CN113050467A - 一种用电安全监测及保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用电安全监测技术领域，尤其是一种用电安全监测及保护装置，包括电源模块、电压监测模块、电流监测模块、剩余电流监测模块、剩余电流自检模块、温度监测模块、开关量控制模块、数据处理模块、数据存储模块、人机交互模块和通讯模块，本发明能够对用电安全进行多方位监测及保护。
Description
技术领域
本发明涉及用电安全监测技术领域，具体领域为一种用电安全监测及保护装置。
背景技术
电在人们日常生活中扮演着越来越不可缺少的角色，在带给人们便利的同时也伴随着因用电不当产生的危险。漏电引发的触电伤亡事故、线缆发热引发的火灾事故层出不穷。市面上虽然有漏电保护产品、过流保护产品，但是缺少一种可以对用电安全进行多方位监测及保护的有效手段。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用电安全监测及保护装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用电安全监测及保护装置，包括电源模块、电压监测模块、电流监测模块、剩余电流监测模块、剩余电流自检模块、温度监测模块、开关量控制模块、数据处理模块、数据存储模块、人机交互模块和通讯模块，所述电源模块用于对整个装置提供电源，所述电压监测模块用于对交流电源的电压实时采集监测，所述电流监测模块用于对交流电源的电流实时采集监测，所述剩余电流监测模块用于对电路中剩余电流实时采集监测，所述剩余电流自检模块用于对漏电保护进行自检，所述温度检测模块用于对电路线缆的温度实时采集监测，所述开关量控制模块用于实现断电控制，所述数据处理模块分别连接电压监测模块、电流监测模块、剩余电流监测模块、剩余电流自检模块、温度监测模块和开关量控制模块，数据处理模块用于对各个检测模块的数据进行接收处理，所述数据存储模块用于接收数据处理模块处理的数据存储，所述人机交互模块与数据处理模块连接，人机交互模块用于显示整个装置的工作状态，所述通讯模块与数据处理模块连接，数据处理模块通过通讯模块与外部设备远程通信。
优选的，所述电源模块包括全桥整流器和变压器，所述变压器为双输出变压器，变压器的输出端输出+12V电压和+15V电压，全桥整流器的输入端连接外部市电，全桥整流器的输出端连接变压器的主输入端。
优选的，所述变压器为EE16-PN8366-1215型变压器。
优选的，所述电压监测模块包括多级串联的降压电阻、降压变压器和滤波电容，所述的降压电阻为两组分别串联有3个电阻的降压电阻组，两组降压电阻组之间并联，降压变压器的输入端一端连接电源火线，降压变压器的输入端另一端连接并联后的降压电阻组一端，降压电阻组另一端连接电源零线，所述降压变压器的输出端之间串联滤波电容，滤波电容为串联的两个电容，降压变压器的输出端连接数据处理模块的输入端。
优选的，所述的降压变压器的输出端之间还串联有电阻一，且降压变压器的两输出端上分别串联有电阻二和电阻三。
优选的，所述电流监测模块包括电流互感器、电阻四、电阻五、电阻六、电容一和电容二，电流互感器的输入端连接市电，电流互感器的输出端之间串联有电阻四，电容一和电容二串联后串联在电流互感器的输出端之间，电流互感器的两输出端上分别串联电阻五和电阻六，且串联在电流互感器输出端上的电容一和电容二位于电阻五和电阻六远离电流互感器的一端。
优选的，所述剩余电流监测模块包括微型电流互感器、比较器一、比较器二、比较器三和比较器四，微型电流互感器的输入端连接在产品设备电路上，微型电流互感器的输出端连接数据处理模块的输入端，比较器一的正极输入端接地，比较器一的负极输出端连接比较器一的输出端，比较器一的输出端连接比较器二的正极输入端，比较器二的负极输入端连接比较器二的输出端，比较器二的输出端连接比较器三的正极输入端，比较器三的负极输入端接地，且比较器三的负极输入端连接比较器三的输出端，比较器四的正极输入端接地，比较器四的负极输入端分别连接比较器四的输出端和比较器三的正极输入端。
优选的，所述数据处理模块为STM32F103RCT6型处理器。
优选的，所述通讯模块为RS485数据接口。
优选的，所述温度检测模块为NTC温度传感器，所述NTC温度传感器固定在电路线缆上，NTC温度传感器的信号输出端连接数据处理模块的输入端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：监测装置能够对用电安全进行多方位监测及保护；
采用交流电压互感器做信号变换，信号通过ADC采集后换算为实时电压值，可以用来做欠压、过压保护；
采用交流电流互感器做信号变换，信号通过ADC采集后换算为实时电流值，可以用来做过流保护；
采用微型交流电流互感器做信号变换，信号通过ADC采集后换算为实时电流值，可以用来做漏电保护；
设置开关量控制模块，并通过处理器对模块进行控制，可以切断对外供电，以达到保护目的；
数据处理模块用于各监测模块器数据的处理，驱动控制模块执行保护动作，连接人机模块进行错误指示及手动控制，连接通讯模块进行告警及数据通讯；
数据存储模块用于数据的保存，采用Flash存储器，可保存采集到的数据、告警日志、保护日志、操作日志等。。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明的总电路电路原理图；
图3为本发明的人机交互模块处示意图；
图4为本发明的电源模块示意图；
图5为本发明的电压监测模块示意图；
图6为本发明的电流监测模块示意图；
图7为本发明的剩余电流监测模块示意图；
图8为本发明的数据处理模块示意图。
图中：1、电源模块；2、电压监测模块；3、电流监测模块；4、剩余电流监测模块；5、降压变压器；6、温度监测模块；7、开关量控制模块；8、数据处理模块；9、数据存储模块；10、人机交互模块；11、通讯模块；12、全桥整流器；13、变压器；14、降压电阻组；15、滤波电容；16、电阻一；17、电阻二；18、电阻三；19、电流互感器；20、电阻四；21、电阻五；22、电阻六；23、电容一；24、电容二；25、微型电流互感器；26、比较器一；27、比较器二；28、比较器三；29、比较器四。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至8，本发明提供一种技术方案：一种用电安全监测及保护装置，包括电源模块、电压监测模块、电流监测模块、剩余电流监测模块、剩余电流自检模块、温度监测模块、开关量控制模块、数据处理模块、数据存储模块、人机交互模块和通讯模块；
所述电源模块用于对整个装置提供电源，支持采用AC220供电方式，通过反激式开关电源产生低压直流电源给设备其他模块供电。
所述电压监测模块用于对交流电源的电压实时采集监测，采用交流电压互感器做信号变换，信号通过ADC采集后换算为实时电压值，可以用来做欠压、过压保护。
所述电流监测模块用于对交流电源的电流实时采集监测，采用交流电流互感器做信号变换，信号通过ADC采集后换算为实时电流值，可以用来做过流保护。
所述剩余电流监测模块用于对电路中剩余电流实时采集监测，采用微型交流电流互感器做信号变换，信号通过ADC采集后换算为实时电流值，可以用来做漏电保护。
所述剩余电流自检模块用于对漏电保护进行自检，在处理器上设置一光继电器，通过光继电器模拟一个漏电流，采用MCU控制光继电器模拟一个漏电流，监测模块监测这个漏电流来判断监测模块工作是否正常。可以实现自动自检和手动自检，自动自检是设备定期自动完成，手动自检通过人为按下人机交互模块的自检按钮完成。
所述温度检测模块用于对电路线缆的温度实时采集监测，测量线缆上的实时温度，可以用来做过温保护。
所述开关量控制模块用于实现断电控制，开关量控制模块为一继电器，继电器连接在设备电路的电源输入端上，通过处理器控制继电器的方式，可以切断对外供电，以达到保护目的。
所述数据处理模块分别连接电压监测模块、电流监测模块、剩余电流监测模块、剩余电流自检模块、温度监测模块和开关量控制模块，数据处理模块用于对各个检测模块的数据进行接收处理，并驱动控制模块执行保护动作，连接人机模块进行错误指示及手动控制，连接通讯模块进行告警及数据通讯。
所述数据存储模块用于接收数据处理模块处理的数据存储，数据存储模块为Flash存储器，通过Flash存储器，可保存采集到的数据、告警日志、保护日志、操作日志等。
所述人机交互模块与数据处理模块连接，人机交互模块用于显示整个装置的工作状态，人机交互模块为带有控制按键的LED指示灯指示设备，通过LED指示灯指示设备显示设备的工作状态指示，采用按键接受手动控制及漏电自检控制，实现手动合闸控制、自检控制。
所述通讯模块与数据处理模块连接，数据处理模块通过通讯模块与外部设备远程通信，采用RS485接口，MODBUS协议，可以实现多机级联及远程通讯。
所述电源模块包括全桥整流器和变压器，所述变压器为EE16-PN8366-1215型变压器，所述变压器为双输出变压器，变压器的输出端输出+12V电压和+15V电压，全桥整流器的输入端连接外部市电，全桥整流器的输出端连接变压器的主输入端，全桥整流器的输出端上串联有电感线圈，同时输出端上并联有补偿电容，然后输出的直流电源进入变压器的一次侧并通过EE16-PN8366-1215型变压器的PN8366电源芯片连接接地。
所述电压监测模块包括多级串联的降压电阻、降压变压器和滤波电容，所述的降压电阻为两组分别串联有3个电阻的降压电阻组，两组降压电阻组之间并联，降压变压器的输入端一端连接电源火线，降压变压器的输入端另一端连接并联后的降压电阻组一端，降压电阻组另一端连接电源零线，所述降压变压器的输出端之间串联滤波电容，滤波电容为串联的两个电容，降压变压器的输出端连接数据处理模块的输入端，所述的降压变压器的输出端之间还串联有电阻一，且降压变压器的两输出端上分别串联有电阻二和电阻三，电阻二和电阻三串联在降压变压器的输出端上远离电阻一的一侧端上，滤波电容串联在降压变压器的输出端上远离电阻二和电阻三的一侧端上。
所述电流监测模块包括电流互感器、电阻四、电阻五、电阻六、电容一和电容二，电流互感器的输入端连接市电，电流互感器的输出端之间串联有电阻四，电容一和电容二串联后串联在电流互感器的输出端之间，电流互感器的两输出端上分别串联电阻五和电阻六，且串联在电流互感器输出端上的电容一和电容二位于电阻五和电阻六远离电流互感器的一端。
所述剩余电流监测模块包括微型电流互感器、比较器一、比较器二、比较器三和比较器四，比较器一至四均为TP07-SR型高速运算放大器，微型电流互感器的输入端连接在产品设备电路上，微型电流互感器的输出端连接数据处理模块的输入端，比较器一的正极输入端接地，比较器一的负极输出端连接比较器一的输出端，且比较器一的负极输入端串联一电阻后与比较器二的负极输入端连接，比较器一的输出端连接比较器二的正极输入端，比较器二的负极输入端串联一电阻R25后与比较器二的输出端，且该电阻R25上并联有一电容C24，比较器二的输出端连接比较器三的正极输入端，比较器三的负极输入端接地，且比较器三的负极输入端连接比较器三的输出端，比较器四的正极输入端接地，比较器四的负极输入端连接比较器三的正极输入端，比较器四的负极输入端串联一二极管D10后与比较器四的输出端，且该二极管的负极端连接比较器四的负极输入端，二极管D10上还并联有电容C42。
所述数据处理模块为STM32F103RCT6型处理器。
所述通讯模块为RS485数据接口。
所述温度检测模块为NTC温度传感器，所述NTC温度传感器固定在电路线缆上，NTC温度传感器的信号输出端连接数据处理模块的输入端。
通过本技术方案，设备通过各采集模块采集线缆的电压、电流、温度、剩余电流参数，并将各参数传给数据处理模块。数据处理模块预设了各个参数的告警，当某项参数超出告警阈值后，数据处理模块将告警信息通过人机交互LED显示，并通过通讯模块将数据上报，同时将数据传给存储模块进行保存。数据处理模块预设了各个参数的保护阈值，当某项参数超出保护阈值后，数据处理模块通过开关量控制模块切断供电，脱扣信息通过人机交互LED显示，并通过通讯模块将数据和状态上报，同时将数据传给存储模块进行保存。通过以上流程，确保用户用电的安全，避免发生漏电触电、过热起火等危险情况。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用电安全监测及保护装置，其特征在于：包括电源模块、电压监测模块、电流监测模块、剩余电流监测模块、剩余电流自检模块、温度监测模块、开关量控制模块、数据处理模块、数据存储模块、人机交互模块和通讯模块，所述电源模块用于对整个装置提供电源，所述电压监测模块用于对交流电源的电压实时采集监测，所述电流监测模块用于对交流电源的电流实时采集监测，所述剩余电流监测模块用于对电路中剩余电流实时采集监测，所述剩余电流自检模块用于对漏电保护进行自检，所述温度检测模块用于对电路线缆的温度实时采集监测，所述开关量控制模块用于实现断电控制，所述数据处理模块分别连接电压监测模块、电流监测模块、剩余电流监测模块、剩余电流自检模块、温度监测模块和开关量控制模块，数据处理模块用于对各个检测模块的数据进行接收处理，所述数据存储模块用于接收数据处理模块处理的数据存储，所述人机交互模块与数据处理模块连接，人机交互模块用于显示整个装置的工作状态，所述通讯模块与数据处理模块连接，数据处理模块通过通讯模块与外部设备远程通信。
2.根据权利要求1所述的一种用电安全监测及保护装置，其特征在于：所述电源模块包括全桥整流器和变压器，所述变压器为双输出变压器，变压器的输出端输出+12V电压和+15V电压，全桥整流器的输入端连接外部市电，全桥整流器的输出端连接变压器的主输入端。
3.根据权利要求2所述的一种用电安全监测及保护装置，其特征在于：所述变压器为EE16-PN8366-1215型变压器。
4.根据权利要求1所述的一种用电安全监测及保护装置，其特征在于：所述电压监测模块包括多级串联的降压电阻、降压变压器和滤波电容，所述的降压电阻为两组分别串联有3个电阻的降压电阻组，两组降压电阻组之间并联，降压变压器的输入端一端连接电源火线，降压变压器的输入端另一端连接并联后的降压电阻组一端，降压电阻组另一端连接电源零线，所述降压变压器的输出端之间串联滤波电容，滤波电容为串联的两个电容，降压变压器的输出端连接数据处理模块的输入端。
5.根据权利要求4所述的一种用电安全监测及保护装置，其特征在于：所述的降压变压器的输出端之间还串联有电阻一，且降压变压器的两输出端上分别串联有电阻二和电阻三。
6.根据权利要求1所述的一种用电安全监测及保护装置，其特征在于：所述电流监测模块包括电流互感器、电阻四、电阻五、电阻六、电容一和电容二，电流互感器的输入端连接市电，电流互感器的输出端之间串联有电阻四，电容一和电容二串联后串联在电流互感器的输出端之间，电流互感器的两输出端上分别串联电阻五和电阻六，且串联在电流互感器输出端上的电容一和电容二位于电阻五和电阻六远离电流互感器的一端。
7.根据权利要求1所述的一种用电安全监测及保护装置，其特征在于：所述剩余电流监测模块包括微型电流互感器、比较器一、比较器二、比较器三和比较器四，微型电流互感器的输入端连接在产品设备电路上，微型电流互感器的输出端连接数据处理模块的输入端，比较器一的正极输入端接地，比较器一的负极输出端连接比较器一的输出端，比较器一的输出端连接比较器二的正极输入端，比较器二的负极输入端连接比较器二的输出端，比较器二的输出端连接比较器三的正极输入端，比较器三的负极输入端接地，且比较器三的负极输入端连接比较器三的输出端，比较器四的正极输入端接地，比较器四的负极输入端分别连接比较器四的输出端和比较器三的正极输入端。
8.根据权利要求1所述的一种用电安全监测及保护装置，其特征在于：所述数据处理模块为STM32F103RCT6型处理器。
9.根据权利要求1所述的一种用电安全监测及保护装置，其特征在于：所述通讯模块为RS485数据接口。
10.根据权利要求1所述的一种用电安全监测及保护装置，其特征在于：所述温度检测模块为NTC温度传感器，所述NTC温度传感器固定在电路线缆上，NTC温度传感器的信号输出端连接数据处理模块的输入端。
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