CN106324531A - 一种电气火灾及消防电源监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电气火灾及消防电源监控系统，涉及消防电子技术领域。该电气火灾及消防电源监控系统，包括上位机单元、ARM控制单元和开关电源单元，上位机单元的输出端与ARM控制单元的输入端连接，并且ARM控制单元的输入端与开关电源单元的输出端连接，上位机单元由键盘电路、液晶显示电路、主机板电路、回路板电路构成。该电气火灾及消防电源监控系统，结构简单合理、操作灵活简便、制作成本低、能够同时实时监控消防设备电源工作状态和配电回路剩余电流，具有推广使用价值，可实现由后台主机对探测器集中供电，满足消防设备电源监控系统的要求。

Description

一种电气火灾及消防电源监控系统

技术领域

本发明涉及消防电子技术领域，具体为一种电气火灾及消防电源监控系统。

背景技术

电气火灾一般是指由于电气线路、用电设备、器具以及供配电设备出现故障性释放的热能；如高温、电弧、电火花以及非故障性释放的能量；如电热器具的炽热表面，在具备燃烧条件下引燃本体或其他可燃物而造成的火灾，也包括由雷电和静电引起的火灾。

电气火灾监控系统，特点在于漏电监控方面，属于先期预报警系统。与传统火灾自动报警系统不同的是，电气火灾监控系统早期报警是为了避免损失，而传统火灾自动报警系统是为了减少损失。所以，这就是说为什么不管是新建或是改建工程项目，尤其是已经安装了火灾自动报警系统的单位，仍需要安装电气火灾监控系统的根本原因。

近年来电气火灾居高不下，电气火灾监控系统已经逐渐成为建筑消防电气设计中必须考虑的重要部分。但现有的消防设备电源监控系统，只针对消防设备电源工作状态进行实时监控，不具有电气火灾监控功能，难以满足以后市场的需求。本发明是在现有的消防设备电源监控系统基础上，融入电气火灾监控功能，增加产品功能、提升产品市场竞争力。

目前，市场上的电气火灾监控系统结构相对复杂、操作困难、制作成本高、不能够同时实时监控消防设备电源工作状态和配电回路剩余电流的消防监控。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种电气火灾及消防电源监控系统，解决了目前市场上的电气火灾监控系统结构相对复杂、操作困难、制作成本高、不能够同时实时监控消防设备电源工作状态和配电回路剩余电流的消防监控的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种电气火灾及消防电源监控系统，包括上位机单元、ARM控制单元和开关电源单元，上位机单元的输出端与ARM控制单元的输入端连接，并且ARM控制单元的输入端与开关电源单元的输出端连接，上位机单元由键盘电路、液晶显示电路、主机板电路、回路板电路构成，并且主机板电路的输出端分别与键盘电路、液晶显示电路和回路板电路的输入端连接。

ARM控制单元由ARM最小系统电路、信号采集电路、通讯控制电路构成，并且信号采集电路的输入端与ARM最小系统电路的输出端连接，ARM最小系统电路的输出端与通讯控制电路的输入端连接。

开关电源单元由EMC输入电路、整流桥BR1、V工频电压经EMC输入电路、整流桥BR1接至电解电容C2，经C高频变压器T1、PWM芯片U1(内含MOS开关管)、光耦U2、基准电压比较器U3、三端稳压器U4等构成。

优选的，ARM最小系统电路选用处理器STM32F207IGT6作为核心。

优选的，信号采集电路由主电电压检测电路、备电电压检测电路、负载电流检测电路、剩余电流检测电路、八选一模拟开关、高精度仪表运放构成，选择2路ARM控制器的A/D采样口作为模拟信号的输入口。

优选的，负载电流检测电路、剩余电流检测电路由高精度电流互感器采样获得。

优选的，主电电压检测电路、备电电压检测电路由高精度电流型电压互感器采样获得。

(三)有益效果

本发明提供了一种电气火灾及消防电源监控系统。具备以下有益效果：

(1)该电气火灾及消防电源监控系统，在原有的的消防设备电源监控系统上增加一组剩余电流检测电路，结构简单合理、操作灵活简便、制作成本低、能够同时实时监控消防设备电源工作状态和配电回路剩余电流的消防监控系统，即可实现剩余电流式电气火灾监控功能，具有推广使用价值。

(2)该电气火灾及消防电源监控系统，通过采用STM32F207IGT6处理器，可把采集到的各个信号进行分析、并生成相应的数据报表，上传给上位机来显示。

(3)该电气火灾及消防电源监控系统，通过采用TNY280PN单片开关电源电路，待机及空载电流小，可实现由后台主机对探测器集中供电，满足消防设备电源监控系统的要求。

附图说明

图1为本发明系统原理示意图；

图2为本发明信号采集电路原理图；

图3为本发明开关电源单元原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种电气火灾及消防电源监控系统，如图1所示，包括上位机单元、ARM控制单元和开关电源单元，上位机单元的输出端与ARM控制单元的输入端连接，并且ARM控制单元的输入端与开关电源单元的输出端连接，上位机单元由键盘电路、液晶显示电路、主机板电路、回路板电路构成，并且主机板电路的输出端分别与键盘电路、液晶显示电路和回路板电路的输入端连接，上位机单元运用RS-485通讯方式，远程接收ARM单元发送的测试数据并实时显示，可查询被保护线路的剩余电流、故障信息以及消防设备电源的工作状态等，并可随时向ARM处理器发送操作信号，完成相关控制，实现远程控制、监控功能。

如图2所示，ARM控制单元由ARM最小系统电路、信号采集电路、通讯控制电路构成，并且信号采集电路的输入端与ARM最小系统电路的输出端连接，ARM最小系统电路的输出端与通讯控制电路的输入端连接，主电电压互感器测量主电源三相电压信号，分别送至模拟开关U10的13脚、14脚、15脚；备电电压互感器测量备用电源三相电压信号，分别送至模拟开关U10的12脚、1脚、5脚；负载电流互感器测量负载三相电流信号，分别送至模拟开关U11的13脚、14脚、15脚；剩余电流互感器测量三相负载供电线路的剩余电流信号，送至模拟开关U11的12脚；模拟开关U10、U11的6脚与ARM处理器的I/O口(INH1、INH2)连接，由ARM处理器控制U10或U11使能；模拟开关U10、U11的9脚、10脚、11脚与ARM处理器的I/O口(AD1A、AD1B、AD1C、AD2A、AD2B、AD2C)连接，由ARM处理器控制选通相应通道；模拟开关U10、U11的3脚与运放U12、U13的2脚连接，将被选中的模拟信号送至运放放大；运放U12的增益电阻R34为10K，构成低增益放大器，运放U13的增益电阻R40为1.3K，构成高增益放大器；二极管D18、D19以及D20、D21构成正反相限压保护电路，防止运放输出电压过高或过低而损坏ARM处理器的I/O口；运放U12的6脚输出模拟信号经限流电阻R41送至ARM处理器的I/O口(ADC08)，运放U13的6脚输出模拟信号经限流电阻R42送至ARM处理器的I/O口(ADC09)；运放U12、U13的5脚连接+1.25V，以便将输出端模拟信号的直流电平抬高1.25V，从而满足ARM处理器对A/D采样信号的电平要求；采用2只运放U12、U13以不同的增益放大，是为了对强弱信号分别放大(由ARM处理器控制)，从而保证小信号采样准确。

如图3所示，开关电源单元由EMC输入电路、整流桥BR1、V工频电压经EMC输入电路、整流桥BR1接至电解电容C2，经C高频变压器T1、PWM芯片U1(内含MOS开关管)、光耦U2、基准电压比较器U3、三端稳压器U4等构成，AC2202滤波成直流电压，对高频变压器T1的初级绕组供电；瞬态抑制二极管V1和快恢复整流二极管V2组成尖峰吸收电路，用来吸收初级绕组反向尖峰；U1为PWM芯片，采用TNY280PN集成电路，该芯片内含PWM驱动及高压MOS管，采用频率抖动技术以改善EMI性能，且无需外加偏置绕组供电，故本发明开关电源单元采用TNY280PN方案简洁、性能优异。

本发明开关电源单元中，TNY280PN的1脚连接光耦U2的输出端4脚，TNY280PN的5、6、7、8脚接参考地，TNY280PN的2脚连接限流电容C3；高频变压器T1的9脚、10脚次级绕组电压经快恢复整流二极管V5和电解电容C10整流滤波，由线性三端稳压器L7805产生+5VA输出电压供给模拟电路；4脚、5脚次级绕组电压经肖特基二极管V3和电解电容C4整流滤波，再经高频电感L2和高频陶瓷电容C5组成的LC低通滤波器滤波后，产生VDD5V输出电压供给数字电路；模拟电源+5VA与数字电源VDD5V相互隔离，以防数字信号通过电源耦合对模拟信号造成干扰；瞬态抑制二极管V4并联在数字电源VDD5V的输出端，用来吸收尖峰噪声并实现过压保护，以防损坏ARM单元I/O接口。

本发明采用TNY280PN单片开关电源电路，在待机及空载情况下实现效率最优化，并采用先进的频率抖动技术，轻松满足节能标准和EMI要求。

本发明中，ARM最小系统电路选用处理器STM32F207IGT6作为核心，该芯片内核频率为120MHz，执行速度快、数据处理能力强，并有丰富的I/O端口和大容量内存，该芯片功能强大，使用该芯片方便在消防设备电源监控系统基础上，融入电气火灾监控功能。

本发明中，信号采集电路由主电电压检测电路、备电电压检测电路、负载电流检测电路、剩余电流检测电路、八选一模拟开关、高精度仪表运放构成，选择2路ARM控制器的A/D采样口作为模拟信号的输入口。

本发明中，负载电流检测电路、剩余电流检测电路由高精度电流互感器采样获得，经ARM的A/D采样口送至ARM进行数字处理，采样精度高达1mA。

本发明中，主电电压检精测电路、备电电压检测电路由高度电流型电压互感器采样获得，采样后的电压信号经ARM的A/D采样口送至ARM进行数字处理，电路结构简单可行。

工作原理：使用者在使用时，开关电源单元为ARM控制单元提供稳定的电能，主电电压检测电路、备电电压检测电路、负载电流检测电路、剩余电流检测电路进行检测和监控，主电电压检测电路、备电电压检测电路、负载电流检测电路、剩余电流检测电路将实际检测的信号发送至ARM，ARM处理后的实时数据，生成数据报表，运用RS-485通讯方式，向上位机传送，上位机可以实时显示测试的全部数据，包括配电回路的剩余电流以及消防设备主电源和备用电源电压、负载电流等。ARM处理器可随时接收上位机的操作信号，并完成相关控制，实现远程控制、监控功能。

在信号采集电路中，主电源三相电压信号由主电电压互感器测量后，分别送至模拟开关U10的13脚、14脚、15脚；备用电源三相电压信号由备电电压互感器测量后，分别送至模拟开关U10的12脚、1脚、5脚；负载三相电流信号由负载电流互感器测量后，分别送至模拟开关U11的13脚、14脚、15脚；三相负载供电线路的剩余电流信号由剩余电流互感器测量后，送至模拟开关U11的12脚；模拟开关U10、U11的使能端6脚与ARM处理器的I/O口(INH1、INH2)连接，由ARM处理器控制U10或U11使能；模拟开关U10、U11的地址选择端9脚、10脚、11脚与ARM处理器的I/O口(AD1A、AD1B、AD1C、AD2A、AD2B、AD2C)连接，由ARM处理器控制选通相应通道；模拟开关U10、U11的公共输出端3脚与运放U12、U13的2脚连接，将被选中的模拟信号送至运放放大。本发明信号采集电路，由于采用2只八选一模拟开关74HC4051用来选择多路模拟输入信号，因此大大简化运放电路、降低成本，并且工作可靠。

在开关电源单元中，U1为PWM芯片，采用TNY280PN集成电路，该芯片内含PWM驱动及高压MOS管，采用频率抖动技术以改善EMI性能，且无需外加偏置绕组供电。TNY280PN的4脚连接高频变压器T1的初级绕组，TNY280PN的1脚连接光耦U2的输出端4脚，输出电压经电阻R3、R4取样，并经基准电压比较器TL431比较放大，通过光耦U2隔离后由4脚输出，反馈给TNY280PN的1脚，来调整高频变压器T1初级的占空比，使输出电压保持稳定。该芯片在待机及空载情况下实现效率最优化，并采用先进的频率抖动技术，轻松满足节能标准和EMI要求。

综上所述，该电气火灾及消防电源监控系统，在原有的的消防设备电源监控系统上增加一组剩余电流检测电路，结构简单合理、操作灵活简便、制作成本低、能够同时实时监控消防设备电源工作状态和配电回路剩余电流的消防监控系统，即可实现剩余电流式电气火灾监控功能，具有推广使用价值。

并且，通过采用STM32F207IGT6处理器，可把采集到的各个信号进行分析、并生成相应的数据报表，上传给上位机来显示。

然而，通过采用TNY280PN单片开关电源电路，待机及空载电流小，可实现由后台主机对探测器集中供电，满足消防设备电源监控系统的要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种电气火灾及消防电源监控系统，包括上位机单元、ARM控制单元和开关电源单元，上位机单元的输出端与ARM控制单元的输入端连接，并且ARM控制单元的输入端与开关电源单元的输出端连接，其特征在于：上位机单元由键盘电路、液晶显示电路、主机板电路、回路板电路构成，并且主机板电路的输出端分别与键盘电路、液晶显示电路和回路板电路的输入端连接；

ARM控制单元由ARM最小系统电路、信号采集电路、通讯控制电路构成，并且信号采集电路的输入端与ARM最小系统电路的输出端连接，ARM最小系统电路的输出端与通讯控制电路的输入端连接；

开关电源单元由EMC输入电路、整流桥BR1、V工频电压经EMC输入电路、整流桥BR1接至电解电容C2，经C高频变压器T1、PWM芯片U1(内含MOS开关管)、光耦U2、基准电压比较器U3、三端稳压器U4等构成。

2.根据权利要求1的一种电气火灾及消防电源监控系统，其特征在于：所述ARM最小系统电路选用处理器STM32F207IGT6作为核心。

3.根据权利要求1的一种电气火灾及消防电源监控系统，其特征在于：所述信号采集电路由主电电压检测电路、备电电压检测电路、负载电流检测电路、剩余电流检测电路、八选一模拟开关、高精度仪表运放构成，选择2路ARM控制器的A/D采样口作为模拟信号的输入口。

4.根据权利要求1的一种电气火灾及消防电源监控系统，其特征在于：所述负载电流检测电路、剩余电流检测电路由高精度电流互感器采样获得。

5.根据权利要求1的一种电气火灾及消防电源监控系统，其特征在于：所述主电电压检测电路、备电电压检测电路由高精度电流型电压互感器采样获得。