专利名称：一种电流检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是ー种电子检测技术领域的装置，具体是ー种基于霍尔电流传感器的电流检测装置。
背景技术：
微特电机是ー种小型的直流电机，在汽车后视镜、硬盘驱动器、V⑶、DVD、MP3和MP4等装置中得到广泛应用。为提高产品的可靠性和质量，需要对采用的微特电机和完成装配之后的产品进行检测，尤其是检测电流大小和方向以确定电机工作状况和装配之后的产品质量。虽然可使用万用表电流档测量电流大小和方向或使用电压档測量电路中采样电阻两端的相对电压差人工判断电流方向和大�。薹ㄊ迪值缌鞣较蚝痛笮〉淖远觳猓倚实拖�。 为实现电流大小和方向的自动测量，Burn Brown、Maxim、Interil、Microchip和Linear等公司生产了大量高侧电流检测芯片。除价格高和市场不易采购外，这些芯片还具有一般采用SMT封装形式不便于更换和V-端需特定工作电压的缺点，限制了高侧电流检测芯片的应用。Infineon、Melexis、Honeywell、Allegro 和 NEC-Tokin 等公司生产了大量气隙式霍尔电流传感器，但这些传感器一般都用于100A以上大电流的检测，不适用于〈100mA的小电流的检测，也无法用于采用微特电机产品的电流检测和质量检验。经对现有技术的文献检索发现，万洲电气集団有限公司申报的实用新型专利《一种低压软起动器的自动增益调节电流检测电路》(201120268941. 5)使用自动增益调节电流检测电路实现了低压软起动器，属于低压软起动装置技术领域，主要用于低压固态软起动装置自动增益调节电流的检测。与本实用新型属于不同的技术领域，不具有电路自动打开功能和远程通信功能。王少伟在《计算机与网络》(2009年第4期第609-610页)上发表的“在线电流检测无线报警系统的设计”使用集成运放设计了电流比较电路，通过无线通信技术实现了与主机的通信。此设计主要用于国家电网高压输变电线路的故障检测。与本实用新型属于不同的技术领域，不具有电路自动打开功能和电流自动增益调节功能。
实用新型内容实用新型目的本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种电流检测装置。为了解决上述技术问题，本实用新型公开了ー种电流检测装置，包括电流电路、自动增益调节电路及单片机电路，电流电路分别与自动增益调节电路及单片机电路相连，单片机电路与自动增益调节电路连接。具有增益自动调节功能、适合小电流的高精度測量。本实用新型中，包括ー无线通信电路，所述无线通信电路与单片机电路连接。具有无线通信功能及电流电路自动打开功能，适合用干物联网智能节点作为汽车后视镜和微特电机等自动检测装置使用。本实用新型中，所述的电流电路包括单路�？痰缙�、控制三极管、霍尔电流传感器和比较器，单路常开继电器分别连接控制三极管的集电极，以及霍尔电流传感器和比较器，霍尔电流传感器与所述自动增益调节电路连接，所述控制三极管的基极与所述单片机电路连接。用于电流信号的方向输出、对应的电压信号输出、经单片机电路实现的电路关闭、打开功能及上电通过检测电流的电路自动打开功能。本实用新型中，所述的自动增益调节电路包括相互连接的一个运算放大器和ー个数字电位器，所述运算放大器与所述电流电路连接，所述数字电位器与所述单片机电路连接。可以用于放大所述霍尔电流传感器的输出电压信号。调理后的电压再送入单片机电路用于A/D转换和电流数值计算。本实用新型中，所述的无线通信电路包括RF无线射频芯片，用于电流数值及方向信号发送通道，所述无线射频芯片与所述单片机电路连接。用于电流数值及方向信号发送通道，实现物联网智能节点功能。本实用新型中，所述单片机电路包括单片机，单片机连接电流电路和自动增益调节电路，井根据需要连接无线通信电路。用于电流方向判断、电流电路通断控制、电流数值 检测与计算、反馈电阻及自动增益倍数调节。采用8位高可靠性单片机，用于电流电路的通、断控制、A/D转换及将A/D转换后的电流数值及检测到的方向信号编码溃入无线通信电路，是系统的核心控制器件。本实用新型的信号处理内容和流程为系统上电后接入电机等待检测器件，电流电路在单片机电路控制下打开或在比较器控制下自动打开，霍尔电流传感器输出方向信号至单片机电路。同时，霍尔电流传感器输出与电流对应的模拟信号至自动增益调节电路，自动增益电路自动将霍尔电流传感器输出的模拟信号线性放大至单片机电路的精确模拟电压转换范围，实现小电流的高精度測量。每隔特定时间，单片机电路将检测到的电流数值及方向信号经无线通信电路发送至远程主控计算机，实现远程智能节点功能。在电流数值超过额定数值或设定数值时，单片机电路输出关闭信号至电流电路，实现过流保护功能。有益效果与现有技术相比，本实用新型具有低成本、高精度的特点，直接采用霍尔电流传感器和8位MCU芯片实现I/V变换和A/D转换，省却了精确采样、放大和调理等信号处理环节和相应硬件电路；采用无线射频通信方式，便于在不方便另外布设通信线路场合应用，应用范围更广；在电流电路中接入比较器环节，在接入电机等待检测器件时无须单片机控制即可实现电流电路自动打开功能；采用数字电位器为反馈电阻，使系统具有増益自动调节功能，从而提高检测精度和可靠性。此外，采用具有片上时钟电路、复位电路的单片机为主控芯片,无需外部时钟电路和复位电路即可稳定工作。
以下结合附图
和具体实施方式
对本实用新型做更进一歩的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图I为本实用新型的结构图。图2为电流电路示意图。图3为自动增益调节电路示意图。图4为无线通信电路示意图。图5为单片机电路示意图。
具体实施方式
本实用新型公开了ー种电流检测装置，包括电流电路、自动增益调节电路及单片机电路，电流电路分别与自动增益调节电路及单片机电路相连，单片机电路与自动增益调节电路连接。包括ー无线通信电路，所述无线通信电路与单片机电路连接。所述的电流电路包括单路�？痰缙�、控制三极管 、霍尔电流传感器和比较器，单路常开继电器分别连接控制三极管的集电极，以及霍尔电流传感器和比较器，霍尔电流传感器与所述自动增益调节电路连接，所述控制三极管的基极与所述单片机电路连接。本实用新型中，ー种电流检测装置，其特征在于，所述的自动增益调节电路包括相互连接的一个运算放大器和ー个数字电位器，所述运算放大器与所述电流电路连接，所述数字电位器与所述单片机电路连接。所述的无线通信电路包括无线射频芯片，用于电流数值及方向信号发送通道，所述无线射频芯片与所述单片机电路连接。所述单片机电路包括单片机，用于电流方向判断、电流电路通断控制、电流数值检测与计算、反馈电阻及自动增益倍数调节。
实施例如图I所示，本实施例包括电流电路I、自动增益调节电路2、无线通信电路3及单片机电路4，电流电路I与自动增益调节电路2及单片机电路4相连，单片机电路4与无线通信电路3相连实现远程通信及智能节点功能。本实施例的系统上电后接入电机等待检测器件，电流电路I在单片机电路4控制下打开或在比较器控制下自动打开，霍尔电流传感器输出方向信号至单片机电路4。同吋，霍尔电流传感器输出与电流对应的模拟信号至自动增益调节电路2，自动增益电路b自动将霍尔电流传感器输出的模拟信号线性放大至单片机电路4的精确模拟电压转换范围，实现小电流的高精度測量。每隔特定时间，单片机电路4将检测到的电流数值及方向信号经无线通信电路3发送至远程主控计算机，实现远程智能节点功能。在电流数值超过额定数值或设定数值时，单片机电路4输出关闭信号至电流电路1，实现过流保护功能。如图2所示，电流电路I包括接头Jl -J2、继电器K1、续流ニ极管VI、三极管Q1、电阻Rf R3、电容Cf C2、霍尔电流传感器Ul和比较器芯片U2，其中接头Jl与霍尔电流传感器Ul的INl引脚相连，霍尔电流传感器Ul的IN2引脚与继电器Kl的COM端相连，VCC引脚与VCC相连，并经电容Cl去耦至地，GND引脚接地，OUTl引脚和0UT2引脚与单片机电路4相连，OUT引脚与自动增益电路b相连，继电器Kl的NO端与接头J2相连，继电器Kl线圈端ロ L2和LI分别与VCC电源和三极管Ql的C极相连，续流ニ极管Vl负端与VCC电源相连，正端与三极管Ql的C极相连，并联作为继电器Kl线圈的泄荷回路。比较器芯片U2的IN+引脚与继电器Kl的NO引脚相连，IN-引脚、VSS引脚、GND引脚并联后接地，VDD引脚与电源VCC相连，并经电容C2去耦至地，OUT引脚经电阻R3与电源VCC相连，并经电阻Rl与三极管Ql的B极相连，构成上电自动打开回路。同时，三极管的BI极经电阻R2与单片机电路4相连，构成单片机控制电路。三极管Ql的E极接地。所述的继电器K1，采用HK4100F-DC5V-SHG继电器，HK4100F-DC5V-SHG继电器为汇科公司的+5V线圈驱动电压，单路�？ヂ烦１樟サ阄⑿突导痰缙�。工作參数AC220V/3A 或 DC30V/3A。所述的续流ニ极管VI，采用IN4007 ニ极管，IN4007 ニ极管由Dc Components公司。工作參数最大允许反向电压1000V，最大正向允许电流1.0A。所述的三极管Q1，采用S9013三极管，S9013三极管Ql由ETC公司生产。工作參数直流增益300，集电极截止电流0.2 μ A，发射极截止电流O. I μ A。所述的霍尔电流传感器Ul，采用THS-65霍尔电流传感器，THS-65霍尔电流传感器为日本NEC-Tokin公司生产的霍尔电流传感器。工作參数工作电压+4. 5-5. 5 V，功耗电流10 - 12mA，检测电流范围O - 120mA。在负载RL=IOkQ时，模拟输出>3. 5V。所述的比较器芯片U2，采用LM311芯片，LM311芯片为NXP公司生产的比较器芯片。工作參数工作电压±30 V，最大输入偏置电流150nA，灵敏度200V/mV。 如图3所示，自动增益调节电路2包括电容C3 C5、电阻R4 R6、高精度集成运算放大器U3 (简称运放)和数字电位器U4，其中高精度集成运放U3的IN+引脚经电阻R4和引出线与电流电路I中霍尔电流传感器Ul的OUT引脚相连，V+引脚接VCC，并经C3去耦至地，引脚V-接GND，引脚OA经电阻R6和电容C5组成的低通滤波网络与单片机电路4相连。高精度集成运放U3的IN-引脚与电阻R5、数字电位器U4的H引脚相连。数字电位器U4的W引脚与高精度集成运放U3的OA相连，CS引脚、U/D引脚经引出线与单片机电路4相连，VDD引脚电源VCC相连，并经电容C4去耦至地，GND引脚接地。电阻R5、数字电位器U4及高精度集成运放U3构成自动增益调节环节，实现霍尔电流传感器Ul输出电压信号的自动放大。所述的高精度集成运放U3采用0P196高精度集成运放芯片，0P196高精度集成运放芯片为Analog Device公司生产的轨至轨输出的高精度集成运放芯片。工作參数工作电压+3 12 V，增益带宽450kHz，功耗60 μ Α,偏置电压〈300 μ V，开环增益为500V/mV。所述的数字电位器U4采用CAT5120芯片，CAT5120芯片为ON semi公司生产的2线接口数字可编程电位器。工作參数工作电压+2. 7飞.5 V，待机电流0.5 μ A，16抽头，IOkQ阻值。如图4所示，所述的无线通信电路3包括电容C6飞9、无线射频芯片U5、电阻R8和晶振XI，其中无线射频芯片U5的VDD引脚与电源VCC相连，并经电容C6去耦至地。MOD引脚经电阻R8与电源VCC相连，RFP引脚、RFN引脚与天线相连，天线中心抽头与电源VCC相连，并经电容C7 C9去耦至地。XTL引脚经晶振Xl接地。SDI引脚、SCK引脚、SS引脚、IRQ引脚及FSK引脚经引出线与单片机电路4相连，用于电流数值及方向信号发送通道。所述的无线射频芯片U5采用SI4020芯片，SI4020芯片为Silicon Lab公司生产的无线射频发送器芯片。工作參数工作电压+2.2飞.4V，电流功耗0.3μ�。�315/433/868/915MHz ISM 工作频段，最高 256kbps 通信速率，EEPROM 及 Microcontroller工作模式。如图5所示，所述的单片机电路4包括单片机U6和电容C11，其中单片机U6的VDD引脚接电源VCC，并经电容Cll去耦至地，VSS引脚接地。IRQ引脚、SCL引脚、SS引脚、MOSI引脚及SCK引脚经引出线分别与无线通信电路3中无线射频芯片U5的IRQ引脚、FSK引脚、SS引脚、SDI引脚及SCK引脚相连，构成无线数据发送通道及编码方式控制。PTAO引脚、PTAl引脚经引出线与电流电路I中霍尔电流传感器Ul的OUTl引脚、0UT2引脚相连，用于电流方向判断。PTA2引脚经电阻R2与电流电路I中三极管Ql的B极相连，用于电流电路I通断的单片机控制。PTA3引脚、PTBO引脚经引出线与自动增益电路b中数字电位器U4的CS引脚及U/D引脚相连，用于反馈电阻及自动增益倍数调节。ADP5引脚经引出线与电流电路I中霍尔电流传感器Ul的OUT引脚相连，用于电流数值检测与计算。所述的单片机U6采用MC9S08SH8单片机，MC9S08SH8单片机为Freescale公司生产的 8 位 Flash MCU 芯片。工作參数8K Flash, 256B RAM, 40MHz CPU 频率，+2.7-5. 5V工作电压，12通道10位ADC，具有中断功能的模拟比较器ACMP，异步通信串ロ UART，同步通信串ロ SPI，两线串ロ IIC，2个2通道16位计数器TPMx等。下面对本实施例的具体工作过程说明I、系统上电与接入。系统接入5. OV工作电源后，把待电机的端子与接头Jl及接头J2相连，继电器Kl线圈在单片机控制或比较器驱动下吸合，形成待检测电流回路。2、电流方向及数值检測。霍尔传感器输出方向信号至单片机电路，用于电流方向·判断。霍尔传感器输出的电压模拟信号馈入自动增益调节电路，自动增益调节电路将代表电流数值大小的模拟信号放大，送入单片机的A/D引脚实现电流数值的精确测量。3、电流方向及数值无线发送。在特定时间内，单片机将检测到的电流数据及方向信号经无线通信电路发送至主控计算机，实现智能节点功能。在检测到的电流超过额定数值或设定数值时，单片机发送关闭信号至电流回路关闭继电器，实现电流电路过流保护。本实施例中，因内含片上时钟电路和复位电路，单片机电路4中MC9S08SH8单片机U6无需外部时钟电路和复位电路即可正常工作。在节省硬件成本和电路板面积的同时，提高了系统的EMC和EMI能力。本实施例中，霍尔电流传感器具有较大的模拟输出信号，无需繁琐的差分放大和带通滤波等处理经简单的缓冲和滤波后即可直接送入单片机进行A/D转换，在节省系统成本的同时提闻了电流检测精度。本实施例可以应用于汽车后视镜等微特电机检测场合。本实用新型提供了ー种电流检测装置，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
权利要求1.ー种电流检测装置，其特征在于，包括电流电路、自动增益调节电路及单片机电路，电流电路分别与自动增益调节电路及单片机电路相连，单片机电路与自动增益调节电路连接。
2.根据权利要求I所述的ー种电流检测装置，其特征在于，包括ー无线通信电路，所述无线通信电路与单片机电路连接。
3.根据权利要求I或2所述的ー种电流检测装置，其特征在于，所述的电流电路包括单路常开继电器、控制三极管、霍尔电流传感器和比较器，单路�？痰缙鞣直鹆涌刂迫艿募缂约盎舳缌鞔衅骱捅冉掀鳎舳缌鞔衅饔胨鲎远鲆娴鹘诘缏妨樱隹刂迫艿幕胨龅テ缏妨�。
4.根据权利要求I或2所述的ー种电流检测装置，其特征在干，所述的自动增益调节电路包括相互连接的一个运算放大器和ー个数字电位器，所述运算放大器与所述电流电路连接，所述数字电位器与所述单片机电路连接。
5.根据权利要求2所述的ー种电流检测装置，其特征在于，所述的无线通信电路包括无线射频芯片，用于电流数值及方向信号发送通道，所述无线射频芯片与所述单片机电路连接。
6.根据权利要求I或2所述的ー种电流检测装置，其特征在于，所述单片机电路包括单片机，用于电流方向判断、电流电路通断控制、电流数值检测与计算、反馈电阻及自动增益倍数调节。
专利摘要本实用新型公开了一种电流检测装置，包括电流电路、自动增益调节电路及单片机电路，电流电路分别与自动增益调节电路及单片机电路相连，单片机电路与自动增益调节电路连接。具有增益自动调节功能、适合小电流的高精度测量。本实用新型具有低成本、高精度的特点，省却了精确采样、放大和调理等信号处理环节和相应硬件电路；采用无线射频通信方式，便于在不方便另外布设通信线路场合应用，应用范围更广；在电流电路中接入比较器环节，在接入电机等待检测器件时无须单片机控制即可实现电流电路自动打开功能；采用数字电位器为反馈电阻，使系统具有增益自动调节功能，从而提高检测精度和可靠性。
文档编号G01R15/00GK202649300SQ20122029163
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者杨继全, 宋立博, 夏俊 申请人:江苏敦超电子科技有限公司, 南京宝岩自动化有限公司
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