关于嵌入式电量检测设备的设计实现和应用

（文章来源：电气新科技）

电气设备工作时，其各部件的能耗情况可直观反映设备的状态。对电气设备及相关部件进行电量检测和实时监测，可以实现设备故障检测和设备状态，实时监测。基于对监测数据的处理分析，可实时判断出设备故障；基于对相关数据发展趋势的分析，还可预测并预防设备故障。

对车载设备的检测有多种应用情况。例如：①车载门控开关门操作时间很短，只有几秒钟；②一般情况下，刮雨器在下雨时才工作，存在长时间不运用及突发性运用情况；③空调工作时，存在多种运行工况，各种工况下能耗并不一致。

在这些应用中，可采用万用表、电流表、示波器等仪器进行测量，但存在系统应用受限、设备使用不便、设备价格高等因素。例如，车辆载客运营情况下，无法采用相关设备对目标设备进行实时检测，只能在车辆回库后再进行处理，此时，车辆状态与载客运行时的状态存有差异。在用电流表和万用表检测门控驱动器和电动机能耗情况时，对几秒内的电量进行检测时间太短，测试结果无法准确表征被测量物体在某一时刻的特征。

当检测空调运行时的能耗情况时，电压和电流均较大，可在屏柜内进行，但操作安全要求高；若采用实时无线方式，则在高效获取大量实时数据的同时，规避了不安全的环境，并且不影响设备运行或运营状态。因此，工业需求催生了可应用于且不限于以上多种情形的嵌入式电量检测设备。

嵌入式电量检测设备实现了实时检测电量、无线传输数据、实时输出信息等功能，可应用于多种场景，如便携式应用、固定安装、蓄电池供电等。嵌入式电量检测设备由电流传感器、低功耗嵌入式处理器、WiFi模块和输入/输出模块等组成。

系统采用耀华德昌的霍尔电流传感器[1]，其接口由电源、地、信号输出等组成。传感器供电电压为+5V，额定模拟量输出为2.5V±0.625V，电流消耗小于40mA，精度为0.5%，线性度小于0.1%；输入电流测量范围可选，从10～100A，甚至更大范围。对于传感器，既可采用闭环式固定安装，也可采用开合式悬挂安装。

系统采用了集成ATSAMD21J18A处理器的SAM D21评估板。该处理器平台集成USB接口，I/O和总线接口均通过3个标准扩展头引出。SAM D21基于ARM Cortex-M0+处理器，最高运行频率可达48MHz；提供52个可编程I/O接口；集成了一个12位，350ksps（采用点/秒）的模数转换器，可同时采样20个通道。

系统采用WINC1500 WiFi功能模块，支持802.11 b/g/n标准，运行于2.4G ISM频段。该模块通过标准扩展头与SAM D21连接。在设备使用无线通信功能时，需要有WiFi覆盖，设备采用无线通信方式连接至公共网络上的服务器。系统通过按键实现功能选择和参数设定，采用发光二极管（light emitting diode, LED）和液晶显示器（liguid crystal display, LCD）显示系统信息。输入/输出模块通过标准扩展头与SAM D21连接。

相较于通用的电流检测装置和示波器，嵌入式电量检测设备更贴合具体实际工程的应用需求，具有系统成本低、采集精度优、速率高、安装简易和使用方便等特点。该设备具有实时数据打印和数据无线传输功能，还具有通用性，依据应用需求，可进行功能定制。

针对实时监测应用，该平台需通过WiFi节点连接至网络服务器，采用HTTP等方式实时提交监测数据。针对检测应用，可将数据通过WiFi方式提交至服务器，也可通过超级终端方式将检测数据打印至配套的电脑终端，再通过电脑软件对相应的数据进行处理，由技术人员结合相关专业知识对数据进行进一步分析。

该系统针对一定的应用场景实现了对电量检测、交流频率检测和交直流电流检测。对于更广泛的应用，还需进一步优化相关算法和验证相关参数。
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