一种正负电压采样电路的制作方法

1.本实用新型属于采样电路技术领域，具体涉及一种正负电压采样电路。


背景技术：

2.在风力发电领域，大量的设备需要监控，多种设备的监控输出信号种类多样，电平高低不一致，导致信号采集监控设备多种多样，甚至出现重复；虽然有的设备具有多路采样接口，但是接口采样功能单一，往往只具备正电压采样或者只具备负电压采样，因为目标采样信号的多样性，导致很多接口无法使用，资源的浪费。
3.对于直流低电压采样，现有技术往往是利用电阻分压方式，将目标电压设置在微控制器的指标范围，利用微控制器的模数采样功能进行采样，这种方式导致目标采样范围只能是正电压，无法采样负电压，并且采样的稳定性差，目标采样的纹波与毛刺，很容易导致采样的输出数值存在极大波动。


技术实现要素：

4.本实用新型为了解决上述问题，提出了一种正负电压采样电路。
5.本实用新型的技术方案是：一种正负电压采样电路包括电阻r1、接地电阻r2、电阻r3、电阻r4、接地电容c1、二极管d1、二极管d2、运算放大器u1和单片机芯片u2；
6.电阻r1的一端作为正负电压采样电路的输入端，其另一端分别与二极管d1的负极、二极管d2的负极、接地电阻r2和运算放大器u1的同相输入端连接；二极管d1的正极和电阻r4的一端连接；电阻r4的另一端和电压偏置vdc1连接；二极管d2的正极接地；运算放大器u1的反相输入端分别与运算放大器u1的输出端和电阻r3的一端连接；运算放大器u1的正电源端和外部电源vcc连接；运算放大器u1的负电源端接地；单片机芯片u2的vin引脚分别与电阻r3的另一端和接地电容c1连接；单片机芯片u2的vref 引脚和vref-引脚均接地；单片机芯片u2的d0引脚作为正负电压采样电路的输出端，并分别与d1引脚、d2引脚、d3引脚、d4引脚、d5引脚、d6引脚和d7引脚连接。
7.进一步地，运算放大器u1的型号为opa340na。
8.进一步地，单片机芯片u2的型号为adc108s022cimtx。
9.本实用新型的有益效果是：
10.（1）该正负电压采样电路可同时对正电压和负电压采样，采样幅度设置在-dc30v～ dc30v，囊括了大部分的小幅度采样需求。其电路结构简单，元器件少，具有防反接和防电流倒灌等特点，有利于提高生产率，解决以往对电压信号采集只能单一采样正电压或负电压的问题，从而提升了信号采集器的应用范围；
11.（2）该正负电压采样电路可应用在风电、水电和火力发电等各种需要对电压进行采样的设备中，尤其是具有正负电压信号的输出设备，本电路可作为电压采样输入口的调理电路，完成对正负电压的采样。
附图说明
12.图1为正负电压采样电路的电路图；
13.图2为正负电压采样电路的逻辑控制顺序示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的说明。
15.如图1所示，本实用新型提供了一种正负电压采样电路，包括电阻r1、接地电阻r2、电阻r3、电阻r4、接地电容c1、二极管d1、二极管d2、运算放大器u1和单片机芯片u2；
16.电阻r1的一端作为正负电压采样电路的输入端，其另一端分别与二极管d1的负极、二极管d2的负极、接地电阻r2和运算放大器u1的同相输入端连接；二极管d1的正极和电阻r4的一端连接；电阻r4的另一端和电压偏置vdc1连接；二极管d2的正极接地；运算放大器u1的反相输入端分别与运算放大器u1的输出端和电阻r3的一端连接；运算放大器u1的正电源端和外部电源vcc连接；运算放大器u1的负电源端接地；单片机芯片u2的vin引脚分别与电阻r3的另一端和接地电容c1连接；单片机芯片u2的vref 引脚和vref-引脚均接地；单片机芯片u2的d0引脚作为正负电压采样电路的输出端，并分别与d1引脚、d2引脚、d3引脚、d4引脚、d5引脚、d6引脚和d7引脚连接。
17.在本实用新型实施例中，运算放大器u1的型号为opa340na。
18.在本实用新型实施例中，单片机芯片u2的型号为adc108s022cimtx。
19.在本实用新型实施例中，vin设置为待采样信号的输入端，连接到外部待采集信号，输入幅度为-dc30v～ dc30v。待采集信号从vin输入到电路后连接到电阻r1，电阻r1电阻值设置为20kω，封装设置为0805，防止电流过大烧毁采样电路。信号被送到二极管d1与二极管d2的交汇a点，二极管d1和二极管d2设置为相同型号（型号为1n5819rlg），正端与电阻r4相连，负端连接在a点，电阻r4电阻值设置为20kω，封装设置为0805，二极管d2正端与地相连，负端连接在a点。a点的电压计算关系为：(v
dc1-vb)/r
4-v
d1
=(v
a-v
in
)/r1 (v
a-vc)/r2，v
dc1
为偏置电压，vb为b点的电压，v
d1
为二极管d1上的电压，va为a点电压，vc为c点电压，v
in
为输入信号待采集电压。v
dc1
设置为 dc30v，vc设置为0v，则上面公式简化为：(30-vb)/r
4-v
d1
=(v
a-v
in
)/r1 va/r2，从而可以推到出：v
in
= va ( r1/ r2)* vaꢀ‑ꢀ
r1*(30
‑ꢀvb
)/ r4 r1* v
d1
，va={[ v
in
r1*(30
‑ꢀvb
)/ r4‑ꢀ
r1* v
d1
]* r1}/( r1 r2)。当v
in
输入变化时，va随之输出变化，变化关系为线性关系，因v
dc1
设置为 dc30v，v
in
的输入范围被限制在-dc30v～ dc30v。
[0020]
为了得到更宽的采样范围，可以调整v
dc1
的值，通过va={[ v
in
r1*(30
‑ꢀvb
)/ r4‑ꢀ
r1* v
d1
]* r1}/( r1 r2)计算出va的范围，控制va为0～dc5v。
[0021]
在本实用新型实施例中，如图2所示，电路的逻辑控制顺序为：输入信号从s1输入，防反二极管s6防止电流反向流入，输入信号经过限流电阻s5，限流电阻s5对限制信号的输入电流在可采集范围之内。偏置电压s2连接到分压电阻s3，为采样通路提供电压偏置，分压电阻s3连接到防反二极管s4，防止输入采样信号过高，损坏系统。防反二极管s4、限流电阻s5和分压电阻s7共同连接到电压跟随器s9，电压跟随器s9负责把电压稳定到一定幅度，并提高驱动能力，保证滤波s10和ad采样s11获得稳定的采样电压。滤波s10由电阻r3和接地电容c1构成滤波电路，滤除掉采集电路上的杂波，保证采集信号干净无杂波。ad采样s11负责采集信号并进行数据转换。
[0022]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。