CN104577805A - 一种多路智能配电箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多路智能配电箱，包括微处理器、时钟模块及温湿度测量模块；还包括一电流、电压采样模块，用于总路电流、各支路电流以及进户交流电压的转换以便于微处理器的采集和计算；一键盘模块，用于输入各项电流、电压的保护值以及时钟的调整；一显示模块，用于显示总路和各支路的电压值、电流值、电量值、环境的温度和湿度值、当前的时间和日期；一报警模块，受微处理器的控制，起到报警和指示作用；一电源模块，为以上各模块供电；发明设计巧妙，使用方便，既可以采集各路电压、电流、环境温湿度信息进行显示，又能够根据设定的电压、电流保护值进行报警，对用电安全和灾难防护起到重要作用。

Description

一种多路智能配电箱

技术领域

本发明涉及配电技术领域，具体涉及一种多路智能配电箱。

背景技术

随着科学技术的进步和电子新器件的推广应用，人们对用电安全和灾害防护越来越重视。而目前广泛使用的配电箱在安全防护方面有待提高，不能针对各支路电流进行有效监视和报警。由于环境因素对用电安全有重要影响，尤其环境温度、湿度，而目前现有的配电箱无法对周围的温湿度信息进行检测并全面显示。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可以采集各路电压、电流、环境温湿度信息并进行显示，根据设定的电压、电流保护值进行报警的多路智能配电箱。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：一种多路智能配电箱，一微处理器，用于接收信号、处理数据并控制外围设备工作；

一时钟模块，用于向微处理器提供时间信息；一温湿度测量模块，用于向微处理器提供温度、湿度测量值；一电流、电压采样模块，用于总路电流、各支路电流以及进户交流电压的转换以便于微处理器的采集和计算；一键盘模块，用于输入各项电流、电压的保护值以及时钟的调整；一显示模块，用于显示总路和各支路的电压值、电流值、电量值、环境的温度和湿度值、当前的时间和日期；一报警模块，受微处理器的控制，起到报警和指示作用；一电源模块，为以上各模块供电；

所述的微处理器，各引脚连接如下：第三十六、三十七引脚作为第一路I2C接口与温湿度测量模块连接；第三十一、三十二引脚作为第二路I2C接口与时钟模块连接；第十一至第十四引脚、第十七、十八引脚、第二十一至第二十四引脚作为模数转换输入接口，接电流、电压采样模块；第二十七至第三十引脚作为键值输入接口连接到键盘模块；第一至第三引脚、第六十四、第四十六、第四十九至第五十五引脚以及第四十五引脚均连接至显示模块；第三十三、第三十四以及第四十四引脚连接至报警模块；第三十九、第四十引脚作为晶振输入接口；第七引脚作为上电复位引脚；第七、第四十七、四十八引脚连接至编程调试接口；第十五、十六引脚作为模数转换电路的外部参考电压输入接口；第十九、二十引脚作为模数转换电路的外部电源输入接口；第十、第二十六、第三十八、第五十六、第五十七引脚作为微处理器的电源输入接口；第九引脚、第二十五、第四十一引脚作为微处理器电源地线输入接口。

所述的电流、电压采样模块包括与微处理器第十一引脚连接的总路电流采样电路、分别与微处理器第十三、十四、十七、十八以及第二十一至第二十四引脚连接的支路电流采样电路、与微处理器第十二引脚连接的电压采样电路；总路电流采样电路包括一运算放大器，其同相输入端分别经两分压电阻构成零值参考点，其反相输入端接入总路电流经锰铜电阻转化后的交流电压，其输出端接至微处理器第十一引脚；支路电流采样电路与总路电流采样电路相同；电压采样电路将进户交流电源两端的电压经分压电阻分压后接入与总路电流采样电路相同的电压采样电路。总路电流采样电路和支路电流采样电路中运算放大器的正输入端为零值参考点，将±1.5V的交流采样电压抬高到0-3V的范围，便于微处理器的采集和计算。锰铜电阻的阻值为20毫欧，可将最大值为40A--75A的交流电流转换为800mV—1500mV的交流电压。电压采样电路中通过在进户交流电源的两端采取电压分压的方式，将正常220V的交流电压转换为±1.5V的交流采样电压。通过交流电压和电流周期值的采集和累加，计算得出总路各各支路的瞬时功率、累计功率。同时参考根据前期设定的电压和电流的保护值，起到电压超压和电流超限的保护，显示和报警。

所述的时钟模块包括串行时钟芯片，其VCC引脚分别经二极管接电源和纽扣电池，同时经滤波电容接地，其GND引脚直接接地，其X1引脚和X2引脚接晶振，其SDA引脚和SCL引脚以I2C形式接微处理器第三十一、三十二引脚，并经上拉电阻接至电源。晶振频率为32.768K，给串行时钟芯片提供计时所需的标准时钟信号。电源通电情况下由3V3电源为时钟芯片供电，3V的纽扣电池在电源断电的情况下，保证时钟芯片的正常运行。

所述的温湿度测量模块包括温湿度传感器，其VCC引脚接电源并经滤波电容接地，其GND引脚直接接地，其DATA引脚和SCK引脚以I2C形式接微处理器第三十六、三十七引脚，并经上拉电阻接电源。

所述的键盘模块包括四组按键，每组按键均包括第一按键和第二按键，第一按键和第二按键的一端均接地，第一按键另一端分别接微处理器第二十七至第三十引脚并经键值滤波电容接地，第二按键的另一端分别经键值上拉电阻接电源。四组按键主要是用于各项保护值的输入以及时钟的调整。按键在没有按下时微处理器对应引脚电位是高电平，在有键按下时，微处理器对应引脚为低电平，通过软件的去抖动延时，得到正确的键值。

所述的显示模块包括液晶显示器及背光驱动电路，所述的背光驱动电路包括PNP三极管，其发射极接电源，其基极通过限流电阻接微处理器第四十五引脚，其集电极作为输出接至液晶显示器的第十八引脚，液晶显示器的第十四、十五引脚分别接电源和地，液晶显示器的第一引脚为片选接口，第三引脚为地址接口，第四引脚为写接口，第五引脚为读接口，第六至第十三引脚为数据接口，第二引脚为复位接口，由电阻、电容组成上电复位电路，液晶显示器第十六、十七引脚为工作方式接口。液晶显示器主要是用于循环显示总路和各支路的电压值、电流值、电量值、环境的温度和湿度值、当前的时间和日期；液晶显示器与微处理器之间采用并行数据连接方式。通过背光驱动电路，可以控制液晶显示器背光板的启停。

所述的报警模块包括蜂鸣器报警电路和指示灯指示电路，所述的蜂鸣器报警电路包括蜂鸣器及NPN三极管，蜂鸣器的IN+引脚接电源，蜂鸣器的IN1引脚接NPN三极管的集电极，NPN三极管的基极经限流电阻接微处理器第四十四引脚并经由电阻和电容组成的滤波电路与NPN三极管的发射极共同接地；所述的指示灯指示电路包括连接至微处理器第三十四引脚由上拉电阻和发光二极管组成的电源指示电路以及连接至微处理器第三十三引脚由上拉电阻和发光二极管组成的报警指示电路。由微处理器直接控制蜂鸣器和指示灯的启停，达到报警和指示的作用。

本发明设计巧妙，使用方便，既可以采集各路电压、电流、环境温湿度信息进行显示，又能够根据设定的电压、电流保护值进行报警，对用电安全和灾难防护起到重要作用。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为微处理器电路原理图；

图3为总路电流采样电路原理图；

图4为电压采样电路原理图；

图5为第一支路电流采样电路原理图；

图6为第二支路电流采样电路原理图；

图7为第三支路电流采样电路原理图；

图8为第四支路电流采样电路原理图；

图9为第五支路电流采样电路原理图；

图10为第六支路电流采样电路原理图；

图11为第七支路电流采样电路原理图；

图12为第八支路电流采样电路原理图；

图13为时钟模块电路原理图；

图14为温湿度测量模块电路原理图；

图15为键盘模块电路原理图；

图16为为显示模块电路原理图；

图17为报警模块电路原理图；

图18为电源模块电路原理图；

图19为电流、电压采样模块的接口电路原理图。

具体实施方式

一种多路智能配电箱，包括：一微处理器U1，用于接收信号、处理数据并控制外围设备工作；一时钟模块，用于向微处理器提供时间信息；一温湿度测量模块，用于向微处理器提供温度湿度测量值；一电流、电压采样模块，用于总路电流、各支路电流以及进户交流电压的转换以便于微处理器的采集和计算；一键盘模块，用于输入各项电流、电压的保护值以及时钟的调整；一显示模块，用于显示总路和各支路的电压值、电流值、电量值、环境的温度和湿度值、当前的时间和日期；一报警模块，受微处理器的控制，起到报警和指示作用；一电源模块，为以上各模块供电；

所述的微处理器U1采用芯片DSPIC33FJ128MC506，各引脚连接如下：第三十六、三十七引脚作为第一路I2C接口与温湿度测量模块连接；第三十一、三十二引脚作为第二路I2C接口与时钟模块连接；第十一至第十四引脚、第十七、十八引脚、第二十一至第二十四引脚作为模数转换输入接口，接电流、电压采样模块；第二十七至第三十引脚作为键值输入接口连接到键盘模块；第一至第三引脚、第六十四、第四十六、第四十九至第五十五引脚以及第四十五引脚均连接至显示模块；第三十三、第三十四以及第四十四引脚连接至报警模块；第三十九、第四十引脚作为晶振输入接口，接有由电容C1、电容C2、电阻R1、晶振Y1组成的晶振电路；第七引脚作为上电复位引脚，接有由芯片U2和电阻R2组成的上电复位电路；第七、第四十七、四十八引脚连接至编程调试接口J1；第十五、十六引脚作为模数转换电路的外部参考电压输入接口，第十九、二十引脚作为模数转换电路的外部电源输入接口，第十六、十九引脚接电源3V3，第十五、二十引脚接模拟地，电源3V3与模拟地直接接有滤波电容C7、C8；第十、第二十六、第三十八、第五十六、第五十七引脚作为微处理器U1的电源输入接口，接电源VCC；第九引脚、第二十五、第四十一引脚作为微处理器U1电源地线输入接口接地，电源VCC和地之间接有滤波电容C3至C6；

所述的电流、电压采样模块包括与微处理器U1第十一引脚连接的总路电流采样电路、分别与微处理器U1第十三、十四、十七、十八以及第二十一至第二十四引脚连接的支路电流采样电路、与微处理器U1第十二引脚连接的电压采样电路；总路电流采样电路包括一运算放大器U9A，其同相输入端分别经两分压电阻R46和R47构成零值参考点，两分压电阻R47和R476分别接电源3V3和模拟地，电源和模拟地之间接有滤波电容C21至C25，分压电阻R47两端并联有电容C50，其反相输入端接入总路电流经锰铜电阻RM转化后的交流电压，交流电压经电容C19滤波，经由电阻R45和R48构成的放大电路放大后接至运算放大器U9A的输出端，其输出端经限流电阻R49接至微处理器U1第十一引脚；支路电流采样电路与总路电流采样电路相同；电压采样电路将进户交流电源两端的电压经分压电阻R55至R59分压后接入与总路电流采样电路相同的电压采样电路。八个支路电流采样电路：通过锰铜电阻RM1—RM8将各支路的交流电流转换为交流电压；分别进入八个运算放大器U5A至U8A、U11B至U14B的反向输入端，其他部分同总路电流采样电路；电流、电压采样模块的接口电路第一接线排H1和第二接线排H2组成。第一接线排H1是交流电源的输入及各支路电源火线的分出，其中第十脚、第九脚分别为总电源输入的零线和火线，来自配电箱的总路空气开关输出接口；第一至第八脚分别为八个支路电源火线的输出，接到相应支路空气开关的火线输入端。各个支路空气开关的零线，由配电箱内的总路空气开关的零线输出端直接并接过去；第二接线排H2是在电路板内部将总电源通过短接分配的方式，再通过测量电阻，完成各个支路电源的输出，其中，第一脚通过锰铜电阻RM接入，再通过与第二至第九脚短接的方式，分别通过锰铜电阻RM1—RM8连接到相应的8个支路输出。短接线在线路板上已经连接，同时再通过用短路线在接线排上进行短接，以增大通过电流的能力。

所述的时钟模块包括串行时钟芯片U4，其VCC引脚分别经两个二极管D1和D2接电源VCC和纽扣电池P1，同时经滤波电容C10接地，其GND引脚直接接地，其X1引脚和X2引脚接晶振Y2，其SDA引脚和SCL引脚以I2C形式接微处理器U1第三十一、三十二引脚，并经上拉电阻R77和R78接至电源VCC。

所述的温湿度测量模块包括温湿度传感器U3，其VCC引脚接电源VCC并经滤波电容C9接地，其GND引脚直接接地，其DATA引脚和SCK引脚以I2C形式接微处理器U1第三十六、三十七引脚，并经上拉电阻R3和R4接电源VCC。

所述的键盘模块包括四组按键K1至K4，每组按键均包括第一按键和第二按键，第一按键和第二按键的一端均接地，第一按键另一端分别接微处理器U1第二十七至第三十引脚并经键值滤波电容C27至C30接地，第二按键的另一端分别经键值上拉电阻R64至R67接电源VCC。

所述的显示模块包括液晶显示器J2及背光驱动电路，所述的背光驱动电路包括PNP三极管Q1，其发射极接电源VCC，并经限流电阻R63接微处理器U1第四十五引脚，其基极通过限流电阻R62接微处理器第四十五引脚，其集电极作为输出接至液晶显示器J2的第十八引脚，液晶显示器J2的第十四、十五引脚分别接电源VCC和地，液晶显示器的第一引脚为片选接口，第三引脚为地址接口，第四引脚为写接口，第五引脚为读接口，第六至第十三引脚为数据接口，第二引脚为复位接口，由电阻R60、电容C26组成上电复位电路，液晶显示器第十六、十七引脚为工作方式接口，由上拉电阻R61定义为数据线并行方式。

所述的报警模块包括蜂鸣器报警电路和指示灯指示电路，所述的蜂鸣器报警电路包括蜂鸣器M1及NPN三极管Q2，蜂鸣器的IN+引脚接电源VCC，蜂鸣器M1的IN1引脚接NPN三极管Q2的集电极，NPN三极管Q2的基极经限流电阻R70接微处理器U1第四十四引脚并经由电阻R71和电容C31组成的滤波电路与NPN三极管Q2的发射极共同接地；所述的指示灯指示电路包括连接至微处理器U1第三十四引脚由上拉电阻R69和发光二极管D3组成的电源指示电路以及连接至微处理器U1第三十三引脚由上拉电阻R68和发光二极管D4组成的报警指示电路。

所述的电源模块为常规的整流电路用于将220V交流电压转换为12V直流电压，并进一步由稳压器LM2576-3V3将12V直流电压降为电源3V3为微处理器U1及其他模块供电。

Claims (6)

1.一种多路智能配电箱，其特征在于包括：

一微处理器，用于接收信号、处理数据并控制外围设备工作；

一时钟模块，用于向微处理器提供时间信息；

一温湿度测量模块，用于向微处理器提供温度、湿度测量值；

一电流、电压采样模块，用于总路电流、各支路电流以及进户交流电压的转换以便于微处理器的采集和计算；

一键盘模块，用于输入各项电流、电压的保护值以及时钟的调整；

一显示模块，用于显示总路和各支路的电压值、电流值、电量值、环境的温度和湿度值、当前的时间和日期；

一报警模块，受微处理器的控制，起到报警和指示作用；

一电源模块，为以上各模块供电；

所述的微处理器，各引脚连接如下：第三十六、三十七引脚作为第一路I2C接口与温湿度测量模块连接；第三十一、三十二引脚作为第二路I2C接口与时钟模块连接；第十一至第十四引脚、第十七、十八引脚、第二十一至第二十四引脚作为模数转换输入接口，接电流、电压采样模块；第二十七至第三十引脚作为键值输入接口连接到键盘模块；第一至第三引脚、第六十四、第四十六、第四十九至第五十五引脚以及第四十五引脚均连接至显示模块；第三十三、第三十四以及第四十四引脚连接至报警模块；第三十九、第四十引脚作为晶振输入接口；第七引脚作为上电复位引脚；第七、第四十七、四十八引脚连接至编程调试接口；第十五、十六引脚作为模数转换电路的外部参考电压输入接口；第十九、二十引脚作为模数转换电路的外部电源输入接口；第十、第二十六、第三十八、第五十六、第五十七引脚作为微处理器的电源输入接口；第九引脚、第二十五、第四十一引脚作为微处理器电源地线输入接口；

所述的电流、电压采样模块包括与微处理器第十一引脚连接的总路电流采样电路、分别与微处理器第十三、十四、十七、十八以及第二十一至第二十四引脚连接的支路电流采样电路、与微处理器第十二引脚连接的电压采样电路；总路电流采样电路包括一运算放大器，其同相输入端分别经两分压电阻构成零值参考点，其反相输入端接入总路电流经锰铜电阻转化后的交流电压，其输出端接至微处理器第十一引脚；支路电流采样电路与总路电流采样电路相同；电压采样电路将进户交流电源两端的电压经分压电阻分压后接入与总路电流采样电路相同的电压采样电路。

2.根据权利要求1所述的多路智能配电箱，其特征在于：所述的时钟模块包括串行时钟芯片，其VCC引脚分别经二极管接电源和纽扣电池，同时经滤波电容接地，其GND引脚直接接地，其X1引脚和X2引脚接晶振，其SDA引脚和SCL引脚以I2C形式接微处理器第三十一、三十二引脚，并经上拉电阻接至电源。

3.根据权利要求1所述的多路智能配电箱，其特征在于：所述的温湿度测量模块包括温湿度传感器，其VCC引脚接电源并经滤波电容接地，其GND引脚直接接地，其DATA引脚和SCK引脚以I2C形式接微处理器第三十六、三十七引脚，并经上拉电阻接电源。

4.根据权利要求1所述的多路智能配电箱，其特征在于：所述的键盘模块包括四组按键，每组按键均包括第一按键和第二按键，第一按键和第二按键的一端均接地，第一按键另一端分别接微处理器第二十七至第三十引脚并经键值滤波电容接地，第二按键的另一端分别经键值上拉电阻接电源。

5.根据权利要求1所述的多路智能配电箱，其特征在于：所述的显示模块包括液晶显示器及背光驱动电路，所述的背光驱动电路包括PNP三极管，其发射极接电源，其基极通过限流电阻接微处理器第四十五引脚，其集电极作为输出接至液晶显示器的第十八引脚，液晶显示器的第十四、十五引脚分别接电源和地，液晶显示器的第一引脚为片选接口，第三引脚为地址接口，第四引脚为写接口，第五引脚为读接口，第六至第十三引脚为数据接口，第二引脚为复位接口，由电阻、电容组成上电复位电路，液晶显示器第十六、十七引脚为工作方式接口。

6.根据权利要求1所述的多路智能配电箱，其特征在于：所述的报警模块包括蜂鸣器报警电路和指示灯指示电路，所述的蜂鸣器报警电路包括蜂鸣器及NPN三极管，蜂鸣器的IN+引脚接电源，蜂鸣器的IN1引脚接NPN三极管的集电极，NPN三极管的基极经限流电阻接微处理器第四十四引脚并经由电阻和电容组成的滤波电路与NPN三极管的发射极共同接地；所述的指示灯指示电路包括连接至微处理器第三十四引脚由上拉电阻和发光二极管组成的电源指示电路以及连接至微处理器第三十三引脚由上拉电阻和发光二极管组成的报警指示电路。4 -->