电路，解决电子雷管使用的安全性问题，提升电子雷管电流和电压检测的准确性。

为实现上述目的，本实用新型提出一种电流电压检测电路，用于对二总线AB极的采样电阻的电流和电压进行采样，所述电流电压检测电路包括：依次串联的电阻分压电路、多级运放放大电路，以及与串联电路连接的单片机，所述电阻分压电路与所述采样电阻连接；其中：

所述二总线AB极是起爆卡为电子雷管供电和通信的总线的AB极；

所述电阻分压电路，用于对流经采样电阻的电压进行分压；

所述多级运放放大电路，用于对采样电阻的电压进行分级放大；

通过对所述采样电阻的电压进行分压和放大，使其采样电压在单片机采样范围内；

所述单片机，用于对两条总线上的电压值进行采样，并通过计算获取电压差，得到AB极上的电压情况，在检测电流时，通过检测低电平总线上的电压值，通过计算得到相应电流情况。

其中，所述多级运放放大电路包括：依次串联的一级运放放大电路、二级运放放大电路。

其中，所述二总线AB极连接作为驱动元件的电机驱动器，通过控制所述电机驱动器的ENABLE脚对所述AB极的OUT+和OUT-输出脚进行开关控制；通过控制电机驱动器的PHASE引脚，控制电流通过电机驱动器H桥的方向，实现AB极高低电平的切换。

其中，所述电阻分压电路包括两个分压电阻，通过调整两个分压电阻阻值的比例，让AB极的采样电压在采样范围内。

其中，所述一级运放放大电路采用的是同向比例放大电路，包括运算放大器和两个运放电阻，所述运算放大器的输出端通过其中一个运放电阻连接二级运放放大电路，所述运算放大器的输入端的其中一运放脚连接所述电阻分压电路的其中一个分压电阻，所述运算放大器的输入端的另一运放脚连接另一运放电阻；通过调整两个运放电阻的阻值比例，得到运放的放大倍数，将微伏到毫伏级的电压放大后的采样电压达到采样范围。

其中，所述二级运放放大电路的结构与所述一级运放放大电路的结构相同，一级运放放大电路输出的电压作为二级运放放大电路的输入电压，经过二级运放放大电路的运算放大器的放大，得到放大后的采样电压。

其中，所述二级运放放大电路与所述一级运放放大电路的运算放大器设置不同的放大倍数。

其中，所述电阻分压电路的电阻分压倍数：β1=12；一级运放放大电路的一级放大倍数：β2=7.8；二级运放放大电路的二级放大倍数：β3=31。

本实用新型的技术效果：

该方案通过设计了针对二总线双电阻电路的一种可靠、高效的电流电压检测电路，该关键技术为使用一层分压电路和多级运放电路对电压数据进行分层级放大，通过单片机的ADC采集采样电压并通过计算，获取AB极母线上电流和电压的数据，解决了电子雷管使用的安全性问题，提升了电子雷管电流和电压检测的准确性。

附图说明

图1为本实用新型电流电压检测电路的结构示意图；

图2为本实用新型方案涉及的AB极驱动电路示意图；

图3为本实用新型对A极测试的电流电压检测电路示意图；

图4为本实用新型对B极测试的电流电压检测电路示意图；

图5为本实用新型起爆卡的电流检测流程图；

图6为本实用新型起爆卡的电压检测流程图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1-图6所示，本实用新型提出一种电流电压检测电路，用于对二总线AB极的采样电阻的电流和电压进行采样，所述电流电压检测电路包括：依次串联的电阻分压电路、多级运放放大电路，以及与串联电路连接的单片机，所述电阻分压电路与所述采样电阻连接；其中：

所述二总线AB极是起爆卡为电子雷管供电和通信的总线的AB极；

所述电阻分压电路，用于对流经采样电阻的电压进行分压；

所述多级运放放大电路，用于对采样电阻的电压进行分级放大；

通过对所述采样电阻的电压进行分压和放大，使其采样电压在单片机采样范围内；

所述单片机，用于对两条总线上的电压值进行采样，并通过计算获取电压差，得到AB极上的电压情况，在检测电流时，通过检测低电平总线上的电压值，通过计算得到相应电流情况。

其中，所述多级运放放大电路包括：依次串联的一级运放放大电路、二级运放放大电路。

其中，所述二总线AB极连接作为驱动元件的电机驱动器，AB极驱动电路如图2所示。

通过控制所述电机驱动器的ENABLE脚对所述AB极的OUT+和OUT-输出脚进行开关控制；通过控制电机驱动器的PHASE引脚，控制电流通过电机驱动器H桥的方向，实现AB极高低电平的切换。

其中，所述电阻分压电路包括两个分压电阻，通过调整两个分压电阻阻值的比例，让AB极的采样电压在采样范围内。

其中，所述一级运放放大电路采用的是同向比例放大电路，包括运算放大器和两个运放电阻，所述运算放大器的输出端通过其中一个运放电阻连接二级运放放大电路，所述运算放大器的输入端的其中一运放脚连接所述电阻分压电路的其中一个分压电阻，所述运算放大器的输入端的另一运放脚连接另一运放电阻；通过调整两个运放电阻的阻值比例，得到运放的放大倍数，将微伏到毫伏级的电压放大后的采样电压达到采样范围。

其中，所述二级运放放大电路的结构与所述一级运放放大电路的结构相同，一级运放放大电路输出的电压作为二级运放放大电路的输入电压，经过二级运放放大电路的运算放大器的放大，得到放大后的采样电压。

其中，所述二级运放放大电路与所述一级运放放大电路的运算放大器设置不同的放大倍数。

其中，所述电阻分压电路的电阻分压倍数：β1=12；一级运放放大电路的一级放大倍数：β2=7.8；二级运放放大电路的二级放大倍数：β3=31。

结合图3及图4所示，本实用新型进行电子雷管电流电压检测的原理如下：

首先，在单片机接收到控制总线电压指令后，通过电机驱动器使AB极总线上处于通电状态；

然后，通过单片机并结合电阻分压电路和多级运放放大电路，对两条总线上的电压值进行采样，并通过计算获取电压差，得到AB极上的电压情况，在检测电流时，通过检测低电平总线上的电压值，通过计算得到相应电流情况。

其中，所述多级运放放大电路包括：依次串联的一级运放放大电路、二级运放放大电路，所述一级运放放大电路与所述电阻分压电路串联连接，所述通过单片机并结合电阻分压电路和多级运放放大电路，对两条总线上的电压值进行采样，并通过计算获取电压差，得到AB极上的电压情况，在检测电流时，通过检测低电平总线上的电压值，通过计算得到相应电流情况的步骤包括：

在单片机接收到获取电流指令时，通过单片机根据当前通电状态，判断AB极的电平高低情况，确定低电平总线；

获取低电平总线上二级运放放大电路的采样电压；

判断所述二级运放放大电路的采样电压是否达到满量程条件；

若是，则获取所述一级运放放大电路的采样电压，并判断所述一级运放放大电路的采样电压是否达到满量程条件；

若是，则获取所述电阻分压电路的采样电压；

根据所述电阻分压电路的采样电压计算得到电压参数；

根据所述电压参数计算得到电流值。

其中，所述通过单片机并结合电阻分压电路和多级运放放大电路，对两条总线上的电压值进行采样，并通过计算获取电压差，得到AB极上的电压情况，在检测电流时，通过检测低电平总线上的电压值，通过计算得到相应电流情况的步骤还包括：

在单片机接收到获取电压指令时，通过单片机获取AB极上所述电阻分压电路的采样电压，得到AB极采样电压值；

通过判断AB极采样电压值的大小，计算得到两者的电压差值，并结合计算得到的电压差值得到AB极上的电压情况。

其中，所述在单片机接收到控制总线电压指令后，通过电机驱动器使AB极总线上处于通电状态的步骤之前还包括：

将起爆卡外接串口设备，连接到电脑端，在电脑上打开串口调试工具，选择端口号和串口波特率，保证通信正常。

其中，所述在单片机接收到控制总线电压指令后，通过电机驱动器使AB极总线上处于通电状态的步骤包括：

在单片机接收到控制总线电压指令后，通过控制电机驱动器的ENABLE脚对所述AB极的OUT+和OUT-输出脚进行开关控制，使AB极总线上处于通电状态；通过控制电机驱动器的PHASE引脚，控制电流通过电机驱动器H桥的方向，实现AB极高低电平的切换。

其中，所述方法还包括：

在所述串口调试工具上的接收框内查看返回数据包，将截取数据内容通过IEEE754二进制浮点数算术标准进行转换获取真实结果。

其中，所述电阻分压电路包括两个分压电阻，所述方法还包括：

通过调整两个分压电阻阻值的比例，让AB极的采样电压在采样范围内。

其中，所述一级运放放大电路采用的是同向比例放大电路，所述方法还包括：

通过调整所述一级运放放大电路中的两个运放电阻的阻值比例，得到运放的放大倍数，将微伏到毫伏级的电压放大后的采样电压达到采样范围。

以下对本实用新型方案进行详细阐述：

为了解决电子雷管使用的安全性问题，本实用新型设计了针对二总线双电阻电路的一种可靠、高效的电流和电压检测电路，该关键技术为使用一层分压电路和两级运放电路对电压数据进行分层级放大，通过单片机的ADC采集采样电压并通过计算，获取AB极母线上电流和电压的数据。

具体地，电流和电压检测电路主要为硬件放大部分和软件采样分析部分。

硬件放大部分：采用一层电阻分压电路和二层运放放大电路串联的方式，通过AB极上采样电阻的电流和电压进行采样，在大电压情况下进行分压，在小电压情况下进行放大，使其采样电压在单片机采样范围内。在电流检测上，能对1uA-600mA大范围内的电流值进行准确采样。

软件采样分析部分：电流电压在经过采样电阻后会进入到采样电路中，在检测电压时，在同一时间下AB极的电压值是相反的，当A极为高电平时（电源供电的电压），B极为低电平（0V），通过单片机对两条总线上的电压值进行采样，并通过计算获取电压差，来得到AB极上的电压情况，在检测电流时，通过检测低电平总线上的电压值，通过计算得到相应电流情况。

放大电路的多层设计是针对AB极总线上微小电流情况设计，通常情况下使用二级运放电路，在微伏级别的电压情况下，通过运放放大获得采样电压，通过单片机ADC采样并计算得到电压数据并判断是否接近满量程；下一级是一级放大电路，二级放大电路采样结果接近满量程时，采用一级放大电路，该层采样电路能够对毫伏级别的电压放大到采样范围，通过ADC采样能够获取较为准确的结果；下一级是电阻分压电路，针对采样电压较大时，经过电阻分压，由单片机ADC采样分压后的采样电压值，并对采样值进行计算获得相应的电压值。

如图2及图3所示的原理框图中，各部分主要功能简述：

AB极驱动电路：

1）使用DRV8801PWPR电机驱动器（U2）作为AB极的驱动元件；

2）根据原理框图2中U2的ENABLE脚，控制该引脚实现对OUT+和OUT-输出脚的开关控制；

3）通过控制驱动器PHASE引脚，控制电流通过驱动器H桥的方向，实现AB极高低电平的切换。

二总线AB极和采样电阻：

1）二总线AB极为起爆卡为电子雷管供电和通信的总线；

2）采样电阻（R14、R15）为获取总线上电压和电流的采样点；

具体计算公式如下：

电压系数：

3.3(LDO电压)/4096（ADC采集精度）* 12 (电阻分压倍数)；

电流系数：

3.3(LDO电压)/4096（ADC采集精度）/7.8(运放的放大倍数)/10 (采样电阻阻值)*1000000(安培转微安)；

AB极测试原理如下：

如图3及图5所示，以A极测试为例（B极测试可以参照4及图6所示）。

1）串联的三层采样电路，包括电阻分压电路（R25、R31）、一级运放放大电路（U3、R28、R32）、二级运放放大电路（U4、R30、R33）；

2）电阻分压电路由R25、R31构成，A极为输入电压，R25将分压较大电压，输出电压为串联电路中R31的电压，通过调整两个电阻阻值的比例，让其采样电压（TP14）在采样范围内；

3）一级运放放大电路采用的是同向比例放大电路，根据运算放大器虚短和虚断的特性，得到运放3、4脚上的电压相同，3脚电压即为输入电压，R28和R32的电流相同，根据这个特性，调整R28和R32电阻的阻值比例，得到运放的放大倍数，能够将微伏到毫伏级的电压放大后的采样电压（TP15），达到采样范围；

4）二级运放放大电路的原理相同，将一级运放放大电路输出的电压作为二级运放放大电路的输入电压，进过放大器的放大，得到放大后的采样电压（TP16）；

5）两级放大器设置不同的放大倍数，保证量程范围；

电阻分压倍数：β1=(R25+R31)/R31=12；

一级放大倍数：β2=(R28+R32)/R32=7.8；

二级放大倍数：β3=(R30+R33)/R33=31。

本实用新型的实现流程简述：

如图5及图6所示，起爆卡的电流和电压检测方法包括：

步骤一：起爆卡外接串口设备，连接到电脑端，电脑上打开串口调试工具，选择端口号和串口波特率，保证通信正常；

步骤二：在串口调试工具上发送“控制总线电压”指令，单片机接收到该指令控制原理框图1中U2的ENABLE引脚，使OUT+和OUT-通电，使AB极总线上处于通电状态；

步骤三：在串口调试工具上发送“获取电流”指令，单片机获取二级运放的采样值（TP16），并判断结果是否满量程，如果接近满量程，获取一级运放的采样值（TP15），如果还是接近满量程，获取电阻分压处的采样值（TP14），最后结合计算得到的电压参数计算得到电流值；

步骤四：在串口调试工具上发送“获取电压”指令，单片机分别获取AB极上电阻分压处（TP14）的采样值，通过判断AB极采样值的大小，计算得到两者差值，并结合计算得到的电压参数计算得到电压值；

步骤五：在串口调试工具上接收框内查看返回数据包，截取数据内容通过IEEE754二进制浮点数算术标准进行转换获取真实结果。

本实用新型的技术效果：该方案通过设计了针对二总线双电阻电路的一种可靠、高效的电流电压检测电路，该关键技术为使用一层分压电路和多级运放电路对电压数据进行分层级放大，通过单片机的ADC采集采样电压并通过计算，获取AB极母线上电流和电压的数据，解决了电子雷管使用的安全性问题，提升了电子雷管电流和电压检测的准确性。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种电流电压检测电路，其特征在于，用于对二总线AB极的采样电阻的电流和电压进行采样，所述电流电压检测电路包括：依次串联的电阻分压电路、多级运放放大电路，以及与串联电路连接的单片机，所述电阻分压电路与所述采样电阻连接；其中：

所述二总线AB极是起爆卡为电子雷管供电和通信的总线的AB极；

所述电阻分压电路，用于对流经采样电阻的电压进行分压；

所述多级运放放大电路，用于对采样电阻的电压进行分级放大；

通过对所述采样电阻的电压进行分压和放大，使其采样电压在单片机采样范围内；

所述单片机，用于对两条总线上的电压值进行采样，并通过计算获取电压差，得到AB极上的电压情况，在检测电流时，通过检测低电平总线上的电压值，通过计算得到相应电流情况。

2.根据权利要求1所述的电流电压检测电路，其特征在于，所述多级运放放大电路包括：依次串联的一级运放放大电路、二级运放放大电路。

3.根据权利要求2所述的电流电压检测电路，其特征在于，所述二总线AB极连接作为驱动元件的电机驱动器，通过控制所述电机驱动器的ENABLE脚对所述AB极的OUT+和OUT-输出脚进行开关控制；通过控制电机驱动器的PHASE引脚，控制电流通过电机驱动器H桥的方向，实现AB极高低电平的切换。

4.根据权利要求2所述的电流电压检测电路，其特征在于，所述电阻分压电路包括两个分压电阻，通过调整两个分压电阻阻值的比例，让AB极的采样电压在采样范围内。

5.根据权利要求4所述的电流电压检测电路，其特征在于，所述一级运放放大电路采用的是同向比例放大电路，包括运算放大器和两个运放电阻，所述运算放大器的输出端通过其中一个运放电阻连接二级运放放大电路，所述运算放大器的输入端的其中一运放脚连接所述电阻分压电路的其中一个分压电阻，所述运算放大器的输入端的另一运放脚连接另一运放电阻；通过调整两个运放电阻的阻值比例，得到运放的放大倍数，将微伏到毫伏级的电压放大后的采样电压达到采样范围。

6.根据权利要求5所述的电流电压检测电路，其特征在于，所述二级运放放大电路的结构与所述一级运放放大电路的结构相同，一级运放放大电路输出的电压作为二级运放放大电路的输入电压，经过二级运放放大电路的运算放大器的放大，得到放大后的采样电压。

7.根据权利要求6所述的电流电压检测电路，其特征在于，所述二级运放放大电路与所述一级运放放大电路的运算放大器设置不同的放大倍数。

8.根据权利要求7所述的电流电压检测电路，其特征在于，所述电阻分压电路的电阻分压倍数：β1=12；一级运放放大电路的一级放大倍数：β2=7.8；二级运放放大电路的二级放大倍数：β3=31。

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