CN107196409B - 断路器的智能控制器 - Google Patents
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Abstract
一种断路器的智能控制器，包括主控单元和USB模块，所述的USB模块包括USB接口及主从识别转换电路，所述的主从识别转换电路分别与USB接口及主控单元相连接，所述的USB接口与外部设备相连接，并且智能控制器作为从设备时通过外部设备给智能控制器供电；智能控制器作为主设备时主控单元通过主从识别转换电路控制USB接口给外部设备供电。本发明提供一种通讯连接简便、使用方式灵活、结构安装可靠的断路器的智能控制器。
Description
技术领域
本发明涉及低压电器领域，特别是一种断路器的智能控制器。
背景技术
智能控制器作为万能式断路器的重要部件用于对断路器中各电子部件的工作情况进行判断及测试，因此智能控制器需要满足小型化、多功能、工作稳定等诸多要求。现有的智能控制器为了增加功能使得结构过于复杂，降低了工作可靠性。同时在校验测试时需要在专用的测试台上完成测试，进而降低了测试效率。并且虽然一部分智能控制器能够实现在使用过程中的单独更换，但更换后的智能控制器需要重新调试检验，不能保证更换后数据的一致性，不利于现场安装及后期维护。
目前低压断路器控制器基本上实现了单机操作功能，但和其他控制器及上位机的通讯还没有普及。现有的控制器通讯方式主要是采用RS485接口进行通讯，如果将控制器和上位机进行连接的时候还需要RS485接口转换模块，但由于RS485接口转换模块的质量各异，这就容易导致控制器不能稳定地和上位机进行通讯，进而致使上位机不能读取控制器的配置信息及对控制器进行配置。同时对带有测试接口的控制器进行测试时需要专门的设备，需要给控制器进行单独的供电，这就给控制器的测试过程带来了不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种通讯连接简便、使用方式灵活、结构安装可靠的断路器的智能控制器。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种断路器的智能控制器，包括主控单元2和USB模块3，所述的USB模块3包括USB接口310及主从识别转换电路，所述的主从识别转换电路分别与USB接口310及主控单元2相连接，所述的USB接口310与外部设备相连接，并且智能控制器作为从设备时通过外部设备给智能控制器供电；智能控制器作为主设备时主控单元2通过主从识别转换电路控制USB接口310给外部设备供电。
进一步，所述的主从识别转换电路包括识别电路320和转换电路330，所述的USB接口310包括电源端VCC和识别端USBID，所述的识别电路320分别与电源端VCC以及主控单元2相连接，所述的转换电路330分别与主控单元2以及识别端USBID相连接，所述的主控单元2通过识别电路320监测电源端VCC的状态，并通过转换电路330控制识别端USBID从而完成USB接口310的主从状态切换。
进一步，所述的识别电路320包括串联设置的第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的端部与USB接口310的电源端VCC相连接，所述第二电阻R2的端部接地，并且第一电阻R1与第二电阻R2的连接处设有与主控单元2相连接的识别中断端USBINT，并且主控单元2通过识别中断端USBINT监测电源端VCC的使用状态从而判断智能控制器的主从状态。
进一步，所述的转换电路330包括场效应管Q1，所述场效应管Q1的栅极设有与主控单元2相连接的控制转换端USBIDC，场效应管Q1的源极与栅极通过第三电阻R3相连接，场效应管Q1的源极接地，场效应管Q1的漏极通过第四电阻R4与USB接口310的电源端VCC相连接，并且场效应管Q1的漏极与第四电阻R4的连接处与USB接口310的识别端USBID相连接，主控单元2通过控制转换端USBIDC和场效应管Q1控制识别端USBID从而完成USB接口310的主从状态切换。
进一步，所述的USB接口310还包括分别与主控单元2相连接的第一数据端DM和第二数据端DP，所述的第一数据端DM和第二数据端DP分别通过用于保护的第一稳压二极管D1和第二稳压二极管D2接地，所述的识别端USBID通过用于保护且并联设置的第三稳压二极管D3和第四稳压二极管D4接地。
进一步，所述的USB模块3还包括接口供电电路360，所述的接口供电电路360分别与主控单元2和USB接口310的电源端VCC相连接，智能控制器作为主设备时主控单元2控制接口供电电路360向电源端VCC输入供电电压。
进一步，所述的接口供电电路360包括电压输入端IN、电压输出端OUT、使能端USBEN、监测端USBFLAG以及过流保护器，所述的电压输入端IN与电压源VDD相连接，所述的电压输出端OUT与电源端VCC相连接，所述的使能端USBEN和监测端USBFLAG分别与主控单元2相连接，所述的主控单元2通过使能端USBEN控制接口供电电路360的通断，监测端USBFLAG在接口供电电路360异常时向主控单元2输出异常信号，所述的过流保护器用于监测接口供电电路360的输出电流。
进一步，所述的USB模块3还包括用于电压转换的升压电路340和降压电路350，所述升压电路340和降压电路350的输入与USB接口310的电源端VCC相连接，升压电路340的第一电压输出端VOUTL和降压电路350的第二电压输出端VOUTH分别与对应的智能控制器的功能模块相连接用于为功能模块供电。
进一步，所述的主控单元2与USB模块3、显示组件140、操作按键160以及断路器的采样组件相连接，所述的显示组件140用于显示主控单元2通过采样组件采集到的检测数据以及主控单元2的整定值，所述的操作按键160用于设定主控单元2的整定值；
智能控制器作为从设备时通过USB模块3的USB接口310与上位机通讯连接，所述的上位机能够通过USB接口310对主控单元2供电、读取检测数据完成分析测试以及修改主控单元2中的整定值；
智能控制器作为主设备时通过USB接口310与外部存储设备相连接，所述的外部存储设备能够读取主控单元2内的检测数据及整定值，并且USB接口310为外部存储设备供电。
进一步，所述USB接口310的电源端VCC与并联设置的第一电容C1、第二电容C2和二极管D5的一端相连接，所述第一电容C1、第二电容C2和二极管D5的另一端接地，其中第一电容C1和第二电容C2用于电源滤波，二极管D5用于抑制尖峰电压和静电保护，并且USB接口310还包括接地端GND和两个屏蔽端，所述的接地端GND和两个屏蔽端分别通过第五电阻R5和第六电阻R6与地相连接。
本发明的断路器的智能控制器通过USB接口及主从识别转换电路，实现了智能控制器既可以与上位机通讯连接，还可以对外部设备进行供电，优化了智能控制器的通讯连接方式，并且提高了智能控制器通讯接口使用的灵活性，进而便于控制器的安装及使用。
附图说明
图1是本发明的结构立体图；
图2是本发明的结构侧视图；
图3是本发明的主控单元的连接安装示意图；
图4是本发明的USB模块的连接安装示意图；
图5是本发明的USB接口的连接安装示意图；
图6是本发明的第一数据端和第二数据端的保护电路图；
图7是本发明的识别端USBID的保护电路图；
图8是本发明的识别电路的电路图；
图9是本发明的转换电路的电路图；
图10是本发明的升压电路的电路图；
图11是本发明的降压电路的电路图；
图12是本发明的接口供电电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1至12给出本发明的实施例，进一步说明本发明的断路器的智能控制器具体实施方式。本发明的断路器的智能控制器不限于以下实施例的描述。
图1和图2中的断路器的智能控制器包括壳体1，所述的壳体1上设有面板110、用于与断路器的采样组件相连接的输入接口120和用于与断路器的脱扣器205相连接的输出接口130，所述的面板110上设有显示组件140和操作按键160。特别地，面板110上还设有USB接口310，所述的输入接口120、输出接口130、显示组件140、USB接口310以及操作按键160分别与壳体1内安装的主控单元2相连接。并且输入接口120与断路器的采样组件相连接，所述的主控单元2将输入接口120采集到的信号进行处理后得到检测数据并送至输出接口130以及显示组件140中，所述的USB接口310与上位机相连接，所述的上位机可通过USB接口310与主控单元2进行通讯连接，例如上位机可以通过USB接口310读取检测数据完成分析测试。USB接口优化了断路器智能控制器的测试过程，提高了测试效率，同时基于USB接口的通用性以及上位机的灵活操作性，进一步可以完成对智能控制器的测试、分析、整定等功能，提高了智能控制器的使用灵活性。优选地，本发明的主控单元2采用的是DSP数字处理器，USB接口采用的是MINIUSB接口，并且主控单元2还与MCR复位模块相连接用于主控单元2的复位。
所述的壳体1安装在断路器的底座(图中未示出)内，所述断路器的底座内设有记忆单元，所述的记忆单元通过输入接口120与主控单元2相连接，并且主控单元2能够读取记忆单元中的检测数据及整定值，从而在更换智能控制器时能够完成检测数据和整定值的备份及同步设置。此外，输入接口120和输出接口130分别设置在壳体1的底部和顶部，并且壳体1的底部和顶部还分别设有用于壳体1与断路器安装的螺钉孔106。断路器的底座内设置的记忆单元，实现了在更换智能控制器时对原控制器内的数据及参数进行可靠备份，从而保证了更换前后数据及参数的一致性，提高了智能控制器互换的可操作性，进而便于控制器的生产及后续维护。并且输入及输出结构的设置位置以及螺钉孔的设计，均提高了智能控制器安装的简便性，进而便于更换操作。
所述的面板110上设有与USB接口310相对设置的保护盖101，所述保护盖101的边缘与面板110转动连接，并且保护盖101旋转至关闭状态时能够遮挡住USB接口310。具体地，面板110上还设有挂锁件102，保护盖101上开设有与挂锁件102相对设置的挂锁件过孔103，保护盖101旋转至关闭状态时挂锁件102穿过挂锁件过孔103并安装上挂锁，从而阻挡保护盖101打开。优选地，面板110的一端设有显示组件140，面板110的另一端设有面板安装槽104，所述的面板安装槽104上设有挂锁件102、USB接口310以及测试按键105，保护盖101的边缘与面板安装槽104的端部转动连接，并且保护盖101的厚度等于面板安装槽104的高度。保护盖对USB接口起到防尘防护的作用，提高了USB接口使用的稳定性。同时保护盖的安装方式便于USB接口的接线操作。挂锁件结构简单便于加工，提高了控制器的实用性。并且面板的布局结构美观，便于用户操作。
图3所示的是主控单元2的连接安装示意图，所述断路器的采样组件包括电流信号采样模块201和电压信号采样模块202，所述的输出接口130与脱扣器205相连接，所述的显示组件140用于显示主控单元2处理后得到的检测数据以及主控单元2的整定值，所述的主控单元2能够驱动脱扣器205完成断路器的脱扣动作，并且主控单元2与USB模块3相连接，上位机能够通过USB接口310对主控单元2供电、读取检测数据完成分析测试以及修改主控单元2中的整定值。其中整定值包括预先设定的电流整定值、电压整定值、延迟时间、温度阈值等参数。具体地，主控单元2还分别与电源转换器204、操作按键160以及测试按键105相连接，所述的电源转换器204用于提供主控单元2的工作电源，所述的操作按键160用于设定主控单元2的整定值，所述的测试按键105用于脱扣器205的测试，并且输出接口130还与通讯模块206相连接。上位机不仅可以读取数据以及修改整定参数，还可以对主控单元模拟断路器的各种故障情况，从而在智能控制器处于测试状态时对控制器的性能进行测试，并根据测试结果进行分析预测。可以看出本发明中USB接口的作用并不是简单的数据传送，而是与智能控制器有效结合从而扩展了智能控制器的使用功能，便于对智能控制器进行管理与维护，提高了使用效率。
所述的采样组件还包括温度信号采样模块203，所述的温度信号采样模块203用于采集断路器母排上的温度从而使得主控单元2能够检测断路器母排温度。优选地，温度信号采样模块203包括贴附在断路器母排表面的热电偶温度传感器。信号采集模块结构简单测量准确，保证了智能控制器的可靠监测。
图4中的主控单元2与USB模块3相连接，所述的USB模块3包括USB接口310、主从识别转换电路及电源电路。具体地，图4中虚线部分内的是主从识别转换电路，所述的主从识别转换电路分别与USB接口310及主控单元2相连接，所述的USB接口310与外部设备相连接，并且智能控制器作为从设备时通过外部设备给智能控制器供电；智能控制器作为主设备时主控单元2通过主从识别转换电路控制USB接口310给外部设备供电。所述的电源电路用于智能控制器作为主设备时给USB接口310以及用于电压转换从而为智能控制器中的功能模块供电，所述的功能模块指的是显示组件140、操作按键160、脱扣器205中的磁通等。优选地，智能控制器作为从设备时，外部设备可为上位机、测试仪器等；智能控制器作为主设备时，外部设备可为存储器，例如闪存U盘。本发明智能控制器上的具有主从识别转换功能的USB接口提高了智能控制器使用的灵活性，使得控制器不仅便于上位机的通讯连接测试，提高了智能控制器的测试效率，同时还能够作为主设备完成将控制器内部的数据进行转移存储，便于智能控制器的现场使用，并且保证了数据存储的稳定可靠性。
所述的主从识别转换电路包括识别电路320和转换电路330，图5中的USB接口310包括电源端VCC、第一数据端DM、第二数据端DP和识别端USBI D，所述的识别电路320分别与电源端VCC以及主控单元2相连接，所述的转换电路330分别与主控单元2以及识别端USBI D相连接，所述的主控单元2通过识别电路320监测电源端VCC的使用状态，并通过转换电路330控制识别端USBI D从而完成USB接口310的主从状态切换。优选地，如图6和图7所示的USB接口保护电路，所述的第一数据端DM和第二数据端DP分别通过用于保护的第一稳压二极管D1和第二稳压二极管D2接地，识别端USBID通过用于保护且并联设置的第三稳压二极管D3和第四稳压二极管D4接地。并且，USB接口310的电源端VCC与并联设置的第一电容C1、第二电容C2和二极管D5的一端相连接，所述第一电容C1、第二电容C2和二极管D5的另一端接地，其中第一电容C1和第二电容C2用于电源滤波，二极管D5用于抑制尖峰电压和静电保护，并且USB接口310还包括接地端GND和两个屏蔽端，所述的接地端GND和两个屏蔽端分别通过第五电阻R5和第六电阻R6与地相连接。主从识别转换电路的连接结构简单，保证了识别转换中的稳定可靠性，提高了工作效率。同时USB接口中的保护电路保证了接口在使用过程中的稳定性，提高了USB接口的电磁兼容性。
图8所示的是识别电路320的一种具体实施例的电路图，所述的识别电路320包括串联设置的第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的端部与USB接口310的电源端VCC相连接，所述第二电阻R2的端部接地，并且第一电阻R1与第二电阻R2的连接处设有与主控单元2相连接的识别中断端USBINT，并且主控单元2通过识别中断端USBINT监测电源端VCC的使用状态从而判断智能控制器的主从状态。识别电路结构简单，保证了工作可靠性。
图9所述的是转换电路330的一种具体实施例的电路图，所述的转换电路330包括场效应管Q1，所述场效应管Q1的栅极设有与主控单元2相连接的控制转换端USBIDC，场效应管Q1的源极与栅极通过第三电阻R3相连接，场效应管Q1的源极接地，场效应管Q1的漏极通过第四电阻R4与USB接口310的电源端VCC相连接，并且场效应管Q1的漏极与第四电阻R4的连接处与USB接口310的识别端USBID相连接，主控单元2通过控制转换端USBIDC和场效应管Q1控制识别端USBID从而完成USB接口310的主从状态切换。转换电路的结构稳定可靠。
图10、图11和图12所示的是电源电路，所述的电源电路包括接口供电电路360、升压电路340和降压电路350。所述的接口供电电路360分别与主控单元2和USB接口310的电源端VCC相连接，智能控制器作为主设备时主控单元2控制接口供电电路360向电源端VCC输入供电电压。具体地，接口供电电路360包括电压输入端IN、电压输出端OUT、使能端USBEN、监测端USBFLAG以及过流保护器，所述的电压输入端IN与电压源VDD相连接，所述的电压输出端OUT与电源端VCC相连接，所述的使能端USBEN和监测端USBFLAG分别与主控单元2相连接，所述的主控单元2通过使能端USBEN控制接口供电电路360的通断，监测端USBFLAG在接口供电电路360异常时向主控单元2输出异常信号，所述的过流保护器用于监测接口供电电路360的输出电流。所述的升压电路340和降压电路350用于电压转换，升压电路340和降压电路350的输入与USB接口310的电源端VCC相连接，升压电路340的第一电压输出端VOUTL和降压电路350的第二电压输出端VOUTH分别与对应的智能控制器的功能模块相连接用于为功能模块供电。
所述电源电路的一个具体实施例是，电压输入端IN与5V的电压源VDD相连接，电压输出端OUT则向电源端VCC输出5V电压，主控单元2向使能端USBEN输出低电平时接口供电电路360工作，反之输出高电平时禁止接口供电电路360工作，过流保护器监测到接口供电电路360出现过流过热等异常情况时，监测端USBFLAG向主控单元2输出低电平信号从而用于主控单元2的监测。升压电路340和降压电路350的输入均为电压为5V的电源，升压电路340的第一电压输出端VOUTL输出电压为24V的电源用于给脱扣器205中的磁通供电，降压电路350的第二电压输出端VOUTH输出电压为3.3V的电源用于给主控单元2提供工作电压。电源电路结构设计简单，充分利用了USB接口中的电源端VCC，不仅优化了电路设计结构，同时提高了USB模块的使用效率。
本发明的智能控制器上的USB模块3应用的具体实施例是，所述的主控单元2与USB模块3、显示组件140、操作按键160以及断路器的采样组件相连接，所述的显示组件140用于显示主控单元2通过采样组件采集到的检测数据以及主控单元2的整定值，所述的操作按键160用于设定主控单元2的整定值。智能控制器作为从设备时通过USB模块3的USB接口310与上位机通讯连接，所述的上位机能够通过USB接口310对主控单元2供电、读取检测数据完成分析测试以及修改主控单元2中的整定值。智能控制器作为主设备时通过USB接口310与外部存储设备相连接，所述的外部存储设备能够读取主控单元2内的检测数据及整定值，并且USB接口310为外部存储设备供电。优选地，智能控制器安装在断路器的底座内，主控单元2还与输入接口120相连接，输入接口120与采样组件相连接，并且所述断路器的底座内设有记忆单元，所述的记忆单元通过输入接口120与主控单元2相连接，并且主控单元2能够读取记忆单元中的检测数据及整定值，从而在更换智能控制器时能够完成检测数据和整定值的备份及同步设置。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种断路器的智能控制器，其特征在于：包括主控单元(2)和USB模块(3)，所述的USB模块(3)包括USB接口(310)及主从识别转换电路，所述的主从识别转换电路分别与USB接口(310)及主控单元(2)相连接，所述的USB接口(310)与外部设备相连接，并且智能控制器作为从设备时通过外部设备给智能控制器供电；智能控制器作为主设备时主控单元(2)通过主从识别转换电路控制USB接口(310)给外部设备供电；
所述的主从识别转换电路包括识别电路(320)和转换电路(330)，所述的USB接口(310)包括电源端VCC和识别端USB ID，所述的识别电路(320)分别与电源端VCC以及主控单元(2)相连接，所述的转换电路(330)分别与主控单元(2)以及识别端USB ID相连接，所述的主控单元(2)通过识别电路(320)监测电源端VCC的状态，并通过转换电路(330)控制识别端USBID从而完成USB接口(310)的主从状态切换；
所述的USB模块(3)还包括接口供电电路(360)，所述的接口供电电路(360)分别与主控单元(2)和USB接口(310)的电源端VCC相连接，智能控制器作为主设备时主控单元(2)控制接口供电电路(360)向电源端VCC输入供电电压；
所述的接口供电电路(360)包括电压输入端I N、电压输出端OUT、使能端USBEN、监测端USBFLAG以及过流保护器，所述的电压输入端I N与电压源VDD相连接，所述的电压输出端OUT与电源端VCC相连接，所述的使能端USBEN和监测端USBFLAG分别与主控单元(2)相连接，所述的主控单元(2)通过使能端USBEN控制接口供电电路(360)的通断，监测端USBFLAG在接口供电电路(360)异常时向主控单元(2)输出异常信号，所述的过流保护器用于监测接口供电电路(360)的输出电流。
2.根据权利要求1所述的断路器的智能控制器，其特征在于：所述的识别电路(320)包括串联设置的第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的端部与USB接口(310)的电源端VCC相连接，所述第二电阻R2的端部接地，并且第一电阻R1与第二电阻R2的连接处设有与主控单元(2)相连接的识别中断端USBINT，并且主控单元(2)通过识别中断端USBINT监测电源端VCC的使用状态从而判断智能控制器的主从状态。
3.根据权利要求1所述的断路器的智能控制器，其特征在于：所述的转换电路(330)包括场效应管Q1，所述场效应管Q1的栅极设有与主控单元(2)相连接的控制转换端USBIDC，场效应管Q1的源极与栅极通过第三电阻R3相连接，场效应管Q1的源极接地，场效应管Q1的漏极通过第四电阻R4与USB接口(310)的电源端VCC相连接，并且场效应管Q1的漏极与第四电阻R4的连接处与USB接口(310)的识别端USB ID相连接，主控单元(2)通过控制转换端USBIDC和场效应管Q1控制识别端USBID从而完成USB接口(310)的主从状态切换。
4.根据权利要求1所述的断路器的智能控制器，其特征在于：所述的USB接口(310)还包括分别与主控单元(2)相连接的第一数据端DM和第二数据端DP，所述的第一数据端DM和第二数据端DP分别通过用于保护的第一稳压二极管D1和第二稳压二极管D2接地，所述的识别端USBID通过用于保护且并联设置的第三稳压二极管D3和第四稳压二极管D4接地。
5.根据权利要求1所述的断路器的智能控制器，其特征在于：所述的USB模块(3)还包括用于电压转换的升压电路(340)和降压电路(350)，所述升压电路(340)和降压电路(350)的输入与USB接口(310)的电源端VCC相连接，升压电路(340)的第一电压输出端VOUTL和降压电路(350)的第二电压输出端VOUTH分别与对应的智能控制器的功能模块相连接用于为功能模块供电。
6.根据权利要求1至5任一项所述的断路器的智能控制器，其特征在于：所述的主控单元(2)与USB模块(3)、显示组件(140)、操作按键(160)以及断路器的采样组件相连接，所述的显示组件(140)用于显示主控单元(2)通过采样组件采集到的检测数据以及主控单元(2)的整定值，所述的操作按键(160)用于设定主控单元(2)的整定值；
智能控制器作为从设备时通过USB模块(3)的USB接口(310)与上位机通讯连接，所述的上位机能够通过USB接口(310)对主控单元(2)供电、读取检测数据完成分析测试以及修改主控单元(2)中的整定值；
智能控制器作为主设备时通过USB接口(310)与外部存储设备相连接，所述的外部存储设备能够读取主控单元(2)内的检测数据及整定值，并且USB接口(310)为外部存储设备供电。
7.根据权利要求1所述的断路器的智能控制器，其特征在于：所述USB接口(310)的电源端VCC与并联设置的第一电容C1、第二电容C2和二极管D5的一端相连接，所述第一电容C1、第二电容C2和二极管D5的另一端接地，其中第一电容C1和第二电容C2用于电源滤波，二极管D5用于抑制尖峰电压和静电保护，并且USB接口(310)还包括接地端GND和两个屏蔽端，所述的接地端GND和两个屏蔽端分别通过第五电阻R5和第六电阻R6与地相连接。
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