电流检测系统的制作方法

1.本公开涉及电流检测技术领域，尤其涉及一种电流检测系统。


背景技术：

2.随着汽车产业的发展，用户对车内娱乐系统的要求越发丰富，因此，汽车包含了更多的复杂功能。与此同时，车内硬件系统对于功耗的要求愈发明显，针对此，在汽车中各系统及模块调试测试过程中，对各模块的功耗的检测和统计尤为重要。
3.在汽车的研发过程中，存在大量的需要进行功耗的测试评估的功能模块，例如车机的设计过程中，存在着庞大数量的原件需要验证评估。但是，现有的标准电流测试仪器较昂贵，检测成本较高；且电源无法在运行过程中反应和记录电流实时变化情况，检测效率较低。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种电流检测系统。
5.本公开提供了一种电流检测系统，该电流检测系统包括：iv转换电路、电压采集电路、微控制单元以及显示单元；
6.所述iv转换电路包括至少两路iv转换支路，不同所述iv转换支路用于将采集到的不同电流范围内的电流信号转换为同一预设电压范围内的电压信号；
7.所述电压采集电路用于对所述电压信号进行采样，生成电压数字信号；
8.所述微控制单元用于基于所述电压数字信号确定对应的电流信号，并确定所述电流信号与采集时间的关联关系；
9.所述显示单元用于显示关联的所述采集时间与所述电流信号。
10.在一些实施例中，该电流检测系统还包括接口电路、上位机以及电源系统；
11.所述接口电路用于将微控制单元处理后得到的所述电流信号与所述采集时间的关联关系上传至所述上位机；
12.所述上位机用于存储所述电流信号与所述采集时间的关联关系；
13.所述电源系统用于为所述iv转换电路、所述电压采集电路、所述微控制单元、所述显示单元以及所述上位机供电。
14.在一些实施例中，所述iv转换电路包括第一iv转换支路、第二iv转换支路和第三iv转换支路；
15.所述第一iv转换支路包括串联的第一采样电阻和第一运算放大器，所述第一iv转换支路用于采集0
‑
0.1a范围的电流信号；
16.所述第二iv转换支路包括串联的第二采样电阻和第二运算放大器，所述第一iv转换支路用于采集0.1a
‑
1a范围的电流信号；
17.所述第三iv转换支路包括串联的第三采样电路和第三运算放大器，所述第三iv转
换支路用于采集1a
‑
10a范围内的电流信号。
18.在一些实施例中，所述电压采集电路包括第一电压采集支路、第二电压采集支路和第三电压采集支路；
19.所述第一电压采集支路用于对所述第一iv转换支路输出的电压信号进行采样，并将生成的电压数字信号传输至所述微控制单元，所述第一电压采集支路包括串联的第一电阻、第一电压跟随器和第一模数转换芯片，所述第一电阻的阻值范围为25ω
‑
33ω；
20.所述第二电压采集支路用于对所述第二iv转换支路输出的电压信号进行采样，并将生成的数字电压信号传输至所述微控制单元，所述第二电压采集支路包括串联的第二电阻、第二电压跟随器和第二模数转换芯片，所述第二电阻的阻值范围为2.5ω
‑
3.3ω；
21.所述第三电压采集支路用于对所述第三iv转换支路输出的电压信号进行采样，并将生成的数字电压信号传输至所述微控制单元，所述第三电压采集支路包括串联的第三电阻、第三电压跟随器和第三模数转换芯片，所述第三电阻的阻值范围为0.25ω
‑
0.33ω。
22.在一些实施例中，所述第一电压采集支路、所述第二电压采集支路和所述第三电压采集支路分别采用14位模数转换芯片，且分别通过串行外设接口总线将采集到的数字电压信号传输至所述微控制单元。
23.在一些实施例中，所述显示单元用于图形化显示所述电流信号与所述采集时间之间的关联关系。
24.在一些实施例中，所述微控制单元还用于基于所述电流信号与所述采集时间的关联关系，确定预设时间内的电流统计值；所述显示单元还用于显示所述电流统计值；
25.所述电流统计值包括电流平均值、电流浮动值、电流最大值以及电流最小值中的至少一个。
26.在一些实施例中，所述显示单元包括液晶显示屏或者发光二极管显示屏。
27.在一些实施例中，所述接口电路包括通用串行总线接口。
28.在一些实施例中，所述电源系统的输入端外接电源，所述电源系统的输出端连接所述iv转换电路、所述电压采集电路、所述微控制单元以及所述显示单元。
29.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
30.本公开实施例提供的电流检测系统包括iv转换电路、电压采集电路、微控制单元以及显示单元；iv转换电路用于将采集到的电流信号转换为预设电压范围内的电压信号；电压采集电路用于对电压信号进行采样，生成电压数字信号；微控制单元用于基于电压数字信号确定对应的电流信号，并确定电流信号与采集时间的关联关系；显示单元用于显示关联的采集时间与电流信号，可以直观的展示实时电流，极大的提高了测试效率；且可利用较简单的检测系统实现对电源电流的检测，实时检测输入电源电流变化情况，并记录和显示实时数据，可降低电流的检测成本；进一步地，在测试电压恒定时，可基于电流变化实时检测各模块的瞬态功耗，极大程度的简化了研发初期阶段的测试方法，提高测试效率。
附图说明
31.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
32.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本公开实施例提供的一种电流检测系统的结构示意图；
34.图2为本公开实施例提供的另一种电流检测系统的结构示意图；
35.图3为本公开实施例提供的又一种电流检测系统的结构示意图。
具体实施方式
36.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
38.本公开实施例提供的电流检测系统，通过iv转换电路将采集到的电流信号转换为预设电压范围内的电压信号；电压采集电路对电压信号进行采样，生成电压数字信号；微控制单元(microcontroller unit，mcu)基于电压数字信号，确定电流信号，并确定电流信号与采集时间的关联关系；显示单元关联显示上述采集时间和电流信号，例如可以坐标图的形式直观地呈现实时电流信号。如此，以较为简单的硬件电路实现了对电流的检测，即采用较低的硬件成本实现了实施电路和功耗的检测，极大的提高了调试及测试效率。其中，iv转换电路可采用高精度的iv转换电路，以提高电流检测的准确性；进一步地，该电流检测系统在可以实现动态的电流检测功能的同时，还可基于上位机实现数据保存功能，进而可实现设备或模块运行全过程的记录分析。
39.根据本公开实施例，该电流检测系统并不局限于应用到车机系统和模块的电流检测场景中，还可应用于其他电子设备的调试与测试。进一步地，基于调试与测试需求，对外的接口电路(即信号传输方式)、采集信号的路数(即支路的数量)，均可调整适配，在此不限定。
40.下面结合图1
‑
图3，对本公开实施例提供的电流检测系统进行示例性说明。
41.在一些实施例中，图1示出了本公开实施例提供的一种电流检测系统。参照图1，该电流检测系统包括：iv转换电路110、电压采集电路120、微控制单元130以及显示单元140；iv转换电路110包括至少两路iv转换支路，不同的iv转换支路用于将采集到的不用电流范围内的电流信号转换为同一预设电压范围内的电压信号；电压采集电路120用于对电压信号进行采样，生成电压数字信号；微控制单元130用于基于电压数字信号确定对应的电流信号，并确定电流信号与采集时间的关联关系；显示单元140用于显示关联的采集时间与电流信号。
42.其中，iv转换电路110对待调试或测试的电源电流进行采集，对于不同电流范围(下文中详述)内的电流信号，可采用不同的iv转换支路采集电流信号，并将采集到的电流信号转换为电压信号，该电压信号在同一预设电压范围内；该预设电压范围满足后续电压采样需求。
43.示例性地，预设电压范围为0
‑
3.3v。
44.其中，电压采集电路120对经iv转换电路110转换后得到的电压信号进行采样，将电压模拟信号转换为电压数字信号，并先后传输，即传输至微控制单元130。
45.其中，微控制单元130接收来自电压采集电路120的电压数字信号，并基于前述的电流信号
‑
电压模拟信号
‑
电压数字信号的转换关系，反演得到电压数字信号对应的电流信号，并将得到的电流信号与对应的采集时间进行关联，得到采集时间与电流信号的关联关系。
46.其中，显示单元140接收来自微控制单元130的采集时间与电流信号的关联关系，并关联显示采集时间与电流信号。如此，可直观地显示实时电流。
47.本公开实施例提供的电流检测系统，通过iv转换电路110、电压采集电路120、微控制单元130以及显示单元140之间的信号传输与协同处理，可利用较简单的硬件结构实现对电流的实时检测与显示，检测成本较低，且效率较高；进一步地，在测试电压恒定时，可基于电流变化实时检测各模块的瞬态功耗，极大程度的简化了研发初期阶段的测试方法，提高测试效率。
48.在一些实施例中，图2示出了本公开实施例提供的另一种电流检测系统。在图1的基础上，参照图2，该电流检测系统还可包括接口电路150、上位机160以及电源系统170；接口电路150用于将微控制单元130处理后得到的电流信号与采集时间的关联关系上传至上位机160；上位机160用于存储电流信号与采集时间的关联关系；电源系统170用于为iv转换电路110、电压采集电路120、微控制单元130、显示单元140以及上位机160供电。
49.其中，接口电路150可实现微控制单元130与上位机160之间的数据传输(即信号传输)，具体地，可将微控制单元130确定的电流信号与采集时间的关联关系上传至上位机160。示例性地，上位机160可为电脑主机。上位机160将接收到的数据以excel形式或其他文本形式保存，以待分析。
50.在其他实施方式中，接口电路150还可以实现微控制单元130与上位机160之间的命令传输，以实现微控制单元130的参数配置等，本公开实施例不限定。
51.其中，电源系统170可为电流检测系统中的其他电路或单元供电，以使各模块正常工作。
52.在一些实施例中，电源系统170具体用于将外接电源转换为iv转换电路110、电压采集电路120、微控制单元130、显示单元140以及上位机160所需的工作电压，并分别向各电路和单元供电。
53.示例性地，电源系统170向各电路和单元提供工作电压，可通过电源系统170与其直接电连接实现供电，也可通过电源系统与其间接电连接实现供电，在此不限定。
54.在一些实施例中，接口电路150包括通用串行总线(universal serial bus，usb)接口。
55.如此，利用usb接口的较快的传输速率，可满足微控制单元130与上位机160之间的数据和指令的传输速率需求，实现电流检测的实时控制和及时分析。
56.基于此，结合图2，电源系统170可将usb输入的5v电压转换为iv转换电路110、电压采集电路120、微控制单元130以及显示单元140等所需的工作电压，并分别为其供电。
57.即，电源系统170的输入端外接电源，电源系统170的输出端直接或间接连接iv转换电路110、电压采集电路120、微控制单元130以及显示单元140。
58.在一些实施例中，继续参照图2，微控制单元130与接口电路150之间设置瞬态二极管(transient voltage suppressor，tvs)，以实现接口保护。
59.在其他实施方式中，还可采用其他有线连接方式或无线连接方式，实现微控制单元130与上位机160之间的数据和指令的传输，在此不赘述也不限定。
60.在一些实施例中，图3示出了本公开实施例提供的又一种电流检测系统。在图1或图2的基础上，参照图3，该电流检测系统中，iv转换电路110包括第一iv转换支路111、第二iv转换支路112和第三iv转换支路113；第一iv转换支路111包括串联的第一采样电阻和第一运算放大器，第一iv转换支路111用于采集0
‑
0.1a范围的电流信号；第二iv转换支路112包括串联的第二采样电阻和第二运算放大器，第一iv转换支路111用于采集0.1a
‑
1a范围的电流信号；第三iv转换支路113包括串联的第三采样电路和第三运算放大器，第三iv转换支路113用于采集1a
‑
10a范围内的电流信号。
61.其中，iv转换电路110中，通过不同高精密采样电阻和运算放大器的组合，可将采集到的不同大小的电流信号均转换为预设电压范围内的电压信号，从而实现三个电流等级的iv转换。其中，采样电阻的阻值可对应于待采集的电流信号的范围设置，例如按照阻值由大到小依次可为：第一采样电阻、第二采样电阻和第三采样电阻；采样电阻的精密度可为1％或其他精密度值，根据电流检测需求设置，不做限定。
62.其中，各iv转换支路(包括第一iv转换支路111、第二iv转换支路112和第三iv转换支路113)中，通过采样电阻和运算放大器的组合，可对电流信号进行采集，并实现电流信号和电压信号之间的转换，即将采集到的电流信号转换为电压信号；并且通过运算放大器实现阻抗的匹配，可使该环节尽可能少的损失信号，即有利于减少iv转换电路110导致的信号损失，有利于提高电流的检测准确性。
63.在一些实施例中，继续参照图3，电压采集电路120包括第一电压采集支路121、第二电压采集支路122和第三电压采集支路123；第一电压采集支路121用于对第一iv转换支路111输出的电压信号进行采样，并将生成的电压数字信号传输至微控制单元130，第一电压采集支路121包括串联的第一电阻、第一电压跟随器和第一模数转换芯片，第一电阻的阻值范围为25ω
‑
33ω；第二电压采集支路122用于对第二iv转换支路112输出的电压信号进行采样，并将生成的数字电压信号传输至微控制单元130，第二电压采集支路122包括串联的第二电阻、第二电压跟随器和第二模数转换芯片，第二电阻的阻值范围为2.5ω
‑
3.3ω；第三电压采集支路123用于对第三iv转换支路113输出的电压信号进行采样，并将生成的数字电压信号传输至微控制单元130，第三电压采集支路123包括串联的第三电阻、第三电压跟随器和第三模数转换芯片，第三电阻的阻值范围为0.25ω
‑
0.33ω。
64.其中，各电压采集支路(包括第一电压采集支路121、第二电压采集支路122和第三电压采集支路123)的结构基本相同，区别仅在于电压跟随器前的电阻的阻值不同。
65.如此，每个iv转换支路均分别对应连接一电压采集支路，实现对应支路的电压信号的模数转换，使得采样逻辑较简单。
66.在其他实施方式中，当电压采集电路120可实现对采样电压的量程自动切换时，各iv转换支路可连接至同一电压采集电路120，并利用其自动切换，实现对不同电压模拟信号进行采样。如此，虽然采样逻辑较复杂，但可简化电流检测电路的硬件结构。
67.在一些实施例中，第一电压采集支路121、第二电压采集支路122和第三电压采集
支路123分别采用14位模数转换(analogueto digital conversion，adc)芯片，且分别通过串行外设接口(serial peripheral interface，spi)总线180将采集到的数字电压信号传输至微控制单元130。
68.其中，相对于通常采用的12位adc芯片，本公开实施例采用精度较高的14为adc芯片，有利于提高采样精度，从而提高电流检测准确性。同时，采用串行外设接口总线180将采样得到的电压数字信号传输至微控制单元130，可实现较快的传输速率，且确保较高的信噪比，有利于提高电流检测准确性。
69.在其他实施方式中，各电压采集支路还可采用24为adc芯片或其他采样精度较高的adc芯片，在此不限定。
70.在其他实施方式中，电压采集电路120与微控制单元130之间还可采用其他有线或无线方式，实现信号传输，在此不限定。
71.在一些实施例中，显示单元140图像化显示电流信号与采集时间之间的关联关系；可选的，二者之间的关联关系采用图形化显示时，以采集时间作为横坐标，以电流信号作为纵坐标，呈现出折线图、曲线图、散点图或其他形式的图形。
72.其中，微控制单元130接收到来自电压采集电路120的数据，将数据采取图形化的方式图形化后，发送给显示单元140。显示单元140对图像化的数据进行实时显示，示例性地，以采集时间为横坐标轴，电流信号为纵坐标轴。如此，可将电流信号与采集时间之间的关联关系图形化展示，可较直观地呈现电流信号随采集时间的变化，呈现方式简单明了。
73.示例性地，可采用折线图、柱形图、散点图或其他图形格式实现上述图形化显示，在此不限定。
74.在一些实施例中，微控制单元130还用于基于电流信号与采集时间的关联关系，确定预设时间内的电流统计值；显示单元140还用于显示电流统计值；电流统计值包括电流平均值、电流浮动值、电流最大值以及电流最小值中的至少一个。
75.其中，预设时间也称为自定义时间段，可以用户基于电流检测需求自主设置。例如，预设时间可为上电多长时间(例如5秒、10秒或其他时长)之后的、第一个时间点与第二个时间点之间的时间(例如3秒、8秒或其他时长)。如此设置，一方面可灵活设置检测时间；另一方面，可针对预设时间内的电流信号进行统计，而不需对所有的电流信号进行统计，可减少数据处理量，提高电流检测系统的响应速度。
76.其中，电流平均值可为将预设时间内采集到的各电流信号的大小加和之后，除以个数，得到电流平均值；电流浮动值可为基于电流平均值、电流最大值和电流最小值，计算得到的表征电流信号偏离电流平均值的程度的电流值。
77.在其他实施方式中，上述电流统计值还可采用其他方式得到；电流统计值还可包括其他统计值，在此不限定。
78.其中，微控制单元130可基于接收到的数据，确定自定义时间段内的电流平均值、电流浮动值、电流最大值、电流最小值等电流统计值，并发送至显示单元140。显示单元140实时显示接收到的电流统计值，或者基于用户需求显示对应的电流统计值。
79.在一些实施例中，显示单元140包括液晶显示屏(liquid crystal display，lcd)或者发光二极管(light emitting diode，led)显示屏。
80.在其他实施方式中，显示单元140还可为其他具有显示功能的设备、装置或结构部
件，本公开实施例不限定。
81.其中，显示单元140可基于黑白显示或彩色显示(例如基于rgb实现显示)，实现对采集时间和电流信号的关联显示，在此不限定。
82.本公开实施例提供的电流检测系统，在应用时将该电流检测系统串入待测电路电源正极，通过iv转换电路110将电流信号转换成电压信号，并传输至电压采集电路120；电压采集电路120对电压信号进行采样，即进行数字转换，并将转换后的电压数字信号通过spi接口传输至微控制单元130进行数据处理，并将处理后得到的数据发送给显示单元140；显示单元140将接收到的数据进行显示；进一步地，微控制单元130还将数据上传至上位机160，上位机160将数据进行保存，以待分析。
83.本公开实施例，针对研发项目初期模块及实验板的功耗测试较为繁琐，且精度较低的问题，采用较简单的硬件电路，实现了多路输入和较高精度的电流检测，降低了电流检测成本；且实现图形化显示、图形对比以及数据存储等功能，方便后续进行数据分析。使用时，工作人员只需要usb线连接上位机，将电源传入相应的输入口，即可开始调试、测试工作，极大的简化了操作流程，提高了测试精度，为初期研发提供重要的测试依据。
84.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
85.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。