一種分離式直流電壓采集與處理系統技術方案

本實用新型專利技術提供一種分離式直流電壓采集與處理系統，包括直流電壓的測量發送部分和接收顯示部分，其中測量發送部分和接收顯示部分之間通過無線傳輸的形式來傳輸數據，并采用上位機進行數據處理，所述測量發送部分采用的是精度為4位半的AD芯片；本實用新型專利技術的有益效果在于：采用分離式的直流電壓表能將測量部分與現實部分分開，這樣可以在一些狹窄地方或者人無法進入達到的地方。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種直流電壓采集與處理系統，特別是測量部分與顯示部分分離的直流電壓采集與處理系統。
技術介紹
在硬件電路調試過程中，電壓是十分重要的指標，可以根據電壓的大小來確定硬件是否工作正常。在實際的操作修理工程中，有時候單憑一塊電壓表就能找到電路問題的癥結所在，完成進一步的修理工作。現在市場上大多數直流電壓表采用測量、顯示合為一體的設計，這樣對于一些特 殊環境和要求的場合就不能適用了 ；為了伸入狹窄的場所而不斷地挪動梯子和電壓表；在難以接近的地方進行測量，機器或控制面板與限位或隔離開關不在同一地點，或者處于禁止用戶進入的區域，例如無塵室或危險區域。在精度方面，國內大多數的萬用表以3位半甚至2位半為主，而且價格也是不菲。以著名的國產品牌優利德為例，一款UT33B價格大約為87元人民幣，其直流檔位的理論精度最大為3位半。同時一般的電壓表只是簡單的進行單一時刻的測量讀數，無法記錄一段時間內的電壓值，更加無法描繪出電壓的變化曲線。這對把握整體電壓的變化十分不利。正如文獻I (嚴世勝，鐘承堯.海南師范大學學報(自然科學版)，2010 (I):第44-46+52頁.)報道，現在主流的智能直流電壓表一般只完成測量與顯示的功能，精度上也是一般只能達到2位。價格方面因為單片機的加入所以略有降低，但是其精度也是只能到達2位半。有的可能像文獻2 (高峰，許偉明.科技信息，2010 (31):第484-485頁.)中所說，加入了與PC機傳輸數據的功能。但是在傳輸數據過程中使用的是串口，對于現在串口逐步被USB 口取代的趨勢，連接起來就非常的麻煩了，并且文中也沒有制作出實際可用的上位機處理軟件；最為重要的是二者都不能解決在狹窄區域等特殊情況下的測量問題。綜上所述，本技術設計一款精度相對較高并且價格比較低廉的直流電壓表，想使得性價比盡可能的高，終結“大多數直流電壓表測量精度不是非常高，精度高的價格又非常的昂貴”這一局面。并且采用USB 口的形式取代以往的串口形式來制作數據采集與處理環節，希望能將測量的數據傳到PC。最重要的是，本技術將設計分離式的直流電壓表，將測量部分與顯示部分發開，這樣就能解決因為在特殊情況下的測量難題。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題是設計一種分離式的直流電壓表，將測量部分與顯示部分分開，這樣就能解決像在狹窄的場所等特殊情況下的測量難題。該直流電壓表精度至少能達到3位半并且性價比高，采用USB 口的形式取代以往的串口形式來制作數據采集與處理環節，能將測量的數據傳到PC。本技術的技術方案為本技術提供一種分離式直流電壓采集與處理系統，包括直流電壓的測量發送部分和接收顯示部分，其中測量發送部分和接收顯示部分之間通過無線傳輸的形式來傳輸數據，并采用上位機進行數據處理，其特征在于所述測量發送部分采用的是精度為4位半的AD芯片；進一步地，所述AD芯片為ICL7135或AD7705 ；進一步地，所述測量發送部分能夠自動切換量程，其中量程有三檔2V、20V、200V ；進一步地，所述系統采用nRF24L01或nRF903/905無線傳輸模塊來進行無線數據傳輸。本技術和現有技術相比所具有的有益效果在于本技術的分離式的直流電壓表，將測量部分與現實部分分開，這樣可以在一些狹窄地方或者人無法進入達到的地方。本技術以USB 口的形式取代以往的串口形式來制作數據采集與處理環節，可將測量的數據傳到PC，并能結合上位機軟件，進行存儲和進一步數據統計處理。本技術設計的直流電壓表精度可達3位半并且成本也是比較低廉的，在所有的功能均已實現的情況下，成本僅在百元以內；在測量部分使用三個測量檔位的自動切換，保證測量能在最合適的檔位進行，并且使用雙閾值的方法保證當測量值在一個值附近切換時不會引起繼電器的頻繁動作。附圖說明圖I是測量檔位自動切換原理圖；圖2是測量發送部分的原理圖；圖3是測量發送部分的頂層PCB圖；圖4是測量發送部分的底層PCB圖；圖5是接收顯示部分原理圖；圖6是接收顯示部分的頂層PCB圖；圖7是接收部分的底層PCB圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術的具體實施方式作詳細說明。本技術的分離式直流電壓采集與處理系統的整體設計分為直流電壓的測量發送和接收顯示兩個部分，其中測量發送部分的原理圖如圖2所示，測量發送部分的頂層PCB圖和底層PCB圖分別如圖3和圖4所示；接收顯示部分原理圖如圖5所示；接收顯示部分的頂層PCB圖和底層PCB分別如圖6和圖7所示；其中測量發送部分和接收顯示部分之間通過無線傳輸的形式更新提交數據，以此完成對分離式特性的設計；其中測量發送部分選用高精度4位半的AD芯片，具有自動量程切換功能，測量檔位自動切換原理圖如圖I所示，可自動在2V, 20V, 200V三種量程之間選擇，以此完成對高精度特性的設計；數據接收顯示部分可顯示測量數據并將數據上傳到PC中進行后續的處理工作，以此完成對數據采集和上傳特性的設計；采用上位機進行數據處理可顯示電壓變化趨勢，可將電壓數據儲存在電腦中。具體的實施方式有以下幾種實施例一其中測量發送部分的具體設計如下I)采用高精度A/D轉換芯片ICL7135進行數據讀取ICL7135芯片有如下特點(I) 4位半的精度，最大量程為20000個計數(2. 0000V)，可保證ILSB的精度；(2)技術成熟，應用范圍很廣，基本量程2. 0000V使用起來也是比較合適，拓展量程方便；(3 )接口成熟，轉換數據的讀取非常方便。2)繼電器量程選擇的切換控制首先確定量程有三檔2V、20V、200V。自動切換量程，選擇的思路是從高量程到低量程依次進行判斷，當測量值小于ICL7135滿值的9%時，選擇降低一個檔位。但是因為表筆開路時值為0，所以初始檔位選為2V,若測量值大于ICL7135滿值20000，則切換到更高檔位，保險起見分別設置2V-over，20V-over, 20V-under, 200V-under 這幾個判斷情況。同時可能出現的問題是當測量電壓在檔位切換閾值附近變化跳動時，可能導致繼電器頻繁的變化。解決的思路是設置此芯片調高檔位和降低擋位的閾值不為同一值，相當于是雙閾值，所以可以有效避免上述情況，而且再添加一個旁路電容(低通濾波器)，防止高頻干擾，這樣就可以完全解決這個問題了。3)無線數據的傳輸nRF24L01無線傳輸模塊有如下特點(I)使用廣泛的2. 4GHz無線傳輸形式；(2)模塊化成熟，操作簡單，價格低廉，半雙工通信；(3)功耗很低，發射狀態最大電流12. 3mA ；(4)具有硬件檢驗的功能，最低限度的減少干擾及其他因素造成的數據傳輸錯誤。4)電壓隔離與保護工作本實施例中采取的電壓隔離與保護措施有如下3項(1)使用壓敏電阻和熔絲管進行系統初級輸入端保護；(2)使用鉗位二極管器件進行ICL7135輸入端保護；(3)強電部分和弱電部分分別進行覆銅，只在一點進行連接，盡可能減少相互之間的干擾。5)電源供電因為功耗的考慮，所以使用+3. 3V供電。另外ICL7135需要使用負電壓，所用加入-3.3V電壓。另外考慮到電壓值不高，且本設計具有長期、頻繁使用的特點，所以使用鋰電池供電，這樣可多次循環使用；并且只需關閉電源，插上充電器即可完成充電。其中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分離式直流電壓采集與處理系統，包括直流電壓的測量發送部分和接收顯示部分，其中測量發送部分和接收顯示部分之間通過無線傳輸的形式來傳輸數據，并采用上位機進行數據處理，其特征在于：所述測量發送部分采用的是精度為4位半的AD芯片。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：霍建，扈亦越，董潔，孫昌國，馮濤，
申請(專利權)人：北京科技大學，
類型：實用新型
國別省市：