CN114265347A - 一种自主可控断电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种断电装置，尤其是一种自主可控断电系统，包括：电流采集单元；数据处理单元，所述数据处理单元与所述电流采集单元电性连接；供电单元，所述供电单元分别与所述电流采集单元和所述数据处理单元连接；存储单元，所述存储单元与所述数据处理单元连接；及断电单元，所述断电单元与所述数据处理单元连接。本发明提供的一种自主可控断电系统采用霍尔电流传感器检测电流信号对电流实时监控，检测准确、抗干扰性能好、温度稳定性好、能够快速对生产生活中用电异常进行判断并执行断电操作，并能存储数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种断电装置，尤其是一种自主可控断电系统。
背景技术
断电装置是指利用某种电流检测装置检测电流并采取断电措施的装置。目前，在生产生活中，通常是将电流表串入电源电路中，按照电流表显示的电流，进行人工断电，上述方法主要存在以下几个方面的缺点：
1、电流检测不准确，抗干扰性能差，温度稳定性差等缺点；
2、监测效率低、耗时长：传统检测方式主要是通过技术人员手动方式观察电流表，对于电流表显示电流进行登记，并按照显示电流做出是否关断开关决定；
3、不能实时监控用电状态；
4、无法做到有效的数据管理：测试记录数据也都是通过人工进行记录，由于无法做到自动实时的电流检测，检测记录无法做到实时存储，容易造成测量数据丢失。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种电流检测准确、监测效率高、能实时监控并进行数据管理的一种自主可控断电系统，具体技术方案为：
一种自主可控断电系统，包括：电流采集单元；数据处理单元，所述数据处理单元与所述电流采集单元电性连接；供电单元，所述供电单元分别与所述电流采集单元和所述数据处理单元连接；存储单元，所述存储单元与所述数据处理单元连接；及断电单元，所述断电单元与所述数据处理单元连接。
优选的，所述电流采集单元包括霍尔电流传感器和信号隔离器，所述霍尔电流传感器通过所述信号隔离器与所述数据处理单元连接。
优选的，所述数据处理单元包括STM32H743。
进一步的，还包括DMA，所述STM32H743通过所述DMA与所述电流采集单元连接。
进一步的，所述断电单元包括继电器SW1和断路电路，所述断路电路包括电阻R1、三极管Q1和电阻R2，所述三极管Q1的基极通过所述电阻R1与所述STM32H743的GPIO引脚连接，所述三极管Q1的集电极通过所述电阻R2与所述STM32H743的供电引脚连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述继电器SW1的引脚1与所述三极管Q1的发射极连接，所述继电器SW1的引脚4与所述三极管Q1的集电极连接。
优选的，还包括二级管D1，所述二级管与所述三极管Q1并联。
优选的，所述供电单元包括相互连接的降压模块、整流模块和稳压模块。
其中，所述存储单元为SD卡。
优选的，还包括无线单元、服务器和远程终端，所述数据处理单元通过所述无线单元与所述服务器连接，所述服务器与所述数据处理单元连接，所述数据处理单元和所述远程终端均向所述服务器发送订阅与发布消息。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种自主可控断电系统采用霍尔电流传感器检测电流信号对电流实时监控，检测准确、抗干扰性能好、温度稳定性好、能够快速对生产生活中用电异常进行判断并执行断电操作，并能存储数据。
附图说明
图1是一种自主可控断电系统的结构框图；
图2是电流采集单元的流程图；
图3是数据处理单元的数据传输的流程图；
图4是供电单元的结构框图；
图5是断电单元的电路图；
图6是无线单元、服务器和远程终端的连接示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明。
采用霍尔电流传感器检测电流信号对电流实时监控，能够快速对生产生活中用电异常进行判断并执行断电操作。
电流采集单元是整个装置的重要部件，通过无接触的方式来测量导线中的电流，真实反映出导线中电流的情况。由电流采集单元把采集的信号转换成电压信号，电压信号经过电压转换电路转换成数据处理单元可采集的电压信号，数据处理单元将采集的电流值与设定的阀值比较，超出阀值，则执行断电操作，并通过无线通讯给手机发送通知。
如图1至图6所示，一种自主可控断电系统，包括：电流采集单元、数据处理单元、供电单元、存储单元、断电单元、无线单元、服务器和远程终端。数据处理单元分别与电流采集单元、供电单元、存储单元、断电单元和无线单元连接，供电单元还与电流采集单元连接。无线单元与服务器连接，远程终端与服务器通过网络连接。远程终端包括智能手机、平板或电脑上，远程终端上装有控制软件。
数据处理单元包括STM32H743。数据处理单元选用STM32H743做核心处理芯片，STM32H743拥有3个ADC，这些ADC可以独立使用，也可以使用双重模式，双重模式采样率高。STM32H743的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器，它有18个通道可测量16个外部和2个内部信号源，各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。在程序正常执行的时候，中断是可以打断程序正常执行的。同这个类似，注入通道的转换可以打断规则通道的转换，在注入通道被转换完成之后，规则通道才得以继续转换。如图3所示，本发明中ADC采集的数据使用DMA进行传输，以达到高速实时的目的。
如图2所示，电流采集单元包括霍尔电流传感器和信号隔离器，霍尔电流传感器通过信号隔离器与数据处理单元连接。
霍尔电流传感器采用无接触的方式来测量导线中的电流从而获取一些信号。霍尔电流传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被被测量的电流转换成电动势输出的一种传感器。它主要采用无接触的方式来测量导线中的电流，真实反映出导线中电流的情况。它可以测量各种不同类型的电流，从直流电到交流电。当原边导线经过霍尔电流传感器的时候，原边电流Ip 会产生一种磁力线。这种原边磁力线集中在磁芯气隙的周围，这时内置在磁芯气隙中的霍尔元件，则可以产生和原边磁力线成正比的，其大小仅为几毫伏的感应电动势。然后再通过后续电子电路，可以把这个微小的信号转变成副边电流Is，并且存在着以下的关系式：IsNs=IpNp。其中，Is 为副边电流；Ip 为原边电流；Np 为原边线圈匝数；Ns 为副边线圈匝数；Np/Ns 为匝数比，一般取Np=1。电流传感器的输出信号（即副边电流Is）与输入信号（即原边电流Ip）成正比，且副边电流一般很小，一般只有10～400 mA。倘若输出的电流经过测量电阻RM，便可以得到一个与原边电流Ip 成正比的，且大小为几伏的电压输出信号。
如图4所示，供电单元包括相互连接的降压模块、整流模块和稳压模块。供电单元输入AC220V，经过降压、整流、稳压输出DC12V和DC3.3V。
如图5所示，断电单元包括继电器SW1和断路电路，断路电路包括电阻R1、三极管Q1和电阻R2，三极管Q1的基极通过电阻R1与STM32H743的GPIO引脚连接，三极管Q1的集电极通过电阻R2与STM32H743的供电引脚连接，三极管Q1的发射极接地，继电器SW1的引脚1与三极管Q1的发射极连接，继电器SW1的引脚4与三极管Q1的集电极连接。
二级管与三极管Q1并联。
当GPIO = +3.3V时，继电器的1和4引脚之间的电压约为0.7V；此时继电器的开关连接到3号引脚；负载上没有电流。
当GPIO = 0V时，继电器的1和4引脚之间的电压约为3V；此时继电器的开关连接到2号引脚；外部220V电路导通，负载开始工作。
由于继电器中1和4引脚之间的线圈是一个电感，所以当1和4引脚之间的电压从3.3V突然降低到0V时，电感的电流不会突变，这样就会对三极管产生一个反向电流/电压，可能会伤害三极管，缩短三极管的寿命。增加一个二极管可以保护三极管。
存储单元为SD卡，SD卡为MicroSD，也称TF卡。MicroSD卡是一种极细小的快闪存储单元卡，主要应用于移动电话，但因它的体积微小和储存容量的不断提升，现在已经使用于GPS设备、便携式音乐播放器、数码相机和一些快闪存储单元盘中。
MicroSD卡与SD卡一样，有SPI和SDIO两种操作时总线。SPI总线相对于SDIO总线接口简单，但速度较慢。我们使用SDIO模式。
MicroSD卡在SDIO模式时有4条数据线。其实，MicroSD在SDIO模式时有1线模式和4线模式，也就是分别使用1根或4根数据线。当然，4线模式的速度要快于1线模式，但操作却较复杂。本设计中使用的是SDIO的4线模式。
如图6所示，数据处理单元将霍尔电流传感器采集的电流数据存储在SD卡上，SD卡上的数据通过USART串口与网络传输模块进行数据的交互；网络传输模块通过Wi-Fi的STA模式连接到路由器，通过向服务器MQTT Server发送订阅与发布消息，进行传感器数据的上传与手机控制命令的下传；手机APP通过与MQTT Server 订阅和发布消息，获取传感器数据后实时显示，识别成功后将识别内容发布到MQTT Server，等待MQTT Server转发消息给订阅的设备。
本实施例具有以下优点：
1、具有适用温度广、抗干扰能力强、检测准确性高。
2、智能远程关断，外挂Wifi模块，可通过远程访问控制供电操作。
3、数据云处理，记录的用电数据存储在设备SD卡中，可通过云端访问，可以通过远程修改控制设备设定阀值。
本实施例可用于工业生产中的用电异常报警、供电控制。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种自主可控断电系统，其特征在于，包括：
电流采集单元；
数据处理单元，所述数据处理单元与所述电流采集单元电性连接；
供电单元，所述供电单元分别与所述电流采集单元和所述数据处理单元连接；
存储单元，所述存储单元与所述数据处理单元连接；及
断电单元，所述断电单元与所述数据处理单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种自主可控断电系统，其特征在于，所述电流采集单元包括霍尔电流传感器和信号隔离器，所述霍尔电流传感器通过所述信号隔离器与所述数据处理单元连接。
3.根据权利要求1所述的一种自主可控断电系统，其特征在于，所述数据处理单元包括STM32H743。
4.根据权利要求3所述的一种自主可控断电系统，其特征在于，还包括DMA，所述STM32H743通过所述DMA与所述电流采集单元连接。
5.根据权利要求3所述的一种自主可控断电系统，其特征在于，所述断电单元包括继电器SW1和断路电路，所述断路电路包括电阻R1、三极管Q1和电阻R2，所述三极管Q1的基极通过所述电阻R1与所述STM32H743的GPIO引脚连接，所述三极管Q1的集电极通过所述电阻R2与所述STM32H743的供电引脚连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述继电器SW1的引脚1与所述三极管Q1的发射极连接，所述继电器SW1的引脚4与所述三极管Q1的集电极连接。
6.根据权利要求5所述的一种自主可控断电系统，其特征在于，还包括二级管D1，所述二级管与所述三极管Q1并联。
7.根据权利要求1所述的一种自主可控断电系统，其特征在于，所述供电单元包括相互连接的降压模块、整流模块和稳压模块。
8.根据权利要求1所述的一种自主可控断电系统，其特征在于，所述存储单元为SD卡。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种自主可控断电系统，其特征在于，还包括无线单元、服务器和远程终端，所述数据处理单元通过所述无线单元与所述服务器连接，所述服务器与所述数据处理单元连接，所述数据处理单元和所述远程终端均向所述服务器发送订阅与发布消息。
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