CN103941783B - 可自主供电的无线智能断路器 - Google Patents

Abstract

一种可自主供电的无线智能断路器，包括有供电模块和驱动电路，其特征在于：驱动电路包括有微处理器模块、环境感知模块、温度调节模块和湿度调节模块，环境感知模块具有和微处理器模块的检测信号接收端相连的传感信号输出端，温度调节模块具有和温度控制输出端相连的温度控制信号输入端，湿度调节模块具有和湿度控制输出端相连的湿度控制信号输入端。本发明的优点在于：设置了环境感知模块，通过检测断路器的运行环境湿度和温度，从而可以在温度或湿度超过预定值时对断路器的工作环境做出改善和调节，电路结构简单易实现，可广泛应用于断路器机壳处于高温潮湿环境中的应用场合，从而延长断路器寿命，保证用电安全性和可靠性。

Description

可自主供电的无线智能断路器

技术领域

本发明涉及一种断路器，特别是一种可自主供电的无线智能断路器。

背景技术

断路器是一种能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能在规定的异常电路条件下(例如短路)和一定时间内接通、分断承载电流的机械式开关电器。断路器是电力系统中用于控制和保护的重要器件，其安全性对电网正常运行和用电安全具有重要额影响。

当前针对断路器的智能化技术主要涵盖触点温度检测、分合闸控制、失效闭锁控制及无线远程控制等领域。如专利号为ZL201310078603.9的发明专利《抽屉式断路器加温装置》包括散热片及带凹槽的加热板，加热板凹槽内设置抽屉式加热元件，该专利对应用于寒冷地区的断路器通过硅橡胶电热模块进行加热，达到提升断路器运行环境温度的目的。又如，专利号为ZL201320130657.0的中国新型专利《一种电气开关柜自动灭火装置》公开了电气开关柜自动灭火装置，其包括主控制单元和监测控制终端，各监测控制终端包括信号采集模块以及安装于电气开关柜内部的灭火设备，该实用新型通过安装于电气开关柜内的电流互感器、光传感器、烟雾传感器和温度传感器检测灭火情况的发生，能够防止开关柜着火状况的发生，在开关柜内部着火时又能尽快将火扑灭，防止损失的进一步扩大。

上述专利中都是针对断路器在具体产品中的应用和控制作出的改进，主要是通过断路器的使用来提高产品的性能，但在实际应用中，对于断路器本身工作环境的性能改进关注的相对较少，尤其是对应用在高温、潮湿环境中的断路器缺乏针对性的保护和处理措施，因而无法完全保证此类断路器在工作中的运行安全性和可靠性，还有待于作进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种运行更为安全可靠的可自主供电的无线智能断路器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种可自主供电的无线智能断路器，包括有供电模块和驱动电路，所述供电模块具有第一直流电压输出端、第二直流电压输出端和第三直流电源输出端，其特征在于：所述的驱动电路包括有由所述供电模块分别供电的微处理器模块、环境感知模块、温度调节模块和湿度调节模块，其中，所述的微处理器模块包括有检测信号接收端、温度控制输出端和湿度控制输出端，所述环境感知模块具有和所述检测信号接收端相连的传感信号输出端，所述温度调节模块具有和所述温度控制输出端相连的温度控制信号输入端，所述湿度调节模块具有和所述湿度控制输出端相连的湿度控制信号输入端。

作为优选，所述的环境感知模块可以包括有可检测断路器环境温度的温度传感器和可检测断路器环境湿度的湿度传感器，所述温度传感器的输出端和所述湿度传感器的输出端分别作为所述环境感知模块的传感信号输出端和所述微处理器模块的检测信号接收端相连。

作为优选，所述的温度调节模块可以包括有温度控制单元、热电致冷器、电风扇和电热合金丝，所述热电致冷器、电风扇和电热合金丝分别由所述温度控制单元驱动动作，所述温度控制单元的输入端和所述微处理器模块的温度控制输出端相连。

作为优选，所述的湿度调节模块包括有可控制干燥剂保存室开闭的电动阀门和驱动该电动阀门动作的湿度控制单元，所述微处理器模块的湿度控制输出端和所述湿度控制单元的输入端相连。

作为优选，所述的微处理器模块可以为型号是STM8L151G4的中央处理器。

作为进一步优选，所述的环境感知模块可以简单的为一可同时检测环境温度和湿度的型号为SHT25的温湿度传感器，该温湿度传感器的电压输入端和所述供电模块的第一直流电压输出端相连，该温湿度传感器的接地端接地，该温湿度传感器的温度信号输出端和所述中央处理器的管脚PC0相连，该温湿度传感器的湿度信号输出端和所述中央处理器的管脚PC1相连。

作为进一步优选，所述的温度调节模块包括有P通道第一场效应管、P通道第二场效应管、N通道第三场效应管、N通道第四场效应管、第一三极管、第二三极管、第一继电器和第二继电器，该温度调节模块还包括有热电致冷器、电风扇和电热合金丝，其中，所述第一场效应管的栅极和所述中央处理器的管脚PB1相连，该第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的漏极相连，该第一场效应管的源极和所述第三场效应管的漏极相连，该第三场效应管的栅极连接所述中央处理器的管脚PB2，该第三场效应管的源极接地，所述第二场效应管的源极和所述第四场效应管的漏极相连，该第四场效应管的栅极和所述中央处理器的管脚PB3相连，该第四场效应管的源极接地，所述热电致冷器的两端分别并联在所述第一场效应管的源极和第二场效应管的源极上；所述第一继电器的线圈输入端和所述供电模块的第二直流电压输出端相连，该第一继电器的线圈输出端和所述第一三极管的集电极相连，该第一三极管的基极经第一电阻和所述中央处理器的管脚PD0相连，该第一三极管的发射极一路接地，另一路经所述电风扇连接所述第一继电器的常开触点，该第一继电器的公共触点和所述供电模块的第三直流电压输出端相连；所述第二继电器的线圈输入端和所述供电模块的第二直流电压输出端相连，该第二继电器的线圈输出端和所述第二三极管的集电极相连，该第二三极管的基极经第二电阻和所述中央处理器的管脚PD1相连，该第二三极管的发射极一路接地，另一路经所述电热合金丝和所述第二继电器的常开触点相连，该第二继电器的公共触点和所述供电模块的第三直流电压输出端相连。

作为进一步优选，所述的湿度调节模块包括有第三三极管、第三继电器和电动阀门，其中，所述第三继电器的线圈输入端和所述供电模块的第二直流电压输出端相连，该第三继电器的线圈输出端和所述第三三极管的集电极相连，该第三三极管的基极经第三电阻和所述中央处理器的管脚PD2相连，该第三三极管的发射极一路接地，另一路经所述电动阀门和所述第三继电器的常开触点相连，该第三继电器的公共触点和所述供电模块的第三直流电压输出端相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：设置了环境感知模块，通过检测断路器的运行环境湿度和温度，从而可以在温度或湿度超过预定值时对断路器的工作环境做出改善和调节，电路结构简单易实现，可广泛应用于断路器机壳处于高温潮湿环境中的应用场合，从而延长断路器寿命，保证用电安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的电路功能框图。

图2为本发明实施例的具体电路连接图(除供电模块之外)。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～图2所示，本实施例公开了一种可自主供电的无线智能断路器，该断路器包括有供电模块5和驱动电路，供电模块5具有第一直流电压输出端Vcc1、第二直流电压输出端Vcc2和第三直流电源输出端Vcc3，该供电模块5为现有技术，可以采用现有技术中的各种电路结构实现，主要是将交流市电转换为可供驱动电路工作的直流电压。

本实施例的驱动电路包括由供电模块5分别供电的微处理器模块1、环境感知模块2、温度调节模块3和湿度调节模块4，其中，微处理器模块1包括有检测信号接收端、温度控制输出端和湿度控制输出端，环境感知模块2具有和所述检测信号接收端相连的传感信号输出端；

环境感知模块2一般包括有可检测断路器环境温度的温度传感器21和可检测断路器环境湿度的湿度传感器22，温度传感器21的输出端和湿度传感器22的输出端分别作为环境感知模块2的传感信号输出端和微处理器模块1的检测信号接收端相连；

温度调节模块3具有和温度控制输出端相连的温度控制信号输入端，该温度调节模块3包括有温度控制单元31、热电致冷器32、电风扇33和电热合金丝34，热电致冷器32、电风扇33和电热合金丝34分别由温度控制单元31驱动动作，温度控制单元31的输入端和微处理器模块1的温度控制输出端相连；

湿度调节模块4具有和湿度控制输出端相连的湿度控制信号输入端，该湿度调节模块4包括有可控制干燥剂保存室开闭的电动阀门41和驱动该电动阀门41动作的湿度控制单元42，微处理器模块1的湿度控制输出端和湿度控制单元42的输入端相连。

上述是本实施例的断路器驱动电路的各功能模块和各功能模块之间以及与供电电路之间的连接关系，具体地，可以通过以下的电路连接结构来实现。

首先，本实施例的微处理器模块1优选地为型号是STM8L151G4的中央处理器U1，环境感知模块2则优选为一可同时检测环境温度和湿度的型号为SHT25的温湿度传感器SR，供电模块5的第一直流电压输出端Vcc1输出为3.3V直流电，供电模块5的第二直流电压输出端Vcc2输出为5V直流电，供电模块5的第三直流电压输出端输出的为24V直流电。

其中，温湿度传感器SR的电压输入端和供电模块5的第一直流电压输出端Vcc1相连，温湿度传感器SR的接地端直接接地，温湿度传感器SR的温度信号输出端和中央处理器U1的管脚PC0相连，温湿度传感器SR的湿度信号输出端和中央处理器U1的管脚PC1相连。

温度调节模块3包括有P通道第一场效应管M1、P通道第二场效应管M2、N通道第三场效应管M3、N通道第四场效应管M4、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一继电器J1和第二继电器J2，第一继电器J1和第二继电器J2的开关均包括有常开触点no、常闭触点nc和公共触点com，所述温度调节模块3还包括有热电致冷器32、电风扇33和电热合金丝34，其中，第一场效应管M1的栅极和中央处理器U1的管脚PB1相连，第一场效应管M1的漏极和第二场效应管M2的漏极相连，第一场效应管M1的源极和第三场效应管M3的漏极相连，第三场效应管M3的栅极连接中央处理器U1的管脚PB2，第三场效应管M3的源极接地，第二场效应管M2的源极和第四场效应管M4的漏极相连，第四场效应管M4的栅极和中央处理器U1的管脚PB3相连，第四场效应管M4的源极接地，热电致冷器32的两端分别并联在第一场效应管M1的源极和第二场效应管M2的源极上；第一继电器J1的线圈输入端和供电模块5的第二直流电压输出端Vcc2相连，第一继电器J1的线圈输出端和第一三极管Q1的集电极相连，第一三极管Q1的基极经第一电阻和中央处理器U1的管脚PD0相连，第一三极管Q1的发射极一路接地，另一路经电风扇33连接第一继电器J1的常开触点no，第一继电器J1的公共触点com和供电模块5的第三直流电压输出端相连；第二继电器J2的线圈输入端和供电模块5的第二直流电压输出端Vcc2相连，第二继电器J2的线圈输出端和第二三极管Q2的集电极相连，第二三极管Q2的基极经第二电阻和中央处理器U1的管脚PD1相连，第二三极管Q2的发射极一路接地，另一路经电热合金丝34和第二继电器J2的常开触点no相连，第二继电器J2的公共触点com和供电模块5的第三直流电压输出端相连。

湿度调节模块4包括有第三三极管Q3、第三继电器J3和电动阀门41，其中，第三继电器J3的线圈输入端和供电模块5的第二直流电压输出端Vcc2相连，第三继电器J3的线圈输出端和第三三极管Q3的集电极相连，第三三极管Q3的基极经第三电阻和中央处理器U1的管脚PD2相连，第三三极管Q3的发射极一路接地，另一路经电动阀门41和第三继电器J3的常开触点no相连，第三继电器J3的公共触点com和供电模块5的第三直流电压输出端相连。

上述第一继电器J1、第二继电器J2和第三继电器J3分别选用型号为G5V-2-24V的欧姆龙继电器。

本实施例的断路器工作原理如下：中央处理器U1接收来自温湿度传感器SR测量的断路器工作环境的温度值、湿度值，进而作为控制温度调节模块3和湿度调节模块4控制的依据。

当温湿度传感器SR测得的断路器所在机壳内的温度高于预设高温阀值(40℃)时，中央处理器U1发送指令给温度调节模块3，通过温度控制单元31来启动热电致冷器32和电风扇33工作进行降温；

当温湿度传感器SR测得的断路器所在机壳的湿度结果超过预设湿度阈值的75％时，中央处理器U1发送指令给湿度调节模块4，并通过湿度控制单元42启动电动阀门41，该电动阀门41能够控制干燥剂保存室43的开闭，当电动阀门41打开干燥剂保存室43后，位于保存室内的硅胶干燥剂可以对当前环境进行除湿动作。由于硅胶干燥剂是可以重复使用的，当除湿过程结束后，关闭电动阀门41，通过启动温度调节模块3中的电热合金丝34和电风扇33可以对干燥剂保存室43进行加热烘干和吹风干燥，以保证硅胶干燥剂在下次除湿之前处于干燥状态。

本实施例的断路器通过中央处理器U1分别控制温度和湿度调节模块4，可以有效改善断路器的工作环境温度和湿度，并且，在调节温度的同时还采用了简捷的除湿方法，通过控制电热合金丝34和电风扇33的动作还能够做到硅胶干燥剂的可重复利用。

本实施例的断路器装置电路结构简单，容易实现，具备经济实用的优点，可广泛应用于断路器机壳处于高温潮湿环境的工作场合，通过对断路器环境温度和湿度的检测和调节，可以延长断路器的寿命，保障断路器处于安全运行状态，提高断路器的使用安全性和可靠性。

Claims (1)

1.一种可自主供电的无线智能断路器，包括有供电模块和驱动电路，所述供电模块具有第一直流电压输出端、第二直流电压输出端和第三直流电源输出端，其特征在于：所述的驱动电路包括有由所述供电模块分别供电的微处理器模块、环境感知模块、温度调节模块和湿度调节模块，其中，所述的微处理器模块包括有检测信号接收端、温度控制输出端和湿度控制输出端，所述环境感知模块具有和所述检测信号接收端相连的传感信号输出端，所述温度调节模块具有和所述温度控制输出端相连的温度控制信号输入端，所述湿度调节模块具有和所述湿度控制输出端相连的湿度控制信号输入端；

所述的微处理器模块为型号是STM8L151G4的中央处理器；

所述的环境感知模块为一可同时检测环境温度和湿度的型号为SHT25的温湿度传感器，该温湿度传感器的电压输入端和所述供电模块的第一直流电压输出端相连，该温湿度传感器的接地端接地，该温湿度传感器的温度信号输出端和所述中央处理器的管脚PC0相连，该温湿度传感器的湿度信号输出端和所述中央处理器的管脚PC1相连；

所述的温度调节模块包括有P通道第一场效应管、P通道第二场效应管、N通道第三场效应管、N通道第四场效应管、第一三极管、第二三极管、第一继电器和第二继电器，该温度调节模块还包括有热电致冷器、电风扇和电热合金丝，其中，所述第一场效应管的栅极和所述中央处理器的管脚PB1相连，该第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的漏极相连，该第一场效应管的源极和所述第三场效应管的漏极相连，该第三场效应管的栅极连接所述中央处理器的管脚PB2，该第三场效应管的源极接地，所述第二场效应管的源极和所述第四场效应管的漏极相连，该第四场效应管的栅极和所述中央处理器的管脚PB3相连，该第四场效应管的源极接地，所述热电致冷器的两端分别并联在所述第一场效应管的源极和第二场效应管的源极上；所述第一继电器的线圈输入端和所述供电模块的第二直流电压输出端相连，该第一继电器的线圈输出端和所述第一三极管的集电极相连，该第一三极管的基极经第一电阻和所述中央处理器的管脚PD0相连，该第一三极管的发射极一路接地，另一路经所述电风扇连接所述第一继电器的常开触点，该第一继电器的公共触点和所述供电模块的第三直流电压输出端相连；所述第二继电器的线圈输入端和所述供电模块的第二直流电压输出端相连，该第二继电器的线圈输出端和所述第二三极管的集电极相连，该第二三极管的基极经第二电阻和所述中央处理器的管脚PD1相连，该第二三极管的发射极一路接地，另一路经所述电热合金丝和所述第二继电器的常开触点相连，该第二继电器的公共触点和所述供电模块的第三直流电压输出端相连；

所述的湿度调节模块包括有第三三极管、第三继电器和电动阀门，其中，所述第三继电器的线圈输入端和所述供电模块的第二直流电压输出端相连，该第三继电器的线圈输出端和所述第三三极管的集电极相连，该第三三极管的基极经第三电阻和所述中央处理器的管脚PD2相连，该第三三极管的发射极一路接地，另一路经所述电动阀门和所述第三继电器的常开触点相连，该第三继电器的公共触点和所述供电模块的第三直流电压输出端相连；

所述的环境感知模块包括有可检测断路器环境温度的温度传感器和可检测断路器环境湿度的湿度传感器，所述温度传感器的输出端和所述湿度传感器的输出端分别作为所述环境感知模块的传感信号输出端和所述微处理器模块的检测信号接收端相连；

所述的温度调节模块包括有温度控制单元、热电致冷器、电风扇和电热合金丝，所述热电致冷器、电风扇和电热合金丝分别由所述温度控制单元驱动动作，所述温度控制单元的输入端和所述微处理器模块的温度控制输出端相连；

所述的湿度调节模块包括有可控制干燥剂保存室开闭的电动阀门和驱动该电动阀门动作的湿度控制单元，所述微处理器模块的湿度控制输出端和所述湿度控制单元的输入端相连。