CN110531674A - 一种强弱电隔离控制系统及控制方法 - Google Patents

一种强弱电隔离控制系统及控制方法 Download PDF

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刘晓刚
覃科
刘运强
郑利华
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Abstract

本发明涉及一种强弱电隔离控制系统及控制方法，包括:电流检测电路用于将初级电流转换为次级电流，初级电流大于次级电流；模数转换器用于对次级电流对应的直流电压进行模数转换，生成数字电压信号；单片机用于获取数字电压信号，并检测数字电压信号对应的控制状态，输出控制状态对应的电平；光耦合器用于根据控制状态对应的电平控制继电器是否吸合，以控制继电器对应的强电控制模块是否运行，通过电流检测电路和光耦合器将强弱电进行有效隔离，保护单片机不受强电产生的电磁干扰，保证锅炉供暖的正常使用。

Description

一种强弱电隔离控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于锅炉控制技术领域，特别涉及一种应用于锅炉控制系统的强弱电隔离控制系统及控制方法。
背景技术
人们在日常生活生产中，经常会使用到热水，如供暖或者洗澡。在家里或者旅馆等地方，一般采用家用锅炉或者小型锅炉向人们提供热水。现有家用锅炉或者小型锅炉一般为基于单片机的锅炉供暖控制系统控制的锅炉。但是现有的基于单片机的锅炉供暖控制系统由于强弱电没有进行有效隔离，会出现强烈的电磁干扰，对单片机造成损害，从而影响到锅炉供暖的正常使用。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中由于强弱电没有进行有效隔离，会出现强烈的电磁干扰，对单片机造成损害，影响到锅炉供暖的正常使用的技术问题，提供一种强弱电隔离控制系统及控制方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种强弱电隔离控制系统，包括:
电流检测电路，用于将初级电流转换为次级电流，所述初级电流大于所述次级电流；
模数转换器，用于对所述次级电流对应的直流电压进行模数转换，生成数字电压信号；
单片机，用于获取所述数字电压信号，并检测所述数字电压信号对应的控制状态，输出所述控制状态对应的电平；
光耦合器，用于根据所述控制状态对应的电平控制继电器是否吸合，以控制所述继电器对应的强电控制模块是否运行。
本发明的有益效果是：通过电流检测电路将初级电流转换为次级电流，以获取次级电流对应的直流电压，方便后续使用模数转换器将直流电压转换为数字电压信号，从而使单片机根据获取的数字电压信号判断其对应的控制状态，以确定输出高电平或者低电平。光耦合器根据单片机输出高电平或者低电平确定发光二极管是否导通，以确定光耦输出端是否导通，从而确定是否闭合继电器执行对应的强电控制模块。通过上述过程，将强弱电进行有效隔离，保护单片机不受强电产生的电磁干扰，保证锅炉供暖的正常使用。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述电流检测电路包括电流互感器，用于将初级电流转换为次级电流。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过电流互感器将初级电流(即大电流)转化为次级电流(即小电流)，以便电流检测电路检测电流，并通过电流检测电路获取对应的电压，以实现模数转换。
进一步，所述电流检测电路包括水泵电流检测电路、送料电机电流检测电路、鼓风机电流检测电路、烟道抽风机电流检测电路和点火棒电流检测电路；
所述水泵电流检测电路，用于检测水泵运行过程生成的电流；
所述送料电机检测电路，用于检测送料电机运行过程生成的电流；
所述鼓风机电流检测电路，用于检测鼓风机运行过程生成的电流；
所述烟道抽风机电流检测电路，用于检测烟道抽风机运行过程生成的电流；
所述点火棒电流检测电路，用于检测点火棒运行过程生成的电流。
进一步，所述强电控制模块包括水泵控制模块、送料电机控制模块、鼓风机控制模块、烟道抽风机控制模块和点火棒控制模块；
所述水泵控制模块，用于控制水泵是否运行；
所述送料电机控制模块，用于控制送料电机是否运行；
所述鼓风机控制模块，用于控制鼓风机是否运行；
所述烟道抽风机控制模块，用于控制烟道抽风机是否运行；
所述点火棒控制模块，用于控制点火棒是否运行。
进一步，所述控制状态对应的电平包括高电平和低电平；
所述光耦合器用于根据所述控制状态对应的电平控制继电器是否吸合，以控制所述继电器对应的强电控制模块是否运行，包括：
若所述控制状态对应的电平为高电平，则所述光耦合器控制所述继电器断开，所述继电器对应的强电控制模块正常运行；
若所述控制状态对应的电平为低电平，则所述光耦合器控制所述继电器吸合，所述继电器对应的强电控制模块停止运行。
采用上述进一步方案的有益效果是:单片机通过获取水泵电流检测电路、送料电机电流检测电路、鼓风机电流检测电路、烟道抽风机电流检测电路和点火棒电流检测电路的数字电压信号，以判断各电流检测电路对应的控制状态，并根据控制状态确定输出高电平还是低电平。当输出高电平，则光耦合器控制继电器断开，以控制水泵控制模块、送料电机控制模块、鼓风机控制模块、烟道抽风机控制模块和点火棒控制模块正常运行；当输出低电平，则光耦合器控制继电器闭合，以控制水泵控制模块、送料电机控制模块、鼓风机控制模块、烟道抽风机控制模块和点火棒控制模块停止运行，通过光耦合器实现了强弱电隔离，有效保护了单片机不受强电的电磁干扰。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种强弱电隔离锅炉控制系统，包括上述强弱电隔离控制系统，还包括炉壁限温开关、热电偶测温信号采集电路、水位开关、按键输入电路、液晶显示器和报警电路；
所述炉壁限温开关，用于控制锅炉的炉壁温度，使所述炉壁温度小于预设炉壁温度；
所述热电偶测温信号采集电路，用于检测锅炉中的水温；
所述水位开关，用于控制所述锅炉中水的水位高低；
所述按键输入电路，用于输入送料时刻、点火时刻和点火时长；
所述液晶显示器，用于显示单片机输出的显示数据；
所述报警电路，用于根据所述单片机检测到的控制状态进行报警。
进一步，若单片机获取的数字电压信号对应的控制状态为正常运行，则检测电流检测电路的运行电流；
若所述运行电流不正常，则通过光耦合器控制继电器吸合，使得所述继电器对应的强电控制模块停止运行，并通过所述报警电路进行报警。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过炉壁限温开关控制炉壁温度不会高于预设炉壁温度，保护炉壁安全；通过热电偶测温信号采集电路检测锅炉中的水温，以确定锅炉中的水温在合适的温度范围。通过设置水位开关以便根据实际情况决定是对否加水。通过按键输入电路输入送料时间、点火时间和点火时间长短以完成对水加热，保证锅炉中的水温维持在合适的温度。通过液晶显示器显示单片机输出的显示数据，以使用户可以及时获知锅炉的详细信息。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种强弱电隔离控制方法，包括:
电流检测电路将初级电流转换为次级电流，所述初级电流大于所述次级电流；模数转换器对所述次级电流对应的直流电压进行模数转换，生成数字电压信号；单片机获取所述数字电压信号，并检测所述数字电压信号对应的控制状态，输出所述控制状态对应的电平；光耦合器根据所述控制状态对应的电平控制继电器是否吸合，以控制所述继电器对应的强电控制模块是否运行。
本发明的有益效果是：通过电流检测电路将初级电流转换为次级电流，以获取次级电流对应的直流电压，方便后续使用模数转换器将直流电压转换为数字电压信号，从而使单片机根据获取的数字电压信号判断其对应的控制状态，以确定输出高电平或者低电平。光耦合器根据单片机输出高电平或者低电平确定发光二极管是否导通，以确定光耦输出端是否导通，从而确定是否闭合继电器执行对应的强电控制模块。通过上述过程，将强弱电进行有效隔离，保护单片机不受强电产生的电磁干扰，保证锅炉供暖的正常使用。
附图说明
图1为本发明一种强弱电隔离控制系统框图；
图2为图1中电流检测电路原理图；
图3为本发明另一电流检测电路原理图；
图4为本发明一种强弱电隔离控制系统的另一框图；
图5为本发明一种强弱电隔离锅炉控制系统框图；
图6为本发明一种强弱电隔离锅炉控制方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种强弱电隔离控制系统，包括:
电流检测电路1，用于将初级电流转换为次级电流，初级电流大于次级电流；
模数转换器2，用于对次级电流对应的直流电压进行模数转换，生成数字电压信号；
单片机3，用于获取数字电压信号，并检测数字电压信号对应的控制状态，输出控制状态对应的电平；
光耦合器4，用于根据控制状态对应的电平控制继电器是否吸合，以控制继电器对应的强电控制模块5是否运行。
具体的，如图2所示，电流检测电路1包括电流互感器U1、二极管D1、二极管D2、电容C1、电阻R1、电阻R2和电阻R3；电流互感器U1第二端分别与二极管D1的阴极和二极管D2的阳极连接，电流互感器U1第一端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端分别与二极管D1的阳极和电阻R2的一端连接并接地；二极管D2的阴极分别与电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与模数转换器2和电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地。
电流检测电路1中的电流互感器U1将初级电流(即大电流)转换为次级电流(即小电流)，并通过二极管D1和二极管D2对获取的次级电流进行整流，然后通过电容C1对整流后的电流进行滤波。为了方便获取电流检测电路1的电压，将电阻R3的电阻值设置为远大于电阻R2的电阻值，本实施例中将电阻R3的电阻值设为1KΩ，电阻R2的电阻值设为100Ω。通过测量电阻R2两端的电压获取电流检测电路1的直流电压。
在获取直流电压后，通过模数转换器2将直流电压转换为数字电压信号并发送给单片机3。单片机3通过检测该数字电压信号对应的控制状态(闭合还是断开)确定输出高电平还是低电平。
具体的，如图3所示，单片机3的输出端CTRL与光耦合器U2的第二端连接，光耦合器U2的第一端经电阻R7连接至直流电源,光耦合器U2第三端分别与三极管Q基极和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端分别与三极管Q发射极连接并接地，三极管Q的集电极分别与二极管D3的阳极和继电器K1的第五端连接，继电器K1第三端分别与直流电源、二极管D3的阴极和电阻R5连接，电阻R5的另一端与光耦合器U2的第四端连接。继电器K1的第二端与强电控制模块5的火线L连接，继电器K1的第四端与电流检测接口J4的第一端连接，电流检测接口J4的第二端分别与控制输出J1第一端和电容C2的一端连接，电容C2的另一端与电阻R6的一端连接，控制输出J1第二端分别于电阻R6的另一端和强电控制模块5的零线N连接。
若单片机3输出端CTRL输出低电平，则光耦合器U2中的发光二极管导通，光耦输出端导通，三极管Q导通，继电器K1得电吸合，开关K1由位置2打到位置1，强电控制模块5停止运行；若单片机3输出端CTRL输出高电平，则光耦合器U2中的发光二极管截止，光耦输出端截止，三极管Q截止，继电器K1得电断开，开关K1由位置1打到位置2，强电控制模块5继续运行。
通过采用电流互感器U1和光耦合器U2，将强弱电进行有效隔离，保护单片机不受强电产生的电磁干扰，从而保证锅炉供暖的正常使用。
优选的，电流检测电路1包括电流互感器，用于将初级电流转换为次级电流。
优选的，如图4所示，电流检测电路1包括水泵电流检测电路11、送料电机电流检测电路12、鼓风机电流检测电路13、烟道抽风机电流检测电路14和点火棒电流检测电路15；
水泵电流检测电路，用于检测水泵运行过程生成的电流；
送料电机检测电路，用于检测送料电机运行过程生成的电流；
鼓风机电流检测电路，用于检测鼓风机运行过程生成的电流；
烟道抽风机电流检测电路，用于检测烟道抽风机运行过程生成的电流；
点火棒电流检测电路，用于检测点火棒运行过程生成的电流。
优选的，如图4所示，强电控制模块5包括水泵控制模块51、送料电机控制模块52、鼓风机控制模块53、烟道抽风机控制模块54和点火棒控制模块55；
水泵控制模块，用于控制水泵是否运行；
送料电机控制模块，用于控制送料电机是否运行；
鼓风机控制模块，用于控制鼓风机是否运行；
烟道抽风机控制模块，用于控制烟道抽风机是否运行；
点火棒控制模块，用于控制点火棒是否运行。
优选的，控制状态对应的电平包括高电平和低电平；
光耦合器4，用于根据控制状态对应的电平控制继电器是否吸合，以控制继电器对应的强电控制模块5是否运行，包括：
若控制状态对应的电平为高电平，则光耦合器4控制继电器断开，继电器对应的强电控制模块5正常运行；
若控制状态对应的电平为低电平，则光耦合器4控制继电器吸合，继电器对应的强电控制模块5停止运行。
具体的，水泵电流检测电路11将其对应的直流电压发送给模数转换器21。模数转换器21将直流电压转换为数字电压信号并发送给单片机3。单片机3通过检测该数字电压信号对应的控制状态(闭合还是断开)确定输出高电平还是低电平。若单片机3输出低电平，则光耦合器41导通，继电器得电吸合，水泵控制模块51停止运行；若单片机3输出高电平，则光耦合器41截止，继电器得电断开，水泵控制模块51继续运行。
由于其他电流检测电路与水泵电流检测电路的执行过程相同，为避免重复，不在赘述。
如图5所示，本发明的其他实施例还提供一种强弱电隔离锅炉控制系统，包括上述强弱电隔离控制系统，还包括炉壁限温开关6、热电偶测温信号采集电路7、水位开关8、按键输入电路9、液晶显示器10和报警电路11；
炉壁限温开关6，用于控制锅炉的炉壁温度，使所述炉壁温度小于预设炉壁温度；
热电偶测温信号采集电路7，用于检测锅炉中的水温；
水位开关8，用于控制锅炉中水的水位高低；
按键输入电路9，用于输入送料时刻、点火时刻和点火时长；
液晶显示器10，用于显示单片机3输出的显示数据；
报警电路11，用于根据单片机3检测到的控制状态进行报警。
进一步，若单片机3获取的数字电压信号对应的控制状态为正常运行，则检测电流检测电路1的运行电流；
进一步，若运行电流不正常，则通过光耦合器4控制继电器吸合，使得继电器对应的强电控制模块停止运行，并通过报警电路11进行报警。本实施例中的正常电流范围由用户根据实际情况确定。
本实施例中的水位开关8包括低水位开关和高水位开关。其中，低水位开关指用于控制锅炉中水的水位低于最低水位时则进水的开关；高水位开关指用于控制锅炉中水的水位低于最高水位时则停止进水的开关。最低水位和最高水位为用户根据实际情况预先设置好的水位。
本实施例中的运行电流不正常，具体包括电流为0，或者运行电流高于正常电流范围。
需要说明的是，由于本实施例中的运行电流包括水泵电流检测电路11检测的水泵的运行电流、送料电机电流检测电路12检测的送料电机的运行电流、鼓风机电流检测电路13检测的鼓风机的运行电流、烟道抽风机电流检测电路14检测的烟道抽风机的运行电流和点火棒电流检测电路15检测的点火棒的运行电流，因此，本实施例中的正常电流范围包括水泵的正常电流范围、送料电机的正常电流范围、鼓风机的正常电流范围、烟道抽风机的正常电流范围和点火棒的正常电流范围。
具体的，当锅炉的炉壁温度不大于炉壁限温开关6对应的预设炉壁温度，水位高于最低水位，且锅炉中的水温小于预设水温，则通过液晶显示器10显示锅炉的炉壁温度，锅炉中的水位和水温，并通过报警电路11提示用户进入人工模式，用户通过按键输入电路9输入送料时间、点火时间和点火时间长短，启动点火棒控制电路、送料电机、鼓风机和烟道抽风机运行，按照预设延迟时间运行(该延迟时间由用户根据需要设置)，则检测烟道抽风机中的烟温，当烟道抽风机的烟温小于预设烟温，则按照预设运行时间运行(该运行时间有用户根据需要设置)。本实施例中的延迟时间和运行时间可由用户根据实际需要设置，更加灵活，方便操作。
进一步的，若点火棒控制电路、送料电机、鼓风机或烟道抽风机在运行过程中，若其中一个出现故障，则其余运行的电机则断开，进入待机状态，不再运行。在液晶显示器10上根据实际情况显示点火棒故障、送料电机故障、鼓风机故障或烟道抽风机故障，并通过报警电路11进行报警，提醒用户进行检查。
进一步的，若点火棒运行正常，则点火棒按照预设点火时间运行(该点火时间由用户根据需要设置)，当超过预设点火时间则停止运行，设置预设点火时间可以防止点火时间过长造成锅炉中的水温过高，或者出现干烧的情况，也可以减少燃料浪费，使得燃料得到充分利用。
进一步的，当锅炉的炉壁温度大于炉壁限温开关6对应的预设炉壁温度，则进入待机状态，通过液晶显示器10显示炉壁温度，并通过报警电路11报警，以提醒用户进行检查。
进一步的，若水位高于最高水位，则水泵停止运行，不再供水。若水位低于最低水位，则进入待机状态，通过液晶显示器10显示水位低，并通过报警电路11报警，以提醒用户进行检查。
进一步的，若锅炉中的水温不小于预设水温，则进入待机状态，通过液晶显示器10显示锅炉中的水温，并通过报警电路11报警，以提醒用户进行检查。
如图6所示，本发明的其他实施例还提供一种强弱电隔离控制方法，包括:
S10：电流检测电路1将初级电流转换为次级电流，初级电流大于次级电流。
S20：模数转换器2对次级电流对应的直流电压进行模数转换，生成数字电压信号。
S30：单片机3获取数字电压信号，并检测数字电压信号对应的控制状态，输出控制状态对应的电平。
S40：光耦合器4根据控制状态对应的电平控制继电器是否吸合，以控制继电器对应的强电控制模块5是否运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种强弱电隔离控制系统，其特征在于，包括:
电流检测电路(1)，用于将初级电流转换为次级电流，所述初级电流大于所述次级电流；
模数转换器(2)，用于对所述次级电流对应的直流电压进行模数转换，生成数字电压信号；
单片机(3)，用于获取所述数字电压信号，并检测所述数字电压信号对应的控制状态，输出所述控制状态对应的电平；
光耦合器(4)，用于根据所述控制状态对应的电平控制继电器是否吸合，以控制所述继电器对应的强电控制模块(5)是否运行。
2.根据权利要求1所述的强弱电隔离控制系统，其特征在于，所述电流检测电路(1)包括电流互感器，用于将初级电流转换为次级电流。
3.根据权利要求1所述的强弱电隔离控制系统，其特征在于，所述电流检测电路(1)包括水泵电流检测电路、送料电机电流检测电路、鼓风机电流检测电路、烟道抽风机电流检测电路和点火棒电流检测电路；
所述水泵电流检测电路，用于检测水泵运行过程生成的电流；
所述送料电机检测电路，用于检测送料电机运行过程生成的电流；
所述鼓风机电流检测电路，用于检测鼓风机运行过程生成的电流；
所述烟道抽风机电流检测电路，用于检测烟道抽风机运行过程生成的电流；
所述点火棒电流检测电路，用于检测点火棒运行过程生成的电流。
4.根据权利要求1所述的强弱电隔离控制系统，其特征在于，所述强电控制模块(5)包括水泵控制模块、送料电机控制模块、鼓风机控制模块、烟道抽风机控制模块和点火棒控制模块；
所述水泵控制模块，用于控制水泵是否运行；
所述送料电机控制模块，用于控制送料电机是否运行；
所述鼓风机控制模块，用于控制鼓风机是否运行；
所述烟道抽风机控制模块，用于控制烟道抽风机是否运行；
所述点火棒控制模块，用于控制点火棒是否运行。
5.根据权利要求1所述的强弱电隔离控制系统，其特征在于，所述控制状态对应的电平包括高电平和低电平；
所述光耦合器(4)，用于根据所述控制状态对应的电平控制继电器是否吸合，以控制所述继电器对应的强电控制模块(5)是否运行，包括：
若所述控制状态对应的电平为高电平，则所述光耦合器(4)控制所述继电器断开，所述继电器对应的强电控制模块(5)正常运行；
若所述控制状态对应的电平为低电平，则所述光耦合器(4)控制所述继电器吸合，所述继电器对应的强电控制模块(5)停止运行。
6.一种强弱电隔离锅炉控制系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的强弱电隔离控制系统，还包括炉壁限温开关(6)、热电偶测温信号采集电路(7)、水位开关(8)、按键输入电路(9)、液晶显示器(10)和报警电路(11)；
所述炉壁限温开关(6)，用于控制锅炉的炉壁温度，使所述炉壁温度小于预设炉壁温度；
所述热电偶测温信号采集电路(7)，用于检测锅炉中的水温；
所述水位开关(8)，用于控制所述锅炉中水的水位高低；
所述按键输入电路(9)，用于输入送料时刻、点火时刻和点火时长；
所述液晶显示器(10)，用于显示单片机(3)输出的显示数据；
所述报警电路(11)，用于根据所述单片机(3)检测到的控制状态进行报警。
7.根据权利要求6所述的强弱电隔离锅炉控制系统，其特征在于，
若单片机(3)获取的数字电压信号对应的控制状态为正常运行，则检测电流检测电路(1)的运行电流；
若所述运行电流不正常，则通过光耦合器(4)控制继电器吸合，使得所述继电器对应的强电控制模块停止运行，并通过所述报警电路(11)进行报警。
8.一种强弱电隔离控制方法，其特征在于，包括:
电流检测电路(1)将初级电流转换为次级电流，所述初级电流大于所述次级电流；模数转换器(2)对所述次级电流对应的直流电压进行模数转换，生成数字电压信号；单片机(3)获取所述数字电压信号，并检测所述数字电压信号对应的控制状态，输出所述控制状态对应的电平；光耦合器(4)根据所述控制状态对应的电平控制继电器是否吸合，以控制所述继电器对应的强电控制模块(5)是否运行。
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