CN201118190Y - 学生宿舍安全用电智能控制器 - Google Patents

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张茂青
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鲍禹
王芳
徐广振
胡忠臣
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Abstract

本实用新型公开了一种学生宿舍安全用电智能控制器，包括控制电路、采样电路及外围执行电路，其特征在于：所述控制电路包括处理芯片及A/D转换器，处理芯片的信号接收端经A/D转换器与所述采样电路输出端连接，其输入端并接于学生宿舍用电回路中，所述采样电路由电压采样电路和电流采样电路组成；所述外围执行电路包括位于学生宿舍用电回路与配电间总回路间的交流接触器J1，以及接于接触器J1电源端上的继电器C1，该继电器的控制端与所述处理芯片的控制输出端连接。本实用新型利用检测负载电流、电压的相位差，自动判别负载性质，及时切断不安全用电宿舍的电源，有效确保宿舍用电安全。

Description

学生宿舍安全用电智能控制器
技术领域
本实用新型涉及一种用电安全控制器，具体涉及一种安装于学生宿舍用电电路中的智能控制器，以确保学生宿舍内的用电安全。
背景技术
住校生的宿舍用电安全一直是学校和家长关注的问题，由于少数学生不遵守学校宿舍安全规定使用电热水器、电炉等电器，既而引发火灾事故屡见不鲜，学校保卫部门投入大量人力、物力进行管理，其效果仍不明显，因此，有学校采用了接入限流或限功率的装置，以控制一切高于额定值的电流通过的方法来限制用电，保证安全。
所述限功率其实也就是限电流，通常采用继电器实现，不同于保险丝，保险丝在烧毁后需要人工修复，否则线路无法再接通；而继电器在接入线圈两端的电流过额定值后，常开触点便会被吸合，当小于额定值后，常闭触点被吸合，表现为：当回路中电流超过继电器的额定电流后(使用了电热水器、电炉等违禁电器)，继电器跳闸，待回路电流正常(拔除违禁电器)，继电器自动恢复原位，接通电路；具体实现电路如中国实用新型专利公开的CN86210840，通过电流检测电路、延时电路、执行电路等构成，当检测到回路中有大功率接入时，执行电路中的J断电器切断电路，待延时电路延时指定时间后，测得回路中功率恢复正常，执行电路中的J自动复位。
然而，随着电脑、空调等电器在学生宿舍内的普遍使用，上述结构电路已不再适应目前用电量的变化情况，由于电脑在启动时会产生一个瞬间的大电流，正常工作时恢复为小电流，若电路中使用了限流装置，将导致电脑无法启动，而电脑或是空调等电器并不归于违禁电器范围，正常使用是允许的；上述限流方式无法区别电脑、空调等电器与危险的电热器具，如果提高限流装置的额定值，就会使一些电热水器等违禁电器可正常使用，因而目前的用电安全成为学校安全部门急待解决的问题。
发明内容
本实用新型目的是提供一种能够自动判别用电设备，对违禁电器的使用自动跳闸的学生宿舍安全用电智能控制器。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种学生宿舍安全用电智能控制器，包括控制电路、采样电路及外围执行电路，所述控制电路包括处理芯片及A/D转换器，处理芯片的信号接收端经A/D转换器与所述采样电路输出端连接，其输入端并接于学生宿舍用电回路中，所述采样电路由电压采样电路和电流采样电路组成；所述外围执行电路包括位于学生宿舍用电回路与配电间总回路间的交流接触器J1，以及接于接触器J1电源端上的继电器C1，该继电器的控制端与所述处理芯片的控制输出端连接。
上述技术方案中，所述处理芯片接收由电压、电流采样电路分别输入的信号，测得电压、电流的大小及相位差，由芯片判断所检测宿舍的用电情况。由于空调、洗衣机等电器设备通常为感性负载，而电热水器、电炉等为电阻性负载，因而处理芯片可根据测得的电流与电压的相位差来判别宿舍用电回路中加载的是感性还是阻性负载，当测得结果为阻性负载且功率大于设定值时，判定为学生使用电炉或其他加热器具，处理芯片便切断所述外围执行电路中的继电器控制端(电源端)，继电器常闭触点打开，从而使交流接触器失电断开，切断该用电宿舍回路与配电间总回路的导线；其中，可以设定延时时间，在延时时间内，不切断电源，当超过延时时间仍为超功率的阻性负载时，切断电源，这样可以避免因电脑启动造成的误动作；若测得负载呈感性时，判断为空调、洗衣机等装置工作，保持回路正常供电；跳闸后，一旦学生撤除电炉或其他加热器具，使用功率小于等于设定值后，处理芯片可自动(亦可手动)接通其供电线路，实现智能控制。
优选的技术方案是，所述控制电路中还包括有输出扩展芯片及模拟量多位开关，所述采样电路的输出端经所述模拟量多位开关及所述A/D转换器接入所述处理芯片内，所述模拟量多位开关的片选端INH接于所述输出扩展芯片的一输出脚上，该扩展芯片的输入端与所述处理芯片的信号输出端连接。利用模拟量多位开关(如双向单八选一模拟开关4051)与输出扩展芯片(如74LS138)的连接，可扩充处理芯片的控制范围，多个宿舍的电压、电流采样信号分别输入模拟开关后经A/D转换输入处理芯片内，而由输出扩展芯片的多个输出脚分别连接多个模拟开关的片选端，从而由处理芯片输出信号确定哪个模拟开关导通，向芯片输入采样值；其中采用模拟开关可节省A/D转换器的个数，以多路输入模拟量共用一个A/D，以降低成本。
上文中，当在几个楼层中统一管理时，可将各层的处理芯片经接口芯片并联至PC机上，实现对整幢宿舍楼各个宿舍的统一用电管理。
上述技术方案中，所述电压采样电路由一电压互感器构成，所述电流采样电流由一电流互感器与信号调理器串联构成。
上述技术方案中，所述继电器与所述处理芯片之间串接有一隔离驱动器。采用电流环的形式来完成远距离的通信，使得相互连接的串口通信设备不在共地，通信信号之间没有电接触，从而可以有效避免由于雷击、浪涌或强电磁信号造成的通信设备接口损坏的问题。
上述技术方案中，所述A/D转换器包含于所述处理芯片内，如嵌入式控制芯片MSP430，其内自带A/D转换器。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：
1、由于本实用新型通过电流、电压采样电路分别采集学生宿舍用电回路中的电压、电流值及相位差，然后经A/D转换输入处理芯片，通过电流、电压相位差判定用电负载是感性亦否是阻性，以此自动识别电热水器、电炉和空调、电脑等电器，当为阻性负载、大功率且超过延时时间时(为电热水器等加热器具)，便切断其供电；若为感性则保持正常供电；从而有效的禁止了学生在宿舍内使用违禁电器，确保了宿舍的用电安全；
2、设定延时功能，允许电脑在启动时的瞬间过电流，与限流、限功率的装置相比，在确保用电安全的情况下，保证了电脑的正常启动、使用；
3、通过输出扩展芯片选通模拟量多位开关的连接方式，可在同一处理芯片、A/D转换器上控制多个宿舍的用电，而通过PC机接口并接各个楼层的处理芯片，完成整幢楼的统一管理，便于宿舍值班室人员操作管理。
附图说明
图1是本实用新型实施例一的结构框图；
图2是本实用新型实施例一的电路连接框图；
图3是本实用新型实施例一在同层中的电路连接示意框图；
图4是本实用新型实施例一在一幢楼中多层间的电路连接示意框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例一：参见图1至图4所示，一种学生宿舍安全用电智能控制器，包括控制电路、采样电路及外围执行电路，所述控制电路包括处理芯片、A/D转换器、输出扩展芯片及模拟量多位开关，处理芯片的信号接收端经A/D转换器、模拟量多位开关与所述采样电路输出端连接，其输入端并接于学生宿舍用电回路中，所述采样电路由电压采样电路和电流采样电路组成；所述外围执行电路包括位于学生宿舍用电回路与配电间总回路间的交流接触器J1，隔离驱动器、以及接于接触器J1电源端上的继电器C1，该继电器C1的控制端经隔离驱动器与所述处理芯片的控制输出端连接。
如图2所示，所述处理芯片为16位嵌入式控制器MSP430，内含有A/D转换器，所述电压采样电路由一电压互感器构成，所述电流采样电流由一电流互感器与信号调理器串联构成，位于交流接触器J1与宿舍1内回路之间，其采样信号分别输入至一模拟量多位开关4051的X0、X1脚上，4051的输出脚X接于MSP430的59脚P6.0/A0信号接收端上，4051的INH片选端接于输出扩展芯片74LS138译码器的输出脚Y0上，而74LS138的A、B、C输入端分别接于MSP430的P2.5、P2.6、P2.7上，4051的输入端A、B、C分别接于MSP430的P5.5、P5.6、P5.7上；继电器C1接于交流接触器J1的电源端上，而C1的电源控制端经隔离驱动器与MSP430的P5.3脚连接，接触器J1接于配电间总回路至引入宿舍1内回路的电路上；
由继电器C1控制J1的通断，而C1则受MSP430芯片的控制，由采样电路测得宿舍1的电压、电流的大小和两者的相位差，输入MSP430芯片内，若电流与电压同相(相位差小于5％)，则判断为阻性负载，经过延时时间，若该阻性负载的功率仍大于设定值(已接入电热器具)，MSP430切断C1的电源，C1失电常闭触点打开，即断开了J1的电源，J1随即打开，断开宿舍1与总回路间的电路，宿舍1断电。当采样电路测得宿舍1内的回路功率恢复正常(学生已撤除引起断电的电器设备)，MSP430自动恢复回路的供电。
实际使用时，MSP430可通过扩展芯片控制多个宿舍，如图3所示，由于4051芯片为双向单八选一的模拟开关，因此可同时接入4个宿舍的电流、电压采样信号，74LS138为Y0～Y7八端译码，最多可接入8个4051芯片，由MSP430输出脚P2.5、P2.6、P2.7分别输出信号，74LS138译码，选通相应的4051芯片，4051芯片经A、B、C输入端接收来自MSP430的信号，判断送出相应宿舍号的采样信号，如此通过变换MSP430的输出信号，依次对每一宿舍的用电情况进行监控。
上述完成的是同一楼层的监控，若需要对整幢楼进行控制时，如图4所示，将每一层的MSP430芯片并联、经接口芯片485、232接于PC机上，实现对整幢宿舍楼各个宿舍用电情况的统一管理。

Claims (5)

1.一种学生宿舍安全用电智能控制器，包括控制电路、采样电路及外围执行电路，其特征在于：所述控制电路包括处理芯片及A/D转换器，处理芯片的信号接收端经A/D转换器与所述采样电路输出端连接，其输入端并接于学生宿舍用电回路中，所述采样电路由电压采样电路和电流采样电路组成；所述外围执行电路包括位于学生宿舍用电回路与配电间总回路间的交流接触器J1，以及接于接触器J1电源端上的继电器C1，该继电器的控制端与所述处理芯片的控制输出端连接。
2.根据权利要求1所述的学生宿舍安全用电智能控制器，其特征在于：所述控制电路中还包括有输出扩展芯片及模拟量多位开关，所述采样电路的输出端经所述模拟量多位开关及所述A/D转换器接入所述处理芯片内，所述模拟量多位开关的片选端INH接于所述输出扩展芯片的一输出脚上，该扩展芯片的输入端与所述处理芯片的信号输出端连接。
3.根据权利要求1所述的学生宿舍安全用电智能控制器，其特征在于：所述电压采样电路由一电压互感器构成，所述电流采样电流由一电流互感器与信号调理器串联构成。
4.根据权利要求1所述的学生宿舍安全用电智能控制器，其特征在于：所述继电器与所述处理芯片之间串接有一隔离驱动器。
5.根据权利要求1所述的学生宿舍安全用电智能控制器，其特征在于：所述A/D转换器包含于所述处理芯片内。
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