專利名稱：剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣火災(zāi)的監(jiān)控裝置，具體是一種通過對(duì)剩余電流檢測(cè)來對(duì)電氣 火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)控的剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器。
背景技術(shù)：
目前市場上的剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器同類產(chǎn)品大部分僅采用指示燈報(bào) 警；其控制程序難以進(jìn)行升級(jí)調(diào)整并且操作煩鎖、漏電電流報(bào)警值無法任意整調(diào)，不能滿足 較高的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種檢測(cè)精度高、報(bào)警和輸出方式多、控制方 便的剩余電流式電報(bào)火災(zāi)監(jiān)控器。本發(fā)明的剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器包括有一個(gè)用來將檢測(cè)和輸出電氣線路相 線對(duì)地的電流信號(hào)的信號(hào)輸入模塊，信號(hào)輸入模塊經(jīng)過一個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊輸入到一個(gè)用來 對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算的CPU處理運(yùn)算模塊，CPU處理運(yùn)算模塊的信號(hào)輸入部分還連接有一 個(gè)用來輸入控制指令的鍵盤輸入模塊，CPU處理運(yùn)算模塊的信號(hào)輸出部分分別連接有液晶 顯示模塊、報(bào)警指示燈，還連接有用來與上位機(jī)通訊的通訊模塊，CPU處理運(yùn)算模塊還連接 有用來向外部執(zhí)行部件(如執(zhí)行設(shè)備繼電器等)輸出執(zhí)行指令的外部控制端口。本發(fā)明能夠在對(duì)漏電電流進(jìn)行報(bào)警的同時(shí)將相關(guān)信號(hào)進(jìn)行顯示輸出，并通過通訊 方式進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，同時(shí)可通過控制指令對(duì)控制程序進(jìn)行升級(jí)、調(diào)整，此外還可通過外部控 制端口控制外部執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，大大提升的裝置的使用效果。


圖1是本發(fā)明的原理框圖；圖2是本發(fā)明的CPU處理運(yùn)算模塊的電路圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的信號(hào)輸入模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊的電路圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器中，通過信號(hào)輸入模塊獲得的 電氣線路相線對(duì)地的電流信號(hào)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊輸入到CPU處理運(yùn)算模塊，CPU處理運(yùn)算模 塊的信號(hào)輸入部分還連接有一個(gè)用來輸入控制指令的鍵盤輸入模塊，CPU處理運(yùn)算模塊將 相關(guān)信號(hào)運(yùn)算處理后通過液晶顯示模塊和報(bào)警指示燈進(jìn)行顯示和報(bào)警，CPU處理運(yùn)算模塊 通過通訊模塊與上位機(jī)聯(lián)系可將相關(guān)信息輸送至控制中心，CPU處理運(yùn)算模塊還通過外部 控制端口向外部執(zhí)行部件輸出執(zhí)行指令。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的CPU處理運(yùn)算模塊中，采用ST公司的STM32CPU做中 央處理器。該CPU基于ARM Cortex-M3內(nèi)核，這是一款專為嵌入式應(yīng)用而開發(fā)的內(nèi)核。STM32在Cortex-M3架構(gòu)上進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)，包括提升性能的同時(shí)又提高了代碼密度的Thumb-2 指令集、大幅度提高的中斷響應(yīng)，而且所有新功能都同時(shí)具有優(yōu)異的功耗水平相較于8位、 16位單片機(jī)，ARM核的好處是低功耗、高性能，相同的軟件在不同的核之間可以兼容。相較 于ARM系列其他芯片，STM32運(yùn)行速度更快，性能也得到很大提高，在核上設(shè)計(jì)了單周期乘 法制定的硬件觸發(fā)。在代碼的密度上，比普通32位單片機(jī)省30% 45% ；與16位單片機(jī) 相比，代碼空間可以節(jié)省50%;如果拿8位單片機(jī)作比較，代碼空間可以節(jié)省70%左右。功 耗方面，STM32工作在1MHz頻率下為0. 15mW，只有ARM7的一半，所以在相同的工作模式下 面，STM32可以減少30 %的功耗，內(nèi)核電壓是1. 8V，芯片電壓是3. 3V，可以選擇睡眠模式、待 機(jī)模式，保證低功耗應(yīng)用的要求。系統(tǒng)的外圍控制非常豐富最大256kBFLASH(相當(dāng)于ARM7 的450kB空間)、最大20kB RAM、2個(gè)I2C接口、2個(gè)SPI接口、3個(gè)智能IC卡接口(與UART 復(fù)用)符合IS07816協(xié)議、USB2.0接口、80個(gè)快速I/O 口、16通道的12位A/D轉(zhuǎn)換器、7個(gè) 定時(shí)器(包含一個(gè)RTC)、支持通過UART實(shí)現(xiàn)IAP功能、IC卡讀寫器。如圖3所示，本發(fā)明的信號(hào)輸入模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊中，為了讓硬件電路盡可能地 簡單，使用2路AD通道對(duì)8路模擬信號(hào)分兩檔輪測(cè)。8路信號(hào)采用模擬開關(guān)4052/4051進(jìn) 行切換。切換后直接送高阻儀表運(yùn)放AD620進(jìn)行放大，可以忽略模擬開關(guān)內(nèi)阻及內(nèi)阻差對(duì) 通道切換的影響。根據(jù)實(shí)踐，對(duì)50Hz的模擬信號(hào)，每個(gè)周期采樣32次就可以保證有效值的 計(jì)算精度。stm32內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換最快可以達(dá)到lus，經(jīng)過計(jì)算，本項(xiàng)目決定每50us完成一次 AD采樣及轉(zhuǎn)換。這樣的情況下，每個(gè)交流電周期(20ms)可以完成400次采樣，分?jǐn)偟?路 信號(hào)，每路可以完成50次。裝置的報(bào)警值為50mA-1000mA任意可調(diào)，所使用的漏電流互感器 變比為1000mA 1mA，亦即互感器二次電流為50uA-lmA。根據(jù)互感器廠家提供的指標(biāo)及實(shí) 際測(cè)試結(jié)果，采樣電阻為200歐姆以下的時(shí)候，可以完全保證互感器線性。為安全起見，采 用60歐姆高精度采樣電阻，溫度系數(shù)采用20PPM，此電阻由臺(tái)灣生產(chǎn)。亦即采樣電壓有效值 為3mV-60mV，stm32的ADC輸入范圍是0V_2. 5V。也就是需要把有效值為60mV的交流信號(hào)， 經(jīng)過采樣和放大后，變?yōu)榉宸逯禐?. 5V的電壓信號(hào)。放大倍數(shù)為(2500mv/2/l. 414)/60mV =14. 7倍，stm32的ADC為12位，顯然不足以在20倍量程(50mA-1000mA)中保持千分之 二精度。所以需要增加一級(jí)放大，然后用軟件自動(dòng)切換量程，從而保證此產(chǎn)品50mA-1000mA 測(cè)量精度；此產(chǎn)品經(jīng)過多次軟件設(shè)置現(xiàn)在生產(chǎn)中無需標(biāo)定調(diào)試，就能達(dá)到很高的精度要求。本發(fā)明實(shí)施例的通信通訊模塊中，系統(tǒng)支持1280個(gè)探測(cè)器聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，每個(gè)探測(cè)器 通過RS485總線上報(bào)狀態(tài)及報(bào)警信息。硬件電路上加裝了 II型濾波電路，用于適應(yīng)可能存 在的惡劣的現(xiàn)場電磁干擾環(huán)境。軟件上，在充分滿足傳輸時(shí)限要求的前提下，把波特率降低 到9600bps，可以支持更長的傳輸距離。另外設(shè)計(jì)了高級(jí)的支持容錯(cuò)的通信協(xié)議，保證在惡 劣信道中無差錯(cuò)的信息傳輸。本發(fā)明實(shí)施例的液晶模塊中，為了提升用戶的使用感受，采用320*240點(diǎn)陣液晶 作為主要人機(jī)交互界面。液晶模塊的控制芯片為RA8835，其供電電壓為2. 7V-5. 5V，所以可 以直接與3. 3V供電的stm32對(duì)接。RA8835可以接INTEL總線，也可以接MOT總線，雖然我 們產(chǎn)品中所選擇的stm32型號(hào)不支持外部總線，但因?yàn)閟tm32的速度足夠快，所以采用10 口線模擬總線時(shí)序并不會(huì)降低顯示速度。軟件中，液晶顯示屬于前臺(tái)程序，通過信號(hào)量等多 重方式與其他程序模塊交換數(shù)據(jù)，保證菜單驅(qū)動(dòng)的邏輯清晰，響應(yīng)及時(shí)。本發(fā)明實(shí)施例的外部控制端口提供220V/1A分?jǐn)嗄芰Φ母捎|點(diǎn)，用于在必要的時(shí)
4候控制外部設(shè)備合閘/分閘。為了避免220V通斷瞬間對(duì)設(shè)備的干擾，外部控制端口的邏輯 控制部分與動(dòng)作執(zhí)行部分采用了光電隔離。在功能設(shè)計(jì)中，支持所有可能發(fā)生的控制邏輯 編程。 為了讓用戶使用方便，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)置了全數(shù)字薄膜鍵盤。鍵盤引線直接連到 CPU的引腳，共計(jì)10根線，構(gòu)成5*5鍵盤陣列，支持25個(gè)按鍵。軟件上采用抖動(dòng)過濾算法， 當(dāng)一個(gè)按鍵動(dòng)作持續(xù)50ms以上的時(shí)候才會(huì)被確認(rèn)和響應(yīng)，這樣提高靈敏度并避免誤響應(yīng)。
權(quán)利要求
一種剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器，包括有一個(gè)用來將檢測(cè)和輸出電氣線路相線對(duì)地的電流信號(hào)的信號(hào)輸入模塊，其特征是信號(hào)輸入模塊經(jīng)過一個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊輸入到一個(gè)用來對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算的CPU處理運(yùn)算模塊，CPU處理運(yùn)算模塊的信號(hào)輸入部分還連接有一個(gè)用來輸入控制指令的鍵盤輸入模塊，CPU處理運(yùn)算模塊的信號(hào)輸出部分分別連接有液晶顯示模塊、報(bào)警指示燈，還連接有用來與上位機(jī)通訊的通訊模塊，CPU處理運(yùn)算模塊還連接有用來向外部執(zhí)行部件輸出執(zhí)行指令的外部控制端口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電氣火災(zāi)的監(jiān)控裝置，具體是一種通過對(duì)剩余電流檢測(cè)來對(duì)電氣火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)控的剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器。它包括有一個(gè)用來將檢測(cè)和輸出電氣線路相線對(duì)地的電流信號(hào)的信號(hào)輸入模塊，信號(hào)輸入模塊經(jīng)過一個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊輸入到一個(gè)用來對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算的CPU處理運(yùn)算模塊，CPU處理運(yùn)算模塊的信號(hào)輸入部分還連接有一個(gè)用來輸入控制指令的鍵盤輸入模塊，CPU處理運(yùn)算模塊的信號(hào)輸出部分分別連接有液晶顯示模塊、報(bào)警指示燈，還連接有用來與上位機(jī)通訊的通訊模塊，CPU處理運(yùn)算模塊還連接有用來向外部執(zhí)行部件輸出執(zhí)行指令的外部控制端口。本發(fā)明檢測(cè)精度高、報(bào)警和輸出方式多、控制方便。
文檔編號(hào)G01R19/25GK101807334SQ201010126338
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者吳小君, 王峰, 阮立恒 申請(qǐng)人:阮立恒