CN109143929B - 一种开窗拉幕系统控制电路及智能保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开窗拉幕系统控制电路及智能保护装置，解决了现有技术中减速机到达行程后不能停止的技术问题。该控制电路包括换相序固态继电器，换相序固态继电器设置在电机连接动力电源的线路上，用于供电相序变换；在换相序固态继电器连接电机的线路上设置电流检测模块，用于检测供电电流变化，并将检测获得的电流信号发送至单片机，单片机连接了数据存储模块，数据存储模块存储减速机正常运行时的电机电流数据。该智能保护装置设置了上述控制电路和比较模块，比较模块将减速机正常运行时的电机电流数据与减速机实际运行时的电机电流数据做比较，实际运行时的电机电流数据超过正常运行时的电机电流数据时，控制电机停机。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机控制电路，具体涉及一种开窗拉幕系统控制电路。本发明还涉及一种开窗拉幕系统智能保护装置。
背景技术
在温室、畜禽舍建筑上通常设置有薄膜或幕布，需要设置卷收系统进行卷放操作。现有的自动卷收系统中，采用减速机驱动卷膜器来进行薄膜或幕布升降，减速机包括电机和减速箱，电机正转和反转，分别可进行薄膜或幕布的卷收、展开操作。
展开薄膜或幕布的作业过程可以看成是减速机的开方向或开行程，卷收薄膜或幕布的作业过程可以看成是减速机的闭方向或闭行程，对应电机的正转或反转。
市场上现有的减速机，经常出现行程故障或其他原因造成到达行程后不能及时停止的现象，错误运行的减速机会把窗户或大棚结构造成严重的损坏，给用户造成极大的经济损失。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种开窗拉幕系统控制电路，可以安装在减速机上或者配电柜中，控制电机运转，智能检测并记忆每个用户系统的正常工作电流，实时监测系统状况。
本发明还提供了一种开窗拉幕系统智能保护装置，安装了上述开窗拉幕系统控制电路和比较模块，可以防止减速机到达行程后不能停止。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种开窗拉幕系统控制电路，用于控制开窗拉幕系统的电机，包括换相序固态继电器，所述换相序固态继电器设置在所述电机连接动力电源的线路上，用于供电相序变换；在所述换相序固态继电器连接所述电机的线路上设置电流检测模块，用于检测供电电流变化，并将检测获得的电流信号发送至单片机，所述单片机连接了数据存储模块，所述数据存储模块存储减速机正常运行时的电机电流数据。
优选地，所述换相序固态继电器连接换相控制开关模块，所述换相控制开关模块连接至继电器驱动芯片，所述继电器驱动芯片连接至相序控制与缺相检测芯片，所述相序控制与缺相检测芯片连接至所述单片机，接收所述单片机发出的电机正转/反转控制信号。
优选地，所述开窗拉幕系统控制电路还包括相序检测模块，所述相序检测模块分别连接动力电源和所述相序控制与缺相检测芯片，用于检测动力电源每一相的电信号，所述相序检测模块对应动力电源每一相的电信号均设置有光电晶体管，将动力电源每一相的电信号转化为检测信号输出至所述相序控制与缺相检测芯片。
优选地，所述相序控制与缺相检测芯片与所述继电器驱动芯片之间的信号传输路径上设置有行程限位开关信号传输与控制模块，接收行程限位开关的信号，控制所述传输路径的通断。
优选地，所述电流检测模块设置有电流互感器，所述电流互感器与三相线中的任意一相耦合，经过整流、稳压处理后将检测获得的电流信号发送至所述单片机。
优选地，所述开窗拉幕系统控制电路还包括控制开关信号传输模块，所述控制开关信号传输模块分别连接控制开关和所述单片机，所述控制开关信号传输模块包括手动控制开关信号传输模块和自动控制开关信号传输模块，均设置有光电晶体管，将控制开关的电信号转化为控制信号输出至所述单片机。
优选地，所述开窗拉幕系统控制电路还包括主电路板电源转换模块，所述主电路板电源转换模块连接动力电源，将动力电源变压、整流、稳压处理后输出至主电路板。
优选地，所述主电路板电源转换模块包括并联的第一电源转换模块和第二电源转换模块，所述第一电源转换模块将动力电源变压、整流、稳压处理后输出至主电路板，所述第二电源转换模块将动力电源变压、整流处理后输出至主电路板，为所述光电晶体管供电。
优选地，所述开窗拉幕系统控制电路还包括温度监控模块，所述温度监控模块设置有热敏电阻，检测所述电机的温度，将温度信号传输至所述单片机。
优选地，所述开窗拉幕系统控制电路还包括电压监控模块，所述电压监控模块连接至所述主电路板电源转换模块，检测所述电机的电压，将电压信号传输至所述单片机。
优选地，所述开窗拉幕系统控制电路还包括减速机行程检测模块，所述减速机行程检测模块设置有位置信号电位器，检测所述减速机的行程，将行程信号传输至所述单片机。
本发明还提供一种开窗拉幕系统智能保护装置，包括以上所述的开窗拉幕系统控制电路，还包括比较模块，所述比较模块将减速机正常运行时的电机电流数据与减速机实际运行时的电机电流数据做比较，所述减速机实际运行时的电机电流数据超过所述减速机正常运行时的电机电流数据时，控制所述电机停机。
优选地，所述减速机正常运行时的电机电流数据包括开方向的电机电流数据和闭方向的电机电流数据，所述减速机实际运行时的电机电流数据也包括实际运行时开方向的电机电流数据和实际运行时闭方向的电机电流数据。
采用上述结构设置的开窗拉幕系统控制电路具有以下优点：
具备控制减速机正反转的功能；具备动力电源相序错误自动调节的功能；
具备动力电源缺相保护的功能；具备电机过电压，欠电压保护的功能；具备电机过载保护的功能；具备电机过温保护的功能；具备减速机位置信号输出的功能；具备手动/自动控制模式的功能；具备计算机控制模式的功能。
采用上述结构设置的开窗拉幕系统智能保护装置具有以下优点：
本发明智能检测并记忆每个用户系统的正常工作电流，实时监测系统状况，当电流超出用户系统正常范围时，控制减速机自动停止，及时保护窗户或大棚结构不被减速机损坏。
附图说明
图1是本发明实施例中开窗拉幕系统的工作流程图；
图2是本发明实施例中开窗拉幕系统的结构框图；
图3是本发明实施例中开窗拉幕系统的主电路板电源转换模块电路图；
图4是本发明实施例中开窗拉幕系统的单片机检测控制电路图；
图5是本发明实施例中开窗拉幕系统的相序和电流检测及换相输出控制电路图；
图6是本发明实施例中开窗拉幕系统的控制开关信号传输模块电路图；
图7是本发明实施例中开窗拉幕系统的数据存储模块电路图；
图8是本发明实施例中开窗拉幕系统的数据线接口模块电路图；
图9是本发明实施例中开窗拉幕系统的温度监控模块电路图；
图10是本发明实施例中开窗拉幕系统的电压监控模块电路图；
图11是本发明实施例中开窗拉幕系统的通讯接口模块电路图；
图12是本发明实施例中开窗拉幕系统的看门狗模块电路图；
图13是本发明实施例中开窗拉幕系统的减速机行程检测模块电路图；
图14是本发明实施例中开窗拉幕系统的减速机行程检测模块电路图；
图15是本发明实施例中开窗拉幕系统的正反转信号输出模块电路图；
图16是本发明实施例中开窗拉幕系统的电流检测模块电路图；
图17是本发明实施例中开窗拉幕系统的行程限位开关信号传输与控制模块电路图；
图18是本发明实施例中开窗拉幕系统的换相控制开关模块电路图；
图19是本发明实施例中开窗拉幕系统的相序检测模块电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
以下描述的部件之间的“连接”，如无特别说明，均是指电路连接。
实施例1
如图2、图4、图5所示为本发明实施例1，本实施例中一种开窗拉幕系统控制电路，控制开窗拉幕系统的电机，包括换相序固态继电器，换相序固态继电器设置在电机连接动力电源的线路上，用于供电相序变换；在换相序固态继电器连接电机的线路上设置电流检测模块，用于检测供电电流变化，并将检测获得的电流信号发送至单片机U12，单片机U12连接了数据存储模块，数据存储模块存储减速机正常运行时的电机电流数据。
将减速机正常运行时的电机电流数据与减速机实际运行时的电机电流数据做比较，就可以监测开窗拉幕系统的工作状况，了解是否发生了错误运行。
如图5所示，换相序固态继电器通过换向控制接口J5连接换相控制开关模块，换相控制开关模块连接至继电器驱动芯片U4，继电器驱动芯片U4连接至相序控制与缺相检测芯片U5A，相序控制与缺相检测芯片U5A连接至单片机U12，接收单片机U12发出的电机正转/反转控制信号。
从单片机U12的端口IO22发出的是电机开信号，包括电机正转/反转控制信号，发送至相序控制与缺相检测芯片U5A，低电平为逆相序，高电平为顺相序。从单片机U12的端口IO1发出的是电机停信号，直接发送至继电器驱动芯片U4，停机时为低电平，即控制电机停机时也是通过换相序固态继电器来实现的。
继电器驱动芯片U4，型号可选用ULN2003。相序控制与缺相检测芯片U5A，型号可选用DF783A。单片机U12，型号可选用F1516。
如图5、图18所示，换相控制开关模块包括两组继电器模块REL1、REL2，通过控制两组继电器模块REL1、REL2的通断，来控制换相序固态继电器换向，从而控制开窗拉幕系统的电机的正反转。可以设定当两组继电器模块REL1、REL2均断开时，来控制换相序固态继电器实现控制电机停机。
如图5所示，开窗拉幕系统控制电路还包括相序检测模块，相序检测模块分别连接动力电源和相序控制与缺相检测芯片U5A，用于检测动力电源每一相的电信号，相序检测模块对应动力电源每一相的电信号均设置有光电晶体管，将动力电源每一相的电信号转化为检测信号输出至相序控制与缺相检测芯片U5A。
如图5、图19所示，相序检测模块通过接口J1连接动力电源，接口J1引出三个接头L1、L2、L3，分别对应动力电源的三相电，光电晶体管U1、U2、U3的信号输入端(光电晶体管中的发光二极管两端)分别连接其中的两相，信号输出端(光电晶体管中的光敏三极管的发射极)连接至相序控制与缺相检测芯片U5A的三个接口，光电晶体管U1、U2、U3中的光敏三极管的集电极端连接至主电路板电源转换模块的主电源供电线路(VCC1是VCC经过电感LP4滤波后的输出)。如果三相电发生缺相或者相序错误，相序控制与缺相检测芯片U5A就可以准确检测到。
如图5、图17所示，相序控制与缺相检测芯片U5A与继电器驱动芯片U4之间的信号传输路径上设置有行程限位开关信号传输与控制模块，接收行程限位开关的信号SAF，控制传输路径的通断。行程限位开关信号传输与控制模块包括继电器模块RY1，行程限位开关的信号SAF可以控制继电器模块RY1的通断，来控制传输路径的通断。行程限位开关的信号SAF是减速机行程开关发出的信号，经过行程信号输入接口J9输入至行程限位开关信号传输与控制模块。
如图5、图16所示，电流检测模块设置有电流互感器CA1，电流互感器CA1与三相线中的任意一相耦合，经过整流、稳压处理后将检测获得的电流信号发送至单片机U12。该电流信号可以反映减速机实际运行时的电机电流数据。
如图16所示，电流互感器CA1引出了一条信号输出线路和一条地线，在信号输出线路上依次串联了电解电容C5、二极管D7(正接)、电感LP20；在信号输出线路和地线之间依次连接了电阻R44、二极管D8(反接)、电解电容C6、瞬态抑制二极管V2(反接)、电容C28；在地线上连接了电感LP26。
瞬态抑制二极管可以起到免受各种浪涌脉冲损坏电路的作用。
在电流互感器CA1引出的线路上，信号输出线路和地线之间首先连接电阻R44，电解电容C5位于电阻R44之后，二极管D8位于电解电容C5之后，二极管D7位于二极管D8之后，电解电容C6位于二极管D7之后，瞬态抑制二极管V2位于电解电容C6之后，电感LP20、电感LP26位于瞬态抑制二极管V2之后，电容C28位于电感LP20、电感LP26之后。
如图4、图6所示，开窗拉幕系统控制电路还包括控制开关信号传输模块，控制开关信号传输模块分别连接控制开关和单片机U12，控制开关信号传输模块包括手动控制开关信号传输模块和自动控制开关信号传输模块，均设置有光电晶体管，将控制开关的电信号转化为控制信号输出至单片机U12。
如图6所示，手动控制开关信号传输模块通过接口J8、J81连接手动开关，手动控制开关信号传输模块中的光电晶体管U6输出手动开信号，光电晶体管U8输出手动闭信号。光电晶体管U7输出自动有效信号，此时自动控制开关信号传输模块输出的信号有效。
自动控制开关信号传输模块通过接口J6连接自动开关，自动控制开关信号传输模块中的光电晶体管U9输出自动开信号，光电晶体管U10输出自动闭信号。自动开关是指开窗拉幕系统所设置的外界环境温度、湿度、风速等类型开关，可以提供外界环境参数。
接口J8、J81、J6均连接至主电路板电源转换模块的光耦电源供电线路VC1，为光电晶体管U6、U7、U8、U9、U10中的发光二极管提供电压信号，光电晶体管U6、U7、U8、U9、U10中的光敏三极管的集电极连接至主电路板电源转换模块的主电源供电线路VCC，发射极连接至地线，信号输出均来集电极。
如图3所示，开窗拉幕系统控制电路还包括主电路板电源转换模块，主电路板电源转换模块连接动力电源，将动力电源变压、整流、稳压处理后输出至主电路板。
主电路板电源转换模块包括并联的第一电源转换模块和第二电源转换模块，第一电源转换模块将动力电源变压、整流、稳压处理后输出至主电路板，第二电源转换模块将动力电源变压、整流处理后输出至主电路板，为光电晶体管供电。
具体地，如图3所示，主电路板电源转换模块包括两个输入接头L1、L2，对外连接动力电源三相电其中的两相，对内连接至变压器B1，从变压器B1引出两条并联的供电线路，分别为主电源供电线路和光耦电源供电线路，主电源供电线路的输出用VCC表示，光耦电源供电线路的输出用VC1表示。光耦电源供电线路为图6中的控制开关信号传输模块供电，也为图18中的换相控制开关模块供电。主电源供电线路为其他大部分电路模块供电。
在变压器B1之前的线路上，两个输入接头L1、L2之间首先连接了压敏电阻YM1，型号可选用20K681。压敏电阻YM1对瞬时过电压的响应快，可以起到防雷电的作用。
在变压器B1之后的线路上，主电源供电线路包括火线VCC和地线GND，火线和地线之间首先连接了双向瞬态抑制二极管TVS1，然后火线和地线接入整流桥芯片BV1，型号可选用KBP307。在整流桥芯片BV1之后的线路上，火线上依次串联了电感LBQ1、稳压芯片V1(型号可选用LM1117-5V)、电感LP1；火线和地线之间依次连接了电解电容C1、电解电容C3、电容C7、电容C8、电解电容C4、瞬态抑制二极管TVS3(反接)；地线上依次串联了电感LBQ、LP2。
在整流桥芯片BV1之后的线路上，火线和地线之间首先连接了电解电容C1，电感LBQ1、电感LBQ位于电解电容C1之后，电解电容C3位于电感LBQ1、电感LBQ之后，电容C7位于电解电容C3之后，此处还引出了电压监控端VIN连接电压监控模块。稳压芯片V1位于电容C7之后，稳压芯片V1设置有三个接口，接口1连接地线。电容C8位于稳压芯片V1之后，电解电容C4位于电容C8之后，瞬态抑制二极管TVS3位于电解电容C4之后，电感LP1、电感LP2位于瞬态抑制二极管TVS3之后。
稳压芯片V1起到VCC稳压作用，电压监控端VIN设置在稳压芯片V1之前，所以还能起到检测电机电压的作用。
在变压器B1之后的线路上，光耦电源供电线路包括火线VC1和地线GN1，火线和地线之间首先连接了双向瞬态抑制二极管TVS2，然后火线和地线接入整流桥芯片BV2，型号可选用DF08。在整流桥芯片BV2之后的线路上，火线和地线之间连接了电解电容C2。
如图4、图9所示，开窗拉幕系统控制电路还包括温度监控模块，温度监控模块设置有热敏电阻J11，可以检测电机的温度，将温度信号传输至单片机U12。图9中LP29、LP30、LP31、LP32、LP13均是电感。
如图4、图10所示，开窗拉幕系统控制电路还包括电压监控模块，电压监控模块连接至主电路板电源转换模块，可以检测电机的电压，将电压信号传输至单片机U12。
如图4、图13所示，开窗拉幕系统控制电路还包括减速机行程检测模块，减速机行程检测模块设置有位置信号电位器J7，检测减速机的行程，将行程信号传输至单片机U12。
图13中减速机行程检测模块除了向单片机U12输出行程信号之外，还设置了向外输出的端口J12，供其他使用需要。减速机行程检测模块也可以简化成图14中的电路，仅向单片机U12传输行程信号。图13中LP17、LP18为电感，图14中LP17为电感。
此外，开窗拉幕系统控制电路还包括数据存储模块、数据线接口模块、通讯接口模块、看门狗模块、正反转信号输出模块等电路模块。这些电路模块均连接了单片机U12的特定接口，这些电路模块的详细结构可参考说明书附图所示，此处不再做文字介绍。
如图7所示，数据存储模块设置有数据存储芯片U15，型号可选用AT24C02。数据存储芯片U15中除了存储减速机正常运行时的电机电流数据之外，还存储了计算机程序，用于减速机正常运行时的电机电流数据与减速机实际运行时的电机电流数据做比较。
如图8所示，通过数据线接口模块可以向数据存储芯片U15中写入计算机程序。
如图15、图4、图5所示，正反转信号输出模块中设置有放大器U11B，型号可选用LM2904。放大器U11B的同相输入端连接单片机U12的接口IO22，输出端连接相序控制与缺相检测芯片U5A。
实施例2
如图1、图2所示，在该实施例中提供了一种开窗拉幕系统智能保护装置，包括实施例1中所述的开窗拉幕系统控制电路，还包括比较模块，比较模块将减速机正常运行时的电机电流数据与减速机实际运行时的电机电流数据做比较，减速机实际运行时的电机电流数据超过减速机正常运行时的电机电流数据时，控制电机停机。
比较模块是计算机程序，可以设置在图7中所示的数据存储模块中，比较模块的工作流程参考图1所示。
减速机正常运行时的电机电流数据包括开方向的电机电流数据和闭方向的电机电流数据，减速机实际运行时的电机电流数据也包括实际运行时开方向的电机电流数据和实际运行时闭方向的电机电流数据。
本装置可以安装在减速机上或者配电柜中，智能检测并记忆每个用户系统的正常工作电流，实时监测系统状况，当电流超出用户系统正常范围时，控制减速机自动停止，防止减速机到行程后不能停止而对窗户或大棚结构造成的严重损坏。
以上仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种开窗拉幕系统控制电路，用于控制开窗拉幕系统的电机，其特征在于，包括换相序固态继电器，所述换相序固态继电器设置在所述电机连接动力电源的线路上，用于供电相序变换；在所述换相序固态继电器连接所述电机的线路上设置电流检测模块，用于检测供电电流变化，并将检测获得的电流信号发送至单片机，所述单片机连接了数据存储模块，所述数据存储模块存储减速机正常运行时的电机电流数据；
将减速机正常运行时的电机电流数据与减速机实际运行时的电机电流数据做比较，监测开窗拉幕系统是否发生了错误运行；
所述换相序固态继电器连接换相控制开关模块，所述换相控制开关模块连接至继电器驱动芯片，所述继电器驱动芯片连接至相序控制与缺相检测芯片，所述相序控制与缺相检测芯片连接至所述单片机，接收所述单片机发出的电机正转/反转控制信号；
所述开窗拉幕系统控制电路还包括减速机行程检测模块，所述减速机行程检测模块设置有位置信号电位器，检测所述减速机的行程，将行程信号传输至所述单片机；
相序控制与缺相检测芯片与继电器驱动芯片之间的信号传输路径上设置有行程限位开关信号传输与控制模块，接收行程限位开关的信号，控制传输路径的通断；
行程限位开关信号传输与控制模块包括继电器模块，行程限位开关的信号可以控制继电器模块的通断，来控制传输路径的通断，行程限位开关的信号是减速机行程开关发出的信号，经过行程信号输入接口输入至行程限位开关信号传输与控制模块。
2.如权利要求1所述的开窗拉幕系统控制电路，其特征在于，所述开窗拉幕系统控制电路还包括相序检测模块，所述相序检测模块分别连接动力电源和所述相序控制与缺相检测芯片，用于检测动力电源每一相的电信号，所述相序检测模块对应动力电源每一相的电信号均设置有光电晶体管，将动力电源每一相的电信号转化为检测信号输出至所述相序控制与缺相检测芯片。
3.如权利要求1所述的开窗拉幕系统控制电路，其特征在于，所述电流检测模块设置有电流互感器，所述电流互感器与三相线中的任意一相耦合，经过整流、稳压处理后将检测获得的电流信号发送至所述单片机。
4.如权利要求1所述的开窗拉幕系统控制电路，其特征在于，所述开窗拉幕系统控制电路还包括控制开关信号传输模块，所述控制开关信号传输模块分别连接控制开关和所述单片机，所述控制开关信号传输模块包括手动控制开关信号传输模块和自动控制开关信号传输模块，均设置有光电晶体管，将控制开关的电信号转化为控制信号输出至所述单片机。
5.如权利要求1所述的开窗拉幕系统控制电路，其特征在于，所述开窗拉幕系统控制电路还包括主电路板电源转换模块，所述主电路板电源转换模块连接动力电源，将动力电源变压、整流、稳压处理后输出至主电路板。
6.如权利要求5所述的开窗拉幕系统控制电路，其特征在于，所述开窗拉幕系统控制电路还包括温度监控模块，所述温度监控模块设置有热敏电阻，检测所述电机的温度，将温度信号传输至所述单片机；
所述开窗拉幕系统控制电路还包括电压监控模块，所述电压监控模块连接至所述主电路板电源转换模块，检测所述电机的电压，将电压信号传输至所述单片机。
7.一种开窗拉幕系统智能保护装置，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的开窗拉幕系统控制电路，还包括比较模块，所述比较模块将减速机正常运行时的电机电流数据与减速机实际运行时的电机电流数据做比较，所述减速机实际运行时的电机电流数据超过所述减速机正常运行时的电机电流数据时，控制所述电机停机。
8.如权利要求7所述的开窗拉幕系统智能保护装置，其特征在于，所述减速机正常运行时的电机电流数据包括开方向的电机电流数据和闭方向的电机电流数据，所述减速机实际运行时的电机电流数据也包括实际运行时开方向的电机电流数据和实际运行时闭方向的电机电流数据。
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