CN104074665B - 一种小型燃油、燃气发电机的数字仪表 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小型燃油、燃气发电机的数字仪表，所述单片机的输入端通过A/D转换接口连接电压采集电路，所述单片机的输出端通过I/O口连接熄火驱动电路、数码显示电路，所述熄火驱动电路与发电机点火装置的电源相连，电源电路将发电机的输出电压经整流变压后给整机供电；所述单片机根据电压采集电路输入的电压采样值，计算出发电机输出电压的实效值，当计算的电压的实效值超过或低于设计值时，输出控制信号启动熄火驱动电路，通过熄火驱动电路关闭发电机点火装置的电源。本发明实现了对发电机输出的电压、频率和发电时间的实时监控，而且当发电机输出电压过压、欠压时使发电机停止工作，排除各种安全隐患。

Description

一种小型燃油、燃气发电机的数字仪表

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种小型燃油、燃气发电机的数字仪表。

背景技术

传统小型燃油交流发电机或燃气交流发电机均采用指针式仪表作来显示发电机的输出电压和输出电流，指针式仪表功能单一且结构复杂、成本高。近年来高精度，低成本，多功能的数字式仪表逐渐取代指针式仪表开始应用于小型通用燃油交流发电机和燃气交流发电机上。但是无论是指针式仪表还是数字式仪表，其功能仍然局限于对发电机的输出电压，输出电流，电压频率，发电时间等发电状况的测量和显示，均不具备对发电机异常工作状态的监控和保护功能。由于发电机的电压调节器自身的局限性，当电压调节器自身损坏时发电机将失去控制，持续的高压输出将导致用电设备受损，甚至引发火灾等重大安全事故。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种小型燃油、燃气发电机的数字仪表，该数字仪表不仅能够实时监控发电机输出的电压、电流、功率、频率和发电时间，而且当发电机输出电压过压、欠压时，使发电机停止工作，从而排除各种安全隐患。

一种小型燃油、燃气发电机的数字仪表，其特征在于：包括单片机、电压采集电路、熄火驱动电路、数显切换电路、数码显示电路及电源电路，所述单片机的输入端通过A/D转换接口连接电压采集电路，单片机的输入端通过I/O口连接有数显切换电路，所述数显切换电路的按键来切换显示参数，所述单片机的输出端通过I/O口连接熄火驱动电路、数码显示电路，所述熄火驱动电路与发电机点火装置的电源相连，电源电路给整机供电；所述电压采集电路用于采集发电机输出的电压，并将采集的电压采样值通过A/D转换接口传递给单片机，所述单片机根据输入的电压采样值，计算出发电机输出电压的实效值，统计电压频率、单次累计发电时间，处理后的信息传递到数码显示电路进行显示，当计算的电压的实效值超过或低于设计值时，输出控制信号启动熄火驱动电路，通过熄火驱动电路关闭发电机点火装置的电源。

还包括电流采集电路，所述单片机的输入端之三通过A/D转换接口连接有电流采集电路，所述电流采集电路、通过电路传感器实时采集发电机输出的电流信息，并将采集的电流采样值通过A/D转换接口传递给单片机，所述单片机对输入的电流采样值进行处理，计算输出功率，数码显示电路进行显示。

所述电源电路将发电机的输出电压经整流变压后给整机供电。

所述熄火驱动电路采用隔离驱动电路。

本发明的有益效果：本发明通过电压采集电路、电流采集电路实时监控发电机输出的电压、电流信息，通过数显切换电路的按键来切换单片机输出的显示参数，所述单片机根据输入的电压、电流值计算出当前的发电机输出电压的实效值、电流的实效值、频率、功率、发电时间；同时将电压采样值与设定电压值进行比较，当发电机输出异常（低于设定的最低值或最高值）时，单片机其中一个I/O口输出一个高电平控制信号到熄火驱动电路，通过熄火驱动电路关闭发电机的点火装置的电源，从而使发电机停止工作。本发明采用直接关闭发电机的点火装置，从根本上断开了发电机的所有输出源，排除了各种安全隐患。采用数码显示电路将单片机处理后的实时监控的发电机的输出电压（有效值）、电流（有效值）、频率、功率及发电机工作时间更直观的显示出来。本发明的电源电路将发电机的输出电压经整流变压后给整机供电，通过发电机直接为本发明装置供电，从而不需要其他供电装置来供电，减少了仪表的成本。因此本发明具有安全性高及成本极低的有益效果。

本发明的熄火驱动电路采用隔离驱动电路，具有使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能力强优点。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明熄火驱动电路的电路原理图。

图3是本发明的单片机的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1和图2所示的一种小型燃油、燃气发电机的数字仪表，包括单片机1、电压采集电路2、熄火驱动电路3、数显切换电路4、数码显示电路5、电源电路6及电流采集电路7，该单片机1采用具有能够统计时间、进行数据处理、发送指令功能的现有单片机，所述单片机1的输入端之一通过A/D口连接电压采集电路2，电压采集电路2可以采用现有常用电压采集电路，所述电压采集电路2采集发电机输出的电压值，经该电路分压后输出电压采样值,并通过A/D转换接口传递给单片机1；单片机1的输入端之二通过A/D转换接口连接电流采集电路7，电流采集电路7可以采用现有常用电流采集电路，所述电流采集电路7通过电流传感器11实时采集发电机输出的电流信息，并将采集的电流采样值通过A/D转换接口传递给单片机1；单片机1的输入端之三通过I/O端口连接数显切换电路4，所述数显切换电路4采用现有常用显示切换按键，通过显示切换按键切换单片机1输出的电压、电流、频率、功率、单次累计发电时间的显示选择。

单片机1的输出端之一通过I/O接口与熄火驱动电路3的控制端连接，所述熄火驱动电路3与发电机8的点火装置9的电源相连；所述熄火驱动电路3采用隔离驱动电路，本实施例以光耦隔离驱动为例，采用其他隔离方案同样可以实现隔离驱动的目的，所述熄火驱动电路3由光电耦合器U2、电阻R17、电阻R19、电阻R100、电阻R21、二极管D10、可控硅Q1、二极管D4、二极管D10、电容C1、电容C8构成。当发电机输出电压过压或欠压时通过该驱动电路切断点火器电源，从而达到熄火的目的。

参见图2所示，熄火驱动电路3原理：

当发电机输出电压正常时，单片机1的I/O口通过R17输出低电平，此时光电耦合器截止，U2的C、E间电阻很大；同时发电机点火装置供电电源通过D10,C1,D4给电容C1充电，由于U2截止，C1上的电压无法通过U2到达可控硅Q1的触发端，可控硅触发端电压为0V,可控硅截止，此时发电机点火装置9供电电源不受影响，发电机9正常工作。

当发电机输出电压异常时（高于或低于单片机设定电压值），单片机1的I/O口通过R17输出高电平，此时光电耦合器导通，U2的C、E间电阻很小；同时C1两端电压通过R19,U2,R100,R21分压形成可控硅Q1的触发电压使可控硅导通，可控硅导通之后使发电机点火装置供电电源瞬间短路，发电机的内燃机点火电压必然为零，内燃机熄火。发电机8动力消失停止转动，此时发电机无输出电压，从而保护了负载电器的安全。

由于可控硅触Q1发端对电压非常敏感，C8的存在使电路控制更加可靠,抗干扰能力更强。

单片机1的输出端之二通过I/O接口与数码显示电路5相连，数码显示电路5采用现有LED数码管，电源电路6给整机供电，所述电源电路6将发电机的输出电压经整流变压后输出作为仪表的内部电源为仪表内部的各元器件供电,即给本数字仪表内的单片机1、电压采集电路2、熄火驱动电路3、数显切换电路4、数码显示电路5及电流采集电路7供电。

本发明的工作原理：

所述单片机1根据输入的电压采样值、电流采样值计算出发电机输出电压的实效值，发电机输出电流的实效值，发电机输出的功率，发电机输出电压的频率以及发电机的发电时间，处理后的信息传递到数码显示模块5，通过数码显示模块5显示计算后的发电机输出电压（有效值）、电流（有效值）、频率、功率或单次累计发电时间；同时单片机1对发电机8输出电压的实效值与预先所设定的实效值的上限值与下限值进行比较，当检测到发电机输出电压的实效值超出预先所设定的上限值或低于预先所设定的下限值时，单片机1通过I/O端口向熄火驱动电路3输出熄火信号，通过熄火驱动电路3关闭发电机8点火装置9的电源，强制性让发电机8熄火以保护用电设备的安全。

本发明适用于通用交流发电机，本发明的输入电压范围为：交流90-260V，50Hz，输入额定电压：交流220V，50Hz，整机的功率：小于1W。

本实施例以设定大于250V属于过压值，小于180V属于欠压值的过电保护为例

参见图1和图3所示，发电机8通过导线与负载10连接，通过电流传感器11监测发电机输出端的电流变化采集电流信息，然后将电压采样值、电流采样值通过A/D转换接口将这些模拟信息转换为数字信息传递到单片机1，单片机1处理内容有两部分，第一部分是由单片机1计算出当前的发电机电压（有效值）、电流（有效值）、频率、功率、发电时间，单片机1通过I/O端口经数显切换电路4读取按键状态，并通过I/O端口经数码显示电路5向数码显示器输出相应的计算结果；

第二部分是单片机1将计算的电压实效值与设定值250V和180V进行比较，当计算的电压实效值超过设定值250V时，单片机1输出高电平给熄火驱动电路3，启动熄火驱动电路3，通过熄火驱动电路3关闭发电机8的点火装置9的电源，达到保护用户电器的目的，同时单片机1等待断电死机；当计算的电压实效值小于设定值250V时，计算的电压实效值进一步与设定值180V进行比较，当电压实效值大于设定值180V时，读取发电机8输出的电压，单片机1重新读取电压采集电路2采集的电压信息；当电压实效值小于设定值180V时，单片机1输出高电平给熄火驱动电路3，启动熄火驱动电路3，通过熄火驱动电路3关闭发电机点火装置的电源，达到保护用户电器的目的。

本发明在数字仪表的基本功能基础上，增加对发电机输出电压的过压，欠压实时监控和保护功能，当监控到过压或欠压时，强制性将发电机熄火停止发电，以保护用电设备安全，防止引发火灾等重大安全事故的发生。

Claims (4)

1.一种小型燃油、燃气发电机的数字仪表，其特征在于：包括单片机（1）、电压采集电路（2）、熄火驱动电路（3）、数显切换电路（4）、数码显示电路（5）及电源电路（6），所述单片机（1）的输入端通过A/D转换接口连接电压采集电路（2），单片机（1）的输入端通过I/O口连接有数显切换电路（4），所述数显切换电路（4）用于切换显示参数，所述单片机（1）的输出端通过I/O口连接熄火驱动电路（3）、数码显示电路（5），所述熄火驱动电路（3）与发电机（8）点火装置（9）的电源相连，所述电源电路（6）给整机供电；所述电压采集电路（2）用于采集发电机输出的电压，并将采集的电压采样值通过A/D转换接口传递给单片机（1），所述单片机（1）根据输入的电压采样值，计算出发电机输出电压的实效值，统计电压频率、单次累计发电时间，处理后的信息传递到数码显示电路（5）进行显示，当计算的电压的实效值超过或低于设计值时，输出控制信号启动熄火驱动电路（3），通过熄火驱动电路（3）关闭发电机点火装置的电源。

2.根据权利要求1所述的小型燃油、燃气发电机的数字仪表，其特征在于：还包括电流采集电路（7），所述单片机（1）的输入端通过A/D转换接口连接有电流采集电路，所述电流采集电路（7）通过电流传感器（11）实时采集发电机（8）输出的电流信息，并将采集的电流采样值通过A/D转换接口传递给单片机（1），所述单片机（1）对输入的电流采样值，计算出电流实效值、输出功率，通过数码显示电路（5）进行显示。

3.根据权利要求1或2所述的小型燃油、燃气发电机的数字仪表，其特征在于：所述电源电路（6）将发电机（8）的输出电压经整流变压后给整机供电。

4.根据权利要求1或2所述的小型燃油、燃气发电机的数字仪表，其特征在于：所述熄火驱动电路（3）采用隔离驱动电路。