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一种电子雷管总线电流采集系统的制作方法

2022-09-15 03:14:35 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及电子雷管通讯设备技术领域,更具体的说是涉及一种电子雷管总线电流采集系统。


背景技术:

2.目前,民爆行业中电子雷管通讯大多采用电流载波方式,单发电子雷管工作电流一般在10-30ua,通讯电流一般在0.5-2ma。单台起爆器带载500-1000发电子雷管,额定输出电流500ma。因此起爆器总线电流采集范围一般在0-30ma,采样精度1ua。目前行业内的电路方案采用高边差分比较器、16bitad转换器、mcu控制的方式实现。将5ω采样电阻的压降,通过差分比较器放大后,输入ad转换器;ad转换器参考电压4.096v,将电压转换为数字信号后,通过spi接口传送给mcu。电流采样范围:4.096v
÷
40
÷
5ω=20.48ma,电流分辨率:20.48ma
÷
2^16=0.3125ua。
3.但是,电路硬件成本较高;为达到较高的采样精度与采样电阻功率的平衡,电流采样范围不能大于20ma。mcu与ad转换器通过spi通讯,限制了采样效率
4.因此,保证采样精度的同时,降低了硬件成本,扩展电流采样范围至起爆器额定输出电流,对总线全范围电流采样,同时提高采样效率是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素:

5.有鉴于此,本发明提供了一种电子雷管总线电流采集系统;通过3路低成本的运算放大器代替差分比较器,使用mcu内部集成的12bitad代替外部16bitad,通过将电流分段采集,既满足了小电流采样精度,又扩展电流采样范围30倍,电流采样可覆盖总线额定电流,无需外部ad转换模块,采样数据的读取速率显著提高。
6.为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
7.一种电子雷管总线电流采集系统,包括:mcu、运算放大器u1、运算放大器u2、运算放大器u3和电子雷管;
8.所述运算放大器u1的输出端与所述mcu连接,所述运算放大器u1的输出端通过电阻与所述运算放大器u1的反向输入端连接,所述运算放大器u1的反向输入端通过电阻接地,所述运算放大器u1的同向输入端通过电阻与电子雷管连接,所述运算放大器u1的增益为200;
9.所述运算放大器u2的输出端与所述mcu连接,所述运算放大器u2的输出端通过电阻与所述运算放大器u2的反向输入端连接,所述运算放大器u2的反向输入端通过电阻接地,所述运算放大器u2的同向输入端通过电阻与电子雷管连接,所述运算放大器u2的增益为20;
10.所述运算放大器u3的输出端与所述mcu连接,所述运算放大器u3的输出端通过电阻与所述运算放大器u3的反向输入端连接,所述运算放大器u3的反向输入端通过电阻接地,所述运算放大器u3的同向输入端通过多个电阻与电子雷管连接,所述运算放大器u3的
同向输入端通过多个电阻接地,所述运算放大器u3的增益为10;
11.优选的,所述运算放大器u1的端口1通过电阻r6与mcu连接,所述mcu通过电容c3接地,端口1通过电阻r7、电阻r8与端口4连接,端口2接地,端口3通过电阻r5与所述电子雷管连接,端口4通过电阻r9接地,端口5与d3v3供电连接,端口5通过电容c1、电容c2接地,电容c1与电容c2并联。
12.优选的,所述运算放大器u2的端口1通过电阻r13与mcu连接,所述mcu通过电容c8接地,端口1通过电阻r16、电阻r18与端口4连接,端口2接地,端口3通过电阻r12与所述电子雷管连接,端口4通过电阻r17接地,端口5与d3v3供电连接,端口5通过电容c6、电容c7接地,电容c6与电容c7并联。
13.优选的,所述运算放大器u3的端口1通过电阻r21与mcu连接,所述mcu通过电容c11接地,端口1通过电阻r24、电阻r25与端口4连接,端口2接地,端口3通过电阻r20、r14、r15、r19、r22与所述电子雷管连接,端口4通过电阻r26接地,端口5与d3v3供电连接,端口5通过电容c9、电容c10接地,电容c9与电容c10并联。
14.经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种电子雷管总线电流采集系统;通过3路低成本的运算放大器代替差分比较器,使用mcu内部集成的12bitad代替外部16bitad,通过将电流分段采集,既满足了小电流采样精度,又扩展电流采样范围30倍,电流采样可覆盖总线额定电流,无需外部ad转换模块,采样数据的读取速率显著提高。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明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,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
16.图1附图为本发明提供的电路结构示意图。
17.图2附图为本发明提供的应用实例电路结构示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
19.本发明实施例公开了一种电子雷管总线电流采集系统,包括:mcu、运算放大器u1、运算放大器u2、运算放大器u3和电子雷管;
20.运算放大器u1的输出端与mcu连接,运算放大器u1的输出端通过电阻与运算放大器u1的反向输入端连接,运算放大器u1的反向输入端通过电阻接地,运算放大器u1的同向输入端通过电阻与电子雷管连接,运算放大器u1的增益为200;
21.运算放大器u2的输出端与mcu连接,运算放大器u2的输出端通过电阻与运算放大器u2的反向输入端连接,运算放大器u2的反向输入端通过电阻接地,运算放大器u2的同向
输入端通过电阻与电子雷管连接,运算放大器u2的增益为20;
22.运算放大器u3的输出端与mcu连接,运算放大器u3的输出端通过电阻与运算放大器u3的反向输入端连接,运算放大器u3的反向输入端通过电阻接地,运算放大器u3的同向输入端通过多个电阻与电子雷管连接,运算放大器u3的同向输入端通过多个电阻接地,运算放大器u3的增益为10;
23.为进一步优化上述技术方案,运算放大器u1的端口1通过电阻r6与mcu连接,mcu通过电容c3接地,端口1通过电阻r7、电阻r8与端口4连接,端口2接地,端口3通过电阻r5与电子雷管连接,端口4通过电阻r9接地,端口5与d3v3供电连接,端口5通过电容c1、电容c2接地,电容c1与电容c2并联。
24.为进一步优化上述技术方案,运算放大器u2的端口1通过电阻r13与mcu连接,mcu通过电容c8接地,端口1通过电阻r16、电阻r18与端口4连接,端口2接地,端口3通过电阻r12与电子雷管连接,端口4通过电阻r17接地,端口5与d3v3供电连接,端口5通过电容c6、电容c7接地,电容c6与电容c7并联。
25.为进一步优化上述技术方案,运算放大器u3的端口1通过电阻r21与mcu连接,mcu通过电容c11接地,端口1通过电阻r24、电阻r25与端口4连接,端口2接地,端口3通过电阻r20、r14、r15、r19、r22与电子雷管连接,端口4通过电阻r26接地,端口5与d3v3供电连接,端口5通过电容c9、电容c10接地,电容c9与电容c10并联。
26.采样电阻放置于低边,当电流达到起爆器额定输出电流500ma时,采样电阻压降为2.5v,即最高输入采样电压。因此运算放大器电源可选择3.3v,与mcu电源兼容。可根据不同的采样电阻与放大倍率组合,实现不同的采样精度和采样范围。例如采样电阻选择5个1ω,u1的增益设置为400,采集电流范围0-1.65ma,分辨率0.4ua;u2的增益设置为20,采集电流范围0-33ma,分辨率8ua;u3的增益设置为5,采集电流范围0-660ma,分辨率160ua。u1、u2、u3输出连接至mcu集成的12bit adc模块,每次采集同时转换3个电压,根据转换结果所处的电流范围,选择用一路用于电流计算。
27.应用实例如图2,u1、u2、u3选用低成本高精度低温漂的tlv333。u1的增益设置为200,采集电流范围3.3v
÷
200
÷
5ω=3.3ma,分辨率3.3ma
÷
2^12=0.805ua;u2的增益设置为20,采集电流范围3.3v
÷
20
÷
5ω=33ma,分辨率33ma
÷
2^12=8.05ua;u3的增益设置为10,采集电流范围3.3v
÷
10
÷
1ω=330ma,分辨率330ma
÷
2^12=80.5ua。
28.本技术使用低边电流采样方案,通过3路低成本的运算放大器代替差分比较器,使用mcu内部集成的12bitad代替外部16bitad,硬件成本降低80%以上,通过将电流分段采集,既满足了小电流采样精度,又扩展电流采样范围30倍,电流采样可覆盖总线额定电流,因无需外部ad转换模块,采样数据的读取速率显著提高。
29.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
30.对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例,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。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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