CN201637774U

CN201637774U - 雷电记录仪

Info

Publication number: CN201637774U
Application number: CN2010201381845U
Authority: CN
Inventors: 佟建勋; 牛封
Original assignee: Beijing Allday Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Allday Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2020-03-19

Abstract

本实用新型公开了一种雷电记录仪，包括：保护电路、峰值保持电路、幅值变换电路、A/D触发电路、泄放电路、单片机、时钟电路、液晶显示装置和供电电路；其中，单片机用于与峰值保持电路、A/D触发电路、数据存储器、输出装置和供电电路相连，接收A/D触发电路发送的中断信号以及峰值保护电路发送的雷电电流信号，进行A/D转换并进行分析，然后统计的雷电产生的次数、时间以及强度数据。与现有技术相比，本实用新型能够准确记录因直击雷感应而产生的浪涌强度和发生时间以及次数。

Description

雷电记录仪

技术领域

本实用新型涉及一种雷电记录仪。

背景技术

我国是雷电灾害频发的国家。随着电子化、信息化的发展，大量计算机、交换机等电子设备广泛应用于人们的生活，这些电子设备耐受电压低，很容易受到雷电流的侵害。虽然避雷针已经广泛应用，但避雷针只能防护直击雷，对由直击雷感应而生的浪涌并无任何防护功能。随着人们对浪涌防护要求的提高，人们意识到需要记录各种浪涌的强度和发生时间次数，只有准确记录浪涌的强度和发生时间、次数等关键数据，才可以对雷电特性进行研究分析的工作，如对不同纬度、地形、地貌、气象的地区的雷电流幅值概率进行统计分析。鉴于此，人们迫切需要一种能够准确记录因直击雷感应而产生的浪涌强度和发生时间以及次数的设备。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种雷电记录仪，以解决无法准确记录因直击雷感应而产生的浪涌强度和发生时间以及次数等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种雷电记录仪，包括：保护电路、峰值保持电路、幅值变换电路、A/D触发电路、泄放电路、单片机、时钟电路、液晶显示装置和供电电路；其中，

所述保护电路，用于与雷电电流输入端和大地相连，将超强雷电流泄放入地；

所述峰值保持电路，包括有积分电路，用于与雷电电流输入端、泄放电路、单片机和供电电路相连，接收雷电电流进行处理后，发送给单片机；

所述幅值变换电路，用于与雷电电流输入端、A/D触发电路和供电电路相连，接收雷电电流并等效为弱电流，发送给A/D触发电路；

所述A/D触发电路，用于与所述幅值变换电路、单片机和供电电路相连，接收所述幅值变换电路发送的弱电流后，触发所述单片机中断及A/D转换；

所述泄放电路，用于与所述积分电路、单片机和供电电路相连；

所述单片机，用于与所述峰值保持电路、A/D触发电路、液晶显示装置、时钟电路和供电电路相连，接收A/D触发电路发送的中断信号以及峰值保护电路发送的雷电电流信号，进行A/D转换并进行分析，然后统计的雷电产生的次数、时间以及强度，并发送给所述液晶显示装置；

所述时钟电路，用于与所述单片机和供电电路相连，发送时钟信号给所述单片机；

所述液晶显示装置，用于与所述单片机和供电电路相连，接收所述单片机发送的雷电产生的次数、时间以及强度进行显示。

本实用新型所述的雷电记录仪，其中，所述雷电记录仪还包括：键盘，该键盘用于与所述单片机和供电电路相连。

进一步地，其中，所述雷电记录仪还包括：所述数据存储器，用于与所述单片机和供电电路相连，接收并存储所述单片机发送的雷电产生的次数、时间以及强度。

进一步地，其中，所述A/D触发电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、一个场效应管和一个三极管；其中，所述第三电阻的一端连接所述场效应管的栅极，所述第二电阻的一端连接电源，该第二电阻的另一端连接所述场效应管的漏极，所述三极管的集电极与所述单片机相连接，所述场效应管的源极连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极与所述第一电阻的一端均接地。

进一步地，其中，所述泄放电路包括：第四电阻、第五电阻、一个场效应管以及一个三极管；其中，所述第五电阻的一端连接所述峰值保持电路，该第五电阻的另一端连接所述三极管的集电极，所述第四电阻的一端连接于所述单片机，该第四电阻的另一端连接于所述场效应管的栅极上，该场效应管的源极连接于所述三极管的基极，该三极管的发射极接地。

进一步地，其中，所述供电电路包括：第一供电电路和第二供电电路，其中，

所述第一供电电路，用于与所述峰值保持电路、幅值变换电路、A/D触发电路、泄放电路、单片机、时钟电路、数据存储器、键盘相连；

所述第二供电电路，用于与所述输出装置相连。

进一步地，其中，所述时钟电路采用型号为PCF8563时钟芯片及其外围元件连接而成。

进一步地，其中，所述数据存储器采用型号为AT24C64的数据储存器及其外围元件连接而成。

进一步地，其中，所述单片机采用型号为MSP430F2112单片机及其外围元件连接而成。

与现有技术相比，本实用新型能够准确记录因直击雷感应而产生的浪涌强度和发生时间以及次数。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所述的雷电记录仪的具体结构框图；

图2为本实用新型实施例1中保护电路、峰值保持电路、幅值变换电路和A/D触发电路之间的电路连接图；

图3为本实用新型实施例1中MCU和液晶显示装置的电路连接图；

图4为本实用新型实施例1中泄放电路的电路图；

图5为本实用新型实施例1中时钟电路的电路图；

图6为本实用新型实施例1中数据存储器的电路图；

图7为本实用新型实施例1中键盘的电路图；

图8和9为本实用新型实施例1中两个供电电路的电路图。

具体实施方式

本实用新型的主要思想是解决无法准确记录因直击雷感应而产生的浪涌强度和发生时间以及次数等问题。以下对具体实施方式进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，为本实用新型实施例1所述的雷电记录仪的具体结构框图，包括：保护电路101、峰值保持电路102(该峰值保持电路102中包括一积分电路103)、幅值变换电路104、A/D触发电路105、泄放电路113、MCU(MicroController Unit，单片机)106、液晶显示装置110、时钟电路107、数据存储器108、键盘109和两个供电电路(第一供电电路111、第二供电电路112)；其中，

保护电路101，如图3所示，该保护电路101包括电容C27与压敏电阻R24；其中，压敏电阻R27主要起抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲的作用；C27、R24两者均是一端接雷电电流输入端IN1，另一端接地，这样，当前端采集的雷电电流超强时，其会经C27或者R24被泄放入地，从而避免后续设备的破坏。

峰值保持电路102，与雷电电流输入端IN1、泄放电路113、单片机(MCU)106以及第一供电电路111相连接，如图2所示，该峰值保持电路102中包括：电流跟随器U6A、U6B，二极管D10、D5，电阻R27、R26以及电容C21，其中电流跟随器U6A、U6B均选用型号为BU7442，用于增加U6A、U6B之间的驱动能力，保证阻抗匹配。其中，U6A的同相端3脚经与一滑动电阻VR2相连后与输入端IN1连接，U6A的反相端2脚与U6B的反相端6脚相连并且中间串联有电阻R27，U6A的输出端1脚与U6B的同相端5脚相连并且中间串联有稳压管D10、电阻R26，二极管D5的正极连接于U6A的输出端2脚，负极与D10的负极相连，C21一端连接在U6B的同相端5脚，另一端接地。U6A的4脚接地，U6B的8脚连接供电电路111的VDD脚，U6B的输出端7脚与隔离电阻R7连接，R7的另一端连接于单片机ANIN脚，隔离电阻的作用是保护MCU的ADC输出端口。该电路中，R26和C21组成了一个积分电路103，当线路中出现雷电流时，积分电路103将对雷电流进行积分(充电)，将雷电流存储在积分电容C21中，当一个浪涌过后，C21就保留了浪涌电流对其充电的结果。

本实施例1中，设置峰值保持电路的原因为：因为前端采集到的电流变化很大而且快，为测量电流值，必须采用峰值保持电路来保持雷电电流峰值以备后续电路的处理。

幅值变换电路104，与雷电电流输入端IN1、A/D触发电路105和第一供电电路111相连接；因为雷感应电流很大，采用幅值变换电路可以把大电流等效为后续电路可以处理的小电流，以便后续电路的处理；具体地，如图2所示，在本实施例1中该幅值变换电路104包括电阻R25、电容C22、电容C23、电阻R23、二极管D8、二极管D9，R25一端连接于雷电电流的输入端IN1，另一端与C22相连，C22的另一端接地。C23、R23、D9并联再与D8串联，且C23、R23、D9、D8跨接在C22的一端后，另一端接地。如此，该幅值变换电路104不但能将大的雷电流等效为小电流，还能将雷电浪涌中的尖峰脉冲泄放到大地，这样，经过消除干扰的等效后的雷电浪涌发送给A/D触发电路105；

A/D触发电路105，与幅值变换电路104、MCU 106和第一供电电路111相连接，如图2所示，包括第一电阻R33、第二电阻R31、第三电阻R30，场效应管Q1，三极管Q3，电阻R30的一端连接于幅值变换电路104中D8的负极，另一端连接Q1的栅极(1脚)，R31一端连接电源VDD，另一端连接Q1的漏极(2脚)，Q1的源极(即3脚)连接Q3的基极，Q3的集电极连接单片机的INTI脚，发射极接地(接GND)。A/D触发电路105的工作原理：经过幅值变换后的雷电浪涌通过R30的限流作用后加载在Q1的栅极(G，即1脚)上，同时，电源VDD提供一个电源，经电阻R31后加载在Q1的漏极(即Q1的2脚)，然后，两者一起流经到Q1的源极(即Q1的3脚)形成一高电平，而后该高电平触发Q3，使Q3的集电极提供一个低电平触发单片机的INT1引脚，从而触发单片机(MCU 106)中断，触发A/D转换；

泄放电路113，与峰值保持电路102中的积分电路103、MCU 106和供电电路111相连接，具体地，如图4所示，该泄放电路113包括：第四电阻R8、第五电阻R9、一个场效应管Q2以及一个三极管Q4，R9的一端连接积分电路中的Vsam脚，另一端连接三极管Q4的集电极，R8的一端连接于MCU 106的10脚(discharge)，另一端连接与Q2的栅极(1脚)，Q2的源极(3脚)连接于Q4的基极，Q4的发射极接地(接GND)；

该泄放电路113的工作过程是：当一次雷击浪涌电流过后，MCU 106给泄放电路一个信号，即经由discharge脚给泄放电路一个高电平，然后该高电平由Q2的栅极流经到源极再触发Q4，使Q4的提供一个低电平触发积分电路的Vsam引脚，从而对积分电路进行放电。

液晶显示装置P4 110，与MCU 106和供电电路112相连接，如图3所示，液晶显示装置110与MCU之间连接的R14至R17的作用是限流保护，液晶显示装置110与MCU之间连接C11至C14的作用是消除高频杂波干扰，液晶显示装置110的4至6管脚是液晶显示装置110的控制字管脚，单片机的14至16管脚发出控制字，对液晶显示装置110的工作方式和显示方式进行控制，另，单片机对雷电流的计算结果是被传送至液晶显示装置P4110上的管脚11至14进行显示，即，液晶显示装置110接收MCU 106发送的指示，显示雷电产生的次数、时间以及强度；

时钟电路107，与MCU 106和供电电路111相连接，如图5所示，在本实施例1中该时钟电路107采用型号为PCF8563时钟芯片及其外围元件连接而成，具体地是时钟电路107的5、6、7脚与MCU 106对应的12、13、6脚(根据脚后面的标示MCLK、SCL、SDA对应连接)，发送时钟信号107给MCU；这里之所以采用时钟芯片，是由于若采用单片机计时，一方面采用计数器，占用硬件资源：另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而采用时钟芯片则能很好的解决了上面这些问题。采用时钟芯片的软硬件设计简单，时间记录准确，既可以避免了连续记录的大工作量，又避免了实时记录的盲目性，给连续长时间的测量系统的正常运行及检查带来了很大的方便，因此MCU106能准确记录遭受雷击的时间。

数据存储器108，与MCU 106和供电电路111相连接，接收MCU 106发送雷电产生的次数、时间以及强度数据进行储存；在本实施例1中，如图6所示，选用型号为AT24C64的数据储存器及其外围元件连接而成；另外，在本实用新型其他连接方式中，数据存储器也可以不设置，直接由MCU来存储雷电产生的次数、时间以及强度数据。

键盘109，与MCU 106和供电电路111相连接，接收用户的指示发送指示信号给MCU进行处理，如图7所示；操作键盘109，可以通过MCU修改时钟电路设置的时间或者调出数据存储器上存储的数据；另外，在本实用新型其他连接方式中，键盘也可以是外接的。

MCU 106，如图3所示，在本实施例中，MCU 106选用型号为MSP430F2112。

两个供电电路，即第一供电电路111、第二供电电路112，如图8和9所示，图8所示的供电电路111是给本实用新型所述的雷电记录仪中其它电路来进行供电，其中，VDD脚与其他电路中的VDD脚连接进行供电，图9所示的供电电路112是给液晶显示装置进行供电。

该雷电记录仪的工作原理是：前端采集雷电电流，该雷电电流经输入端IN1进入后续电路，当为超强的雷电电流时，经保护电路泄放入地，正常范围内的雷电电流进入峰值保持电路进行峰值保持，然后积分电路103将对峰值保持后的雷电流进行积分(充电)，将雷电流存储在积分电容C21中。当一个浪涌过后，C21就保留了浪涌电流对其充电的结果；同时，正常范围内的雷电流进入幅值变换电路104，经幅值变换电路把大电流等效为小电路并消除干扰，如此，消除干扰后的等效雷电浪涌发送给A/D触发电路105，A/D触发电路105接收到幅值变换电路104发来的雷电浪涌后发送中断信号给MCU 106，指示MCU106中断，从而，MCU 106给泄放电路113一个信号，使峰值保护电路中的积分电路103放电，积分电容C21处于放电周期的时间，C21存储的电流信号被采集送入单片机(MCU 106)，该电流信号为模拟信号，单片机对该模拟信号进行A/D转换，即将模拟信号转换成数字信号，然后，MCU对数字信号进行进一步处理，从而得出并记录雷电产生的大小、次数以及时间，同时完成对时钟和液晶显示以及储存器的驱动，如此，显示装置110显示雷电产生的次数、时间以及大小，同时，数据存储器存下该些数据。当一次雷击浪涌电流经分析测量过后，单片机再给泄放电路113一个信号，使其对积分电路103电容C21内的残余电流进行泄放，以备下次充电测量。

与现有技术相比，本实用新型采用了计算机原理，能够准确地记录遭雷击的时间和雷击强度以及次数。这对未来各相关部门在采取雷电防护方面更有针对性、及时性和有效性，能把雷电造成的灾害降到最低程度。在电信、移动、联通、铁道等行业的实际运用过程中，经过实际运用，取得很好的防雷电效果，降低了雷电造成的灾害。

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种雷电记录仪，其特征在于，包括：保护电路、峰值保持电路、幅值变换电路、A/D触发电路、泄放电路、单片机、时钟电路、液晶显示装置和供电电路；其中，

2.如权利要求1所述的雷电记录仪，其特征在于，所述雷电记录仪还包括：键盘，该键盘用于与所述单片机和供电电路相连。

3.如权利要求1所述的雷电记录仪，其特征在于，所述雷电记录仪还包括：所述数据存储器，用于与所述单片机和供电电路相连，接收并存储所述单片机发送的雷电产生的次数、时间以及强度。

4.如权利要求1所述的雷电记录仪，其特征在于，所述A/D触发电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、一个场效应管和一个三极管；其中，所述第三电阻的一端连接所述场效应管的栅极，所述第二电阻的一端连接电源，该第二电阻的另一端连接所述场效应管的漏极，所述三极管的集电极与所述单片机相连接，所述场效应管的源极连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极与所述第一电阻的一端均接地。

5.如权利要求1所述的雷电记录仪，其特征在于，所述泄放电路包括：第四电阻、第五电阻、一个场效应管以及一个三极管；其中，所述第五电阻的一端连接所述峰值保持电路，该第五电阻的另一端连接所述三极管的集电极，所述第四电阻的一端连接于所述单片机，该第四电阻的另一端连接于所述场效应管的栅极上，该场效应管的源极连接于所述三极管的基极，该三极管的发射极接地。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的雷电记录仪，其特征在于，所述供电电路包括：第一供电电路和第二供电电路，其中，

所述第二供电电路，用于与所述输出装置相连。

7.如权利要求1所述的雷电记录仪，其特征在于，所述时钟电路采用型号为PCF8563时钟芯片及其外围元件连接而成。

8.如权利要求3所述的雷电记录仪，其特征在于，所述数据存储器采用型号为AT24C64的数据储存器及其外围元件连接而成。

9.如权利要求1所述的雷电记录仪，其特征在于，所述单片机采用型号为MSP430F2112单片机及其外围元件连接而成。