CN110264659A - 一种复合型电气火灾监控探测器及其监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种复合型电气火灾监控探测器及其监控方法，包括：输入电压检测器、剩余电流互感器、第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、第四电流互感器、测温传感器、第一阻容滤波网络、第二阻容滤波网络、第三阻容滤波网络、第四阻容滤波网络、第五阻容滤波网络、第六阻容滤波网络、2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元、微处理器、输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB‑IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元及AC/DC电源变换单元；并采用上述监控探测器实现其监控方法；本发明减少共模干扰信号产生的误报警，改善了剩余电流、三相电流有效值测量的准确性，并在扩展测量范围的基础上确保了高低端信号的测量精度。
Description
技术领域
本发明属于电气防火领域，具体涉及一种复合型电气火灾监控探测器及其监控方法。
背景技术
近年来，我国电气火灾一直处于高发多发态势，并造成了重大的人员伤亡和财产损失。为此、多年来我们一直致力于电气防火相关课题的研究工作。针对目前电气火灾监控产品在实际应用中反应比较突出的问题，我们进行了深入的调查和研究。通过近两年的课题研究，我们发现市场现有的产品普遍存在着误报、漏报、或系统瘫痪的问题。分析其主要原因可以归纳为：1、现阶段大多数电气火灾监控系统的安装只是为了满足强制性验收规范要求而设置的，根本没有充分考虑产品的使用环境、电气线路的负载特性、应用需求和产品报警性能的匹配等问题。2、广泛存在着产品安装以后维护管理缺失的问题。3、部分产品的功能和抗干扰能力不足的问题。4、产品的安装、布线施工不规范出现的问题。其中产品的误报问题是目前市场反应最强烈最突出的问题。为此我们对其开展了实地考察和系统的研究工作。研究过程中发现误报的产生主要体现在用电设备增减、启停情况下导致剩余电流探测器的误报；负载的正常泄漏和电气火灾监控探测报警阈值不匹配产生的误报；系统接线错误产生的误报；探测器受变频类负载干扰产生的误报；产品的电磁兼容性能差产生的误报。
从工程应用角度出发我们还开展了住宅类建筑电气火灾监控类产品的适应性研究，市政公共设施电气火灾监控类产品的适应性研究、古建筑电气火灾监控类产品的适应性研究。老旧建筑改造的电气火灾监控类产品的适应性研究。研究结果表明尽管现有的电气火灾探测类产品得到了广泛的应用，但是针对特定的场所其功能和性能上还无法满足其应用需求。因此，应用中遇到的问题还有待新的技术和新的产品并逐步解决。本课题发明的产品主要以解决上述问题为出发点并建立在多年的电气火灾监控系统设计经验的基础上研发的。其关键技术主要体现在解决上述问题所采取的实施方法上。
发明内容
基于以上技术不足，本发明提出一种复合型电气火灾监控探测器及其监控方法，其目的在于提供一种电磁兼容性能较好、测量精度高、测量范围宽、具有负载电流监测报警功能、具有剩余电流监测报警功能、温度检测报警功能、电流谐波检测报警功能、剩余电流报警阈值自适应调节功能，基于NB-IOT无线通讯功能的一种复合型电气火灾监控探测器。为减少误报增加产品适用性，一种复合型电气火灾监控探测器，包括：输入电压检测器、剩余电流互感器、第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、第四电流互感器、测温传感器、第一阻容滤波网络、第二阻容滤波网络、第三阻容滤波网络、第四阻容滤波网络、第五阻容滤波网络、第六阻容滤波网络、2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元、微处理器、输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元及AC/DC电源变换单元；
输入电压检测器与第一阻容滤波网络相连接，第一阻容滤波网络与2通道模拟前端中第一通道相连接，剩余电流互感器与第二阻容滤波网络相连接，第二阻容滤波网络与2通道模拟前端中第二通道相连接，2通道模拟前端输出端与微处理器通过SPI接口相连接，第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、第四电流互感器分别与第三阻容滤波网络、第四阻容滤波网络、第五阻容滤波网络、第六阻容滤波网络相连接，第三阻容滤波网络、第四阻容滤波网络、第五阻容滤波网络、第六阻容滤波网络分别与4通道模拟前端第一通道、第二通道、第三通道、第四通道相连接，4通道模拟前端输出端与微处理器通过SPI接口相连接，测温传感器与放大滤波单元相连接，放大滤波单元与微处理器相连接，微处理器分别与输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元及AC/DC电源变换单元相连接，AC/DC电源变换单元分别与2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元、微处理器、输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元相连接；
所述输入电压检测器，将电压输入火线与零线分别输入电压检测器，通过输入电压检测器检测输入电压信号变化，并将检测到的电压信号传递到第一阻容滤波网络；
所述剩余电流互感器，用来检测剩余电流，并将检测到的剩余电流差分值输入到第二阻容滤波网络；
所述第一电流互感器，检测A相电流，并将A相电流检测结果，即A相电流差分值输入到第三阻容滤波网络；
所述第二电流互感器，检测B相电流，并将B相电流检测结果，即B相电流差分值输入到第四阻容滤波网络；
所述第三电流互感器，检测C相电流，并将C相电流检测结果，即C相电流差分值输入到第五阻容滤波网络；
所述第四电流互感器，检测N相电流，并将N相电流检测结果，即N相电流差分值输入到第六阻容滤波网络；
所述测温传感器，检测配电线缆的温度或者环境温度，并将检测结果输入到放大滤波单元；
所述第一阻容滤波网络，接收输入电压检测器传递过来的电压信号，经过第一阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给2通道模拟前端第一通道；
所述第二阻容滤波网络，接收剩余电流互感器传递过来的剩余电流差分值，经过第二阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给2通道模拟前端第二通道；
所述第三阻容滤波网络，接收第一电流互感器传递过来的A相电流差分值，经过第三阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第一通道；
所述第四阻容滤波网络，接收第二电流互感器传递过来的B相电流差分值，经过第四阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第二通道；
所述第五阻容滤波网络，接收第三电流互感器传递过来的C相电流差分值，经过第五阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第三通道；
所述第六阻容滤波网络，接收第四电流互感器传递过来的N相电流差分值，经过第六阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第四通道；
所述2通道模拟前端，分别接收第一阻容滤波网络、第二阻容滤波网络滤波后结果，分别在第一通道和第二通道中，将滤波后结果经过可变增益差分运算放大器，并将可变增益差分运算放大器输出从模拟信号转换为数字信号，并将数字信号通过SPI接口传递给微处理器；
所述4通道模拟前端，分别接收第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、第四电流互感器传递过来的A相、B相、C相、N相电流差分值，并将A相、B相、C相、N相电流差分值分别在第一通道、第二通道、第三通道、第四通道中，通过可变增益差分运算放大器，并将可变增益差分运算放大器输出从拟信号转换为数字信号，并将数字信号经过相位补偿，得到与输入相位一致的相位补偿结果，将相位补偿结果通过低通滤波器，得到滤波后的输出，将滤波后的输出通过SPI接口传递给微处理器；
所述放大滤波单元，接收测温传感器检测结果，并将该检测结果进行信号放大并且滤波，得到放大滤波结果，并将放大滤波结果传递给微处理器；
所述微处理器，分别接收2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元传递过来的信号，分别将2通道模拟前端、4通道模拟前端传递过来的信号进行平方运算、求和运算、开方运算，分别得到剩余电流有效值、A相、B相、C相、N相电流有效值，根据剩余电流有效值、A相、B相、C相、N相电流有效值，分别调节2通道模拟前端或者4通道模拟前端中可变增益差分运算放大器的放大增益；若剩余电流有效值大于剩余电流报警阈值，则将剩余电流报警信息分别发送到输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；若A相、B相、C相、N相电流有效值分别大于其对应的报警阈值，则将电流报警信息分别发送给输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；接收放大滤波单元传递过来的放大滤波结果，若放大滤波结果大于温度设定阈值，则温度报警阈值分别发送给输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；
所述输出控制及LED指示单元，接收微处理器中传递过来的报警信息，将报警信息传递给输出控制端，根据报警信息，使与输出控制端相连接的被控制对象作出相应动作，同时LED报警灯被点亮；
所述液晶显示单元，显示实时检测的剩余电流有效值、A相、B相、C相和N相电流有效值、环境温度检测值、报警阈值；所述报警阈值包括：剩余电流报警阈值、A相、B相、C相、N相电流报警阈值以及温度报警阈值；
所述NB-IOT模组单元，与云端服务器相连接的无线通讯模块；
所述存储单元，保存设定的报警阈值；
所述RS485通信接口单元，与被通讯电控设备相连接，通过RS485通信接口单元，将实时检测的剩余电流有效值、A相、B相、C相和N相电流有效值、环境温度检测值、报警阈值传递给电控设备；
所述AC/DC电源变换单元，为整个探测器提供电源，具体为2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元、微处理器、输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元提供电源；
所述输入电压检测器具体包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、电流型电压互感器；
电压输入火线与第一电阻和第二电阻串联，串联后与电流型电压互感器原边一端相连接，电流型电压互感器原边另一端与第三电阻和第四电阻串联，串联后与电压输入零线相连接；电流型电压互感器副边分别与阻容滤波网络相连接；
所述第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻的耐压大于100V；
所述2通道模拟前端，其第一通道与第二通道各包括1套如下器件：可变增益差分运算放大器、16位模拟数字转换器；
将滤波后的差分输入端与可变增益差分运算放大器相连接，可变增益差分运算放大器输出与16位模拟数字转换器相连接；
所述微处理器具有DSP功能，可以完成平方运算、求和运算、开方运算；
所述4通道模拟前端，其第一通道、第二通道、第三通道、第四通道中各包括1套如下器件：可变增益差分运算放大器、24位模拟数字转换器、相位补偿器、低通滤波器；
可变增益差分运算放大器与24位模拟数字转换器相连接，24位模拟数字转换器与相位补偿器相连接，相位补偿器与低通滤波器相连接；
所述低通滤波器的带宽为4MHZ，截止频率为2KHZ；
所述可变增益差分运算放大器具有G0与G1两个调节端口，用于调节可变增益差分运算放大器增益，G0与G1两个调节端口分别与微处理器相连接，当G0与G1均为低电平时，可变增益差分运算放大器增益为1，当G0为高电平、G1为低电平时，可变增益差分运算放大器增益为2，当G0为低电平、G1为高电平时，可变增益差分运算放大器增益为8，当G0与G1均为高电平时，可变增益差分运算放大器增益为16；
所述微处理器，具有过零点检测电源电压频率功能，包括：第一输入电阻、第二输入电阻、第一接地电容、第二接地电容，运算放大电阻，运算放大器；
经过第一阻容滤波网络滤波后火线电压CH+与第一输入电阻一端相连接，第一输入电阻另一端分别与第一接地电容一端、运算放大器同相输入端相连接，第一接地电容另一端与信号地相连接，经过第一阻容滤波网络滤波后零线电压CH-与第二输入电阻一端相连接，第二输入电阻另一端分别与第二接地电容一端、运算放大器反相输入端、运算放大电阻一端相连接，第二接地电容另一端与信号地相连接，运算放大电阻另一端与运算放大器输出端相连接，运算放大器输出端与微处理器内置的比较器的输入端相连接；
所述存储单元使用EEPROM作为存储单元。
一种复合型电气火灾监控探测器的监控方法，采用一种复合型电气火灾监控探测器实现，具体步骤如下：
步骤1：监控探测器初始化，具体包括：2通道模拟前端初始化、4通道模拟前端初始化、微处理器初始化、输出控制及LED指示单元初始化、液晶显示单元初始化、NB-IOT模组单元初始化、存储单元初始化；
步骤2：分别执行主循环程序和中断处理程序，包括：步骤2.1与步骤2.2，不分先后顺序；
步骤2.1：执行主循环程序，判断电源电压过零中断是否置位，若为否，则继续等待并判断电源电压过零中断是否置位；若为否，则转到步骤3，启动相应子程序；
步骤2.2：执行中断处理程序：判断中断信号来自哪个器件，并执行中断标志位：若中断信号来自2通道模拟前端触发SPI中断，则数据乘方运算，求和运算，保存采样数据至微处理器缓冲区，采样计数器加1，置位2通道模拟前端SPI中断标志位；若中断信号来自4通道模拟前端触发SPI中断，则数据乘方运算，求和运算，保存采样数据至微处理器缓冲区，采样计数器加1，置位4通道模拟前端SPI中断标志位；若中断信号来自电源电压过零中断，则置位电压过零中断标志；若中断信号来自温度定时采样中断，则保存采样数据至微处理器缓冲区，采样计数器加1，置位温度定时采样中断标志位；
步骤3：启动相应子程序，具体包括步骤3.1～步骤3.4；
步骤3.1：计算电源频率；
步骤3.2：若检测到2通道模拟前端SPI中断标志位置，执行剩余电流有效值实时检测子程序，电源电压有效值实时计算子程序；
步骤3.3：若检测到4通道模拟前端SPI中断标志位置，执行三相电流中性线电流有效值实时检测子程序；
步骤3.4：若检测到温度定时采样中断标志置位，执行温度监测及报警子程序；
步骤3.5：一个过零周期计算完成后，清除对应的中断标志位，转到步骤2.1；
所述执行剩余电流有效值实时检测子程序，具体包括步骤3.2.1～步骤3.2.5；
步骤3.2.1：微处理器读取2通道模拟前端第二通道输出值，即剩余电流采样值；
步骤3.2.2：在微处理器中，在一个电压周期中，计算剩余电流有效值，具体公式为
其中，Is为剩余电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，ism第m次剩余电流采样值；具体计算过程为：首先计算剩余电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
步骤3.2.3：在微处理器中计算前N1秒的剩余电流有效值的平均值；
步骤3.2.4：判断剩余电流有效值的平均值是否大于等于20％且小于等于85％，若不满足该条件，启动剩余电流放大器增益控制子程序，执行步骤3.2.4.1～3.2.4.8，若满足该条件，则转到步骤3.2.5；
步骤3.2.4.1：从存储单元中，读取2通道模拟前端第二通道中可变增益差分运算放大器初始增益阈值；
步骤3.2.4.2：判断可变增益差分运算放大器初始增益阈值是否为2，若为是，转到步骤3.2.4.3，若为否，转到步骤3.2.4.5；
步骤3.2.4.3：在微处理器中计算前N1秒的剩余电流有效值的平均值；
步骤3.2.4.4：剩余电流有效值的平均值是否小于额定剩余电流的20％，若为是，则调整可变增益差分运算放大器放大增益为8，若为否，则转到步骤3.2.4.3；
步骤3.2.4.5：判断放大增益调整前后间隔是否大于N1秒，若为是，则转到步骤3.2.4.6，若为否，则等待下一个主程序循环周期继续判断放大增益调整前后间隔是否大于N1秒；
步骤3.2.4.6：在微处理器中计算前N1秒的剩余电流有效值的平均值；
步骤3.2.4.7：剩余电流有效值的平均值是否大于额定剩余电流的85％，若为是，转到步骤3.2.4.8，若为否，转到步骤3.2.4.5；
步骤3.2.4.8：调整可变增益差分运算放大器放大增益为2；
步骤3.2.5：启动剩余电流报警判定子程序，包括步骤3.2.5.1～3.2.5.4；
步骤3.2.5.1：微处理器从存储单元中读取剩余电流报警阈值；
步骤3.2.5.2：判断剩余电流有效值实时检测值是否大于剩余电流报警阈值，若为是，转到步骤3.2.5.3，若为否，则等待下一周期的剩余电流有效值实时检测值，并继续判断是否大于剩余电流报警阈值；
步骤3.2.5.3：置位剩余电流报警判定标志位；
步骤3.2.5.4：判断连续Nmax周期报警判定标志位是否均置位，若为否，则清除最初的剩余电流报警判定标志位，若为是，则微处理器上报剩余电流报警信息，并将剩余电流报警信息传递到输出控制及LED知识单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；
所述电源电压有效值实时计算子程序，包括步骤3.2.6～步骤3.2.10；
步骤3.2.6：微处理器从存储单元中读取电压过零点触发阈值；
步骤3.2.7：判断电压过零触发是否超时，或者过零点检测电源电压频率的运算放大器触发周期是否小于电压过零点触发阈值；若为是，则转到步骤3.2.8，若为否，则继续等待并继续步骤3.2.7判断电压过零触发是否超时，或者过零点检测电源电压频率的运算放大器触发周期是否小于电压过零点触发阈值；
步骤3.2.8：微处理器读取2通道模拟前端第一通道输出值，即电源电压采样值；
步骤3.2.9：在微处理器中，在一个电压周期中，计算电源电压有效值，并计算频率偏差；并调用频率偏差报警判断子程序，电源电压有效值计算公式如下：
其中，U为电源电压有效值，N”为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，um第m次电源电压采样值；具体计算过程为：首先电源电压的平方运算然后求和运算最后所有采样点的开方运算
步骤3.2.10：启动频率偏差报警判断子程序；
步骤3.2.10.1：微处理器从存储单元中读取测量范围；
步骤3.2.10.2：判断频率偏差是否超出测量范围，若为是，则转到步骤3.2.10.3，若为否，则等待并继续步骤3.2.10.2判断频率偏差是否超出测量范围；
步骤3.2.10.3：置位频率偏差判定标志位；
步骤3.2.10.4：判断是否连续Nmax个周期频率偏差标志位均置位，若为是，则微处理器上报频率偏差报警信息，并将频率偏差报警信息传递到输出控制及LED知识单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；若为否，则清除最初的频率偏差判定标志位；
所述执行三相电流中性线电流有效值实时检测子程序，包括步骤3.3.1～步骤3.3.6；
步骤3.3.1：微处理器中分别读取4通道模拟前端第一通道、第二通道、第三通道和第四通道输出值，即A相、B相、C相、N相电流采样值；
步骤3.3.2：在微处理器中，在一个电压周期中，分别计算A相、B相、C相、N相电流有效值，具体公式为：
其中，IA为A相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，iAm第m次A相电流采样值；具体计算过程为：首先计算A相电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
其中，IB为B相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，iBm第m次B相电流采样值；具体计算过程为：首先计算B相电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
其中，IC为C相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，iCm第m次C相电流采样值；具体计算过程为：首先计算C相电流的平方运算然后求和运算最后所有采样点的开方运算
其中，IN为N相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，iNm第m次N相电流采样值；具体计算过程为：首先计算N相电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
步骤3.3.3：微处理器从存储单元中分别读取A相、B相、C相、N相电流报警阈值；
步骤3.3.4：分别判断A相、B相、C相、N相电流有效值实时检测值是否分别大于A相、B相、C相、N相电流报警阈值，若为是，转到步骤3.3.5，若为否，则等待下一周期的A相、B相、C相、N相电流有效值实时检测值，并继续分别判断是否大于A相、B相、C相、N相电流报警阈值；
步骤3.3.5：分别置位A相、B相、C相、N相电流报警判定标志位；
步骤3.3.6：判断连续Nmax周期报警判定标志位是否均置位，若为否，则分别清除最初的A相、B相、C相、N相电流报警判定标志位，若为是，则微处理器分别上报A相、B相、C相、N相电流报警信息，并分别将A相、B相、C相、N相电流报警信息传递到输出控制及LED知识单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；
所述执行温度监测及报警子程序，包括步骤3.4.1～步骤3.4.4；
步骤3.4.1：微处理器从存储单元中读取温度报警阈值；
步骤3.4.2：判断温度实时检测值是否大于温度报警阈值，若为是，转到步骤3.4.3，若为否，则等待并继续步骤3.4.2判断温度实时检测值是否大于温度报警阈值；
步骤3.4.3：置位温度报警判定标志位；
步骤3.4.4：判断连续N1秒期间报警判定标志位是否均置位，若为否，则清除最初的温度报警判定标志位，若为是，则微处理器上报温度报警信息，并将温度报警信息传递到输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元。
有益技术效果：
本方法充分的考虑了产品使用环境、电气线路的负载特性对误报警的影响，主要体现在采用差分放大电路设计方案，减少共模干扰信号产生的误报警。采用每周期128点的数据采样、16位和24位ADC转换、放大器可变增益自动调节等措施改善了剩余电流、三相电流有效值测量的准确性，并扩展了测量范围的基础上确保了高低端信号的测量精度。采用低通有源滤波设计改善了变频类负载或谐波含量高的负载对产品误报警的影响。增加电流检测和报警功能可以对过载及短路故障报警，增加了无线传输功能解决了系统改造及安装方面监管方面的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的一种复合型电气火灾监控探测器设计原理框图；
图2为本发明实施例的三相电流中性线电流检测原理图；
图3为本发明实施例的剩余电流和电源电压检测原理图；
图4为本发明实施例的温度检测原理图；
图5为本发明实施例的NB-IOT模组单元原理图；
图6为本发明实施例的输出控制及LED单元、存储单元、RS485通信接口单元原理图；
图7为本发明实施例的AC/DC电源变换单元原理图；
图8为本发明实施例的过零点检测电源电压频率原理图；
图9为本发明实施例的微处理器与液晶显示单元原理图；
图10为本发明实施例的剩余电流有效值实时检测示意图；
图11为本发明实施例的三相电流和中性线电流有效值实时检测示意图；
图12为本发明实施例的一种复合型电气火灾监控探测器使用方法总流程图；
图13为本发明实施例的剩余电流有效值实时检测子程序；
图14为本发明实施例的剩余电流放大器增益控制子程序；
图15为本发明实施例的剩余电流报警判定子程序；
图16为本发明实施例的三相电流中性线电流有效值实时检测子程序；
图17为本发明实施例的过零点检测电源电压频率子程序；
图18为本发明实施例的温度检测及报警子程序。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施实例对发明做进一步说明，一种复合型电气火灾监控探测器，如图1所示，包括：输入电压检测器、剩余电流互感器、第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、第四电流互感器、测温传感器、第一阻容滤波网络、第二阻容滤波网络、第三阻容滤波网络、第四阻容滤波网络、第五阻容滤波网络、第六阻容滤波网络、2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元、微处理器、输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元及AC/DC电源变换单元；
输入电压检测器与第一阻容滤波网络相连接，第一阻容滤波网络与2通道模拟前端中第一通道相连接，剩余电流互感器与第二阻容滤波网络相连接，第二阻容滤波网络与2通道模拟前端中第二通道相连接，2通道模拟前端输出端与微处理器通过SPI接口相连接，第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、第四电流互感器分别与第三阻容滤波网络、第四阻容滤波网络、第五阻容滤波网络、第六阻容滤波网络相连接，第三阻容滤波网络、第四阻容滤波网络、第五阻容滤波网络、第六阻容滤波网络分别与4通道模拟前端第一通道、第二通道、第三通道、第四通道相连接，4通道模拟前端输出端与微处理器通过SPI接口相连接，测温传感器与放大滤波单元相连接，放大滤波单元与微处理器相连接，微处理器分别与输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元及AC/DC电源变换单元相连接，AC/DC电源变换单元分别与2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元、微处理器、输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元相连接；
如图1所示本方案采用4只电流互感器分别检测A相、B相、C相和N中性线的电流，1只剩余电流互感器检测剩余电流，1只测温传感器PT100用于检测线缆温度，1只电压互感器用于检测被监测线路的A相电压和提取电压过零点信号，上述互感器的输出信号分别通过RC阻容滤波网络实现输入信号的低通滤波；阻容滤波网络的输出分别连接到MCP3912和MCP3909模数转换器实现输入信号的可变增益放大、数字滤波、模数转换后并通过SPI接口传送至基于CortexM4核的微处理器完成电流、电压信号的有效值计算以及谐波的计算,计算结果与预设的报警阈值进行比较，当满足报警条件后发出声光报警信号，报警信息也通过NB-IOT模组发送至云端服务器监控平台。计算结果也同时送液晶显示单元进行实时显示，并定时每隔5分钟通过NB-IOT模组向云端监控平台发送监测数据。这里大于或者小于5分钟都是可以的，5分钟为数据上报云端存储间隔时间，如果时间太长，历史数据记录产生较大的误差。
所述输入电压检测器，将电压输入火线与零线分别输入电压检测器，通过输入电压检测器检测输入电压信号变化，并将检测到的电压信号传递到第一阻容滤波网络；
所述剩余电流互感器，用来检测剩余电流，并将检测到的剩余电流差分值输入到第二阻容滤波网络；
所述第一电流互感器，检测A相电流，并将A相电流检测结果，即A相电流差分值输入到第三阻容滤波网络；
所述第二电流互感器，检测B相电流，并将B相电流检测结果，即B相电流差分值输入到第四阻容滤波网络；
所述第三电流互感器，检测C相电流，并将C相电流检测结果，即C相电流差分值输入到第五阻容滤波网络；
所述第四电流互感器，检测N相电流，并将N相电流检测结果，即N相电流差分值输入到第六阻容滤波网络；
如图2所示，T1、T2、T3、T4为电流互感器，互感器的变流比可根据实际负载电流选配，表1给出了本发法所配置互感器的主要技术指标。互感器的输出端分别连接到由R9-R16和C1-C8组成的RC阻容滤波网络，阻容滤波网络的输出分别连接到U1内置的差分放大器的输入。电阻R1-R8分别为电流互感器输出信号的取压电阻。X1为有源晶振，用于给MCP3909和MCP3912提供基准时钟。如图2所示，X1的输出分别连接到图2中的U1的OSC1引脚和图3中的U2的OSC1引脚。图2中标有SDI、SDO、SCK、CS1标号的连接线分别与图8所示的CortexM4微处理器连接，用于SPI接口之间的数据通信。
所述测温传感器，检测配电线缆的温度或者环境温度，并将检测结果输入到放大滤波单元；
所述第一阻容滤波网络，接收输入电压检测器传递过来的电压信号，经过第一阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给2通道模拟前端第一通道；
所述第二阻容滤波网络，接收剩余电流互感器传递过来的剩余电流差分值，经过第二阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给2通道模拟前端第二通道；
如图3所示T5为剩余电流互感器，T5的主要技术指标如表1所示，T5的输出分别连接到由R19、R20、C20、C21组成的RC阻容滤波网络，阻容滤波网络的输出分别连接到U2内置的差分放大器的输入端。电阻R17-R18分别为剩余电流互感器输出信号的取压电阻。图3中标有PGA-1、PGA-2标号的连接线与图8所示的CortexM4微处理器连接，用于通过MCU控制U2内置可变增益放大器的放大倍数。图3中标有SDI、SDO、SCK、CS2标号的连接线分别与图8所示的CortexM4微处理器连接，用于SPI接口之间的数据通信。
表1电流互感器主要技术指标
所述第三阻容滤波网络，接收第一电流互感器传递过来的A相电流差分值，经过第三阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第一通道；
所述第四阻容滤波网络，接收第二电流互感器传递过来的B相电流差分值，经过第四阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第二通道；
所述第五阻容滤波网络，接收第三电流互感器传递过来的C相电流差分值，经过第五阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第三通道；
所述第六阻容滤波网络，接收第四电流互感器传递过来的D相电流差分值，经过第六阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第四通道；
所述2通道模拟前端，分别接收第一阻容滤波网络、第二阻容滤波网络滤波后结果，分别在第一通道和第二通道中，如图10所示，将滤波后结果经过可变增益差分运算放大器，并将可变增益差分运算放大器输出从模拟信号转换为数字信号，并将数字信号通过SPI接口传递给微处理器；
所述4通道模拟前端，分别接收第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、第四电流互感器传递过来的A相、B相、C相、N相电流差分值，并将A相、B相、C相、N相电流差分值分别在第一通道、第二通道、第三通道、第四通道中，如图11所示，通过可变增益差分运算放大器，并将可变增益差分运算放大器输出从拟信号转换为数字信号，并将数字信号经过相位补偿，得到与输入相位一致的相位补偿结果，将相位补偿结果通过低通滤波器，得到滤波后的输出，将滤波后的输出通过SPI接口传递给微处理器；
所述放大滤波单元，接收测温传感器检测结果，并将该检测结果进行信号放大并且滤波，得到放大滤波结果，并将放大滤波结果传递给微处理器；
如图4所示本发明采用了的基于压控恒流源的测温放大电路，温度传感器采用高精度的PT100型测温元件。图中的U3A和U3B为单电源轨导轨输出型运算放大器MCP6002，与电阻R30、R31、R32、R33、R34、C24、C26组成压控恒流源，恒流源的输出与传感器PT100连接，并为测温传感器PT100提供5mA电流基准。如上所述本发明还体现在压控恒流源的参考电压基准输入连接到图3所示U2的VREF引脚，在满足恒流精度要求的基础上下节省了一颗电压基准芯片。如图所示测温传感器PT100两端取得的电压信号经过电阻R35、R36、R37电容C27、C29和运算放大器U4A组成一阶有源低通滤波放大电路进行放大后经过U4A的1脚输出，放大后的信号通过连接点VT与图8所示的CortexM4微处理器连ADC输入端连接。
所述微处理器，分别接收2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元传递过来的信号，分别将2通道模拟前端、4通道模拟前端传递过来的信号进行平方运算、求和运算、开方运算，分别得到剩余电流有效值、A相、B相、C相、N相电流有效值，根据剩余电流有效值、A相、B相、C相、N相电流有效值，分别调节2通道模拟前端或者4通道模拟前端中可变增益差分运算放大器的放大增益；若剩余电流有效值大于剩余电流报警阈值，则将剩余电流报警信息分别发送到输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；若A相、B相、C相、N相电流有效值分别大于其对应的报警阈值，则将电流报警信息分别发送给输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；接收放大滤波单元传递过来的放大滤波结果，若放大滤波结果大于温度设定阈值，则温度报警阈值分别发送给输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；
所述输出控制及LED指示单元，如图6所示，接收微处理器中传递过来的报警信息，将报警信息传递给输出控制端，根据报警信息，使与输出控制端相连接的被控制对象作出相应动作，同时LED报警灯被点亮；
所述液晶显示单元，显示实时检测的剩余电流有效值、A相、B相、C相和N相电流有效值、环境温度检测值、报警阈值；所述报警阈值包括：剩余电流报警阈值、A相、B相、C相、N相电流报警阈值以及温度报警阈值；
所述NB-IOT模组单元，与云端服务器相连接的无线通讯模块；
如上所述本发明采用了基于NB-IOT无线通讯技术实现监测数据与云端服务器之间互相通信，如图5所示U5为厦门骐骏物联科技股份有限公司生产的ML5530超小型NB-IOT无线通讯模组，支持无线电通信协议(3GPP Rel-14)。ML5530上行数据通过CoAP协议与云端服务器进行通信，下行数据通过串行通讯接口与图8所示的CortexM4微处理器的UART接口进行通信。标号为RF节点连接到外接天线。本发明优先选用电信的4G网络对产品的功能进行了测试。如图5所示SIM1为通用的SIM卡插槽，支持电信或移动或联通的三种NB型SIM卡。TVS1-TVS4为瞬态抑制二极管与电阻R39、R40、R41电容C30、C31、C32共同组成SIM卡与通讯模组接口的保护电路。如图5所示U6为DC/DC三端稳压芯片，实现5V(VCC)电压至3.3V电压的变换，转换后的3.3V电压通过滤波电容C40、C41后为各部分单元电路供电。
所述存储单元，如图6所示，保存设定的报警阈值；
所述RS485通信接口单元，如图6所示，与被通讯电控设备相连接，通过RS485通信接口单元，将实时检测的剩余电流有效值、A相、B相、C相和N相电流有效值、线缆温度或环境温度检测值、报警阈值传递给电控设备；
如上所述探测器具有声光报警输出功能，如图6所示此功能由，三级管Q1、LED指示灯DL1-DL4、电阻R42、R43以及继电器K1组成的报警输出控制电路实现。其中K1的输出通过输出端子JH1可连接蜂鸣器实现声音报警功能。DL1-DL4分别为发光二极管组成的探测器工作状态灯，分别用于电源指示、通讯指示、报警指示、故障指示。
如图6所示U7为基于AT24C04的EEPROM存储芯片，用于报警阈值、产品ID号、传感器信号采样放大通道固有误差标定数据的存储。
如上所述探测器监测数据还可以通过有线的方式连接到电气火灾监控设备，本方案给出的与监控设备的连接是通过通用的RS485通讯接口单元实现。如图6所示RS485通讯接口单元分别由RS485驱动芯片U8、共模电感LH1、瞬态抑制二极管TVS5-TVS7、快恢复保险PTC1-PTC2、滤波电容C44-C46共同组成。
所述AC/DC电源变换单元，为整个探测器提供电源，具体为2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元、微处理器、输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元提供电源；
如图7所述的AC/DC电源变换单元包括：供电电源接线端子JH2、隔离变压器T7、全桥整流器U9、LC滤波电路C49、CL1、C50、C51，三端稳压器器U10等组成。如上所述探测器的供电电源连接到隔离变压器T7的初级，T7的次级连接到整流桥U9然后通过滤波电容C49、三端滤波器CL1、滤波电容C50、C51滤波后，进入三端稳压器U10，由三端稳压器U10输出经滤波元件FB3、C52、C53、C54再次滤波后分别给探测器各个功能单元供电。
所述输入电压检测器具体包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、电流型电压互感器；
电压输入火线与第一电阻和第二电阻串联，串联后与电流型电压互感器原边一端相连接，电流型电压互感器原边另一端与第三电阻和第四电阻串联，串联后与电压输入零线相连接；电流型电压互感器副边分别与阻容滤波网络相连接；
所述第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻的耐压大于100V；
所述2通道模拟前端，其第一通道与第二通道各包括1套如下器件：可变增益差分运算放大器、16位模拟数字转换器；
将滤波后的差分输入端与可变增益差分运算放大器相连接，可变增益差分运算放大器输出与16位模拟数字转换器相连接；
所述微处理器具有DSP功能，可以完成平方运算、求和运算、开方运算；
所述4通道模拟前端，其第一通道、第二通道、第三通道、第四通道中各包括1套如下器件：可变增益差分运算放大器、16位模拟数字转换器、相位补偿器、低通滤波器；
可变增益差分运算放大器与16位模拟数字转换器相连接，16位模拟数字转换器与相位补偿器相连接，相位补偿器与低通滤波器相连接；
所述低通滤波器的带宽为4MHZ，截止频率为2KHZ；
所述可变增益差分运算放大器具有G0与G1两个调节端口，用于调节可变增益差分运算放大器增益，G0与G1两个调节端口分别与微处理器相连接，当G0与G1均为低电平时，可变增益差分运算放大器增益为1，当G0为高电平、G1为低电平时，可变增益差分运算放大器增益为2，当G0为低电平、G1为高电平时，可变增益差分运算放大器增益为8，当G0与G1均为高电平时，可变增益差分运算放大器增益为16；
所述微处理器，具有过零点检测电源电压频率功能，如图8所示，包括：第一输入电阻、第二输入电阻、第一接地电容、第二接地电容，运算放大电阻，运算放大器；
经过第一阻容滤波网络滤波后火线电压CH+与第一输入电阻一端相连接，第一输入电阻另一端分别与第一接地电容一端、运算放大器同相输入端相连接，第一接地电容另一端与信号地相连接，经过第一阻容滤波网络滤波后零线电压CH-与第二输入电阻一端相连接，第二输入电阻另一端分别与第二接地电容一端、运算放大器反相输入端、运算放大电阻一端相连接，第二接地电容另一端与信号地相连接，运算放大电阻另一端与运算放大器输出端相连接，运算放大器输出端与微处理器内置的比较器的输入端相连接；
所述存储单元使用EEPROM作为存储单元。
如图9所示本方法采用的MCU为基于Cortex-M4核微处理器MKV30F64VLF10，处理器主频为100MHZ、带DSP指令集和浮点运算单元、12位DAC数模转换器、模拟比较器等功能。在本实施的方法中充分利用其上述功能及性能指标，在一个电压过零信号周期内完成128点数据的有效值计算，2-31次谐波FFT计算。并同时实现故障报警、数据显示，数据通信等功能。如图9所示JH3为液晶显示接口电路，JH4为仿真器接口电路，U4B运算放大器及电阻R54-R56、电容C64、C65共同组成的差分信号转单端信号放大电路，实现电压过零信号的转换。
一种复合型电气火灾监控探测器的监控方法，采用一种复合型电气火灾监控探测器实现，如图12所示，具体步骤如下：
步骤1：监控探测器初始化，具体包括：2通道模拟前端初始化、4通道模拟前端初始化、微处理器初始化、输出控制及LED指示单元初始化、液晶显示单元初始化、NB-IOT模组单元初始化、存储单元初始化；
步骤2：分别执行主循环程序和中断处理程序，包括：步骤2.1与步骤2.2，不分先后顺序；
步骤2.1：执行主循环程序，判断电源电压过零中断是否置位，若为否，则继续等待并判断电源电压过零中断是否置位；若为否，则转到步骤3，启动相应子程序；
步骤2.2：执行中断处理程序：判断中断信号来自哪个器件，并执行中断标志位：若中断信号来自2通道模拟前端触发SPI中断，则从2通道模拟前端传递至微处理器中的数据乘方运算，求和运算，保存采样数据至微处理器缓冲区，采样计数器加1，置位2通道模拟前端SPI中断标志位；若中断信号来自4通道模拟前端触发SPI中断，则从4通道模拟前端传递给微处理器中的数据乘方运算，求和运算，保存采样数据至微处理器缓冲区，采样计数器加1，置位4通道模拟前端SPI中断标志位；若中断信号来自电源电压过零中断，则置位电压过零中断标志；若中断信号来自温度定时采样中断，则保存采样数据至微处理器缓冲区，采样计数器加1，置位温度定时采样中断标志位；
步骤3：启动相应子程序，具体包括步骤3.1～步骤3.4；
步骤3.1：计算电源频率；
步骤3.2：若检测到2通道模拟前端SPI中断标志位置，执行剩余电流有效值实时检测子程序，电源电压有效值实时计算子程序；
步骤3.3：若检测到4通道模拟前端SPI中断标志位置，执行三相电流中性线电流有效值实时检测子程序；
步骤3.4：若检测到温度定时采样中断标志置位，执行温度监测及报警子程序；
步骤3.5：一个过零周期计算完成后，清除对应的中断标志位，转到步骤2.1；
所述执行剩余电流有效值实时检测子程序，如图13所示，具体包括步骤3.2.1～步骤3.2.5；
步骤3.2.1：微处理器读取2通道模拟前端第二通道输出值，即剩余电流采样值；
步骤3.2.2：在微处理器中，在一个电压周期中，即20ms，计算剩余电流有效值，具体公式为
其中，Is为剩余电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，即128个采样点，m为第m个采样点，ism第m次剩余电流采样值；具体计算过程为：首先计算剩余电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
步骤3.2.3：在微处理器中计算前N1＝100秒的剩余电流有效值的平均值；
步骤3.2.4：判断剩余电流有效值的平均值是否大于等于20％且小于等于85％，若不满足该条件，启动剩余电流放大器增益控制子程序，如图14所示，执行步骤3.2.4.1～3.2.4.8，若满足该条件，则转到步骤3.2.5；
步骤3.2.4.1：从存储单元中，读取2通道模拟前端第二通道中可变增益差分运算放大器初始增益阈值；
步骤3.2.4.2：判断可变增益差分运算放大器初始增益阈值是否为2，若为是，转到步骤3.2.4.3，若为否，转到步骤33.2.4.5；
步骤3.2.4.3：在微处理器中计算前N1秒的剩余电流有效值的平均值；
步骤3.2.4.4：剩余电流有效值的平均值是否小于额定剩余电流的20％，若为是，则调整可变增益差分运算放大器放大增益为8，若为否，则转到步骤3.2.4.3；
步骤3.2.4.5：判断放大增益调整前后间隔是否大于N1秒，若为是，则转到步骤3.2.4.6，若为否，则等待下一个主程序循环周期继续判断放大增益调整前后间隔是否大于N1秒；
步骤3.2.4.6：在微处理器中计算前N1秒的剩余电流有效值的平均值；
步骤3.2.4.7：剩余电流有效值的平均值是否大于额定剩余电流的85％，若为是，转到步骤3.2.4.8，若为否，转到步骤3.2.4.5；
步骤3.2.4.8：调整可变增益差分运算放大器放大增益为2；
步骤3.2.5：启动剩余电流报警判定子程序，包括步骤3.2.5.1～3.2.5.4；
步骤3.2.5.1：微处理器从存储单元中读取剩余电流报警阈值；
步骤3.2.5.2：判断剩余电流有效值实时检测值是否大于剩余电流报警阈值，若为是，转到步骤3.2.5.3，若为否，则等待下一周期的剩余电流有效值实时检测值，并继续判断是否大于剩余电流报警阈值；
步骤3.2.5.3：置位剩余电流报警判定标志位；
步骤3.2.5.4：判断连续Nmax＝8周期报警判定标志位是否均置位，若为否，则清除最初的剩余电流报警判定标志位，若为是，则微处理器上报剩余电流报警信息，并将剩余电流报警信息传递到输出控制及LED知识单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；
剩余电流报警阈值范围：额定剩余电流的(10％-100％)可调，剩余电流额定值为2000mA，选择8个连续的测量周期主要是解决干扰产生的误报，这个值是应用得到的经验值，小于5个连续周期产生的误报概率增大，大于25个报警响应时间增加。选择Nmax＝8可以在160MS内实现报警，根据JGJ46-2005施工临电规范中的规定：8.2.11总配电箱中漏电保护器的额定漏电动作电流应大于30mA，额定漏电动作时间应大于0.1s，但其额定漏电动作电流与额定漏电动作时间的乘积不应大于30mA。
所述电源电压有效值实时计算子程序，包括步骤3.2.6～步骤3.2.10，如图17所示；
步骤3.2.6：微处理器从存储单元中读取电压过零点触发阈值；
步骤3.2.7：判断电压过零触发是否超时，或者过零点检测电源电压频率的运算放大器触发周期是否小于电压过零点触发阈值；若为是，则转到步骤3.2.8，若为否，则继续等待并继续步骤3.2.7判断电压过零触发是否超时，或者过零点检测电源电压频率的运算放大器触发周期是否小于电压过零点触发阈值；
步骤3.2.8：微处理器读取2通道模拟前端第一通道输出值，即电源电压采样值；
步骤3.2.9：在微处理器中，在一个电压周期中，即20ms，计算电源电压有效值，并计算频率偏差；并调用频率偏差报警判断子程序，电源电压有效值计算公式如下：
其中，U为电源电压有效值，N”为一个电压周期的采样点总数，因为电压频率的改变，此时采样点总数小于或者大于128个采样点，m为第m个采样点，um第m次电源电压采样值；具体计算过程为：首先电源电压的平方运算然后求和运算最后所有采样点的开方运算
步骤3.2.10：启动频率偏差报警判断子程序；
步骤3.2.10.1：微处理器从存储单元中读取测量范围；
步骤3.2.10.2：判断频率偏差是否超出测量范围，若为是，则转到步骤3.2.10.3，若为否，则等待并继续步骤3.2.10.2判断频率偏差是否超出测量范围；
步骤3.2.10.3：置位频率偏差判定标志位；
步骤3.2.10.4：判断是否连续Nmax＝8个周期频率偏差标志位均置位，若为是，则微处理器上报频率偏差报警信息，并将频率偏差报警信息传递到输出控制及LED知识单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；若为否，则清除最初的频率偏差判定标志位；
所述执行三相电流中性线电流有效值实时检测子程序，包括步骤3.3.1～步骤3.3.6，如图16所示；
步骤3.3.1：微处理器中分别读取4通道模拟前端第一通道、第二通道、第三通道和第四通道输出值，即A相、B相、C相、N相电流采样值；
步骤3.3.2：在微处理器中，在一个电压周期中，即20ms，分别计算A相、B相、C相、N相电流有效值，具体公式为：
其中，IA为A相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，即128个采样点，m为第m个采样点，iAm第m次A相电流采样值；具体计算过程为：首先计算A相电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
其中，IB为B相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，iBm第m次B相电流采样值；具体计算过程为：首先计算B相电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
其中，IC为C相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，iCm第m次C相电流采样值；具体计算过程为：首先计算C相电流的平方运算然后求和运算最后所有采样点的开方运算
其中，IN为N相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，iNm第m次N相电流采样值；具体计算过程为：首先计算N相电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
步骤3.3.3：微处理器从存储单元中分别读取A相、B相、C相、N相电流报警阈值；
步骤3.3.4：分别判断A相、B相、C相、N相电流有效值实时检测值是否分别大于A相、B相、C相、N相电流报警阈值，若为是，转到步骤3.3.5，若为否，则等待下一周期的A相、B相、C相、N相电流有效值实时检测值，并继续分别判断是否大于A相、B相、C相、N相电流报警阈值；
步骤3.3.5：分别置位A相、B相、C相、N相电流报警判定标志位；
步骤3.3.6：判断连续Nmax＝8周期报警判定标志位是否均置位，若为否，则分别清除最初的A相、B相、C相、N相电流报警判定标志位，若为是，则微处理器分别上报A相、B相、C相、N相电流报警信息，并分别将A相、B相、C相、N相电流报警信息传递到输出控制及LED知识单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；
所述执行温度监测及报警子程序，包括步骤3.4.1～步骤3.4.4，如图18所示；
步骤3.4.1：微处理器从存储单元中读取温度报警阈值；
步骤3.4.2：判断温度实时检测值是否大于温度报警阈值，若为是，转到步骤3.4.3，若为否，则等待并继续步骤3.4.2判断温度实时检测值是否大于温度报警阈值；
步骤3.4.3：置位温度报警判定标志位；
步骤3.4.4：判断连续N1＝100秒期间报警判定标志位是否均置位，若为否，则清除最初的温度报警判定标志位，若为是，则微处理器上报温度报警信息，并将温度报警信息传递到输出控制及LED知识单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元。
目前电气火灾监控探测器检测剩余电流的通用方法是：首先通过剩余电流互感器采集剩余电流信号，然后通过单端信号放大电路对其信号放大后直接连接到MCU自带的模数转换器进行ADC转换，转换结果经过简单的峰值提取法或平均值提取法计算得到剩余电流的有效值，最后与给定阈值比较，如果大于给定阈值发出声光报警信号。上述方法虽然可以满足现行的产品检验规范，但是在实际的应用中充在如下的不足：测量精度低(MCU自带的ADC转换器一般是10位或12位)、测量范围小(ADC动态测量范围1000：1，大部分产品只满足200mA-1000mA报警性能的要求)、抗干扰能力差(采用单端放大器实现信号放大)、误报问题比较突出(信号的采样方法和有效值的计算方法只适应于50HZ的正选波测量，对于含有谐波的剩余电流信号计算误差大)。对负载的正常泄露电流的变化不能有效的监测和区分。
本方法中所涉及到的剩余电流信号采样、放大、模数转换优先选用了集成2通道差分放大器的16位Δ-Σ模数转换器MCP3909，创新点体现在利于其对信号的差分输入来抑制共模干扰信号并达到减少误报的目的。MCP3909内部集成了可编程增益放大器，本方法的创新点还体现在通过对其增益的动态调节的实施方法，以及实现0mA-200mA、200mA-2000mA范围内剩余电流的测量精度所采取的必要措施。MCP3909还具备10000:1动态测量范围，本方法创新点还体现在利于其动态范围的性能解决现有产品报警阈值范围不能适用住宅类建筑<50mA测量精度的需求，解决现有产品报警阈值范围不能适用正常泄露大于1000mA应用场所测量精度的需求，本方法测量范围扩展至2000mA。
剩余电流有效值检测实施方法：
如图10所示本方法所描述的剩余电流有效值的检测主要包括如下过程实现：首先由图3所示的剩余电流互感器T5采集剩余电流信号，然后通过阻容滤波网络滤波后送至MCP3909的可变增益差分运算放大器的输入端。运放的放大倍数通过MCU进行控制，MCU根据检测的剩余电流信号大小进行自动调节放大器的增益。运放的输出连接到ADC模数转换器，ADC转换结果通过内置的低通滤波器以减少高频分量的测量误差，然后通过SPI接口将转换完成后的数字信号传输给MCU并进行平方运算、求和运算、开方运算后得到剩余电流的有效值。本方法所述的计算剩余电流的有效值的计算过程中还包括通过检测图3所示的外接电源电压过零信号的周期来实时调整剩余电流采样计算周期，消除被监测线路的频率变化所产生的测量误差。如图2所MCP3909的主时钟频率由外接有源晶振X1提供，本方法选定的XI的输出频率为3.2768MHZ，MCP3909 ADC的输出为12.8Ksps，程序中使用6.4Ksps的采样率，即每两个输出数据只取一个。6.4Ksps的采样率可在50HZ输入信号的条件下，完成每周期128点的采样，MCU存储一个测量周期内(外接电源电压过零信号周期)所有采样点的数据，当一个测量周期结束后开始计算当前测量周期剩余电流的有效值。如果一个周期内采样点的数量不在预设采样点数量的范围内时(线路频率偏移超出检测范围)，以初始设定的128个采样点的采样数据进行计算，并置位频率超范围故障判断标志，如果连续8次都检测到频率超范围标志置位则发出声光报警信号。
剩余电流报警判定的实施方法：
如上所述，本方法中剩余电流的报警阈值根据计算得到的三相电流有效值变化自动调节，以增强因负载变化产生的正常泄露电流变化的适应性，达到减少误报的目的。具体的实施方法主要包括：MCU在每个FFT计算周期完成后，计算剩余电流2-31次谐波电流与基波电流比值，如果负载的增减变化时剩余电流的THD小于5％的变化量则剩余电流的报警阈值保持不变，如果剩余电流的THD随着负载的增减而增减，且基波电流变化小于额定电流的5％，且连续1S内的计算得到的基波电流平均值趋于恒定，判定为负载的增减产生的正常泄露电流的增减的变化，此时调整剩余电流的报警阈值，调整量为初始阈值加减剩余电流增量。为避免外部干扰信号产生的剩余电流的波动产生的误报警，本方法给出的报警判定方法还包括连续8次对报警进行确认的过程，具体实现流程如图15所示。
三相电流和中性线电电流的有效值检测、过载预警实施的方法：
过载和短路是引发电气火灾的主要原因之一，因此对过载和短路的监控可以实时了解线路的运行状况，有利于发现故障隐患并提前预警，本发明的创新点还体现在探测器增加过载预警功能。本方法所涉及到的过载预警功能的实现方法主要包括：采用高性能的模拟前端MCP3912实现三相电流和中性线电流的采集及模数转换；通过MCU微处理器对转换后的数字信号进行有效值计算和报警判定；通过NB-IOT上传至云端服务器进行分析处理。本方法优先选用MCP3912模拟前端，主要考虑到其集成了4通道差分放大器以及24位Δ-Σ模数转换器，且具备业界领先的精度：93.5dB的SINAD、-107dB的THD和112dB的SFDR。创新点体现在利于其上述特点来满足小电流信号测量精度的要求和EMC性能的要求，还体现在充分利用MCP3912的同步采样功能实现三相负载电流和中性线电流的矢量和计算，并计算一个检测周期内所有采样点电流矢量和的有效值，计算结果和剩余电流的测量计算结果进行对比得到的误差值作为系统接线错误产生误报的判定依据。当计算结果大于给定预设报警阈值后，实发出预警信号。
三相电流和中性线电流有效值检测的实施方法：
如图16所示本方法所描述的三相电流和中性线电流有效值检测方法主要包括如下过程实现：首先由图2所示的电流互感器T1-T4采集电流信号，然后通过阻容滤波网络滤波后送至MCP3912差分运算放大器PGA的输入端。如图11所示差分运算放大器的输出连接到Δ∑ADC模数转换器，然后经过相位延时补偿输出至高通滤波器以减少直流分量的测量误差，最后通过SPI接口将转换完成后的数字信号传输给MCU并进行平方运算、求和运算、开方运算后得到三相电流和中性线电流的有效值。本方法所述的电流的有效值的计算过程中还包括通过检测图3所示的外接电源电压过零信号的周期来实时调整电流采样计算周期，消除被监测线路的频率变化所产生的测量误差。如图2所MCP3912的主时钟频率由外接有源晶振X1提供，本方法选定的XI的输出频率为3.2768MHZ，MCP3912 ADC的采样率可在50HZ输入信号的条件下，完成每周期128点的采样。当一个测量周期结束后开始计算当前测量周期电流的有效值。如果一个周期内采样点的数量不在预设采样点数量的范围内时(线路频率偏移超出检测范围)，以初始设定的128个采样点的采样数据进行计算，并置位频率超范围故障判断标志，如果连续8次都检测到频率超范围标志置位则发出声光报警信号。
三相电流和中性线电流过载预警的实施方法：
如图16所示三相电流和中性先电流过载预警的实施方法主要包括：每周期(外接电源电压过零信号周期)电流有效值计算完成后调用三相电流中性线电流预警子程序，如果任一监测相的电流超过预设的电流阈值，置位对应的电流预警判定标志，如果检测到连续8个周期的报警判定标志均置位则判定为电流过载，并发出声光报警信号，同时调用NB-IOT发送子程序上报预警信息。
三相电流及中性线电流实现剩余电流报警预置动态调整的实现方法。
通常情况下电气火灾监控系统中被监测线缆和负载都存在着正常泄露，线缆的正常泄露电流在绝缘良好的情况下一般保持不变，负载的正常泄露电流会跟随接入负载的类别和大小有一定的关系，本方案对基波电流的检测数据和谐波电流的检测数据作为剩余电流报警阈值的调整条件来解决现有产品不能适用应负载变化产生的误报警问题。具体实施方法参照剩余电流报警判定的实施方法的相关内容。
输入电压检测及电压过零信号取样电路实现方法：
考虑到监测线路电源频率的变化对测量精度的影响，本方采用了通过检测输入电源电压过零周期的方法来保证法剩余电流和三相电流及中性线电流检测的准确性。具体实现方法主要包括：探测器供电源由图7的CH2端子引入，探测器的供电通过外接的AC220V电源提供，外接电源取自被监测线路的A相电压。如图7所示，CH2端子分别连电源变压器T7的输入端和图3所示限流电阻R25、R27的一端，电阻R25、R27分别和电阻R26、R28连接，R26、R28连接到电流型电压互感器T6的输入端，T6的输出端与R21、R24、C22、C23组成的RC阻容滤波网络连接，阻容滤波网络的输出分别连接到U2内置的差分放大器的输入端进行信号放大以及模数转换，转换后的数字信号通过MCU计算其有效值，然后通过软件滤波和测量误差校准等程序送液晶显示单元显示。
如图3所示电阻R21、R24连接到U2同时也连接到图8所示电压过零信号取样放大电路中的电阻R54和R55，如图8所示电压过零信号取样放大电路由电阻R54、R55、R56、C64、C65、U4B等组成，放大器的输出连接到U12内部比较器的正向输入端，比较器的反向输入端与其内置数模转换器DAC连接，本方法MCU内置模转换器DAC的输出电压作为电压过零信号过零点参考基准。
基于NB-IOT通讯技术实时上传监控信息和报警信息的实施方法：
对于住宅类建筑、老旧建造、城市公共设施的电气火灾监控需要更便捷更灵活的安装配置方案，传统的电气火灾监控探测器和监控设备通过有线连接的方式施工难度较大，且系统须有消防中控室进行统一管理，由于用户比较分散很难有效的集中管理。本方案基于NB-IOT无线通讯技术和好的解决安装布线的问题，通过物联网平台和手机APP很好的解决用户管理的问题，同时也便于对被监测线路的运行状态提供了数据支撑。具体实时方法参照图5及相应的说明。
Claims (10)
1.一种复合型电气火灾监控探测器，包括：输入电压检测器、剩余电流互感器、第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、第四电流互感器、测温传感器、第一阻容滤波网络、第二阻容滤波网络、第三阻容滤波网络、第四阻容滤波网络、第五阻容滤波网络、第六阻容滤波网络、2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元、微处理器、输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元及AC/DC电源变换单元；
输入电压检测器与第一阻容滤波网络相连接，第一阻容滤波网络与2通道模拟前端中第一通道相连接，剩余电流互感器与第二阻容滤波网络相连接，第二阻容滤波网络与2通道模拟前端中第二通道相连接，2通道模拟前端输出端与微处理器通过SPI接口相连接，第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、第四电流互感器分别与第三阻容滤波网络、第四阻容滤波网络、第五阻容滤波网络、第六阻容滤波网络相连接，第三阻容滤波网络、第四阻容滤波网络、第五阻容滤波网络、第六阻容滤波网络分别与4通道模拟前端第一通道、第二通道、第三通道、第四通道相连接，4通道模拟前端输出端与微处理器通过SPI接口相连接，测温传感器与放大滤波单元相连接，放大滤波单元与微处理器相连接，微处理器分别与输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元及AC/DC电源变换单元相连接，AC/DC电源变换单元分别与2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元、微处理器、输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元相连接；
所述输入电压检测器，将电压输入火线与零线分别输入电压检测器，通过输入电压检测器检测输入电压信号变化，并将检测到的电压信号传递到第一阻容滤波网络；
所述剩余电流互感器，用来检测剩余电流，并将检测到的剩余电流差分值输入到第二阻容滤波网络；
所述第一电流互感器，检测A相电流，并将A相电流检测结果，即A相电流差分值输入到第三阻容滤波网络；
所述第二电流互感器，检测B相电流，并将B相电流检测结果，即B相电流差分值输入到第四阻容滤波网络；
所述第三电流互感器，检测C相电流，并将C相电流检测结果，即C相电流差分值输入到第五阻容滤波网络；
所述第四电流互感器，检测N相电流，并将N相电流检测结果，即N相电流差分值输入到第六阻容滤波网络；
所述测温传感器，检测配电线缆的温度或者环境温度，并将检测结果输入到放大滤波单元；
所述第一阻容滤波网络，接收输入电压检测器传递过来的电压信号，经过第一阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给2通道模拟前端第一通道；
所述第二阻容滤波网络，接收剩余电流互感器传递过来的剩余电流差分值，经过第二阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给2通道模拟前端第二通道；
所述第三阻容滤波网络，接收第一电流互感器传递过来的A相电流差分值，经过第三阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第一通道；
所述第四阻容滤波网络，接收第二电流互感器传递过来的B相电流差分值，经过第四阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第二通道；
所述第五阻容滤波网络，接收第三电流互感器传递过来的C相电流差分值，经过第五阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第三通道；
所述第六阻容滤波网络，接收第四电流互感器传递过来的N相电流差分值，经过第六阻容滤波网络滤波后，将滤波后结果传递给4通道模拟前端第四通道；
所述2通道模拟前端，分别接收第一阻容滤波网络、第二阻容滤波网络滤波后结果，分别在第一通道和第二通道中，将滤波后结果经过可变增益差分运算放大器，并将可变增益差分运算放大器输出从模拟信号转换为数字信号，并将数字信号通过SPI接口传递给微处理器；
所述4通道模拟前端，分别接收第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、第四电流互感器传递过来的A相、B相、C相、N相电流差分值，并将A相、B相、C相、N相电流差分值分别在第一通道、第二通道、第三通道、第四通道中，通过可变增益差分运算放大器，并将可变增益差分运算放大器输出从拟信号转换为数字信号，并将数字信号经过相位补偿，得到与输入相位一致的相位补偿结果，将相位补偿结果通过低通滤波器，得到滤波后的输出，将滤波后的输出通过SPI接口传递给微处理器；
所述放大滤波单元，接收测温传感器检测结果，并将该检测结果进行信号放大并且滤波，得到放大滤波结果，并将放大滤波结果传递给微处理器；
所述微处理器，分别接收2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元传递过来的信号，分别将2通道模拟前端、4通道模拟前端传递过来的信号进行平方运算、求和运算、开方运算，分别得到剩余电流有效值、A相、B相、C相、N相电流有效值，根据剩余电流有效值、A相、B相、C相、N相电流有效值，分别调节2通道模拟前端或者4通道模拟前端中可变增益差分运算放大器的放大增益；若剩余电流有效值大于剩余电流报警阈值，则将剩余电流报警信息分别发送到输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；若A相、B相、C相、N相电流有效值分别大于其对应的报警阈值，则将电流报警信息分别发送给输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；接收放大滤波单元传递过来的放大滤波结果，若放大滤波结果大于温度设定阈值，则温度报警阈值分别发送给输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；
所述输出控制及LED指示单元，接收微处理器中传递过来的报警信息，将报警信息传递给输出控制端，根据报警信息，使与输出控制端相连接的被控制对象作出相应动作，同时LED报警灯被点亮；
所述液晶显示单元，显示实时检测的剩余电流有效值、A相、B相、C相和N相电流有效值、环境温度检测值、报警阈值；所述报警阈值包括：剩余电流报警阈值、A相、B相、C相、N相电流报警阈值以及温度报警阈值；
所述NB-IOT模组单元，与云端服务器相连接的无线通讯模块；
所述存储单元，保存设定的报警阈值；
所述RS485通信接口单元，与被通讯电控设备相连接，通过RS485通信接口单元，将实时检测的剩余电流有效值、A相、B相、C相和N相电流有效值、环境温度检测值、报警阈值传递给电控设备；
所述AC/DC电源变换单元，为整个探测器提供电源，具体为2通道模拟前端、4通道模拟前端、放大滤波单元、微处理器、输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、存储单元、RS485通信接口单元提供电源。
2.根据权利要求1所述复合型电气火灾监控探测器，其特征在于，所述输入电压检测器具体包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、电流型电压互感器；
电压输入火线与第一电阻和第二电阻串联，串联后与电流型电压互感器原边一端相连接，电流型电压互感器原边另一端与第三电阻和第四电阻串联，串联后与电压输入零线相连接；电流型电压互感器副边分别与阻容滤波网络相连接。
3.根据权利要求1所述复合型电气火灾监控探测器，其特征在于，所述2通道模拟前端，其第一通道与第二通道各包括1套如下器件：可变增益差分运算放大器、16位模拟数字转换器；
将滤波后的差分输入端与可变增益差分运算放大器相连接，可变增益差分运算放大器输出与16位模拟数字转换器相连接；
所述微处理器具有DSP功能，可以完成平方运算、求和运算、开方运算。
4.根据权利要求1所述复合型电气火灾监控探测器，其特征在于，所述4通道模拟前端，其第一通道、第二通道、第三通道、第四通道中各包括1套如下器件：可变增益差分运算放大器、24位模拟数字转换器、相位补偿器、低通滤波器；
可变增益差分运算放大器与24位模拟数字转换器相连接，24位模拟数字转换器与相位补偿器相连接，相位补偿器与低通滤波器相连接。
5.根据权利要求1所述复合型电气火灾监控探测器，其特征在于，所述可变增益差分运算放大器具有G0与G1两个调节端口，用于调节可变增益差分运算放大器增益，G0与G1两个调节端口分别与微处理器相连接，当G0与G1均为低电平时，可变增益差分运算放大器增益为1，当G0为高电平、G1为低电平时，可变增益差分运算放大器增益为2，当G0为低电平、G1为高电平时，可变增益差分运算放大器增益为8，当G0与G1均为高电平时，可变增益差分运算放大器增益为16。
6.根据权利要求1所述复合型电气火灾监控探测器，其特征在于，所述微处理器，具有过零点检测电源电压频率功能，包括：第一输入电阻、第二输入电阻、第一接地电容、第二接地电容，运算放大电阻，运算放大器；
经过第一阻容滤波网络滤波后火线电压CH+与第一输入电阻一端相连接，第一输入电阻另一端分别与第一接地电容一端、运算放大器同相输入端相连接，第一接地电容另一端与信号地相连接，经过第一阻容滤波网络滤波后零线电压CH-与第二输入电阻一端相连接，第二输入电阻另一端分别与第二接地电容一端、运算放大器反相输入端、运算放大电阻一端相连接，第二接地电容另一端与信号地相连接，运算放大电阻另一端与运算放大器输出端相连接，运算放大器输出端与微处理器内置的比较器的输入端相连接。
7.根据权利要求1所述复合型电气火灾监控探测器，其特征在于，所述存储单元使用EEPROM作为存储单元。
8.根据权利要求2所述复合型电气火灾监控探测器，其特征在于，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻的耐压大于100V。
9.根据权利要求4所述复合型电气火灾监控探测器，其特征在于，所述低通滤波器的带宽为4MHZ，截止频率为2KHZ。
10.一种复合型电气火灾监控探测器的监控方法，采用权利要求1所述复合型电气火灾监控探测器实现，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：监控探测器初始化，具体包括：2通道模拟前端初始化、4通道模拟前端初始化、微处理器初始化、输出控制及LED指示单元初始化、液晶显示单元初始化、NB-IOT模组单元初始化、存储单元初始化；
步骤2：分别执行主循环程序和中断处理程序，包括：步骤2.1与步骤2.2，不分先后顺序；
步骤2.1：执行主循环程序，判断电源电压过零中断是否置位，若为否，则继续等待并判断电源电压过零中断是否置位；若为否，则转到步骤3，启动相应子程序；
步骤2.2：执行中断处理程序：判断中断信号来自哪个器件，并执行中断标志位：若中断信号来自2通道模拟前端触发SPI中断，则数据乘方运算，求和运算，保存采样数据至微处理器缓冲区，采样计数器加1，置位2通道模拟前端SPI中断标志位；若中断信号来自4通道模拟前端触发SPI中断，则数据乘方运算，求和运算，保存采样数据至微处理器缓冲区，采样计数器加1，置位4通道模拟前端SPI中断标志位；若中断信号来自电源电压过零中断，则置位电压过零中断标志；若中断信号来自温度定时采样中断，则保存采样数据至微处理器缓冲区，采样计数器加1，置位温度定时采样中断标志位；
步骤3：启动相应子程序，具体包括步骤3.1～步骤3.4；
步骤3.1：计算电源频率；
步骤3.2：若检测到2通道模拟前端SPI中断标志位置，执行剩余电流有效值实时检测子程序，电源电压有效值实时计算子程序；
步骤3.3：若检测到4通道模拟前端SPI中断标志位置，执行三相电流中性线电流有效值实时检测子程序；
步骤3.4：若检测到温度定时采样中断标志置位，执行温度监测及报警子程序；
步骤3.5：一个过零周期计算完成后，清除对应的中断标志位，转到步骤2.1；
所述执行剩余电流有效值实时检测子程序，具体包括步骤3.2.1～步骤3.2.5；
步骤3.2.1：微处理器读取2通道模拟前端第二通道输出值，即剩余电流采样值；
步骤3.2.2：在微处理器中，在一个电压周期中，计算剩余电流有效值，具体公式为
其中，Is为剩余电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，ism第m次剩余电流采样值；具体计算过程为：首先计算剩余电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
步骤3.2.3：在微处理器中计算前N1秒的剩余电流有效值的平均值；
步骤3.2.4：判断剩余电流有效值的平均值是否大于等于20％且小于等于85％，若不满足该条件，启动剩余电流放大器增益控制子程序，执行步骤3.2.4.1～3.2.4.8，若满足该条件，则转到步骤3.2.5；
步骤3.2.4.1：从存储单元中，读取2通道模拟前端第二通道中可变增益差分运算放大器初始增益阈值；
步骤3.2.4.2：判断可变增益差分运算放大器初始增益阈值是否为2，若为是，转到步骤3.2.4.3，若为否，转到步骤3.2.4.5；
步骤3.2.4.3：在微处理器中计算前N1秒的剩余电流有效值的平均值；
步骤3.2.4.4：剩余电流有效值的平均值是否小于额定剩余电流的20％，若为是，则调整可变增益差分运算放大器放大增益为8，若为否，则转到步骤3.2.4.3；
步骤3.2.4.5：判断放大增益调整前后间隔是否大于N1秒，若为是，则转到步骤3.2.4.6，若为否，则等待下一个主程序循环周期继续判断放大增益调整前后间隔是否大于N1秒；
步骤3.2.4.6：在微处理器中计算前N1秒的剩余电流有效值的平均值；
步骤3.2.4.7：剩余电流有效值的平均值是否大于额定剩余电流的85％，若为是，转到步骤3.2.4.8，若为否，转到步骤3.2.4.5；
步骤3.2.4.8：调整可变增益差分运算放大器放大增益为2；
步骤3.2.5：启动剩余电流报警判定子程序，包括步骤3.2.5.1～3.2.5.4；
步骤3.2.5.1：微处理器从存储单元中读取剩余电流报警阈值；
步骤3.2.5.2：判断剩余电流有效值实时检测值是否大于剩余电流报警阈值，若为是，转到步骤3.2.5.3，若为否，则等待下一周期的剩余电流有效值实时检测值，并继续判断是否大于剩余电流报警阈值；
步骤3.2.5.3：置位剩余电流报警判定标志位；
步骤3.2.5.4：判断连续Nmax周期报警判定标志位是否均置位，若为否，则清除最初的剩余电流报警判定标志位，若为是，则微处理器上报剩余电流报警信息，并将剩余电流报警信息传递到输出控制及LED知识单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；
所述电源电压有效值实时计算子程序，包括步骤3.2.6～步骤3.2.10；
步骤3.2.6：微处理器从存储单元中读取电压过零点触发阈值；
步骤3.2.7：判断电压过零触发是否超时，或者过零点检测电源电压频率的运算放大器触发周期是否小于电压过零点触发阈值；若为是，则转到步骤3.2.8，若为否，则继续等待并继续步骤3.2.7判断电压过零触发是否超时，或者过零点检测电源电压频率的运算放大器触发周期是否小于电压过零点触发阈值；
步骤3.2.8：微处理器读取2通道模拟前端第一通道输出值，即电源电压采样值；
步骤3.2.9：在微处理器中，在一个电压周期中，计算电源电压有效值，并计算频率偏差；并调用频率偏差报警判断子程序，电源电压有效值计算公式如下：
其中，U为电源电压有效值，N”为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，um第m次电源电压采样值；具体计算过程为：首先电源电压的平方运算然后求和运算最后所有采样点的开方运算
步骤3.2.10：启动频率偏差报警判断子程序；
步骤3.2.10.1：微处理器从存储单元中读取测量范围；
步骤3.2.10.2：判断频率偏差是否超出测量范围，若为是，则转到步骤3.2.10.3，若为否，则等待并继续步骤3.2.10.2判断频率偏差是否超出测量范围；
步骤3.2.10.3：置位频率偏差判定标志位；
步骤3.2.10.4：判断是否连续Nmax个周期频率偏差标志位均置位，若为是，则微处理器上报频率偏差报警信息，并将频率偏差报警信息传递到输出控制及LED知识单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；若为否，则清除最初的频率偏差判定标志位；
所述执行三相电流中性线电流有效值实时检测子程序，包括步骤3.3.1～步骤3.3.6；
步骤3.3.1：微处理器中分别读取4通道模拟前端第一通道、第二通道、第三通道和第四通道输出值，即A相、B相、C相、N相电流采样值；
步骤3.3.2：在微处理器中，在一个电压周期中，分别计算A相、B相、C相、N相电流有效值，具体公式为：
其中，IA为A相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，iAm第m次A相电流采样值；具体计算过程为：首先计算A相电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
其中，IB为B相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，iBm第m次B相电流采样值；具体计算过程为：首先计算B相电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
其中，IC为C相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，iCm第m次C相电流采样值；具体计算过程为：首先计算C相电流的平方运算然后求和运算最后所有采样点的开方运算
其中，IN为N相电流有效值，N'为一个电压周期的采样点总数，m为第m个采样点，iNm第m次N相电流采样值；具体计算过程为：首先计算N相电流的平方运算然后进行求和运算最后所有采样点的开方运算
步骤3.3.3：微处理器从存储单元中分别读取A相、B相、C相、N相电流报警阈值；
步骤3.3.4：分别判断A相、B相、C相、N相电流有效值实时检测值是否分别大于A相、B相、C相、N相电流报警阈值，若为是，转到步骤3.3.5，若为否，则等待下一周期的A相、B相、C相、N相电流有效值实时检测值，并继续分别判断是否大于A相、B相、C相、N相电流报警阈值；
步骤3.3.5：分别置位A相、B相、C相、N相电流报警判定标志位；
步骤3.3.6：判断连续Nmax周期报警判定标志位是否均置位，若为否，则分别清除最初的A相、B相、C相、N相电流报警判定标志位，若为是，则微处理器分别上报A相、B相、C相、N相电流报警信息，并分别将A相、B相、C相、N相电流报警信息传递到输出控制及LED知识单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元；
所述执行温度监测及报警子程序，包括步骤3.4.1～步骤3.4.4；
步骤3.4.1：微处理器从存储单元中读取温度报警阈值；
步骤3.4.2：判断温度实时检测值是否大于温度报警阈值，若为是，转到步骤3.4.3，若为否，则等待并继续步骤3.4.2判断温度实时检测值是否大于温度报警阈值；
步骤3.4.3：置位温度报警判定标志位；
步骤3.4.4：判断连续N1秒期间报警判定标志位是否均置位，若为否，则清除最初的温度报警判定标志位，若为是，则微处理器上报温度报警信息，并将温度报警信息传递到输出控制及LED指示单元、液晶显示单元、NB-IOT模组单元、RS485通信接口单元。
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