CN202352017U

CN202352017U - 一种独立式预警电气火灾监控探测器

Info

Publication number: CN202352017U
Application number: CN2011205109712U
Authority: CN
Inventors: 沈杰; 张丹; 隋斌
Original assignee: Dandong Huatong Measurement & Control Co Ltd
Current assignee: Dandong Huatong Measurement & Control Co Ltd
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2021-12-09

Abstract

一种独立预警电气火灾监控探测器，基准电路ADR02芯片的5V输出端连接MicrochipdsPIC30F4013单片机；剩余电流互感器的输出信号端连接第一LM358运算放大器，PT100温度传感器连接第二LM358运算放大器，第一，第二运算放大器、PCF8563时钟芯片、FM24C04存储器及RS485通讯芯片ADM2483连接单片机，单片机IO口线连接MC1413达林顿阵列芯片，达林顿阵列芯片连接继电器及蜂鸣器。本实用新型电路简单，功能全面，操作简便，成本低廉，使用单片机及少量外围电路，可实现剩余电流测量，温度测量，声光报警，故障事件记录，且温度和剩余电流的超限报警方式可根据实际选择报警方式或脱扣方式；对于线路中的剩余电流预警功能。有效的减少了线路绝缘逐渐老化带来的火灾隐患，将电气火灾的风险降到了最低。

Description

一种独立式预警电气火灾监控探测器

技术领域

本实用新型涉及一种电子监控设备，具体涉及一种防止由电气原因引发火灾的独立式电子监控探测器。

背景技术

随着科学技术的发展和人民生活水平的提高,电能作为重要的能源被广泛应用。与此同时,许多用电的不安全因素导致了电气火灾的不断发生，目前对于由电气短路造成的火灾还没有很好的探测技术来进行有效的预防,主要依靠配电系统断路器或熔断器在极短的时间(几十到几百毫秒)正确动作,切断故障线路,避免火灾的形成和发生。然而配电系统中产生的过电流和剩余电流(漏电电流)往往不会立即引发火灾,但线路长期过负荷运行或一直有剩余电流,会引起配电线路发热,绝缘老化,最终引发火灾。为了减少电气火灾隐患，保证人民生命财产安全,在建筑物的电源进线处及干线上安装电气火灾监控探测器是十分必要的。

通常，电气火灾监控探测器分为两大种类：分别是剩余电流式电气火灾监控探测器和测温式电气火灾监控探测器，这两种设备分别是通过剩余电流互感器来采集回路中剩余电流，或是通过外部温度探测器采样柜体或线缆的温度，将采集的剩余电流或温度与设定的报警值相比较，进而判断是否发生电气火灾。但是，在不同的回路和现场应用中，往往需要不同的检测判断方法来判断电气火灾的发生，这也给生产企业和产品用户在选择和使用电气火灾监控探测器的过程中带来了不便。而且在目前市场上，很多电气火灾监控探测器产品只能用于对火灾的报警，而不能有效的预判那些可能因电气线路老化等原因造成的火灾隐患，这对控制和减少电气火灾的发生有着很大的局限性。另外目前很多电气火灾设备依赖于通讯系统实现保护功能，这样不但增加了成本，而且造成线路过于复杂，不利于使用和维护。

发明内容

针对现有电气火灾监控探测器存在的缺陷，本实用新型提供一种在楼宇内具有独立电气火灾监控预警，并可对建筑的线路绝缘老化等火灾隐患起到预警作用的电气火灾监控探测器。

解决上述技术问题的具体技术方案是，一种独立预警电气火灾监控探测器，包括电源模块、剩余电流互感器、温度传感器、单片机、报警蜂鸣器和通讯芯片，其特征是：基准电路ADR02芯片的2脚连接电源模块12V输出端，基准电路ADR02芯片的5V输出端6脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机19脚；剩余电流互感器的输出信号端与稳压源LM336-2.5的2.5V直流信号输出B脚分别连接U8A运算放大器LM358的2、3脚， U8A运算放大器LM358的信号输出1脚连接由R20和C6组成的滤波电路输入端，R20和C6组成的滤波电路输出端连接Microchip dsPIC30F4013单片机的22脚；PT100温度传感器与R27电阻，R28电阻和R29电阻组成温度传感器测量电桥, LM336-2.5稳压器的B脚连接R28电阻和R29电阻一端，R28电阻和R29电阻另一端连接U7A运算放大器LM358的2、3脚，U7A运算放大器LM358的1脚连接U7B运算放大器LM358的5脚，U7B的6脚连接电阻R15一端，电阻R15另一端接地，U7B运算放大器LM358的7脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机的23脚；PCF8563时钟芯片的1，2脚连接32.768K晶振及15p电容，PCF8563时钟芯片的5、6脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机的37、38脚，FM24C04存储器5、6脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机37、38脚，PCF8563时钟芯片的7脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机的41脚， PCF8563时钟芯片和FM24C04存储芯片共同挂接在Microchip dsPIC30F4013单片机的I2C总线上；Microchip dsPIC30F4013单片机的UART模块的TXD脚、RXD脚和CTR脚分别与RS485通讯芯片ADM2483的6脚、3脚、4脚连接；Microchip dsPIC30F4013单片机4个IO口线4、5、8、21脚连接R6、R21、R22和R23的7.5K下拉电阻一端，下拉电阻另一端连接到MC1413达林顿阵列芯片的输入脚1、2、3、4脚，MC1413达林顿阵列芯片的输出脚13、15、16、14脚分别连接REL1继电器、REL2继电器和REL3继电器的控制端负端，以及ALM1蜂鸣器的负端。

本实用新型的有益效果：提供了一种使用单片机以及少量外围电路，即可实现剩余电流测量，温度测量，声光报警，故障事件记录，键盘可编程操作和LED数码显示的新型独立式可预警电气火灾监控探测器。且温度和剩余电流的超限报警方式可根据实际选择报警方式或脱扣方式；对于线路中的剩余电流还有预警的功能。

本实用新型具有电路简单，功能全面，操作简便，成本低廉等特点。在传统的电气火灾监控探测器的基础上，可以直接接入剩余电流和温度两种不同传感器的采样信号，不依赖于监控系统而独立实现保护功能，针对应用电气火灾监控探测器检测的不同现场和不同需求，给出了一种可兼顾的保护方案，给生产企业和用户带来了极大的方便。同时增加了剩余电流预警功能，有效的减少了线路绝缘逐渐老化带来的火灾隐患，将电气火灾的风险降到了最低。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型的主要部分电路原理图。

具体实施方式

结合附图说明本实用新型的结构。

一种独立预警电气火灾监控探测器如图1，图2所示：

电源模块为常规使用的将220V交流输入电压转变为给整个电路各个模块供电的直流电压的方法。控制器选用Microchip dsPIC30F4013单片机，它采用高性能的16 位（数据）改良的哈佛架构。程序计数器（PC）为24位宽，可以寻址高达4M × 24 位的用户程序存储器空间。其DSP 引擎具备一个高速17 位×17 位乘法器、一个40 位ALU、两个40 位饱和累加器和一个40位双向桶形移位寄存器。Microchip dsPIC30F系列高达30MIP的工作速度，灵活的看门狗定时器，超大容量的数据存储空间，12位高精确度AD转换模块，使得基于此芯片设计的电气火灾监控探测器具有快速的数据计算和处理能力，在最短时间内判断火警，切断负荷；同时它的可靠性和稳定性完全能够适应电网的波动与干扰，是一种理想的处理芯片。基准电路ADR02芯片的2脚输入端连接电源模块直流12V输出端，基准电路ADR02芯片的5V输出端6脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机的19脚作为单片机内部测量模块的基准电压。使用钽电容E4和贴片电容C6两个电容的目的是为了对输出电压实现去耦和滤波的作用，因为基准源的稳定程度，将直接决定测量的准确度。

所测回路中的进线和出线，通过剩余电流互感器，得到剩余电流模拟采样信号，与LM336-2.5稳压源产生的所测剩余电流参考零点AGND（2.5V电压）信号，分别进入U8A运算放大器LM358的输入引脚2脚、3脚,放大后得到1脚输出信号，经过由R20电阻和C6电容组成的滤波电路,形成标准正弦波进入单片机的AD转换模块,采样频率根据电网频率默认为50HZ。所采样的剩余电流信号经过AD转换后，通过均方根算法及软件滤波得到所测回路的剩余电流值。

PT100温度传感器与R27电阻，R28电阻和R29电阻组成传感器测量电桥， LM336-2.5稳压器的B脚连接R28电阻和R29电阻，提供2.5V基准信号，根据PT100温度传感器的阻值变化（阻值随着测量的温度变化），传感器测量电桥的差分信号输出端连接U7A运算放大器LM35的2、3脚，形成第一级放大，U7A运算放大器LM358的1脚第一级输出信号进入U7B运算放大器LM358的5脚，输入6脚连接10K电阻后接地，形成第二级放大，U7B运算放大器LM358的7脚为信号第二级输出，连接Microchip dsPIC30F4013单片机的23脚，通过PT100温度传感器（正温度系数热敏电阻传感器）采样，采样原理为当测量的温度为0摄氏度时，PT100温度传感器的阻值为100欧，当温度变化时，PT100温度传感器的阻值也随之变化。温度测量电路中电阻R27，R28，R29与PT100温度传感器组成传感器测量电桥，为了保证电桥的输出电压的稳定，电桥输入电压通过LM336-2.5稳压源稳至2.5V。这里为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大器采用了两级放大的方法，前一级放大倍数约为9倍，后一级放大倍数约为4倍。由电桥获取的差分信号通过两级运算放大器输入到Microchip dsPIC30F4013单片机内部的AD转换模块进行计算，通过滤波算法和线性插值处理，根据所使用的PT100给出的分度表，可得到误差小于0.5摄氏度的实际测量温度值。

PCF8563时钟芯片的1，2脚连接32.768K晶振及15p电容，PCF8563时钟芯片的5、6脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机的37、38脚，为事件记录提供的时钟，其具有日历、计时和闰年自动切换等功能。单片机的I2C模块以数据SDA和时钟SCL两线方式与PCF8563时钟芯片进行数据交换。PCF8563时钟芯片的振荡器接口1，2脚连接32.768K晶振及匹配的15p电容,形成振荡源,为时钟芯片提供分频信号。FM24C04存储器5、6脚也连接Microchip dsPIC30F4013单片机37、38脚，FM24C04存储器7脚则连接Microchip dsPIC30F4013单片机的41脚，PCF8563时钟芯片和FM24C04存储器共同挂接在Microchip dsPIC30F4013单片机的I2C总线上。FM24C04存储器的数据SDA管脚和时钟SCL管脚及写入使能保护WP管脚均各上拉一个2.4K电阻。FM24C04与时钟电路挂在Microchip dsPIC30F4013单片机的同一总线上，利用器件地址的区别，由Microchip dsPIC30F4013单片机对其各自进行独立的操作。这里采用FM24C04存储器的优点主要在于无写入延时，同时无擦除和写入次数的限制。

Microchip dsPIC30F4013单片机的UART模块的TXD脚、RXD脚和CTR脚分别与ADM2483 RS485通讯芯片的6脚、3脚、4脚连接，Microchip dsPIC30F4013单片机的UART模块的TXD脚和RXD脚分别与ADM2483RS485通讯芯片连接，同时收发控制CTR管脚连接ADM2483的RE、DE脚，可实现ADM2483RS485通讯芯片的收发状态的切换。在ADM2483RS485通讯芯片与上位机相连的部分，加入自复式保险丝BK1、BK2和2个56K电阻及双向二极管，可有效防止总线串入强电流烧毁芯片。

Microchip dsPIC30F4013单片机4个IO口线4、5、8、21脚分别连接R6、R21、R22和R23四个7.5K下拉电阻的一端，四个下拉电阻另一端分别连接到MC1413达林顿阵列芯片的输入脚1、2、3、4脚，MC1413达林顿阵列芯片的输出脚13、15、16、14脚分别连接REL1继电器、REL2继电器和REL3继电器的控制端负端，以及ALM1蜂鸣器的负端，REL1继电器、REL2继电器和REL3继电器的控制端负端，以及ALM1蜂鸣器的正端均连接12V电源。Microchip dsPIC30F4013单片机通过4个IO口线来控制3路电气火灾监控探测器的脱扣、报警和预警对应的继电器输出以及1路报警蜂鸣器报警输出。Microchip dsPIC30F4013单片机的4路输出管脚均下拉7.5K电阻，可防止上电或复位时的输出误动作。另外与各路继电器并联的D10、D11和D12的4148二极管起 “续流二极管”的作用，可抑制反向电动势，保护电路的正常运行。

独立预警电气火灾探测器的剩余电流采集模块通过外部剩余电流互感器采样得到线路中的剩余电流信号，温度采集模块通过外部固定的温度传感器PT100采样得到所测部分的温度信号，这两组采样得到的信号分别经运算放大器处理进入单片机的ADC模块，通过AD转换后，计算得出所测线路中的剩余电流值和温度值。通讯模块式通过标准RS485接口与上位电气火灾监控系统通讯，把实时测得的剩余电流、温度等数据以及所测线路报警状态等信息上传，用于电气火灾监控主机对各线路的集中管理。显示模块主要包括LED数码显示和指示灯显示，数码管显示实时的剩余电流和温度值，指示灯显示报警、预警等线路监测状态和本装置的工作和通讯状态。按键主要用于人机交换，其中，“返回”、“选择”、“确定”按键用于查询故障事件记录和设置报警和预警等参数临界值以及其他装置参数；“复位”按键用于故障排除后，解除电气火灾监控探测器的报警状态；“消音”按键用于报警或预警过程中清除报警声音；“自检”按键用于检测电气火灾监控探测器工作状态是否正常。单片机通过内部计算分析，判断线路中的剩余电流值和温度值是否达到所设置的报警值，如果满足条件则根据所设置的报警类型，触发报警或脱扣信号输出；当线路中的剩余电流值超过所设置的报警剩余电流值的一半时，本装置将启动线路预警状态，触发预警输出，对火灾隐患进行预判。当装置的输出状态为脱扣、报警、或预警任一状态时，单片机将激活蜂鸣器报警声音输出，各相应的报警指示灯闪烁，实现电气火灾监控探测器的声光报警功能。同时单片机会将故障发生的类型、时间和最大值作为事件记录存储于非易失性存储器中。

本实用新型通过对所测线路剩余电流和温度高速、精确的计算与分析，独立实现对电气火灾的报警、预警及负荷电源的切断，将电气故障排除在火灾发生之前，消除了电气火灾的隐患，对保护人民生命和国家财产的安全起到极其重要的作用。

Claims

1.一种独立预警电气火灾监控探测器，包括电源模块、剩余电流互感器、温度传感器、单片机、报警蜂鸣器和通讯芯片，其特征是：基准电路ADR02芯片的2脚连接电源模块12V输出端，基准电路ADR02芯片的5V输出端6脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机19脚；剩余电流互感器的输出信号端与稳压源LM336-2.5的2.5V直流信号输出B脚分别连接U8A运算放大器LM358的2、3脚，U8A运算放大器LM358的信号输出1脚连接由R20和C6组成的滤波电路输入端，R20和C6组成的滤波电路输出端连接Microchip dsPIC30F4013单片机的22脚；PT100温度传感器与R27电阻，R28电阻和R29电阻组成温度传感器测量电桥， LM336-2.5稳压器的B脚连接R28电阻和R29电阻一端，R28电阻和R29电阻另一端连接U7A运算放大器LM358的2、3脚，U7A运算放大器LM358的1脚连接U7B运算放大器LM358的5脚，U7B运算放大器LM358的6脚连接R15电阻一端，R15电阻另一端接地，U7B运算放大器LM358的7脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机的23脚；PCF8563时钟芯片的1，2脚连接32.768K晶振及15p电容，PCF8563时钟芯片的5、6脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机的37、38脚，FM24C04存储器5、6脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机37、38脚，PCF8563时钟芯片的7脚连接Microchip dsPIC30F4013单片机的41脚， PCF8563时钟芯片和FM24C04存储芯片共同挂接在Microchip dsPIC30F4013单片机的I2C总线上；Microchip dsPIC30F4013单片机的UART模块的TXD脚、RXD脚和CTR脚分别与RS485通讯芯片ADM2483的6脚、3脚、4脚连接；Microchip dsPIC30F4013单片机4个IO口线4、5、8、21脚连接7.5K下拉电阻R6、R21、R22和R23的一端，下拉电阻另一端连接到MC1413达林顿阵列芯片的输入脚1、2、3、4脚，MC1413达林顿阵列芯片的输出脚13、15、16、14脚分别连接REL1继电器、REL2继电器和REL3继电器的控制端负端，以及蜂鸣器ALM1的负端。