CN107340422A - 电压电流信号传感器电路 - Google Patents

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CN107340422A
CN107340422A CN201710611049.4A CN201710611049A CN107340422A CN 107340422 A CN107340422 A CN 107340422A CN 201710611049 A CN201710611049 A CN 201710611049A CN 107340422 A CN107340422 A CN 107340422A
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electric capacity
additionally coupled
voltage
module
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陶章亮
刘真强
林素欧
聂和东
吴金海
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    • GPHYSICS
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    • G01R15/18Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers

Abstract

本发明公开电压电流信号传感器电路,包括电源模块、信号采集单元模块、中央处理运算单元模块、通信处理模块和人机对话单元模块,通过信号采集单元模块采集电压或电流信息并经过放大滤波电路的处理,送入与信号采集单元模块连接的中央处理运算单元模块对接收到的信息进行判断、分析和处理,实现电压电流信号传感器的实时切换显示与主机的通讯传输,保证对电控火灾监控设备状态的监控。

Description

电压电流信号传感器电路
技术领域
本发明涉及传感器电路领域,具体涉及电压电流信号传感器电路。
背景技术
以下对本发明的相关技术背景进行说明,但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。
电气火灾监控设备由一台计算机作为主控上位机,配合防火漏电报警系统终端、剩余电流探测器和若干带分励脱扣功能的断路器,通过二总线连接到主控上位机,通过应用软件组成一个完整的防火漏电报警系统;主控机具有巡检、监控、声音报警、打印及查询系统等多种功能,完成智能化的管理;该系统采用集散控制方案,一台微型计算机可以监控512台防火漏电系统终端;防火漏电系统终端能够独立工作,可以通过系统终端现场查看用电的各项参数
但是现有的电气火灾监控设备会配有气体传感器用于对有毒有害气体的感应,配有烟雾传感器对产生烟雾进行感应,配有温度传感器对温度值和温度变化的速率进行感应,其并不对自身的设备进行检测,一旦电气火灾监控设备自身发生故障,就容易出现误报或者漏报现象,导致火灾误报或者发生火灾却没有报警,出现重大损失。
发明内容
本发明的目的是提供电压电流信号传感器电路,设置在电气火灾监控设备中,用于对自身的设备进行检测,防止出现意外造成损失。
为解决上述技术问题,本发明通过以下技术方案实现:电压电流信号传感器电路,包括:
电源模块,分别连接中央处理运算单元模块、人机对话单元模块、通信处理模块和信号采集单元模块并且对其提供电源;
信号采集单元模块,可对所需检测的线路采用电压或电流的采样,然后进行滤波处理,再输入至与其连接的中央处理运算单元模块;
中央处理运算单元模块,接收信号采集单元模块传输的信息并进行分析处理以及判断,实现电压电流信号传感器的实时切换显示,并连接有通讯处理模块保证通信传输;
通信处理模块,将中央处理运算单元模块的数据传输至监控设备,用于实现故障报警;
人机对话单元模块,连接至中央处理运算单元模块,用于方便用户直接查看不同线路的电压电流,实时监测电路中电流电压的运行参数。
优选地,所述电源模块包括相互连接的保护滤波电路和整流桥,以及第二二极管、第三电容、第四电容、稳压芯片;所述整流桥的正极输出连接至第二二极管的正极,其负极输出则连接至第三电容的另一端;所述第二二极管的负极连接第三电容的一端,所述第二二极管的负极还连接至稳压芯片的输入端,所述稳压芯片的输出端还连接有第四电容的一端,所述第四电容的一端还连接至电源输出端;所述第三电容的另一端、稳压芯片的GND端和第四电容的另一端都接地。
优选地,所述保护滤波电路包括瞬态抑制二极管、第一电容和第二电容,所述瞬态抑制二极管的一端和另一端连接有通讯总线;所述瞬态抑制二极管的一端还连接至第一电容的一端,所述瞬态抑制二极管的另一端还连接至第二电容的一端,所述第一电容和第二电容的另一端都接地,所述第一电容的一端还连接至整流桥的第一交流输入端,所述第二电容的一端还连接至整流桥的第二交流输入端。
优选地,所述信号采集单元模块包括若干电流采集模块,所述电流采集模块包括第一电流互感器、第九电阻和第一放大滤波电路;所述第一电流互感器的第一输入端和第二输入端连接至电控火灾监控设备中所需检测的线路采样电流;所述第一电流互感器的第三输出端连接至第九电阻的一端,其第四输出端则连接至第九电阻的另一端,用于将电流转换为电压,所述第九电阻的两端连接至第一放大滤波电路。
优选地,所述第一放大滤波电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一钳位二极管、第七电容、第八电容、第一运放;所述第九电阻的一端连接至第一钳位二极管的一端,所述第九电阻的另一端还连接至第一钳位二极管的另一端,所述第一钳位二极管的一端还连接至第七电容的一端,所述第一钳位二极管的另一端还连接至第七电容的另一端,所述第七电容的一端还连接至第十电阻的一端,所述第七电容的另一端还连接至第一运放的同相输入端,所述第一运放的同相输入端还连接至第十一电阻的一端,所述第十一电阻的另一端接地;所述第十电阻的另一端还连接至第一运放的反向输入端,所述第一运放的反向输入端还连接有第十二电阻的一端,所述第十二电阻的一端还连接第八电容的一端,所述第八电容的另一端还连接至第十二电阻的另一端,所述第十二电阻的另一端还连接至第一运放的输出端。
优选地,所述信号采集单元模块包括若干电压采集模块,所述电压采集模块包括第二电流互感器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第二放大滤波电路;所述所述第二电流互感器的第二输入端和第一电阻的一端连接至电控火灾监控设备中所需检测的线路,所述第一电阻的另一端与第二电流互感器的第一输入端之间依次串联有第二电阻、第三电阻和第四电阻;所述第二电流互感器的第三输出端连接至第五电阻的一端,其第四输出端则连接至第五电阻的另一端;所述第五电阻的两端连接至第二放大滤波电路。
优选地,所述第二放大滤波电路包括第五电阻、第二钳位二极管、第五电容、第六电容、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二运放;所述第五电阻的一端连接至第二钳位二极管的一端,所述第五电阻的另一端还连接至第二钳位二极管的另一端,所述第二钳位二极管的一端还连接至第五电容的一端,所述第二钳位二极管的另一端还连接至第五电容的另一端,所述第五电容的一端还连接至第六电阻的一端,所述第五电容的另一端还连接至第二运放的同相输入端,所述第二运放的同相输入端还连接至第七电阻的一端,所述第七电阻的另一端接地;所述第六电阻的另一端还连接至第二运放的反向输入端,所述第二运放的反向输入端还连接有第八电阻的一端,所述第八电阻的一端还连接第六电容的一端,所述第六电容的另一端还连接至第八电阻的另一端,所述第八电阻的另一端还连接至第二运放的输出端。
优选地,所述中央处理运算单元模块为18F25K22单片机,是PIC18系列的16bit单片机,有25个可编程I/O口,Program Flash Memory 32KB, RAMsize16K。
优选地,所述人机对话单元模块包括显示器用于实时监测回路电流电压运行参数,设置键盘用于完成人机对话的输入功能,设置LED指示灯用于指示电压电流信号传感器的运行状态。
优选地,所述通信处理模块通过RS485接口通讯方式将监测到的电压电流信号数据传输至电控火灾监控设备实现及时报警功能,并且采用直流载波通讯,使得通讯和输电线路结合。
本发明通过信号采集单元模块采集电压或电流信息并经过放大滤波电路的处理,送入与信号采集单元模块连接的中央处理运算单元模块对接收到的信息进行判断、分析和处理,实现电压电流信号传感器的实时切换显示与主机的通讯传输,保证对电控火灾监控设备状态的监控。
与现有技术相比,本发明的有益之处在于:1)信号采集单元模块可分别对电流和电压进行采样,并通过放大滤波电路进行处理,加强采取数据的准确性;2)中央处理运算单元模块对检测和接收到的数据信息进行判断、分析和处理,实现电压电流信号传感器的实时切换显示与主机的通讯传输,保证电路系统状态的监控;3)人机对话单元模块实现检测回路中电流电压运行参数,方便用户清晰支冠德查看不同线路的电压电流;4)通讯处理模块通过RS485接口通讯方式传输数据,且还采用直流载波通讯,使得通讯和输电线路结合,增加通讯距离,提高抗电磁干扰能力。
附图说明
通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分,本发明的特征和优点将变得更加容易理解,在附图中。
图1为本发明的电压电流信号传感器电路的示意图。
图2为本发明的电路中的电源模块的示意图。
图3为本发明的信号采集单元模块中的电流采样模块的示意图。
图4为本发明的信号采集单元模块中的电压采样模块的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述;对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的,而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
见图1至图4,电压电流信号传感器电路,电源模块,分别连接中央处理运算单元模块、人机对话单元模块、通信处理模块和信号采集单元模块并且对其提供电源;信号采集单元模块,可对所需检测的线路采用电压或电流的采样,然后进行滤波处理,再输入至与其连接的中央处理运算单元模块;中央处理运算单元模块,接收信号采集单元模块传输的信息并进行分析处理以及判断,实现电压电流信号传感器的实时切换显示,并连接有通讯处理模块保证通信传输;通信处理模块,将中央处理运算单元模块的数据传输至监控设备,用于实现故障报警;人机对话单元模块,连接至中央处理运算单元模块,用于方便用户直接查看不同线路的电压电流,实时监测电路中电流电压的运行参数;所述电源模块包括相互连接的保护滤波电路和整流桥D1,以及第二二极管D2、第三电容C3、第四电容C4、稳压芯片P1;所述整流桥D1的正极输出连接至第二二极管D2的正极,其负极输出则连接至第三电容C3的另一端;所述第二二极管D2的负极连接第三电容C3的一端,所述第二二极管D2的负极还连接至稳压芯片P1的输入端,所述稳压芯片P1的输出端还连接有第四电容C4的一端,所述第四电容C4的一端还连接至电源输出端VDD;所述第三电容C3的另一端、稳压芯片P1的GND端和第四电容C4的另一端都接地;所述保护滤波电路包括瞬态抑制二极管TVS1、第一电容C1和第二电容C2,,所述瞬态抑制二极管TVS1的一端和另一端连接有通讯总线;所述瞬态抑制二极管TVS1的一端还连接至第一电容C1的一端,所述瞬态抑制二极管TVS1的另一端还连接至第二电容C2的一端,所述第一电容C1和第二电容C2的另一端都接地,所述第一电容C1的一端还连接至整流桥D1的第一交流输入端,所述第二电容C2的一端还连接至整流桥D1的第二交流输入端;所述信号采集单元模块包括若干电流采集模块,所述电流采集模块包括第一电流互感器T1、第九电阻R9和第一放大滤波电路;所述第一电流互感器T1的第一输入端和第二输入端连接至电控火灾监控设备中所需检测的线路采样电流;所述第一电流互感器T1的第三输出端连接至第九电阻R9的一端,其第四输出端则连接至第九电阻R9的另一端,用于将电流转换为电压,所述第九电阻R9的两端连接至第一放大滤波电路;所述第一放大滤波电路包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第一钳位二极管DD1、第七电容C7、第八电容C8、第一运放US1;所述第九电阻R9的一端连接至第一钳位二极管DD1的一端,所述第九电阻R9的另一端还连接至第一钳位二极管DD1的另一端,所述第一钳位二极管DD1的一端还连接至第七电容C7的一端,所述第一钳位二极管DD1的另一端还连接至第七电容C7的另一端,所述第七电容C7的一端还连接至第十电阻R10的一端,所述第七电容C7的另一端还连接至第一运放US1的同相输入端,所述第一运放US1的同相输入端还连接至第十一电阻R11的一端,所述第十一电阻R11的另一端接地;所述第十电阻R10的另一端还连接至第一运放US1的反向输入端,所述第一运放US1的反向输入端还连接有第十二电阻R12的一端,所述第十二电阻R12的一端还连接第八电容C8的一端,所述第八电容C8的另一端还连接至第十二电阻R12的另一端,所述第十二电阻R12的另一端还连接至第一运放US1的输出端;所述信号采集单元模块包括若干电压采集模块,所述电压采集模块包括第二电流互感器T2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第二放大滤波电路;所述所述第二电流互感器T2的第二输入端和第一电阻R1的一端连接至电控火灾监控设备中所需检测的线路,所述第一电阻R1的另一端与第二电流互感器T2的第一输入端之间依次串联有第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4;所述第二电流互感器T2的第三输出端连接至第五电阻R5的一端,其第四输出端则连接至第五电阻R5的另一端;所述第五电阻R5的两端连接至第二放大滤波电路;所述第二放大滤波电路包括第五电阻R5、第二钳位二极管DD2、第五电容C5、第六电容C6、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二运放US2;所述第五电阻R5的一端连接至第二钳位二极管DD2的一端,所述第五电阻R5的另一端还连接至第二钳位二极管DD2的另一端,所述第二钳位二极管DD2的一端还连接至第五电容C5的一端,所述第二钳位二极管DD2的另一端还连接至第五电容C5的另一端,所述第五电容C5的一端还连接至第六电阻R6的一端,所述第五电容C5的另一端还连接至第二运放US2的同相输入端,所述第二运放US2的同相输入端还连接至第七电阻R7的一端,所述第七电阻R7的另一端接地;所述第六电阻R6的另一端还连接至第二运放US2的反向输入端,所述第二运放US2的反向输入端还连接有第八电阻R8的一端,所述第八电阻R8的一端还连接第六电容C6的一端,所述第六电容C6的另一端还连接至第八电阻R8的另一端,所述第八电阻R8的另一端还连接至第二运放US2的输出端;所述中央处理运算单元模块为18F25K22单片机,是PIC18系列的16bit单片机,有25个可编程I/O口,Program Flash Memory 32KB, RAMsize16K;所述人机对话单元模块包括显示器用于实时监测回路电流电压运行参数,设置键盘用于完成人机对话的输入功能,设置LED指示灯用于指示电压电流信号传感器的运行状态;所述通信处理模块通过RS485接口通讯方式将监测到的电压电流信号数据传输至电控火灾监控设备实现及时报警功能,并且采用直流载波通讯,使得通讯和输电线路结合。
本实施方式中,电源模块中的瞬态抑制二极管TVS1的两端连接至通讯总线,所述瞬态抑制二极管TVS1、第一电容C1和第二电容C2组成的保护滤波电路将通讯总线中的通讯电压滤波处理后,再经过整流桥D1整流,接着经过第二二极管D2、第三电容C3、第四电容C4和稳压芯片P1的稳压后转换为DC3.3V电压用于对与电源模块连接的中央处理运算单元模块、人机对话单元模块、通信处理模块和信号采集单元模块提供电源。
本实施方式中,信号采集单元模块包括若干电流采样模块和若干电压采样模块,优选为6个电压采样模块,3个电流采样模块。
本实施方式中,电流采样模块采用第一电流互感器T1将所需检测线路中的线路电流采集过来,通过第九电阻R9将电流转换为电压,再送入由第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第一钳位二极管DD1、第七电容C7、第八电容C8、第一运放US1组成的第一放大滤波电容进行处理,经过处理后将信息送入与其连接的中央处理运算单元模块进行分析处理。
本实施方式中,电压采样模块通过串联在一起的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4将所需检测线路中的电路电压转换为电流,再经过第二电流互感器T2和第五电阻R5将电流转换为电压,再送入由第五电阻R5、第二钳位二极管DD2、第五电容C5、第六电容C6、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二运放US2组成的第二放大滤波电路进行处理,经过处理后将信息送入与其连接的中央处理运算单元模块进行分析处理。
本实施方式中,中央处理运算单元模块采用采用18F25K22单片机,它是PIC18系列的16bit单片机,有25个可编程I/O口,Program Flash Memory 32KB, RAMsize16K;单片机将检测和接收到的信息进行判断、分析和处理,实现电压电流信号传感器的实时切换显示与主机的通信传输,保证对电路系统状态的监控。
本实施方式中,人机对话单元模块设置有显示器用于方便用户清晰直观地查看不同线路的电压电流,且显示器为LCD全中文液晶显示器,能够实现实时监测受控回路电流电压运行参数;还设置有键盘实现了人机对话的输入功能,可同时自由切换显示三路九相电压值和三相电流值;还设置有LED指示灯指示电压电流信号传感器的运行状态。
本实施方式中,电压电流信号传感器通过RS485接口通讯方式将电路系统的电压电流信号等数据传送到电器火灾监控设备,如发现了故障信号,可以及时报警;且还采用直流载波通讯技术,通讯和输电线路结合,增加通讯距离,提高抗电磁干扰能力,节省空间,降低成本。
虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述,但是应当理解,本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式,在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下,本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变,本发明的保护范围以权利要求书为准,任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.电压电流信号传感器电路,其特征在于:
电源模块,分别连接中央处理运算单元模块、人机对话单元模块、通信处理模块和信号采集单元模块并且对其提供电源;
信号采集单元模块,可对所需检测的线路采用电压或电流的采样,然后进行滤波处理,再输入至与其连接的中央处理运算单元模块;
中央处理运算单元模块,接收信号采集单元模块传输的信息并进行分析处理以及判断,实现电压电流信号传感器的实时切换显示,并连接有通讯处理模块保证通信传输;
通信处理模块,将中央处理运算单元模块的数据传输至监控设备,用于实现故障报警;
人机对话单元模块,连接至中央处理运算单元模块,用于方便用户直接查看不同线路的电压电流,实时监测电路中电流电压的运行参数。
2.根据权利要求1所述的电路,其特征在于:所述电源模块包括相互连接的保护滤波电路和整流桥(D1),以及第二二极管(D2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、稳压芯片(P1);所述整流桥(D1)的正极输出连接至第二二极管(D2)的正极,其负极输出则连接至第三电容(C3)的另一端;所述第二二极管(D2)的负极连接第三电容(C3)的一端,所述第二二极管(D2)的负极还连接至稳压芯片(P1)的输入端,所述稳压芯片(P1)的输出端还连接有第四电容(C4)的一端,所述第四电容(C4)的一端还连接至电源输出端(VDD);所述第三电容(C3)的另一端、稳压芯片(P1)的GND端和第四电容(C4)的另一端都接地。
3.根据权利要求2所述的电路,其特征在于:所述保护滤波电路包括瞬态抑制二极管(TVS1)、第一电容(C1)和第二电容(C2),所述瞬态抑制二极管(TVS1)的一端和另一端连接有通讯总线;所述瞬态抑制二极管(TVS1)的一端还连接至第一电容(C1)的一端,所述瞬态抑制二极管(TVS1)的另一端还连接至第二电容(C2)的一端,所述第一电容(C1)和第二电容(C2)的另一端都接地,所述第一电容(C1)的一端还连接至整流桥(D1)的第一交流输入端,所述第二电容(C2)的一端还连接至整流桥(D1)的第二交流输入端。
4.根据权利要求3所述的电路,其特征在于:所述信号采集单元模块包括若干电流采集模块,所述电流采集模块包括第一电流互感器(T1)、第九电阻(R9)和第一放大滤波电路;所述第一电流互感器(T1)的第一输入端和第二输入端连接至电控火灾监控设备中所需检测的线路采样电流;所述第一电流互感器(T1)的第三输出端连接至第九电阻(R9)的一端,其第四输出端则连接至第九电阻(R9)的另一端,用于将电流转换为电压,所述第九电阻(R9)的两端连接至第一放大滤波电路。
5.根据权利要求4所述的电路,其特征在于:所述第一放大滤波电路包括第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第一钳位二极管(DD1)、第七电容(C7)、第八电容(C8)、第一运放(US1);所述第九电阻(R9)的一端连接至第一钳位二极管(DD1)的一端,所述第九电阻(R9)的另一端还连接至第一钳位二极管(DD1)的另一端,所述第一钳位二极管(DD1)的一端还连接至第七电容(C7)的一端,所述第一钳位二极管(DD1)的另一端还连接至第七电容(C7)的另一端,所述第七电容(C7)的一端还连接至第十电阻(R10)的一端,所述第七电容(C7)的另一端还连接至第一运放(US1)的同相输入端,所述第一运放(US1)的同相输入端还连接至第十一电阻(R11)的一端,所述第十一电阻(R11)的另一端接地;所述第十电阻(R10)的另一端还连接至第一运放(US1)的反向输入端,所述第一运放(US1)的反向输入端还连接有第十二电阻(R12)的一端,所述第十二电阻(R12)的一端还连接第八电容(C8)的一端,所述第八电容(C8)的另一端还连接至第十二电阻(R12)的另一端,所述第十二电阻(R12)的另一端还连接至第一运放(US1)的输出端。
6.根据权利要求5所述的电路,其特征在于:所述信号采集单元模块包括若干电压采集模块,所述电压采集模块包括第二电流互感器(T2)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第二放大滤波电路;所述所述第二电流互感器(T2)的第二输入端和第一电阻(R1)的一端连接至电控火灾监控设备中所需检测的线路,所述第一电阻(R1)的另一端与第二电流互感器(T2)的第一输入端之间依次串联有第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4);所述第二电流互感器(T2)的第三输出端连接至第五电阻(R5)的一端,其第四输出端则连接至第五电阻(R5)的另一端;所述第五电阻(R5)的两端连接至第二放大滤波电路。
7.根据权利要求6所述的电路,其特征在于:所述第二放大滤波电路包括第五电阻(R5)、第二钳位二极管(DD2)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第二运放(US2);所述第五电阻(R5)的一端连接至第二钳位二极管(DD2)的一端,所述第五电阻(R5)的另一端还连接至第二钳位二极管(DD2)的另一端,所述第二钳位二极管(DD2)的一端还连接至第五电容(C5)的一端,所述第二钳位二极管(DD2)的另一端还连接至第五电容(C5)的另一端,所述第五电容(C5)的一端还连接至第六电阻(R6)的一端,所述第五电容(C5)的另一端还连接至第二运放(US2)的同相输入端,所述第二运放(US2)的同相输入端还连接至第七电阻(R7)的一端,所述第七电阻(R7)的另一端接地;所述第六电阻(R6)的另一端还连接至第二运放(US2)的反向输入端,所述第二运放(US2)的反向输入端还连接有第八电阻(R8)的一端,所述第八电阻(R8)的一端还连接第六电容(C6)的一端,所述第六电容(C6)的另一端还连接至第八电阻(R8)的另一端,所述第八电阻(R8)的另一端还连接至第二运放(US2)的输出端。
8.根据权利要求7所述的电路,其特征在于:所述中央处理运算单元模块为18F25K22单片机,是PIC18系列的16bit单片机,有25个可编程I/O口,Program Flash Memory 32KB,RAMsize16K。
9.根据权利要求8所述的电路,其特征在于:所述人机对话单元模块包括显示器用于实时监测回路电流电压运行参数,设置键盘用于完成人机对话的输入功能,设置LED指示灯用于指示电压电流信号传感器的运行状态。
10.根据权利要求9所述的电路,其特征在于:所述通信处理模块通过RS485接口通讯方式将监测到的电压电流信号数据传输至电控火灾监控设备实现及时报警功能,并且采用直流载波通讯,使得通讯和输电线路结合。
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