基于單片機的電流檢測裝置

張銘朗 郭昭利 袁申 何英昊 姜紹君?

摘 要：隨著電子技術的發展和進步，小信號在電路中的使用愈加廣泛，在實際應用中對于小電流信號的采集和監控越來越重要。因此電路中的電流需要能夠被簡單、方便、準確、實時地測量。文中設計并實現了一套基于單片機的電流檢測系統。該系統使用功率放大電路及單片機完成信號的放大及測量。經實驗驗證，該系統的電流測量精度優于5%，頻率測量精度優于1%。

關鍵詞：電流測量;放大電路;STC單片機;TDA2030;頻率測量;信號采集

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）05-00-03

0 引 言

隨著電子技術的發展和進步，小信號在電路中的使用愈加廣泛，實際應用中對于小電流信號的采集和監控也越來越重要。在電路中，通過對電流信號的檢測可以在第一時間掌握電路系統或設備的實際運行情況，若出現問題，及時處理。同時，也可通過對電路中電流的檢測了解和分析用戶對設備的使用情況。事實上，電流檢測系統可以應用在很多電子設備上，比如智能化家居產品，通信電源等。

小信號檢測技術及裝置雖然已是一種相對比較成熟的技術，但就檢測技術和裝置本身而言仍有很大的發展空間。本系統利用STC15系列單片機和功率放大電路等模塊，在實現檢測電流大小目標的同時還可以放大該電流[1]。

1 設計方案

圖1所示為本系統的整體設計框圖。結合實際需求，該系統由以單片機為核心的主控模塊和功率放大模塊、顯示模塊及測幅測頻模塊等構成。主控部分接收、處理由測幅模塊提供的數據，并將分析結果通過顯示模塊呈現，保證使用者可隨時查看系統電流的大小。

1.1 主控模塊

主控模塊使用貼片式增強型STC15系列單片機，具有功耗低、內部自帶高速A/D轉換模塊，寬電壓和價格低廉等優點。

1.2 功率放大電路

功率放大的主要作用是對設備采集的微小電流信號進行放大。攻率放大模塊是基于TDA2030的功率放大模塊，性能優良，被廣泛應用于汽車立體聲收錄音機、中功率音箱等設備。該模塊具有體積小、輸出功率大、失真小等特點，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 測幅和測頻電路

系統使用測頻電路和測幅電路來準確測量電路電流的頻率和幅度。測頻電路由電壓比較器構成（文中采用LM393作為電壓比較器芯片）。測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量信號較小等問題，故決定采用運算放大器擴大其信號倍數，在加法器輸入端加上二極管的反向壓降，以測量輸入到系統中的小幅電流，之后再加上外圍電路組成測頻電路和測幅電路，原理如圖3所示。

1.4 OLED顯示模塊

OLED顯示模塊由于同時具備自發光、無需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構造及制程較簡單等優異特性，被認為是下一代平面顯示器的新興應用技術，分辨率比較高，可顯示漢字。我們使用OLED顯示屏的SPI串口模式顯示被測數據。單片機處理由測量端傳來的微小電流，通過SPI總線將二進制數組傳輸到OLED液晶顯示屏，顯示屏上可標注對應的端口。在OLED上對被測數據進行動態刷新，讓使用者可以清晰觀察到電路中電流的數據變化[2-3]。OLED顯示模塊原理如圖4所示。

2 軟件設計流程

該系統采用模塊化思想，使用C51語言在Keil5環境下完成。圖5所示為系統流程圖。從圖中可知，程序初始化后調用STC15集成在單片機內部的A/D轉換模塊，并將其初始化，同時初始化OLED液晶顯示屏，在主函數中檢測電路中傳來的電流模擬信號，通過I/O口傳送給單片機，與此同時，模擬信號通過A/D轉換模塊把信號的模擬量轉化為數字量，通過算法將實際電流計算出來，再通過I/O口將數據傳送給OLED液晶顯示屏，由OLED顯示屏將實際電路中的電流準確地顯示在屏幕上[4-6]。

3 結 語

文中設計了一款基于單片機的電流檢測系統，該系統通過功率放大模塊、測頻測幅電路和OLED顯示模塊完成小信號的檢測、放大以及OLED顯示，使用C語言實現了程序的編寫。經過多次實驗，表明該系統能夠精確及穩定地顯示電路中當前時間的電流強度，與其他電路組合，則可變為一個較為完善的電流檢測系統。

參 考 文 獻

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