專利名稱:交直流信號檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種交直流信號檢測系統(tǒng)，包括一信號整流電路、一過零點檢測電路、一信號采樣電路及一主控制芯片，其中，信號整流電路將一輸入信號（交流信號/直流信號）轉(zhuǎn)換成一瞬時信號，過零點檢測電路檢測或捕捉瞬時信號的一過零位置，并將一第一輸出信號輸出；信號采樣電路測量瞬時信號的一瞬時值，并輸出一第二輸出信號，主控制芯片控制信號整流電路、過零點檢測電路及信號采樣電路，主控制芯片依據(jù)第一輸出信號及第二輸出信號來計算輸入信號的類型、頻率及有效值。
【專利說明】
交直流信號檢測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及一種單相交直流檢測電路，屬于檢測系統(tǒng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，使用單相交/直流電為設(shè)備進(jìn)行供電已被廣泛應(yīng)用。在 使用過程中，常常需要對單相信號的信號類型、信號頻率、信號的有效值等物理量進(jìn)行實時 監(jiān)控。
[0003] 然而，傳統(tǒng)的單相交/直流電的測量電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，例如，一般會使用至少一 運算放大器忍片，有些甚至使用專用的單相電測量忍片，使得不僅電路極為復(fù)雜，計算過程 也極為復(fù)雜，而且成本較高。
[0004] 因此，如何提供一種簡單且具有高效能的交直流信號檢測系統(tǒng)及電路實為目前業(yè) 界的重要議題。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的目的在于提供一種交直流信號檢測系統(tǒng)，具有簡單且高效能的功 效，用于克服傳統(tǒng)測量電路存在的缺陷。電路原理簡單易懂、非常清晰，電路結(jié)構(gòu)明了。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下：
[0007] 根據(jù)本實用新型的實施例，本實用新型提供一種交直流信號檢測系統(tǒng)，包括一信 號整流電路，將一輸入信號轉(zhuǎn)換成一瞬時信號;一過零點檢測電路，檢測該瞬時信號的一過 零位置，并輸出一第一輸出信號；一信號采樣電路，測量該瞬時信號的一瞬時值，并輸出一 第二輸出信號；W及一主控制忍片，控制該信號整流電路、該過零點檢測電路及該信號采樣 電路，其中，該主控制忍片依據(jù)該第一輸出信號及該第二輸出信號來計算該輸入信號的類 型、頻率及有效值。
【附圖說明】

[000引為了更清楚地說明本實用新型結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)要點，下面結(jié)合附圖和具體實施方 式對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0009] 圖1為本實用新型之一種單相交直流檢測電路結(jié)構(gòu)的方塊圖；
[0010] 圖2為本實用新型之信號整流電路的電路圖；
[0011] 圖3為本實用新型之過零點檢測電路的電路圖；
[0012] 圖4為本實用新型之信號采樣電路的電路圖；
[0013] 圖5為本實用新型之原始的交流輸入信號的示意圖；
[0014] 圖6為本實用新型之原始交流信號經(jīng)整流后輸出的信號的示意圖；
[0015] 圖7為本實用新型之交流輸入時零點捕捉電路的輸出信號的示意圖；
[0016] 圖8為本實用新型之直流輸入時零點捕捉電路的輸出信號的示意圖；W及
[0017] 圖9為本實用新型之交流信號采樣的示意圖。
[0018] 附圖標(biāo)記說明：信號整流電路10,過零點檢測電路12,信號采樣電路14,主控制忍 片16,輸入信號AC/DC_Si即曰1，電容Cl, C2,整流橋D1，輸出信號Ou化Ut 1，輸出信號Ou化Ut 2，晶體管Ql，電阻R1-R8，時段tl、t2，T峰值化P，瞬時信號￥_31即曰1。
【具體實施方式】
[0019] 下面將結(jié)合本實施例中的附圖，對實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行具體、清楚、完整地描 述。
[0020] 須知，本說明書所附圖式繪示之結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用W配合說明書所掲示 之內(nèi)容，W供熟悉此技藝之人±了解與閱讀，并非用W限定本實用新型可實施之限定條件， 故不具技術(shù)上之實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)之修飾、比例關(guān)系之改變或大小之調(diào)整，在不影響本實 用新型所能產(chǎn)生之功效及所能達(dá)成之目的下，均應(yīng)落在本實用新型所掲示之技術(shù)內(nèi)容得能 涵蓋之范圍內(nèi)。
[0021] 如圖1所示，本實用新型的交直流信號檢測系統(tǒng)，包括一信號整流電路10、一過零 點檢測電路12、一信號采樣電路14及一主控制忍片16,其中，信號整流電路10可將一輸入信 號（交流信號/直流信號)AC/DC_Signal轉(zhuǎn)換成一瞬時信號V_signal，過零點檢測電路12可 檢測或捕捉瞬時信號V_signal的一過零位置，并將一輸出信號Ou化Ut 1輸出；信號采樣電 路14可測量瞬時信號￥_31旨11曰1的一瞬時值，并輸出一輸出信號Ou化Ut 2,主控制忍片16可 控制信號整流電路10、過零點檢測電路12及信號采樣電路14,此外，主控制忍片16依據(jù)輸出 信號Ou化Ut 1及輸出信號Ou化Ut 2來計算輸入信號的類型、頻率及有效值。
[0022] 如圖1及2所示，原始的輸入信號可為交流信號或直流信號，經(jīng)過信號整流電路10， 其輸出的信號為一瞬時信號V_signal。信號整流電路10可為一半波整流電路、一全波整流 電路、一橋式整流電路及一倍壓整流電路之其中一者。
[0023] 輸入信號的類型識別
[0024] 如圖3所示，過零點檢測電路12在不同輸入信號(交流信號或直流信號)情況下，可 得到不一樣的輸出信號Ou化Ut 1。整流后的瞬時信號V_signal通過電阻R1、電阻R2及電阻 R3分壓，當(dāng)晶體管Q1的1腳的信號超過晶體管Q1的闊值電壓（threSho 1 d VO1 tage)后，且晶 體管Ql的3腳接地，輸出信號Ou化Ut 1為邏輯0;當(dāng)晶體管Ql的1腳的信號低于晶體管Ql的闊 值電壓后，輸出信號Ou化Ut 1為邏輯1，其中，電容CU電阻RU電阻R2及電阻R3共同構(gòu)成一 RC濾波器，主要是濾除無用的干擾信號。
[0025] 為了提高信號采樣電路14抗干擾能力，本實用新型采用硬件濾波電路及軟件濾波 算法對輸入信號進(jìn)行雙重濾波。如圖4所示，電容C2、電阻R6、電阻R7及電阻R8共同構(gòu)成一 RC 濾波電路，濾除高頻干擾信號。在軟件濾波算法處理過程中，會連續(xù)監(jiān)控t2時段每個采樣值 (如圖9所示），在正常情況下，運些連續(xù)的采樣值是有規(guī)律的漸變數(shù)值，若突然出現(xiàn)一個跳 變很大的值(大于或小于前一個值20%W上），主控制忍片16會將運個突變的值作為異常干 擾信號而丟棄，并繼續(xù)進(jìn)行采樣及處理。因此，軟/硬件雙重濾波處理可W保證本實用新型 擁有很強的抗干擾能力。
[00%]根據(jù)本實用新型的實施例，若輸入信號是一直流信號，瞬時信號V_signal將是一 平直的直流信號;若輸入信號是一交流信號，瞬時信號V_signal將是如圖6所示的信號。 [0027]對于交流信號，存在過零點（如圖5中的Zero Cross),所W，過零點檢測電路12的 輸出信號Ou化Ut I的輸出情況如圖7所示。
[0028] 再者，對于直流信號，由于不存在圖5中的過零點，所W，過零點檢測電路12的輸出 信號Ou化Ut 1的輸出情況如圖8所示。
[0029] 又，主控制忍片16可實時地監(jiān)控過零點檢測電路12的輸出信號Ou化Ut 1的輸出波 形，因此，主控制忍片16可實時地監(jiān)控輸入信號的類型。
[0030] 信號的頻率測量
[0031] 對于交流信號，如圖7所示，過零點檢測電路12的輸出信號Ou化Ut 1是一個非常有 規(guī)律的周期信號。主控制忍片16包括一外部中斷裝置(未顯示于圖式中）及一類比數(shù)位轉(zhuǎn)換 器(未顯示于圖式中），其中，外部中斷裝置具有一外部中斷輸入端，W及類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器具 有一轉(zhuǎn)換輸入端。主控制忍片16通過外部中斷輸入端監(jiān)控兩個連續(xù)的過零點檢測電路12的 輸出信號Ou化Ut 1的脈沖信號（如圖9所示），并記錄脈沖信號的上升沿之間的時間間隔，所 W，可W精確地計算出交流信號的周期，通過周期則可W獲得交流信號的頻率(請參照公式 1)：
[0032]
(公式 1)
[0033] 交流信號的有效值測量
[0034] 對于直流信號，主控制忍片16啟動類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器（analog-to-digital converter, ADC)直接讀取信號采樣電路14的輸出信號Ou化Ut 2,信號采樣電路14的輸出 信號Ou化Ut 2是瞬時信號V_signal經(jīng)由電組RU電阻R7及電阻R8分壓后的弱信號。所W，整 流后的瞬時信號￥_31肖11曰1的有效值如公式2所示：
[0035] (公式 2)
[0036] 共Tn戶jn巧失&飄1乂巧；^義瑜日、」1心義，、_重61戶」類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的參考電壓， DATA_ADC為類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的采樣值。
[0037] 對于交流信號，傳統(tǒng)的交流信號有效值的測量方法為對一個完整周期進(jìn)行連續(xù)采 樣，對所有采樣值進(jìn)行計算才能得到輸入信號的有效值。此種傳統(tǒng)的測量方法不足的地方 在于輸入信號有效值的計算必須要等一個完整周期的輸入信號采樣完成后才能進(jìn)行，因 此，信號有效值無法實時同步的反應(yīng)當(dāng)前周期的情況。
[0038] 然而，本實用新型采用一種省時且高效的方法，可W在交流信號一個周期結(jié)束之 前計算出本周期的有效值。具體采樣安排如圖9所示，只在信號采樣電路14的輸出信號 Output 2的峰值Vpp的周圍進(jìn)行定時采樣，定時采樣的起始點位于零點捕捉信號的上升沿 之后的tl點，在t2時段中連續(xù)進(jìn)行類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器采樣。tl及t2時段的選擇都是基于主控 制忍片16已經(jīng)測量出交流信號的頻率，為了保證本實用新型的高效性，tl、t2時段的選擇須 按照W下原則進(jìn)行，首先，tl時段的選擇不能太短，但必須保證類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的采樣點在 交流峰值出現(xiàn)之前，一般選擇范圍為〇.3*T到0.4*T之間；其次t2時段的選擇不能太長，但必 須保證能夠覆蓋交流峰值，一般選擇范圍為0.2*T到0.3*T之間。
[0039] 主控制忍片16在t2時段中采用軟件峰值保持算法對類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器采樣值進(jìn)行 實時處理，找出本周期中交流信號的峰值資料。具體實現(xiàn)方法包括:主控制忍片16對t2時段 的采樣值進(jìn)行連續(xù)比較，若當(dāng)前值大于前一個值，表示交流信號還處于波形的上升階段，主 控制忍片16繼續(xù)采樣并比較前后采樣值，但是一旦發(fā)現(xiàn)當(dāng)前值小于或等于前一個值，表示 波形開始進(jìn)入下降階段，此時會記錄前一個值并結(jié)束采樣，該值即為交流波形最高點（峰 值)所對應(yīng)的類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的值化ta_max。主控制忍片16通過對該值化ta_max進(jìn)行計算， 即可得出當(dāng)前周期的有效估，請參照公式3所示：
[0040]
(公式 3)
[0041] 其中，2~n為n是類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，V_ref為類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的參考電壓，W 及DATAjnax為t2時段中類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的最大采樣值。
[0042] 在計算出瞬時信號V_signal的有效值后，接著計算輸入信號的有效值，如公式4所 示：
[0043] 公式 4)
[0044] 其中，V_D1為信號整流電路10的整流橋Dl的電壓差。
[0045] 綜而言之，采用本實用新型交流信號有效值的測量方法不僅采樣時間縮短，而且 待處理采樣資料相比于全周期采樣也大大減少，交流信號有效值計算的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng) 的測量方法，并且有效值可W實時同步的反應(yīng)當(dāng)前周期的情況。
[0046] 上述【具體實施方式】，僅為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思和結(jié)構(gòu)特征，目的在于讓熟 悉此項技術(shù)的相關(guān)人±能夠據(jù)W實施，但W上所述內(nèi)容并不限制本實用新型的保護(hù)范圍， 凡是依據(jù)本實用新型的精神實質(zhì)所作的任何等效變化或修飾，均應(yīng)落入本實用新型的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種交直流信號檢測系統(tǒng)，包括： 一信號整流電路，將一輸入信號轉(zhuǎn)換成一瞬時信號； 一過零點檢測電路，檢測該瞬時信號的一過零位置，并輸出一第一輸出信號； 一信號采樣電路，測量該瞬時信號的一瞬時值，并輸出一第二輸出信號；以及 一主控制芯片，控制該信號整流電路、該過零點檢測電路及該信號采樣電路， 其中，該主控制芯片依據(jù)該第一輸出信號及該第二輸出信號來計算該輸入信號的類 型、頻率及有效值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流信號檢測系統(tǒng)，其特征在于，該主控制芯片更包括一外 部中斷裝置，具有一第一輸入端;一類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器，具有一第二輸入端；以及一比較單元， 比較連續(xù)的采樣值，當(dāng)連續(xù)的該采樣值減小時，則結(jié)束采樣。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交直流信號檢測系統(tǒng)，其特征在于，該第一輸出信號輸入至該 外部中斷裝置的該第一輸入端，以及該第二輸出信號輸入至該類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的該第二輸 入端。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流信號檢測系統(tǒng)，其特征在于，該信號整流電路為一半波 整流電路、一全波整流電路、一橋式整流電路及一倍壓整流電路之其中一者。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流信號檢測系統(tǒng)，其特征在于，該過零點檢測電路是由RC 濾波器及晶體管開關(guān)組成，以及該信號采樣電路是由RC濾波器組成。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流信號檢測系統(tǒng)，其特征在于，該輸入信號的該類型為一 交流信號或直流信號。
【文檔編號】G01R19/02GK205691680SQ201620361110
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月13日 公開號201620361110.5, CN 201620361110, CN 205691680 U, CN 205691680U, CN-U-205691680, CN201620361110, CN201620361110.5, CN205691680 U, CN205691680U
【發(fā)明人】凡冬青, 劉中
【申請人】魏德米勒電聯(lián)接（上海）有限公司