嵌入式电量检测设备的设计实现和应用

吉隆坡中车维保有限公司的研究人员宋杰，在年第2期《电气技术》杂志上撰文，介绍了一种在线实时电量检测设备，详细描述了其设计和实现过程以及车载应用案例，探讨了无线远程监测技术，并验证了该技术的实现。在该设备上挂载通用电流传感器后，通过USB接口与计算机通信，进行电量实时检测和检测数据的实时输出；通过WiFi模块，设备采用超文本传送协议与远程服务器通信技术，实现检测数据无线远程实时汇聚。

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。

1系统设计

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，其系统结构框图如图1所示。

图1系统结构框图

1.1电流传感器

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.V，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～A，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，其安装方式示意图如图2所示。

图2电流传感器安装方式示意图

1.2处理器

系统采用了集成ATSAMD21J18A处理器的SAMD21评估板[2]。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。SAMD21基于ARMCortex-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，ksps（采用点/秒）的模数转换器，可同时采样20个通道。

1.3WiFi模块

系统采用WINCWiFi功能模块，支持.11b/g/n标准，运行于2.4GISM频段。该模块通过标准扩展头与SAMD21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。

1.4输入/输出模块

系统通过按键实现功能选择和参数设定，采用发光二极管（lightemittingdiode,LED）和液晶显示器（liguidcrystaldisplay,LCD）显示系统信息。输入/输出模块通过标准扩展头与SAMD21连接，如图3所示。

图3输入/输出模块

1.5系统供电方式

系统有3种供电方式。

方式1：采用开关电源模块，将V50Hz交流电源转换为5V直流电源输出。方式2：直接通过USB接口从电脑等相关设备获取电源。采用USB连接电脑取电时，可以通过电脑超级终端采用USB接口直接从系统获取电量检测信息。方式3：采用便携式蓄电池供电，如3.7VmAh的可充电锂电池。该方式需起动设备低功耗模式功能，应用于间歇式的电量数据采集。2系统（协议、算法）实现

2.1超文本传送协议方法

系统采用RESTful架构原则，使用统一接口进行资源的访问。通信接口使用标准的超文本传送协议（hypertexttransportprotocol,HTTP）POST方法。

POST请求数据如下：

#Request

POST/default.ashxHTTP/1.1

Host:itw.crrcckm.

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