一种智能电子电流表的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种智能电子电流表，包括：电压变换模块，其作为电子电流表内置的电源转换模块，从直流电源获取电力，把直流电源转换成若干组电压，供给采样分析与显示电路模块使用，采样分析与显示电路模块与采样电阻连接，所述采样电阻加装在设备的正供电端上。本实用新型所述的智能电子电流表，采样电阻加装在设备的正供电端上，通过电压变换模块获取供电，解决了采样电阻加装到设备的负供电端(地线)的缺陷，使用方便，实用，智能，还能与其他外部设备进行数据交换，原理简单，易容与所有的直流用电设备进行整合，能满足现代社会生活的需要。
【专利说明】—种智能电子电流表
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及直流电子电流表，具体说是一种智能电子电流表。
【背景技术】
[0002]现有技术中，直流用电设备(如电机马达空调电器等)的外壳都是连接到直流电源的地线上的，汽车上的直流用电设备的安装与使用方式也是如此。以汽车上的直流用电设备为例，其外壳部分的供电回路连接方式如下:
[0003]汽车上的直流用电设备的外壳作为其负供电端，就近连接在车壳(车体外壳)上，以车壳作为其供电回路的一部分；蓄电池作为汽车上的直流电源，其地线(同时也是蓄电池的负供电端)直接连接在车壳上。
[0004]由此可见，汽车上的直流用电设备的外壳是连接到直流电源的地线上的。
[0005]现有的市售直流电子电流表的采样电阻的安装方式，如图1所示，采样电阻是安装到用电设备的负供电端与地线之间的(也就是车体外壳)。要使用现有的市售直流电子电流表，设备(“设备”除非特别注明之外，下文中均以汽车上的直流用电设备为例。)就必须要断开地线，如前所述，也就是要断开设备的外壳以及负供电端，才能加装采样电阻。另夕卜，为了直流电子电流表能长久使用而不用更换电池，直流电子电流表的供电通常也来自于直流电源(蓄电池)。
[0006]从图1当中可以看出，现有的市售直流电子电流表的采样电阻的安装方式有以下特点:
[0007]1、需要断开设备的地线(也就是要断开设备的外壳以及负供电端)才能安装采样电阻。而绝大部分直流用电设备，为了安全起见，外壳都是连通内部的地线的。对设置在汽车上的设备而言，设备的外壳以及固定位都是直接通过螺丝与车体紧密连接的，要断开设备的外壳来加装采样电阻，是非常困难的。
[0008]2、如果多个设备并联使用时，在需要检测其中一个设备的情况下，一旦断开待检测设备的地线安装采样电阻，会使待检测设备的地线上产生电压差(这个电压差是由采样电阻上电压产生的)，从而导致所述多个并联使用的设备不在同一地电平上，这会使汽车上用于控制所述多个并联使用的设备的中央控制器部分电路出问题。
[0009]3、采样的电压很容易受到干扰，若要远距离测量，误差相当大。
[0010]按图1所示方式采样，采样的两条线一定要屏蔽，因为采样的电压是很小的，都是在75mV以内，电流越小，那采样时的电压就更小，(如ImV)这样的电压很容易受到电磁波干扰，而且不能超过50CM，超过以后的数据变动较大。
[0011]4、负载电流不能过大，不能用于50A或100A以上，电流越大出现的问题就越多。在电流很大时，如果采样电阻处有松动，那与采样电阻连接的设备就会处于高电平当中(设备的外壳没有接地了)，而且，与该设备相连的控制电路也是处在高电平当中了，这会导致汽车的中央控制电路产生严重的问题(如烧毁中央控制电路)。
[0012]有了以上的诸多问题，可以看出现有的市售直流电子电流表使用的范围不广。还是以汽车为例，如因负载设备不是在绝对零伏线上，会导致汽车的中央控制电路出现故障，或烧毁中央控制电路导致威胁到人身安全。因此，在汽车上采用图1的方式进行测试，是绝对禁止的。
[0013]分析一下现有的市售直流电子电流表，为什么一定要将采样电阻放到设备的负供电端(地线)上呢？这主要是因为现有的市售直流电子电流表，其供电都是由汽车上的直流电源(蓄电池)来供给的，那直流电子电流表的地线就一定要连通到电瓶的负端(也就是车体外壳)。
[0014]更进一步，由图2可以看出，蓄电池(直流电源)的负端(地线)是联接到车的外壳，采样电阻是安装到用电设备的负供电端与地线之间的，蓄电池的正供电线经过电子电流表电源处理模块时，输出一个稳定的电压供给给信号放大电路以及分析显示电路，信号放大电路当中，运算放大电路的+IN端，连接到采样电阻与设备之间的负供电线上，信号放大电路当中，运算放大电路的-1N端，连接到电源的负供电端上(地线)，所有的信号处理以及显示电路，参考地点都是建立在直流电源负供电线上的。
[0015]现有的市售直流电子电流表这样的设计原理，所有的信号都建立在地线(地电平)的基础上进行处理放大(采样分析与显示电路的参考点，是建立在车壳地电平上的)，其优点是成本低，但其缺点在上述分析已经表明其不能大量应用推广。
实用新型内容
[0016]针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种智能电子电流表，采样电阻加装在设备的正供电端上，通过电压变换模块获取供电，解决了采样电阻加装到设备的负供电端(地线)的缺陷，使用方便，实用，智能，还能与其他外部设备进行数据交换，原理简单，易容与所有的直流用电设备进行整合，能满足现代社会生活的需要。
[0017]为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是:
[0018]一种智能电子电流表，其特征在于，包括:
[0019]电压变换模块，其作为电子电流表内置的电源转换模块，从直流电源获取电力，把直流电源转换成若干组电压，供给采样分析与显示电路模块使用，
[0020]采样分析与显示电路模块与采样电阻连接，所述采样电阻加装在设备的正供电端上。
[0021]在上述技术方案的基础上，所述电压变换模块为一开关电源；
[0022]通过开关电源进行电源极性变换，把直流电源的正供电端看作是地电平，相对而言，直流电源的负供电端就看作是负电平来使用进行供电。
[0023]在上述技术方案的基础上，直流电源的负端在开关电源模块的处理下，转换为负电源供电给智能电子电流表。
[0024]在上述技术方案的基础上，所述直流电源转换成若干组电压具体包括:
[0025]+VI,
[0026]-V3,
[0027]虚拟地A，
[0028]+V2,
[0029]+5V,
[0030]GND。
[0031]在上述技术方案的基础上，各电压点之间的关系如下:
[0032]I +Vl 1-1 -V3 I = OV =虚拟地A，供信号放大模块用；
[0033]I +V2 1-5V = OV =虚拟地A，供采样与显示电路用；
[0034]虚拟地A为直流电源的正极电压；
[0035]虚拟地A-GND =直流电源电压。
[0036]在上述技术方案的基础上，信号放大模块与采样电阻连接获取其采到的信号，采到的信号经信号放大模块放大后，信号放大模块将信号输出到采样与显示电路。
[0037]在上述技术方案的基础上，采样与显示电路在数据显示的同时，还将数据通过蓝牙和/或以太网和/或数据输出模块输出到其他的需要电流数据的设备上。
[0038]在上述技术方案的基础上，信号放大模块采用运放进行放大，其供电由电压变换模块转换过后供给；
[0039]信号放大模块的参考地点，是建立在电源的正极上的。
[0040]在上述技术方案的基础上，采样与显示电路采用ADC电路进行模数转换，经MCU运算后，再通数码管或液晶显示电路进行数据显示。
[0041]在上述技术方案的基础上，数据输出模块采用串口方式进行数据传输。
[0042]本实用新型所述的智能电子电流表，采样电阻加装在设备的正供电端上，通过电压变换模块获取供电，解决了采样电阻加装到设备的负供电端(地线)的缺陷，使用方便，实用，智能，还能与其他外部设备进行数据交换，原理简单，易容与所有的直流用电设备进行整合，能满足现代社会生活的需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]本实用新型有如下附图:
[0044]图1现有的市售直流电子电流表的采样电阻的安装方式，
[0045]图2现有的市售直流电子电流表的电原理概况图，
[0046]图3本实用新型的采样电阻的安装方式示意图，
[0047]图4本实用新型内部工作流程方块图以及电源输出输入关系，
[0048]图5隔离式485通讯示意图，
[0049]图6虚拟地电原理概况图，
[0050]图7电压变换模块实施例电路原理图。
【具体实施方式】
[0051]以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0052]本实用新型所述的智能电子电流表，如图3所示，包括:
[0053]电压变换模块，其作为电子电流表内置的电源转换模块(电源处理模块)，从直流电源获取电力，把直流电源转换成若干组电压，供给采样分析与显示电路模块使用，
[0054]采样分析与显示电路模块与采样电阻连接，所述采样电阻加装在设备的正供电端上。
[0055]本实用新型所述的智能电子电流表，将采样电阻加装在设备的正供电端上，实现了检测电路建立在直流电源的正极端进行数据检测与数据转输。
[0056]图3中:直流电源是指车上的蓄电池，蓄电池的负端(地线)是联接到车的外壳，采样电阻是安装到用电设备的负供电端与地线之间的(也就是车外壳)，用电设备的外壳，也一直是连接到车的外壳上的，采样分析与显示电路的参考点，是建立在电源正供电线上的。
[0057]在上述技术方案的基础上，所述电压变换模块为一开关电源；
[0058]通过开关电源进行电源极性变换，把直流电源的正供电端看作是地电平，相对而言，直流电源的负供电端就看作是负电平来使用进行供电。
[0059]本实用新型这种电源极性变换，只对采样及整个电子电流表有效，但是对原来的设备没有任何影响，在整个电子电流表电路当中，电源的正供电端就是地电平了，下述用“虚拟地”表示。
[0060]如图6所示,直流电源的正供电线转换为虚拟地A点,B点为信号采样点,A点与C点供电给开关电源(电源转换模块)，变换出相应的电压。
[0061]图7所示为一可选择的电压变换模块实施例的电路原理图，根据电子电流表的使用方式，可以采用与此不同的电压变换模块。只要电压变换模块能供给电子电流表的信号放大电路(信号放大模块)，以及显示电路(采样与显示电路)即可。但是，检测电路都是建立在正电源端为参考电平的基础上实现的。例如:可以是升压式开关电源电路，可以是隔离式的开关电源电路，重点在于电子电流的供电都是由开关电源进行转换，并以正源端为参考点的。
[0062]在上述技术方案的基础上，如图4所示，直流电源(例如汽车上的蓄电池的电瓶)的负端(地线)在开关电源模块的处理下，转换为负电源供电给智能电子电流表。所述直流电源转换成若干组电压具体包括:
[0063]+VI,
[0064]-V3,
[0065]虚拟地A，
[0066]+V2,
[0067]+5V,
[0068]GND，GND即真正的地线，直流电源的负供电端，在车上这个就是车外壳了。转换过后的电压都是以直流用电设备的供电端的电源的正极端口为参考电平的。
[0069]在上述技术方案的基础上，各电压点之间的关系如下:
[0070]I +Vl 1-1 -V3 I = OV =虚拟地A，供信号放大模块用；
[0071]+V2 1-5V = OV =虚拟地A,供采样与显示电路用；
[0072]虚拟地A为直流电源(蓄电池)的正极电压；
[0073]虚拟地A-GND =直流电源(蓄电池)电压。
[0074]如图4所示，在处理信号时，采样电阻的两端信号相对于GND来说，很接近直流电源(蓄电池)的电压(最大相差75mV)。这两根信号线本身就带上跟直流电源(蓄电池)电压相近的电压，因此受到外界的电磁干扰基本可以忽略不计了。
[0075]信号放大模块与采样电阻连接获取其采到的信号，采到的信号经信号放大模块放大后，信号放大模块将信号输出到采样与显示电路。放大信号模块，以及采样与显示电路都是建立在以用电设备供电的电源正极上为参考电平的。
[0076]在上述技术方案的基础上，如图4所示，采样与显示电路在数据显示的同时，还将数据通过蓝牙和/或以太网和/或数据输出模块输出到其他的需要电流数据的设备上。
[0077]所述数据输出模块采用串口方式进行数据传输，其包括采用485等串口方式进行或采用类似的串口方式进行数据通讯。
[0078]图5所示为隔离式485通讯(CAN线挂靠)，用于实时通讯，是电子电流表智能的体现，MCU发出相应的数据，通过485，转译后，就能挂靠CAN线了 ；本实用新型中，参考点是直流电源的正极，所以整个电路设计不能直接与外界相连的，要通过光耦隔离电路进行通讯。中控方式的串口通讯以及协议进行说明:
[0079]采用485隔离式进行串口通讯。
[0080]串口波特率采用19600HZ，协议及命令格式如下
[0081]
—、帧格式(4字节:.、命令格式:____
2字4.字节帧头(2宇节I) 数据内容(4字节)备注
帧头数《内容0x76 0x28麵毫秒输出‘-W、
[0082]采用485隔离式方式进行串口通讯，线缆的最大距离不应超过1200米。
[0083]电脑方式的监控，则同样采用串口方式进行485转R-232方式进行与电脑通讯。
[0084]汽车或电动车的设备可以进行CAN总线挂靠，协议按实际使用车型进行修改软件。
[0085]由本新型电流表改装成新型功率表，只需在软件上修改，进行P = UI的运算，显示则以实时的方式显示功率，或输出功率数据给远程设备。
[0086]在上述技术方案的基础上，信号放大模块采用运放进行放大，其供电由电压变换模块转换过后供给；
[0087]信号放大模块的参考地点，是建立在电源的正极上的。
[0088]在上述技术方案的基础上，采样与显示电路采用ADC电路进行模数转换，经MCU运算后，再通数码管或液晶显示电路进行数据显示。
[0089]MCU指的是本实用新型的电路当中的中央控制处理集成电路，还可以通过MCU控制蓝牙或以太网进行无线数据传输。
[0090]本实用新型所述的智能电子电流表，具有以下优点:
[0091]1、采样电阻串联在直流电源的正端供电线路上，采样采用最安全的方式进行。
[0092]2、采样分析与显示电路采用数字显示，读数误差小。
[0093]3、可根据要求，更改采样电阻，电流超过1000A或更大的数都可以，并且误差小。
[0094]4、实用性强，所有需要到监测电流的地方，都可以加装，并且不影响原有的性能。在直流设备的正供电端进行加装过流电阻的方式，不影响原有的设备使用的性能，而不会像现时加装过流电阻是在负供电端进加装的，它会产生很多问题。
[0095]5、可使用地方范围广，因可以进行远距离数据输出，如不适合进行人为操作的地方如:高温、高压、高空、低氧等地方都可以使用。根据图4、图5等方式，可以看出，数据的输出方式，可以无线或有线等方式进行，这样的方式不受天气条件控制的。
[0096]6、可以进行检测数据输出，可通过加装蓝牙、以太网卡、或通过串口 485等方式进行设备数据交换。(图4)
[0097]7、可应用的地方如需要电流监控的设备:汽车或电动车当中使用电流大的部件如发动机、起动机、空调系统、电机马达等等都可以加装，并且可以进CAN总线挂靠，进行数据监测，实时知道负载设备的状态，并可以进行控制。(图5)
[0098]8、在低压老化房当中，可以实时监测并输出数据给老化房中央控制系统进行数据处理。
[0099]9、输出的数据可以进行功率换算，输出的数据也可以为功率数据。
[0100]10、外观可以随时更改，显示表可以采用LED数码管，可以采用IXD的液晶显示屏坐寸ο
[0101]本实用新型能解决现时国内外所没有的显示电路与供电设备共地的正压线检测的直流电子电流显示方式问题。
[0102]本实用新型能解决传统型的指针表不能进行远程监测的问题。
[0103]本实用新型能解决普通电流表不能进行数据输出的问题。
[0104]本实用新型能根据要求，修改软件，马上可以变成实时功率表。
[0105]本实用新型的安装方式，不改动原有的安装方式以及生产方式。
[0106]本实用新型的检测方式，不改动原设备的地线，安全。
[0107]本实用的外观可根据要求改成数码显示或液晶显示，新颖时尚。
[0108]本实用新型，可以进行串口挂靠方式不同IP地址的通讯，能多个设备检测，共用一套中央控制系统。
[0109]本实用新型可使用的地方有:电动车、汽车、老化房、工业低压直流机房、电机马达、焊机、电泳机设备、光伏转换设备等等。还可以应用于汽车音响改装，实时电流或功率等数据。补充国内外电子电流表空白局面。
[0110]本实用新型，更改变了国内外电流功率数功率不能远程通讯的问题。
[0111]本新型应用面广，使用方便，易于维修更换，能满足现代工业、生活等机械设备的需要。
[0112]本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种智能电子电流表，其特征在于，包括: 电压变换模块，其作为电子电流表内置的电源转换模块，从直流电源获取电力，把直流电源转换成若干组电压，供给采样分析与显示电路模块使用， 采样分析与显示电路模块与采样电阻连接，所述采样电阻加装在设备的正供电端上。
2.如权利要求1所述的智能电子电流表，其特征在于:所述电压变换模块为一开关电源； 通过开关电源进行电源极性变换，把直流电源的正供电端看作是地电平，相对而言，直流电源的负供电端就看作是负电平来使用进行供电。
3.如权利要求2所述的智能电子电流表，其特征在于:直流电源的负端在开关电源模块的处理下，转换为负电源供电给智能电子电流表。
4.如权利要求2所述的智能电子电流表，其特征在于，所述直流电源转换成若干组电压具体包括:
+VI,
-V3, 虚拟地A，
+V2,
+5V,
GND。
5.如权利要求4所述的智能电子电流表，其特征在于:各电压点之间的关系如下: +VI1-1-V3 I = OV =虚拟地A，供信号放大模块用； +V2 1-5V = OV =虚拟地A，供采样与显示电路用； 虚拟地A为直流电源的正极电压； 虚拟地A-GND =直流电源电压。
6.如权利要求5所述的智能电子电流表，其特征在于:采样与显示电路在数据显示的同时，还将数据通过蓝牙和/或以太网和/或数据输出模块输出到其他的需要电流数据的设备上。
7.如权利要求5所述的智能电子电流表，其特征在于:信号放大模块采用运放进行放大，其供电由电压变换模块转换过后供给； 信号放大模块的参考地点，是建立在电源的正极上的。
8.如权利要求7所述的智能电子电流表，其特征在于:数据输出模块采用串口方式进行数据传输。
【文档编号】G01R19/25GK203981763SQ201420178528
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】莫锡明 申请人:恩平市丽华电子制品厂