CN102163357B - 具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，包括主控制板和信号采集卡，主控制板上设置有用于插接所述信号采集卡的插座，信号采集卡上设置有与插座对应的插针，信号采集卡通过插针插接在主控制板上的插座上；信号采集卡通过插座分别与主控制板上的主控制芯片和采集外部信号的接线端子相连，所述信号采集卡包括漏电采集卡和/或温度采集卡。本发明的电气火灾监控探测器，在需要增加或减少探测器监控回路时，无需更换主控制板，只更换漏电采集卡和/或温度采集卡即可，减少了主控制板型号繁多带来的资源浪费，避免了拆卸更换造成主控制板的损坏，提高了产品的可靠性。

Description

具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器

技术领域

本发明属于电气火灾监控技术领域，特别是涉及一种具有可插拔信号采集卡的电气火灾的监控探测器，所述信号采集卡包括漏电采集卡和温度采集卡。

背景技术

电气火灾监控探测器用于在线监测AC220V/380V配电线路的剩余电流（即漏电电流）和环境温度参数，当被监测的供电线路漏电电流超过漏电报警值或环境温度超过报警值时，系统立即向监控主机发出声光报警信号，指示漏电电流大小，指示漏电方位，预防因漏电而发生的电气火灾。目前市场上销售的电气火灾监控探测器，一般包括主控制器、温度和漏电信号采集电路、存储电路、通讯电路等，其中温度和漏电信号采集电路用于连接感应温度的温度传感器和感生漏电电流信号的零序互感器，采集外部的环境温度和漏电等电气火灾敏感参数，主控制器连接温度和漏电信号采集电路，对温度和漏电信号采集电路采集的数据进行处理和传输。现有的电气火灾监控探测器通常主控制板电路与温度采集电路和漏电采集电路是集成在一块电路板上的，其中根据监控点的多少，需要的温度采集电路和漏电采集电路的路数是不同的，少则一路，多则16路不等，一路温度采集电路或漏电采集电路只适用于监控一路漏电或一路温度，16路监控探测器只适用于监控16路的漏电或温度，当监控点增加或减少时，就需要变换采集电路的路数，此时必须将主控制板一同更换，并且客户需要在同一监控位置，增加或减少剩余电流和环境温度的监控点时，也需要拆卸整个主控制板，这样，只是由于漏电或温度采集回路的路数不同，就造成了主控制板种类不同，产品型号繁多的现象，造成不必要的浪费；同时主控制板在拆卸和更换过程中，反复操作也会影响探测器的测量精度，造成损坏。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，所述信号采集卡包括漏电采集卡和温度采集卡；在需要增加或减少探测器监控回路时，无需更换主控制板，只更换漏电采集卡和/或温度采集卡即可，减少了主控制板型号繁多带来的资源浪费，避免了拆卸更换造成主控制板的损坏，提高了产品的可靠性。

本发明的技术方案是：

一种具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，其特征在于，包括主控制板和信号采集卡，所述主控制板上固定有用于插接所述信号采集卡的插座，所述信号采集卡上设置有与所述插座对应的插针，所述信号采集卡通过所述插针插接在所述主控制板上的插座上；信号采集卡通过所述插座分别与主控制板上的主控制芯片和采集外部信号的接线端子相连，所述信号采集卡包括漏电采集卡和/或温度采集卡；所述主控制板上固定有4个插接所述信号采集卡的插座，每个插座插接一块漏电采集卡或温度采集卡；所述漏电采集卡上包括至少一路漏电采集电路，每路漏电采集电路的输入端通过接线端子连接零序互感器，输出端与主控制芯片连接，构成一路漏电监控回路；所述漏电采集电路包括稳压二极管、采样电阻和运算放大器以及限流电阻和滤波电容，采样电阻与零序互感器的两端连接，稳压二极管的正极接地GND-F，负极与采样电阻的一端连接，采样电阻的另一端与具有零点抬高电源的运算放大器的同相输入端连接，运算放大器的输出端连接限流电阻，再经过滤波电容滤波后与主控制芯片连接。

所述漏电采集卡包括一路漏电采集电路或两路各自独立的漏电采集电路或三路各自独立的漏电采集电路或四路各自独立的漏电采集电路。

所述温度采集卡上包括至少一路温度采集电路，每路温度采集电路的输入端通过接线端子连接温度传感器，输出端与主控制芯片连接，构成一路温度监控回路。

所述温度采集卡具有一路温度采集电路或两路各自独立的温度采集电路或三路各自独立的温度采集电路或四路各自独立的温度采集电路。

所述温度采集电路包括滤波电容、分压电阻和限流电阻，分压电阻与温度传感器串接构成分压电路，同时分压电阻的一端接电源VDDA，另一端接限流电阻和滤波电容后与主控制芯片连接。

所述主控制芯片采用STM32F103V8B6芯片。

所述主控制板还包括分别与主控制芯片连接的电源电路，数据存储电路，时钟处理电路，指示灯控制电路，按键控制电路及输入输出信号控制端电路；所述主控制板通过CAN总线串行通信协议与上位监控器进行通信。

本发明的技术效果：

本发明提供的具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，在需要添加或减少探测器监控回路时，无需更换主板控制板，只需更换漏电采集卡或温度采集卡即可实现变换采集回路路数的目的，既减少了产品型号繁多带来的资源浪费，又节省了更换探测器型号及探测器升级过程中浪费的时间，保证了电气火灾探测器处于良好的工作状态的同时，极大程度上提高了产品型号配置的灵活度，同时也避免了主板探测板拆卸和升级过程中造成的损坏，减少了资源的浪费。

附图说明

图1是本发明的电气火灾监控探测器实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例的漏电采集卡的电路示意图。

图3是本发明实施例的温度采集卡电路示意图。

图4是本发明实施例的主控制板插座接口及插座接口与主控制芯片连接的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的电气火灾监控探测器作进一步详细说明。

一种具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，包括主控制板和信号采集卡，主控制板上固定有用于插接所述信号采集卡的插座，信号采集卡上设置有与插座对应的插针，信号采集卡通过插针插接在主控制板上的插座上；信号采集卡通过插座分别与主控制板上的主控制芯片和采集外部信号的接线端子相连，所述信号采集卡包括漏电采集卡和/或温度采集卡。

如图1所示，是本发明的电气火灾监控探测器实施例的结构示意图。其中主控制板包括主控制芯片，还包括分别与主控制芯片连接的电源电路，数据存储电路，时钟处理电路，指示灯控制电路，按键控制电路及输入输出信号控制端电路，主控制板通过CAN总线与上位监控器相连；主控制板上固定有用于插接信号采集卡的插座，每个插座插接一块漏电采集卡或温度采集卡。本实施例以主控制板上的固定的两个插座为例，每个插座分成两排8PIN的插孔，分别为J1，J2，J3，J4，J1和J2为一个插座的两排插孔，插接漏电采集卡，J3和J4为一个插座的两排插孔，插接温度采集卡，插孔J2，J4与主控制芯片、地线、电源相连，插孔J1，J3与采集外部信号的接线端子相连。

如图2所示，是本发明的漏电采集卡电路示意图。漏电采集卡上包括至少一路漏电采集电路，每路漏电采集电路的信号输入端通过接线端子连接零序互感器，信号输出端与主控制芯片连接，构成一路漏电监控回路。本实施例的漏电采集卡包括四路各自独立的漏电采集电路，下面以第一路电路为例进行说明：第一路漏电采集电路的信号输入端接插孔J1的针脚1（B1_P）、针脚2（B1_N），其输出端接插孔J2的针脚1（AD_IN1）。漏电采集电路包括稳压二极管D4、采样电阻R7和运算放大器以及限流电阻R19和滤波电容C7，采样电阻R7与零序互感器的两端连接，稳压二极管D4的正极接地（GND-F），负极与采样电阻R7的一端连接；采样电阻R7的另一端与具有零点抬高电源REF1.25V的运算放大器的同相输入端连接，所述放大器为由R11、R15和TLC2274AID/ID组成的反相闭环运算放大器，运算放大器的输出端连接限流电阻R19，再经过滤波电容C7滤波后与主控制芯片连接。B1_P和B1_N是零序互感器的输入端，零序互感器通过漏电电流产生的感应电流Im通过B1_P和B1_N经过R7构成回路,对数字地GND-F产生一个电压Vm=（Im*R7），REF1.25V是将采集到的电压信号再抬高1.25V，所以Vm经过运算放大器TCL2274处理后输出的电压Vim=1.25+Vm*(1+R15/R11)，经过限流电阻R19限流（限制电流过大，对主控芯片管脚的一个保护）和滤波电容C7滤波，传输给主控制芯片,最后Vim经过AD_IN1输入到芯片管脚PA0端，然后主控芯片对采集到的电压信号进行模拟和数字转换，并进行计算，得出当前漏电流的电流值，通过CAN总线传输，输出给监控主机。本发明的漏电采集电路，整个电路分两个地线，一个是模拟地，是模拟电路部分的基准地；一个是数字地，是AD采集部分的基准地；把模拟和AD数字采集两部分的基准分开是为了避免模拟电路部分对要求精度比高的AD采集部分产生干扰。

如图3所示，是本发明的温度采集卡电路示意图。温度采集卡上包括至少一路温度采集电路，每路温度采集电路的输入端通过接线端子连接温度传感器，输出端与主控制芯片连接，构成一路温度监控回路，本实施例的温度采集卡包括四路各自独立的温度采集电路，下面以第一路电路为例进行说明：第一路温度采集电路的输入端接插孔J3的针脚1（A1_P），其输出端接插孔J4的针脚1（AD_IN5），针脚1端A1_P外接第一路温度传感器的一端，针脚2端A1_N外接第一路温度传感器的另一端，这一端在电路板上接地线GND-F。温度采集电路包括滤波电容C1、分压电阻R5和限流电阻R1，分压电阻R5与温度传感器串接构成分压电路，同时分压电阻R5的一端接电源VDDA，另一端接限流电阻R1和滤波电容C1后与主控制芯片连接。温度传感器和R5构成的分压电路，R5分出的电压为Vpm1，由于温度传感器的阻值随温度的变化而变化，使Vpm1也随着传感器阻值的变化而变化，再经过限流电阻R1限流（避免电流过大对芯片管脚伤害，做的保护）和滤波电容C1滤波，输出到AD_IN5，Vpm1经过AD_IN5输出到芯片管脚上，然后主控芯片对采集到的电压信号Vpm1进行模拟和数字转换，并进行计算，得出当前温度值，通过CAN总线传输，输出给监控主机。

如图4所示，是主控制板上的插座接口及插座接口与主控制芯片连接的示意图。

J1标示的针脚：针脚1端B1_P,连接第一路零序外部互感器的一端,与针脚2端B1_N构成第一路漏电采集回路，输入漏电电流信号，并通过采样电阻R7，转换成电压采集信号Vm1，Vm1经过运算放大器TCL2274处理后输出的电压，经过R19限流电阻后，输出要传输给主控制芯片的电压Vim1；针脚3端B2_P,连接第二路零序外部互感器的一端,与针脚4端B2_N构成第二路漏电采集回路，输入漏电电流信号，并通过采样电阻R6，转换成电压采集信号Vm2，Vm2经过运算放大器TCL2274处理后输出的电压，经过R18限流电阻后，输出要传输给主控制芯片的电压Vim2；针脚5端B3_P,连接第三路零序外部互感器的一端,与针脚6端B3_N构成第三路漏电采集回路，输入漏电电流信号，并通过采样电阻R5，转换成电压采集信号Vm3，Vm3经过运算放大器TCL2274处理后输出的电压，经过R17限流电阻后，输出要传输给主控制芯片的电压Vim3；针脚7端B4_P,连接第四路零序外部互感器的一端,与针脚8端B4_N构成第四路漏电采集回路，输入漏电电流信号，并通过采样电阻R4，转换成电压采集信号Vm4，Vm4经过运算放大器TCL2274处理后输出的电压，经过R16限流电阻后，输出要传输给主控芯片的电压Vim4。

J2标示的针脚：针脚1端AD_IN1输出第一路漏电采集回路采集到的电压信号Vim1，传输给主控制芯片的PA0脚，再由主控制芯片对采集到的电压信号进行模拟量到数字量的转换处理，进行逻辑运算，得出当前漏电电流值，通过CAN总线传输，输出给监控主机；针脚2端AD_IN2输出第二路漏电采集回路采集到的电压信号Vim2，传输给主控制芯片的PA1脚，再由主控制芯片对采集到的电压信号进行模拟量到数字量的转换处理，进行逻辑运算，得出当前漏电电流值，通过CAN总线传输，输出给监控主机；针脚3端AD_IN3输出第三路漏电采集回路采集到的电压信号Vim3，传输给主控制芯片的PA2脚，再由主控制芯片对采集到的电压信号进行模拟量到数字量的转换处理，进行逻辑运算，得出当前漏电电流值，通过CAN总线传输，输出给监控主机；针脚4端AD_IN4输出第四路漏电采集回路采集到的电压信号Vim4，传输给主控制芯片的PA3脚，再由主控制芯片对采集到的电压信号进行模拟量到数字量的转换处理，进行逻辑运算，得出当前漏电电流值，通过CAN总线传输，输出给监控主机；针脚5和针脚6端GND-F接电路板的地线；针脚7端接电源VDDA，是对AD信号处理所用的基准电压；针脚8端接零点抬高电源REF1.25V，用作运算放大器的放大基准电压。

J3标示的针脚：针脚1端A1_P外接第一路外部温度传感器的一端，针脚2端A1_N接第一路外部温度传感器的另一端，这一端在电路板上接地线，使温度传感器和R5构成一个分压电路分出电压Vpm1，再经过限流电阻R1，输出给主控制芯片电压Vpm1；针脚3端A2_P外接第二路外部温度传感器的一端，针脚4端A2_N接第二路外部温度传感器的另一端，这一端在电路板上接地线，使温度传感器和R6构成一个分压电路分出电压Vpm2，再经过限流电阻R2，输出给主控制芯片电压Vpm2；针脚5端A3_P外接第三路外部温度传感器的一端，针脚6端A3_N接第三路外部温度传感器的另一端，这一端在电路板上接地线，使温度传感器和R7构成一个分压电路分出电压Vpm3，再经过限流电阻R3，输出给主控制芯片电压Vpm3；针脚7端A4_P外接第四路外部温度传感器的一端，针脚8端A4_N接第四路外部温度传感器的另一端，这一端在电路板上接地线，使温度传感器和R8构成一个分压电路分出电压Vpm4，再经过限流电阻R4，输出给主控制芯片电压Vpm4。

J4标示的针脚：针脚1端AD_IN5将第一路温度采集回路的电压采集信号Vpm1传输给主控制芯片的PA4脚，再由芯片对采集到的电压信号进行模拟量到数字量的转换处理，进行逻辑运算，得出当前温度值，通过CAN总线传输，输出给监控主机；针脚2端AD_IN6将第二路温度采集回路的电压采集信号Vpm2传输给主控制芯片的PA5脚，再由芯片对采集到的电压信号进行模拟量到数字量的转换处理，进行逻辑运算，得出当前温度值，通过CAN总线传输，输出给监控主机；针脚3端AD_IN7将第三路温度采集回路的电压采集信号Vpm3传输给主控芯片的PA6脚，再由芯片对采集到的电压信号进行模拟量到数字量的转换处理，进行逻辑运算，得出当前温度值，通过CAN总线传输，输出给监控主机；针脚4端AD_IN8将第四路温度采集回路电压采集信号Vpm4传输给主控芯片的PA7脚，再由芯片对采集到的电压信号进行模拟量到数字量的转换处理，进行逻辑运算，得出当前温度值，通过CAN总线传输，输出给监控主机；针脚5端和针脚6端GND-F连接电路板的地线；针脚7端连接电源VDDA，是对AD信号处理所用的基准电压。针脚8端连接零点抬高电源REF1.25，用作运算放大器的放大基准电压。

本发明的具体实现过程：

首先是通过接线端子提供220V的交流电，内部由电源电路处理后输出5V和3.3V的工作电压，此时主控制芯片开始工作；按键及指示灯根据内部程序指令来运行。

本发明的主控制板包括主控制芯片，还包括分别与主控制芯片连接的电源电路，数据存储电路，时钟处理电路，指示灯控制电路，按键控制电路及输入输出信号控制端电路；本发明实施例所用的主控制芯片的型号为STM32F103V8B6。各回路的信息由传感器采集后，经过端子把信号输入给主控制板；本发明实施例的外部采集端子最多可达16路，可插接4张可插拔的信号采集卡，最多可组成16个回路，用户可以根据不同的需求插拔采集卡即可。

工作中采集到的外部漏电信号和温度信号，经端子把信号输入给主控制板的漏电采集卡和温度采集卡处理后的稳定信号发送给MCU微处理器。假设信号频率是50HZ的工频，那么每个波段周期则是20ms，以每周期采64个点计算，1s之内则采集3200个点，定一个宏来确定多少个周期内计算均方根值，累加采样的平方和和采样次数。通过将一个定义的周期内的所有采集值累加和用做下一个定义的周期的采样基线值的漂移处理。通过采集过零点的个数判断信号的频率是否改变，如果改变则重新设定采样频率值，保证每个周期采集64个点。对其值进行处理，然后将运算结果，通过CAN总线传输给漏电火灾监控器，进行显示或报警处理。如果采集到的信息在程序设定的报警范围之外，那么主控制芯片将正常的数据指令传输给监控器显示，如果采集到的信息在报警范围之内，那么主控制芯片将发出报警指令发送给监控器，进行声光报警处理。

探测器的主要功能描述：1.通过温度和漏电采集卡可以处理16路漏电电流或16路外部温度以及设备内部温度的监测。2.与主机监控器的通讯采用CAN通讯模式。3.探测器具备存储能力，采用25VF016存储芯片，能够保存相关设置数据和现场监控数据。4.有LED指示灯，指示报警状态，通信状态，电源状态等。5.探测器在接收主机监控器的数据时，首先对数据进行校验，校验错误数据不予理会。6.探测器只响应匹配自己地址的查询数据包，地址不匹配的不予理会。探测器有主动发起的功能，当有报警灯高优先级的数据通讯时，可以在非对应地址的主机监控器查询包之后立即发起告警数据包，主机监控器将进行优先处理。7.输入输出预留的控制端，可以根据客户需求添加对输入信号的处理和输出信号的控制。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (7)

1.一种具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，其特征在于，包括主控制板和信号采集卡，所述主控制板上固定有用于插接所述信号采集卡的插座，所述信号采集卡上设置有与所述插座对应的插针，所述信号采集卡通过所述插针插接在所述主控制板上的插座上；信号采集卡通过所述插座分别与主控制板上的主控制芯片和采集外部信号的接线端子相连，所述信号采集卡包括漏电采集卡和/或温度采集卡；所述主控制板上固定有4个插接所述信号采集卡的插座，每个插座插接一块漏电采集卡或温度采集卡；所述漏电采集卡上包括至少一路漏电采集电路，每路漏电采集电路的输入端通过接线端子连接零序互感器，输出端与主控制芯片连接，构成一路漏电监控回路；所述漏电采集电路包括稳压二极管、采样电阻和运算放大器以及限流电阻和滤波电容，采样电阻与零序互感器的两端连接，稳压二极管的正极接地GND-F，负极与采样电阻的一端连接；采样电阻的另一端与具有零点抬高电源的运算放大器的同相输入端连接，运算放大器的输出端连接限流电阻，再经过滤波电容滤波后与主控制芯片连接。

2.根据权利要求1所述的具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，其特征在于，所述漏电采集卡包括一路漏电采集电路或两路各自独立的漏电采集电路或三路各自独立的漏电采集电路或四路各自独立的漏电采集电路。

3.根据权利要求1所述的具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，其特征在于，所述温度采集卡上包括至少一路温度采集电路，每路温度采集电路的输入端通过接线端子连接温度传感器，输出端与主控制芯片连接，构成一路温度监控回路。

4.根据权利要求3所述的具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，其特征在于，所述温度采集卡具有一路温度采集电路或两路各自独立的温度采集电路或三路各自独立的温度采集电路或四路各自独立的温度采集电路。

5.根据权利要求4所述的具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，其特征在于，所述温度采集电路包括滤波电容、分压电阻和限流电阻，分压电阻与温度传感器串联连接构成分压电路，同时分压电阻的一端接电源VDDA，另一端接限流电阻和滤波电容后与主控制芯片连接。

6.根据权利要求1至5之一所述的具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，其特征在于，所述主控制芯片采用STM32F103V8B6芯片。

7.根据权利要求6所述的具有可插拔信号采集卡的电气火灾监控探测器，其特征在于，所述主控制板还包括分别与主控制芯片连接的电源电路，数据存储电路，时钟处理电路，指示灯控制电路，按键控制电路及输入输出信号控制端电路；所述主控制板通过CAN总线串行通信协议与上位监控器进行通信。

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