基于单片机的电流检测装置

引 言

随着电子技术的发展和进步，小信号在电路中的使用愈加广泛，实际应用中对于小电流信号的采集和监控也越来越重要。在电路中，通过对电流信号的检测可以在第一时间掌握电路系统或设备的实际运行情况，若出现问题，及时处理。同时，也可通过对电路中电流的检测了解和分析用户对设备的使用情况。事实上，电流检测系统可以应用在很多电子设备上，比如智能化家居产品，通信电源等。

小信号检测技术及装置虽然已是一种相对比较成熟的技术，但就检测技术和装置本身而言仍有很大的发展空间。本系统利用 STC15 系列单片机和功率放大电路等模块，在实现检测电流大小目标的同时还可以放大该电流 [1]。

1 设计方案

图 1 所示为本系统的整体设计框图。结合实际需求，该系统由以单片机为核心的主控模块和功率放大模块、显示模块及测幅测频模块等构成。主控部分接收、处理由测幅模块提供的数据，并将分析结果通过显示模块呈现，保证使用者可随时查看系统电流的大小。

图 1 硬件设计

1.1 主控模块

主控模块使用贴片式增强型 STC15 系列单片机，具有功耗低、内部自带高速 A/D 转换模块，宽电压和价格低廉等优点。

1.2 功率放大电路

功率放大的主要作用是对设备采集的微小电流信号进行放大。攻率放大模块是基于 TDA2030 的功率放大模块，性能优良，被广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音箱等设备。该模块具有体积小、输出功率大、失真小等特点，由电容、电阻、TDA2030 芯片和其外围电路组成。功率放大电路原理如图 2 所示。

1.3 测幅和测频电路

系统使用测频电路和测幅电路来准确测量电路电流的频率和幅度。测频电路由电压比较器构成（文中采用 LM393 作为电压比较器芯片）。测幅电路选用半波整流电路。由于二极管存在压降以及线圈测量信号较小等问题，故决定采用运算放大器扩大其信号倍数，在加法器输入端加上二极管的反向压降，以测量输入到系统中的小幅电流，之后再加上外围电路组成测频电路和测幅电路，原理如图 3 所示。

1.4 OLED显示模块

OLED 显示模块由于同时具备自发光、无需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异特性，被认为是下一代平面显示器的新兴应用技术，分辨率比较高，可显示汉字。我们使用 OLED 显示屏的 SPI 串口模式显示被测数据。单片机处理由测量端传来的微小电流，通过 SPI 总线将二进制数组传输到 OLED 液晶显示屏，显示屏上可标注对应的端口。在 OLED 上对被测数据进行动态刷新，让使用者可以清晰观察到电路中电流的数据变化 [2-3]。OLED 显示模块原理如图 4 所示。

2 软件设计流程

该系统采用模块化思想，使用 C51 语言在 Keil5 环境下完成。图 5 所示为系统流程图。从图中可知，程序初始化后调用 STC15 集成在单片机内部的 A/D 转换模块，并将其初始化，同时初始化 OLED 液晶显示屏，在主函数中检测电路中传来的电流模拟信号，通过 I/O 口传送给单片机，与此同时，模拟信号通过 A/D 转换模块把信号的模拟量转化为数字量，通过算法将实际电流计算出来，再通过 I/O 口将数据传送给OLED 液晶显示屏，由 OLED 显示屏将实际电路中的电流准确地显示在屏幕上 [4-6]。

3 结 语

文中设计了一款基于单片机的电流检测系统，该系统通过功率放大模块、测频测幅电路和 OLED 显示模块完成小信号的检测、放大以及 OLED 显示，使用 C 语言实现了程序的编写。经过多次实验，表明该系统能够精确及稳定地显示电路中当前时间的电流强度，与其他电路组合，则可变为一个较为完善的电流检测系统。