基于單片機(jī)的電流檢測(cè)裝置

引 言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，小信號(hào)在電路中的使用愈加廣泛，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于小電流信號(hào)的采集和監(jiān)控也越來(lái)越重要。在電路中，通過(guò)對(duì)電流信號(hào)的檢測(cè)可以在第一時(shí)間掌握電路系統(tǒng)或設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，若出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理。同時(shí)，也可通過(guò)對(duì)電路中電流的檢測(cè)了解和分析用戶對(duì)設(shè)備的使用情況。事實(shí)上，電流檢測(cè)系統(tǒng)可以應(yīng)用在很多電子設(shè)備上，比如智能化家居產(chǎn)品，通信電源等。

小信號(hào)檢測(cè)技術(shù)及裝置雖然已是一種相對(duì)比較成熟的技術(shù)，但就檢測(cè)技術(shù)和裝置本身而言仍有很大的發(fā)展空間。本系統(tǒng)利用 STC15 系列單片機(jī)和功率放大電路等模塊，在實(shí)現(xiàn)檢測(cè)電流大小目標(biāo)的同時(shí)還可以放大該電流 [1]。

1 設(shè)計(jì)方案

圖 1 所示為本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖。結(jié)合實(shí)際需求，該系統(tǒng)由以單片機(jī)為核心的主控模塊和功率放大模塊、顯示模塊及測(cè)幅測(cè)頻模塊等構(gòu)成。主控部分接收、處理由測(cè)幅模塊提供的數(shù)據(jù)，并將分析結(jié)果通過(guò)顯示模塊呈現(xiàn)，保證使用者可隨時(shí)查看系統(tǒng)電流的大小。

圖 1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 主控模塊

主控模塊使用貼片式增強(qiáng)型 STC15 系列單片機(jī)，具有功耗低、內(nèi)部自帶高速 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，寬電壓和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 功率放大電路

功率放大的主要作用是對(duì)設(shè)備采集的微小電流信號(hào)進(jìn)行放大。攻率放大模塊是基于 TDA2030 的功率放大模塊，性能優(yōu)良，被廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機(jī)、中功率音箱等設(shè)備。該模塊具有體積小、輸出功率大、失真小等特點(diǎn)，由電容、電阻、TDA2030 芯片和其外圍電路組成。功率放大電路原理如圖 2 所示。

1.3 測(cè)幅和測(cè)頻電路

系統(tǒng)使用測(cè)頻電路和測(cè)幅電路來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量電路電流的頻率和幅度。測(cè)頻電路由電壓比較器構(gòu)成（文中采用 LM393 作為電壓比較器芯片）。測(cè)幅電路選用半波整流電路。由于二極管存在壓降以及線圈測(cè)量信號(hào)較小等問(wèn)題，故決定采用運(yùn)算放大器擴(kuò)大其信號(hào)倍數(shù)，在加法器輸入端加上二極管的反向壓降，以測(cè)量輸入到系統(tǒng)中的小幅電流，之后再加上外圍電路組成測(cè)頻電路和測(cè)幅電路，原理如圖 3 所示。

1.4 OLED顯示模塊

OLED 顯示模塊由于同時(shí)具備自發(fā)光、無(wú)需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡(jiǎn)單等優(yōu)異特性，被認(rèn)為是下一代平面顯示器的新興應(yīng)用技術(shù)，分辨率比較高，可顯示漢字。我們使用 OLED 顯示屏的 SPI 串口模式顯示被測(cè)數(shù)據(jù)。單片機(jī)處理由測(cè)量端傳來(lái)的微小電流，通過(guò) SPI 總線將二進(jìn)制數(shù)組傳輸?shù)?OLED 液晶顯示屏，顯示屏上可標(biāo)注對(duì)應(yīng)的端口。在 OLED 上對(duì)被測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新，讓使用者可以清晰觀察到電路中電流的數(shù)據(jù)變化 [2-3]。OLED 顯示模塊原理如圖 4 所示。

2 軟件設(shè)計(jì)流程

該系統(tǒng)采用模塊化思想，使用 C51 語(yǔ)言在 Keil5 環(huán)境下完成。圖 5 所示為系統(tǒng)流程圖。從圖中可知，程序初始化后調(diào)用 STC15 集成在單片機(jī)內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，并將其初始化，同時(shí)初始化 OLED 液晶顯示屏，在主函數(shù)中檢測(cè)電路中傳來(lái)的電流模擬信號(hào)，通過(guò) I/O 口傳送給單片機(jī)，與此同時(shí)，模擬信號(hào)通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換模塊把信號(hào)的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過(guò)算法將實(shí)際電流計(jì)算出來(lái)，再通過(guò) I/O 口將數(shù)據(jù)傳送給OLED 液晶顯示屏，由 OLED 顯示屏將實(shí)際電路中的電流準(zhǔn)確地顯示在屏幕上 [4-6]。

3 結(jié) 語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的電流檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)功率放大模塊、測(cè)頻測(cè)幅電路和 OLED 顯示模塊完成小信號(hào)的檢測(cè)、放大以及 OLED 顯示，使用 C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了程序的編寫(xiě)。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，表明該系統(tǒng)能夠精確及穩(wěn)定地顯示電路中當(dāng)前時(shí)間的電流強(qiáng)度，與其他電路組合，則可變?yōu)橐粋€(gè)較為完善的電流檢測(cè)系統(tǒng)。