具有增益自动调节和远程通信功能的电流检测装置技术领域
本发明涉及电子检测技术，具体地，涉及基于霍尔电流传感器的具有增益自动调
节和远程通信功能的电流检测装置。
背景技术
微特电机是一种小型的直流电机，在汽车后视镜、硬盘驱动器、VCD、DVD、MP3和
MP4等装置中得到广泛应用。为提高产品的可靠性和质量，需要对采用的微特电机和完
成装配之后的产品进行检测，尤其是检测电流大小和方向以确定电机工作状况和装配之
后的产品质量。虽然可使用万用表电流档测量电流大小和方向或使用电压档测量电路中
采样电阻两端的相对电压差后人工判断电流方向和大小，但无法实现电流方向和大小的
自动检测。
为实现电流大小和方向的自动测量，Burn Brown、Maxim、Interil、Microchip和
Linear等公司生产了大量高侧电流检测芯片。除价格高和市场不易采购外，这些芯片还
具有一般采用SMT封装形式不便于更换和V端需特定工作电压的缺点，限制了高侧电流
检测芯片的应用。Infineon、Melexis、Honeywell、Allegro和NEC-Tokin等公司生产
了大量气隙式霍尔电流传感器，但这些传感器一般都用于100A以上大电流的检测，不
适用于<100mA的小电流的检测，也无法用于采用微特电机产品的电流检测和质量检验。
经对现有技术的文献检索发现，万洲电气集团有限公司的名称为：“一种低压软起
动器的自动增益调节电流检测电路”，申请号为：201120268941.5的实用新型专利中
使用自动增益调节电流检测电路实现了低压软起动器，这属于低压软起动装置技术领
域，主要用于低压固态软起动装置自动增益调节电流的检测。与本发明属于不同的技术
领域，不具有电路自动打开功能和远程通信功能。王少伟在《计算机与网络》(2009年
第4期第609-610页)上发表的“在线电流检测无线报警系统的设计”使用集成运放设
计了电流比较电路，通过无线通信技术实现了与主机的通信。此设计主要用于国家电网
高压输变电线路的故障检测。与本发明属于不同的技术领域，不具有电路自动打开功能
和电流自动增益调节功能。
本发明提供一种基于霍尔电流传感器的电流检测装置，具有增益自动调节功能、适
合小电流的高精度测量；具有无线通信功能及电路自动打开功能，便于作为无线传感节
点接入物联网。适合用于小电流的汽车后视镜和微特电机等自动检测装置。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有增益自动调节和远程通信
功能的电流检测装置。
根据本发明提供的具有增益自动调节和远程通信功能的电流检测装置，包括：电
流电路、自动增益调节电路、无线通信电路以及单片机电路，所述电流电路分别与自动
增益调节电路、单片机电路相连，所述自动增益调节电路与单片机电路相连，所述单片
机电路与无线通信电路相连并能够实现远程通信及智能节点功能；
-所述电流电路，用于检测接入设备的电流和电压信号，其中，将检测到的电流方
向信号输送至单片机电路，将检测到的电压信号输送至自动增益调节电路；
-所述自动增益调节电路，用于对所述电流电路输入电压信号进行增益调节，并将
其中代表电流数值大小的信号进行放大后输送至单片机电路；
-所述单片机电路，用于控制所述电流电路的通断，并将电流电路、自动增益调节
电路输入的电流方向信号、电流数值信号通过A/D转换后进行编码，得到编码信号，将
该编码信号馈入无线通信电路；
-所述无线通信电路，用于将单片机电路的编码信号发送至远程主控计算机，实现
物联网智能节点功能。
优选地，所述电流电路包括：接头J1、接头J2、继电器K1、续流二极管V1、三极
管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、霍尔电流传感器U1和比较器芯
片U2；其中，接头J1的第一引脚P1、第一引脚P2连接至所述霍尔电流传感器U1的第
一输入引脚IN1，所述霍尔电流传感器U1的第二输入引脚IN2连接至继电器K1的COM
引脚，所述霍尔电流传感器U1的引脚GND接地，所述霍尔电流传感器U1的引脚VCC连
接电源VCC，且所述霍尔电流传感器U1的引脚VCC还通过电容C1连接至所述霍尔电流
传感器U1的引脚GND，所述霍尔电流传感器U1的输出引脚OUT连接至所述自动增益调
节电路，所述霍尔电流传感器U1的输出引脚OUT1、引脚OUT2分别连接至单片机电路；
所述续流二极管V1的负极连接至电源VCC、继电器K1的第二线圈端口L2，所述续流二
极管V1的正极连接至所述继电器K1的第一线圈端口L1和三极管Q1的集电极，所述三
极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极通过电阻R1连接至比较器芯片U2的输出
引脚OUT，所述三极管Q1的基极还连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接至单
片机电路；所述继电器K1的NO端口连接至接头J2的第一引脚P1及第一引脚P2；所述
比较器芯片U2的正输入引脚IN+连接至所述继电器K1的NO端口，所述比较器芯片U2
的负输入引脚IN-、引脚VSS、引脚GND均接地，所述比较器芯片U2的引脚VDD连接至
电源VCC并通过电容C2接地，所述比较器芯片U2的输出引脚OUT通过电阻R3连接至
电源VCC。
优选地，所述自动增益调节电路包括：电容C3、电容C4、电容C5、电阻R4、电阻
R5、电阻R6、高精度集成运放U3和数字电位器U4，其中电阻R4的一端连接至电流电
路中的所述霍尔电流传感器U1的输出引脚OUT，所述电阻R4的另一端连接至所述高精
度集成运放U3的正输入引脚IN+，所述高精度集成运放U3的负输入引脚IN-连接至数
字电位器U4的引脚H，所述数字电位器U4的引脚W连接至所述高精度集成运放U3的输
出引脚OA，所述数字电位器U4的引脚VDD连接至电源VCC并通过电容C4接地；所述高
精度集成运放U3的正电压引脚V+连接至电源VCC并通过电容C3接地，所述高精度集成
运放U3的负电压引脚V-接地；所述高精度集成运放U3的输出引脚OA连接至电阻R6
的一端，所述电阻R6的另一端连接至单片机电路并通过电容C5接地，所述数字电位器
U4的引脚GND接地，所述数字电位器U4的CS引脚、UD引脚连接至单片机电路。
优选地，所述无线通信电路包括：电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、无线射频
芯片U5、电阻R8和晶振X1，其中，所述无线射频芯片U5的引脚SDI、引脚SCK、引脚
SS、引脚IRQ、引脚FSK均连接至单片机电路，所述无线射频芯片U5的引脚VSS接地，
所述无线射频芯片U5的引脚VDD连接至电源VCC并通过电容C6接地；所述无线射频芯
片U5的引脚MOD连接至电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接至电源VCC并通过
电容C7接地；所述无线射频芯片U5的引脚RFP连接至电源VCC并通过电容C8接地，
所述无线射频芯片U5的引脚RFN连接至电源VCC并通过电容C9接地，所述无线射频芯
片U5的引脚XTL通过晶振X1接地。
优选地，单片机电路包括：单片机U6和电容C11，其中，所述单片机U6的引脚VDD
连接至电源VCC并通过电容C11接地，所述单片机U6的引脚IRQ连接至无线通信电路
中的无线射频芯片U5的引脚IRQ，所述单片机U6的引脚SCL连接至无线通信电路中的
无线射频芯片U5的引脚FSK，所述单片机U6的引脚SS连接至无线通信电路中的无线射
频芯片U5的引脚SS，单片机U6的引脚MOSI连接至无线通信电路中的无线射频芯片U5
的引脚SDI，单片机U6的引脚SCK连接至无线通信电路中的无线射频芯片U5的引脚SCK；
所述单片机U6的引脚VSS接地，所述单片机U6的引脚PTA0连接至电流电路中的所述
霍尔电流传感器U1的引脚OUT1，所述单片机U6的引脚PTA1连接至电流电路中的所述
霍尔电流传感器U1的引脚OUT2，所述单片机U6的引脚PTA2连接至电流电路中的所述
电阻R2的另一端，所述单片机U6的引脚PTA3连接至电流电路中的所述霍尔电流传感
器U1的引脚OUT1，所述单片机U6的引脚PTA3连接至自动增益调节电路中的所述数字
电位器U4的引脚CS，所述单片机U6的引脚PTB0连接至自动增益调节电路中的所述数
字电位器U4的引脚U/D；所述单片机U6的引脚ADP5连接至自动增益调节电路中的所述
电阻R6的另一端
优选地，所述的继电器K1，采用HK4100F-DC5V-SHG继电器；所述的续流二极管V1，
采用IN4007二极管；所述的三极管Q1，采用S9013三极管；所述的霍尔电流传感器U1，
采用THS-65霍尔电流传感器；所述的比较器芯片U2，采用LM311芯片。
优选地，所述高精度集成运放U3采用OP196高精度集成运放芯片；所述的数字电
位器U4采用CAT5120芯片。
优选地，所述的无线射频芯片U5采用SI4020芯片。
优选地，所述的单片机U6采用MC9S08SH8单片机。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的具有增益自动调节和远程通信功能的电流检测装置直接采用霍尔
电流传感器和8位MCU芯片实现I/V变换和A/D转换，省却了精确采样、放大和调理等
信号处理环节和相应硬件电路，降低了检测电路的成本，提高了测量精度。
2、本发明提供的具有增益自动调节和远程通信功能的电流检测装置采用无线射频
通信方式，无需另外布设通信线路，应用范围更广。
3、本发明提供的具有增益自动调节和远程通信功能的电流检测装置在电流电路中
接入比较器环节，在接入电机等待检测器件时无须远程主控计算机也可实现电流电路自
动打开功能；采用数字电位器作为反馈电阻，使系统具有增益自动调节功能，从而提高
检测精度和可靠性。
4、本发明提供的具有增益自动调节和远程通信功能的电流检测装置采用具有片上
时钟电路、复位电路的单片机作为主控芯片，无需外部时钟电路和复位电路即可稳定工
作。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特
征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的具有增益自动调节和远程通信功能的电流检测装置的方框图；
图2为本发明提供的具有增益自动调节和远程通信功能的电流检测装置的电流电
路示意图；
图3为本发明提供的具有增益自动调节和远程通信功能的电流检测装置的自动增
益调节电路示意图；
图4为本发明提供的具有增益自动调节和远程通信功能的电流检测装置的无线通
信电路示意图；
图5为本发明提供的具有增益自动调节和远程通信功能的电流检测装置的单片机
电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人
员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技
术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于
本发明的保护范围。
具体地，如图1所示，本发明包括：电流电路a、自动增益调节电路b、无线通信
电路c及单片机电路d，电流电路a与自动增益调节电路b及单片机电路d相连，单片
机电路d与无线通信电路c相连实现远程通信及智能节点功能。
当本发明的电流检测装置通电工作时，接入电机等待检测器件，电流电路a在单片
机电路d的控制下打开或在比较器控制下自动打开，霍尔电流传感器输出方向信号至单
片机电路d。同时，霍尔电流传感器输出与电流对应的模拟信号至自动增益调节电路b，
自动增益电路b自动将霍尔电流传感器输出的模拟信号线性放大至单片机电路d的精确
模拟电压转换范围内，实现小电流的高精度测量。每隔特定时间，单片机电路d将检测
到的电流数值及方向信号经无线通信电路c发送至远程主控计算机，实现远程智能节点
功能。在电流数值超过额定数值或设定数值时，单片机电路d输出关闭信号至电流电路
a，实现过流保护功能。
具体地，如图2所示，电流电路a包括：接头J1、接头J2、继电器K1、续流二极
管V1、三极管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、霍尔电流传感器U1
和比较器芯片U2；其中，接头J1的第一引脚P1、第一引脚P2连接至所述霍尔电流传
感器U1的第一输入引脚IN1，所述霍尔电流传感器U1的第二输入引脚IN2连接至继电
器K1的COM引脚，所述霍尔电流传感器U1的引脚GND接地，所述霍尔电流传感器U1
的引脚VCC连接电源VCC，且所述霍尔电流传感器U1的引脚VCC还通过电容C1连接至
所述霍尔电流传感器U1的引脚GND，所述霍尔电流传感器U1的输出引脚OUT连接至所
述自动增益调节电路，所述霍尔电流传感器U1的输出引脚OUT1、引脚OUT2分别连接至
单片机电路；所述续流二极管V1的负极连接至电源VCC、继电器K1的第二线圈端口L2，
所述续流二极管V1的正极连接至所述继电器K1的第一线圈端口L1和三极管Q1的集电
极，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极通过电阻R1连接至比较器芯
片U2的输出引脚OUT，所述三极管Q1的基极还连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另
一端连接至单片机电路；所述继电器K1的NO端口连接至接头J2的第一引脚P1及第一
引脚P2；所述比较器芯片U2的正输入引脚IN+连接至所述继电器K1的NO端口，所述
比较器芯片U2的负输入引脚IN-、引脚VSS、引脚GND均接地，所述比较器芯片U2的
引脚VDD连接至电源VCC并通过电容C2接地，所述比较器芯片U2的输出引脚OUT通过
电阻R3连接至电源VCC。
所述的继电器K1，采用HK4100F-DC5V-SHG继电器，HK4100F-DC5V-SHG继电器为汇
科公司的+5V线圈驱动电压，单路常开，单路常闭六触点微型机械继电器。工作参数：
AC220V/3A或DC30V/3A。
所述的续流二极管V1，采用IN4007二极管，IN4007二极管由Dc Components公司
生产。工作参数:最大允许反向电压1000V，最大正向允许电流1.0A。
所述的三极管Q1，采用S9013三极管，S9013三极管Q1由ETC公司生产。工作参
数:直流增益300，集电极截止电流0.2μA，发射极截止电流0.1μA。
所述的霍尔电流传感器U1，采用THS-65霍尔电流传感器，THS-65霍尔电流传感器
为日本NEC-Tokin公司生产的霍尔电流传感器。工作参数：工作电压+4.5–5.5V，功
耗电流10–12mA，检测电流范围0–120mA。在负载RL＝10kΩ时，模拟输出>3.5V。
所述的比较器芯片U2，采用LM311芯片，LM311芯片为NXP公司生产的比较器芯片。
工作参数：工作电压±30V，最大输入偏置电流150nA，灵敏度200V/mV。
如图3所示，自动增益调节电路b包括：电容C3、电容C4、电容C5、电阻R4、电
阻R5、电阻R6、高精度集成运放U3和数字电位器U4，其中电阻R4的一端连接至电流
电路中的所述霍尔电流传感器U1的输出引脚OUT，所述电阻R4的另一端连接至所述高
精度集成运放U3的正输入引脚IN+，所述高精度集成运放U3的负输入引脚IN-连接至
数字电位器U4的引脚H，所述数字电位器U4的引脚W连接至所述高精度集成运放U3
的输出引脚OA，所述数字电位器U4的引脚VDD连接至电源VCC并通过电容C4接地；所
述高精度集成运放U3的正电压引脚V+连接至电源VCC并通过电容C3接地，所述高精度
集成运放U3的负电压引脚V-接地；所述高精度集成运放U3的输出引脚OA连接至电阻
R6的一端，所述电阻R6的另一端连接至单片机电路并通过电容C5接地，所述数字电位
器U4的引脚GND接地，所述数字电位器U4的CS引脚、UD引脚连接至单片机电路。
所述高精度集成运放U3采用OP196高精度集成运放芯片，OP196高精度集成运放芯
片为Analog Device公司生产的轨至轨输出的高精度集成运放芯片。工作参数：工作电
压+3～12V，增益带宽450kHz，功耗60μA，偏置电压<300μV，开环增益为500V/mV。
所述的数字电位器U4采用CAT5120芯片，CAT5120芯片为ON semi公司生产的2
线接口数字可编程电位器。工作参数：工作电压+2.7～5.5V，待机电流0.5μA，16抽
头，10kΩ阻值。
如图4所示，所述的无线通信电路c包括：电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、
无线射频芯片U5、电阻R8和晶振X1，其中，所述无线射频芯片U5的引脚SDI、引脚
SCK、引脚SS、引脚IRQ、引脚FSK均连接至单片机电路，所述无线射频芯片U5的引脚
VSS接地，所述无线射频芯片U5的引脚VDD连接至电源VCC并通过电容C6接地；所述
无线射频芯片U5的引脚MOD连接至电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接至电源
VCC并通过电容C7接地；所述无线射频芯片U5的引脚RFP连接至电源VCC并通过电容
C8接地，所述无线射频芯片U5的引脚RFN连接至电源VCC并通过电容C9接地，所述无
线射频芯片U5的引脚XTL通过晶振X1接地。
所述的无线射频芯片U5采用SI4020芯片，SI4020芯片为Silicon Lab公司生产的
无线射频发送器芯片。工作参数：工作电压+2.2～5.4V，电流功耗0.3μA，
315/433/868/915MHz ISM工作频段，最高256kbps通信速率，EEPROM及Microcontroller
工作模式。
如图5所示，所述的单片机电路d包括：单片机U6和电容C11，其中，所述单片机
U6的引脚VDD连接至电源VCC并通过电容C11接地，所述单片机U6的引脚IRQ连接至
无线通信电路中的无线射频芯片U5的引脚IRQ，所述单片机U6的引脚SCL连接至无线
通信电路中的无线射频芯片U5的引脚FSK，所述单片机U6的引脚SS连接至无线通信电
路中的无线射频芯片U5的引脚SS，单片机U6的引脚MOSI连接至无线通信电路中的无
线射频芯片U5的引脚SDI，单片机U6的引脚SCK连接至无线通信电路中的无线射频芯
片U5的引脚SCK；所述单片机U6的引脚VSS接地，所述单片机U6的引脚PTA0连接至
电流电路中的所述霍尔电流传感器U1的引脚OUT1，所述单片机U6的引脚PTA1连接至
电流电路中的所述霍尔电流传感器U1的引脚OUT2，所述单片机U6的引脚PTA2连接至
电流电路中的所述电阻R2的另一端，所述单片机U6的引脚PTA3连接至电流电路中的
所述霍尔电流传感器U1的引脚OUT1，所述单片机U6的引脚PTA3连接至自动增益调节
电路中的所述数字电位器U4的引脚CS，所述单片机U6的引脚PTB0连接至自动增益调
节电路中的所述数字电位器U4的引脚U/D；所述单片机U6的引脚ADP5连接至自动增益
调节电路中的所述电阻R6的另一端。
所述的单片机U6采用MC9S08SH8单片机，MC9S08SH8单片机为Freescale公司生产
的8位Flash MCU芯片。工作参数：Flash为8K,RAM为256B,CPU频率为40MHz,工
作电压为+2.7–5.5V，ADC为10位12通道，具有中断功能的模拟比较器ACMP，异步通
信串口UART，同步通信串口SPI，两线串口IIC，2个2通道16位计数器TPMx等。
具体地，当本发明的电流检测装置接入5.0V工作电源后，把待侧电机的测量端口
与接头J1及接头J2相连，继电器K1线圈在单片机控制或比较器驱动下吸合，形成待
检测电流回路。霍尔传感器输出方向信号至单片机电路d，用于电流方向判断。霍尔传
感器输出的电压模拟信号馈入自动增益调节电路b，自动增益调节电路b将代表电流数
值大小的模拟信号放大，送入单片机电路d的A/D引脚实现电流数值的精确测量。在特
定时间内，单片机电路d将检测到的电流数据及方向信号经无线通信电路c发送至主控
计算机，在检测到的电流超过额定数值或设定数值时，单片机电路d发送关闭信号至电
流回路关闭继电器，实现电流电路a的过流保护。
更进一步地，因单片机电路d内含片上时钟电路和复位电路，单片机电路d中
MC9S08SH8单片机U6无需外部时钟电路和复位电路即可正常工作。在节省硬件成本和电
路板面积的同时，提高了系统的EMC和EMI能力。
此外，本发明中的霍尔电流传感器具有较大的模拟输出信号，无需繁琐的差分放大
和带通滤波等处理经简单的缓冲和滤波后即可直接送入单片机进行A/D转换，在节省系
统成本的同时提高了电流检测精度。
具体地，本发明的检测装置能够应用于汽车后视镜等微特电机检测场合。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上
述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，
这并不影响本发明的实质内容。