CN103760935A - 一种开关柜动态指示装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种利用STC芯片实现智能化模拟的动态指示装置，此装置主要采用STC公司最新生产的STC12C5A32AD微控制器，配合数码管显示的智能化模拟动态指示装置，主要包括微处理器、数码显示及驱动电路、温湿度采集电路、开关量采集电路、控制输出电路及通讯接口电路等，由于采用了高集成度的芯片简化了硬件设计结构，提高了产品的使用及可靠性能。

Description

一种开关柜动态指示装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及利用STC芯片来实现智能化模拟动态指示装置。

背景技术

在工业自动化电子技术高速发展的今天，各种电子信息表达需要越来越清晰直观，而传统的开关柜是采用一次模拟牌、电磁式开关状态指示器、接地指示器、带电闭锁指示器、加热器故障监视器等分立器件组装，再安装在开关柜柜体内，这些器件多而繁杂既不美观又容易损坏，不容易维护、不能动态地指示开关柜的状态，无法实现计算机智能管理，对比较复杂温湿度控制实现起来比较困难等问题点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种将一次模拟指示牌、电磁式开关状态指示器等器件一体化的智能化模拟动态指示装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种开关柜动态指示装置，包括微处理器、AD转换单元、通讯接口、驱动电路、显示器、存储器、开关量及按键信号采集单元、温控输出单元和温湿度采集单元，所述的温湿度采集单元设置在开关柜内并将采集的信号经AD转换单元输送至微处理器，所述的通讯接口连接微处理器和上位机，所述的微处理器输出的显示信号经驱动电路输送至显示器，所述的存储器与微处理器连接，所述的开关量及按键信号采集单元将控制面板的控制信号输送至微处理器，所述的微处理器输出的控制信号经温控输出单元输送至散热机构和除湿机构。

所述的微处理器为STC12C5A32AD微控制器。

所述的通讯接口包括串行RS-485通迅接口和RSM485CT隔离收发器模块。

所述的开关柜柜门和背板设有散热孔，所述开关柜内的背板散热孔处设有散热风扇。

所述的开关柜内的器件与柜门以及器件与被背板之间的柜体顶部设有下垂至柜体中部悬空的加热单元，所述的器件与柜门之间的加热单元与柜体顶部之间通过可拆卸的插座和插孔连接固定。

所述的开关柜内的器件中均设有独立的温度传感器和散热风机。

一种开关柜动态指示装置的控制方法：

步骤1、系统启动，开始动作；

步骤2、微处理器进行初始化工作；

步骤3、判断是否有中断信号，若是则进入步骤4，若否则进入步骤5；

步骤4；执行中断后进入步骤5；

步骤5、进行温度湿度采集；

步骤6、将采集到的温度和湿度信息进行计算和进行逻辑分析；

步骤7、将计算好的温湿度输送至显示器进行显示；

步骤8、判断控制面板是否有参数设置信号；若是则进入步骤9，若否则返回步骤3循环主程序；

步骤9、存储并执行参数设置命令，执行后返回步骤3循环主程序。

进一步的，所述的步骤2中的初始化工作包括微处理器输入输出口的定义、中断寄存器、全局变量、定时器、EEPROM中断、串口通讯中断、波特率设置。

进一步的，所述的步骤6中，微处理器将温度和湿度信息与上限阀值比对；若某个温度传感器采集的温度超过上限温度阀值，则开启相应位置的散热风机，若温度低于下限温度阀值，则关闭散热风机；若湿度超过上限湿度阀值，则开启散热风扇和加热单元，若湿度低于下限湿度阀值，则关闭散热风扇和加热单元；

进一步的，所述的上限温度阀值大于下限温度阀值，所述的上限湿度阀值高于下限湿度阀值。

本发明动态指示装置能够清晰直观而又能直接取代传统开关柜上的一次模拟指示牌、电磁式开关状态指示器等器件，使产品以一体化布局配套装备于开关柜，该装置采用现代电子技术、传感器技术、通讯技术、计算机网络技术，完成中压开关柜的断路器的开关状态指示、断路器的位置指示、接地刀的位置指示、弹簧储能状态指示、高压带电指示、高压带电闭锁功能，同时实现自动/手动两种加热除湿、温湿度控制等功能。

此外，该装置大大简化了开关柜的面板结构设计，美化开关柜的面板布局，完善开关柜的指示功能，使回路状态一目了然，其电磁闭锁功能，可以加强开关柜的安全性能，对人生防护具有极大的保护作用。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为动态指示装置系统框图；

图2为图1中微处理器外围电路原理图；

图3为图1中驱动电路和显示器电路原理图；

图4为图1中通讯接口电路原理图；

图5为主程序的流程图；

图6为初始化程序流程图；

图7为控制及显示程序流程图；

上述图中的标记均为：1、微处理器；2、AD转换单元；3、通讯接口；4、驱动电路；5、显示器；6、存储器；7、开关量及按键信号采集单元；8、温控输出单元；9、温湿度采集单元。

具体实施方式

参见图1可知，开关柜动态指示装置包括微处理器1、AD转换单元2、通讯接口3、驱动电路4、显示器5、存储器6、开关量及按键信号采集单元7、温控输出单元8和温湿度采集单元9，下面就各个部件详细说明：

微处理器1采用STC公司生产的STC12C5A32AD微控制器，它是整个硬件的核心，如图2所示，晶振采用频率为18.432MHZ的无源晶振，通过软件的编程来实现对各个功能的电路，微处理器1的定时器中断用于定时读键盘采集值，读取输入开关量采集值通讯超时的控制。

温湿度采集单元9包括设置在开关柜内的温度传感器和湿度传感器，温度传感器通常设置多个，分别安装在开关柜内的每个元器件上，分别采集其温度。

AD转换单元2将温湿度采集单元9采集的柜体内的温度和湿度信号进行A/D转换，将转换的值输送至微处理器1。

通讯接口3包括串行RS-485通迅接口和RSM485CT隔离收发器模块，其连接微处理器1和上位机，如图4所示，通讯接口3采用串行通迅RS-485接口将上位机发送过来的数据通过隔离收发器模块RSM485CT传送给微处理器1，微处理器1再通过它反馈信号给上位机，实现信息之间的转换。RSM485CT与微处理器1的P3.0和P3.1连接，执行上位计算机的指令，接收端RXD接收数据，发送端TXD发送数据，实现被测电量数据的远传。串口中设有断判定执行装置，用于判定是否执行通讯，若是执行通讯，当上位机唤醒本机，则本机相应的立即保存现场，接收完一帧数据后，微处理器1对接收数据进行CRC校验，倘若校验结果正确，说明接收数据完全正确，微处理器1响应上位机指令，查询功能码，根据功能码去执行遥信、遥测、遥控等功能。

微处理器1经驱动电路4连接显示器5，如图3所示，显示器5为LED数码管，微处理器1对P1.0-1.3、P4.2、P0.2-P0.3输入口内部处理，实现对LED的显示控制，从而把温湿度的采集值经过计算处理正确地显示在数码管上，同时可以通过面板上的设置键来设置温湿度，经CPU微控制器分析转换达到加热或排风控制，从而实现对温湿度的控制。

存储器6与微处理器1连接，存储器6采用EEPROM存储器6，微处理器1通过I2C平方总线对EEPROM CAT1025J控制，从而将设置的温湿度加热及排风值、通讯地址、通讯波特率等值保存到EEPROM中，以便于失电永久保存。

开关量及按键信号采集单元7将开关柜控制面板上的按键控制信号输送至微处理器1，用于参数设定和开关柜的控制。

温控输出单元8连接散热机构、除湿机构与微处理器1，用于将微处理器1的控制命令输送至散热机构和除湿机构执行。除湿机构包括在开关柜柜门和背板设有散热孔，并且在开关柜内的背板散热孔处设有散热风扇，用于吹出潮湿的空气，此外在开关柜内的器件与柜门以及器件与被背板之间的柜体顶部设有下垂至柜体中部悬空的加热单元，加热单元可以是发热电阻丝，用于蒸发柜内水份，加热单元是悬空的，不与柜体和元器件接触，只是用于加热柜内的温度，并由散热风扇排出。为方便设备维护，器件与柜门之间的加热单元与柜体顶部之间通过可拆卸的插座和插孔连接固定。散热机构包括设置在开关柜内每个器件上的散热风机，每个温度传感器与一个散热风机配对，完成器件散热工作，并能确保散热更有针对性。

鉴于上述的设计结构，本系统将初始化设备、定时器中断响应、温湿度的采集值转换、EEPROM存储设置数据、温湿度数据的显示、通讯串口中断的响应等有效地结合一体，实现智能化模拟动态指示装置的所有功能，由于采用是最新的进口STC芯片，简化了硬件设计结构，加强了芯片的抗干扰的功能，提高了产品的可靠性。

基于上述装置系统，如图5所示，开关柜动态指示装置的控制方法如下：

步骤1、系统启动，开始动作；

步骤2、微处理器1进行初始化工作，即微处理器1输入输出口的定义、中断寄存器、全局变量、定时器、EEPROM中断、串口通讯中断、波特率设置等进行初始化；具体如图6所示，初始化工作首先定义微处理器1的输入输出管脚，再对存储器6中断进行初始化设置及定义，然后设置定时器的时间常数，再对串口通讯进行设置，同时定义通讯波特率。之后采集柜内温湿度的A/D转换值，之后设置中断的优先级开中断，最后返回主程序；

步骤3、判断是否有中断信号，若是则进入步骤4，若否则进入步骤5；

步骤4；执行中断后进入步骤5；

步骤5、进行温度湿度采集；

步骤6、将采集到的温度和湿度信息进行计算和进行逻辑分析；

步骤7、将计算好的温湿度输送至显示器5进行显示，具体如图7所示，开始动作后，采集开关柜内温湿度值，之后对采集到开关柜温湿度值进行A/D转换，之后对A/D转换后的数值计算及分析得出正确的温湿度及逻辑判断信息，最后将数值送入显示器5显示；

步骤8、判断控制面板是否有参数设置信号；若是则进入步骤9，若否则返回步骤3循环主程序；

步骤9、存储并执行参数设置命令，执行后返回步骤3循环主程序。

针对步骤6的温湿度控制，首先需要在存储器6中预先设定上限温度阀值、下限温度阀值、上限湿度阀值和下限湿度阀值，其中上限温度阀值大于下限温度阀值，而上限湿度阀值高于下限湿度阀值，并且最好有一定差距，从而避免散热机构和除湿机构反复启停工作。

工作时，微处理器1将采集的温度和湿度信息与上限阀值比对；具体的说，若某个温度传感器采集的温度超过上限温度阀值，则开启相应位置的散热风机，若温度低于下限温度阀值，则关闭散热风机；若湿度超过上限湿度阀值，则开启散热风扇和加热单元，若湿度低于下限湿度阀值，则关闭散热风扇和加热单元；

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关柜动态指示装置，其特征在于：包括微处理器、AD转换单元、通讯接口、驱动电路、显示器、存储器、开关量及按键信号采集单元、温控输出单元和温湿度采集单元，所述的温湿度采集单元设置在开关柜内并将采集的信号经AD转换单元输送至微处理器，所述的通讯接口连接微处理器和上位机，所述的微处理器输出的显示信号经驱动电路输送至显示器，所述的存储器与微处理器连接，所述的开关量及按键信号采集单元将控制面板的控制信号输送至微处理器，所述的微处理器输出的控制信号经温控输出单元输送至散热机构和除湿机构。 

2.根据权利要求1所述的开关柜动态指示装置，其特征在于：所述的微处理器为STC12C5A32AD微控制器。 

3.根据权利要求1所述的开关柜动态指示装置，其特征在于：所述的通讯接口包括串行RS-485通迅接口和RSM485CT隔离收发器模块。 

4.根据权利要求1所述的开关柜动态指示装置，其特征在于：所述的开关柜柜门和背板设有散热孔，所述开关柜内的背板散热孔处设有散热风扇。 

5.根据权利要求4所述的开关柜动态指示装置，其特征在于：所述的开关柜内的器件与柜门以及器件与被背板之间的柜体顶部设有下垂至柜体中部悬空的加热单元，所述的器件与柜门之间的加热单元与柜体顶部之间通过可拆卸的插座和插孔连接固定。 

6.根据权利要求5所述的开关柜动态指示装置，其特征在于：所述的开关柜内的器件中均设有独立的温度传感器和散热风机。 

7.一种开关柜动态指示装置的控制方法，其特征在于： 

步骤1、系统启动，开始动作； 

步骤2、微处理器进行初始化工作； 

步骤3、判断是否有中断信号，若是则进入步骤4，若否则进入步骤5； 

步骤4；执行中断后进入步骤5； 

步骤5、进行温度湿度采集； 

步骤6、将采集到的温度和湿度信息进行计算和进行逻辑分析； 

步骤7、将计算好的温湿度输送至显示器进行显示； 

步骤8、判断控制面板是否有参数设置信号；若是则进入步骤9，若否则返回步骤3循环主程序； 

步骤9、存储并执行参数设置命令，执行后返回步骤3循环主程序。 

8.根据权利要求7所述的开关柜动态指示装置的控制方法，其特征在于：所述的步骤2中的初始化工作包括微处理器输入输出口的定义、中断寄存器、全局变量、定时器、EEPROM中断、串口通讯中断、波特率设置。 

9.根据权利要求7所述的开关柜动态指示装置的控制方法，其特征在于：所述的步骤6中，微处理器将温度和湿度信息与上限阀值比对；若某个温度传感器采集的温度超过上限温度阀值，则开启相应位置的散热风机，若温度低于下限温度阀值，则关闭散热风机；若湿度超过上限湿度阀值，则开启散热风扇和加热单元，若湿度低于下限湿度阀值，则关闭散热风扇和加热单元。 

10.根据权利要求9所述的开关柜动态指示装置的控制方法，其特征在于：所述的上限温度阀值大于下限温度阀值，所述的上限湿度阀值高于下限湿度阀值。 

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