CN203535423U

CN203535423U - 电器控制装置

Info

Publication number: CN203535423U
Application number: CN201320722588.2U
Authority: CN
Inventors: 贾正阳; 谢永红; 罗鹏飞; 罗章
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2023-11-15

Abstract

本实用新型公开了一种电器控制装置，包括SOC芯片、电压分压采样电路、锰铜电流采样电路、继电器控制电路、按键电路、液晶显示屏、电池电路、存储器和电源电路；电压分压采样电路的输出端与SOC芯片的ADC端口连接；锰铜电流采样电路的输出端与SOC芯片的ADC端口连接；继电器控制电路的输入端与SOC芯片的DO端口连接；按键电路与SOC芯片的IO端口连接；液晶显示屏与SOC芯片的SEG端口连接；电池电路的输出端与SOC芯片的电源管脚连接；存储器通过I2C总线与SOC芯片的IO端口连接；电源电路的输出端与SOC芯片的电源管脚连接。本实用新型可应用于电机保护、电力节能、用电安全保护、恒温控制等场合。

Description

电器控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种控制装置，特别涉及一种电器控制装置。

背景技术

农民们使用水泵给农田灌溉，但时常发生水泵电机烧毁的情况，了解到这种三相四线电机损坏大多是因为ABC三相电中发生断相、逆相序以及电压过低、过高造成的，而现场又没有任何保护措施和设备。此外，一些用电设备，一天中它们多数时间下都处于待机状态而没有完全关闭，许多能源白白浪费掉了。还有在集体宿舍管理中，为了消除安全隐患，学校和很多单位都禁止在宿舍内使用大功率的电器设备，例如热得快、烧水壶、烤火炉等，目前主要的解决办法是靠宿舍的管理人员巡视，工作量很大，也容易漏检。某些需要恒温的场合需要相关装置，进行温度的测量，进而自动控制加热或制冷设备的启停。现在能同时解决上述问题的单一设备或装置还未出现。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多用途的电器控制装置。

本实用新型提供的这种电器控制装置，包括SOC芯片、电压分压采样电路、锰铜电流采样电路、继电器控制电路、按键电路、液晶显示屏、电池电路、存储器和电源电路；电压分压采样电路的输入端与三相交流电连接，其输出端与SOC芯片的ADC端口连接；锰铜电流采样电路的输入端与三相交流电连接，其输出端与SOC芯片的ADC端口连接；继电器控制电路的输入端与SOC芯片的DO端口连接，其输出端与被控电器设备连接；按键电路与SOC芯片的IO端口连接；液晶显示屏与SOC芯片的SEG端口连接；电池电路的输出端与SOC芯片的电源管脚连接；存储器通过I2C总线与SOC芯片的IO端口连接；电源电路的输出端与SOC芯片的电源管脚连接。

该装置还包括通信电路，通信电路与所述SOC芯片的串口连接。所述通信电路包括红外通信电路和RS485通信电路。所述SOC芯片采用单片机。所述单片机采用Maxim公司的型号为71M6543的单片机。所述按键电路包括10个代表数字的按键开关、1个代表删除的按键开关和1个代表确认的按键开关；所述代表确认的按键开关的一端通过电阻RY8与电池电路连接，用于获得电池电源BATT，所述开关的另一端通过电阻R98与SOC芯片的具有上升沿唤醒功能的DI端口连接，用于传递按键输入信号KEY_IN1。所述按键电路的PCB板采用螺栓直接固定在所述电器控制装置的上盒内部，并通过带接插件的电缆与固定安装在下盒的PCB板连接。所述电池电路包括时钟电池电路、外部电池电路和电池电压检测电路；所述时钟电池电路中的电池为不可更换的电池，直接焊接在电路板上；所述外部电池电路中的电池为可更换的电池；所述电池电压检测电路包括欠压检测电路。所述电压分压采样电路包括若干分压电阻。所述锰铜电流采样电路包括若干锰铜分流器。

本实用新型采用键盘方便的进行功能选择设定，输入所需参数；各功能电路能对电器设备实施保护、节能控制。本实用新型可应用于电机保护、电力节能、用电安全保护、恒温控制等场合。本实用新型用途广泛，可一机多用，避免了根据应用场合不同购买多台设备而造成的设备闲置与资源浪费。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的SOC芯片电路图。

图3是本实用新型的电压分压采样电路图。

图4是本实用新型的继电器控制电路图。

图5是本实用新型的按键电路图。

图6是本实用新型的电池电路图。

图7是本实用新型的电池电压检测电路图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括SOC芯片、电压分压采样电路、锰铜电流采样电路、继电器控制电路、按键电路、液晶显示屏、电池电路、存储器和电源电路；电压分压采样电路的输入端与三相交流电连接，其输出端与SOC芯片的ADC端口连接；锰铜电流采样电路的输入端与三相交流电连接，其输出端与SOC芯片的ADC端口连接；继电器控制电路的输入端与SOC芯片的DO端口连接，其输出端与被控电器设备连接；按键电路与SOC芯片的IO端口连接；液晶显示屏与SOC芯片的SEG端口连接；电池电路的输出端与SOC芯片的电源管脚连接；存储器通过I2C总线与SOC芯片的IO端口连接；电源电路的输出端与SOC芯片的电源管脚连接。

本实用新型还包括通信电路和发光二极管电路。通信电路与SOC芯片的串口连接。通信电路包括红外通信电路和RS485通信电路。发光二极管电路与SOC芯片的DO端口连接。

SOC芯片采用Maxim公司的型号为71M6543的单片机。

锰铜电流采样电路包括若干锰铜分流器。

如图2和图3所示，电压分压采样电路包括3组电阻分压电路和3组采样电路，分别用于对三相交流电的A相、B相和C相进行电压采集。

下面以A相的电压分压采样电路为例对该采样电路进行说明。

电源UA经由电阻分压电路与电感LA2的1端连接，该管脚还通过电容CA68接地。该电感LA2的2端与SOC芯片U7中ADC输入复用器端口的84脚连接，用于传递A相电压信号VA；该电感的2端还通过采样电阻RA95与系统电源V3P3SYS连接。电容CA6并联在采样电阻RA95的两端。

电阻分压电路包括电阻RA68、电阻RA71、电阻RA74、电阻RA77、电阻RA80和电阻RA83，这些电阻彼此串联相接。

B相和C相的电压分压采样电路的电路结构与A相的电路结构一致。

如图2和图4所示，继电器控制电路包括三极管QA5、三极管QA6、三极管QA7、三极管QA8和继电器线圈接插件J1。

三极管QA5的3脚与电源VH1连接；其2脚与三极管QA7的2脚连接，同时该管脚还通过电阻R8与三极管QA6的1脚连接，该管脚还与继电器线圈接插件J1的1脚连接；其1脚通过电阻R7与三极管QA8的2脚连接。三极管QA7的1脚通过电容C2接地，该管脚还通过电阻R6串联电阻R11接地，该管脚还通过电阻R6与SOC芯片U7的99脚连接，用于传递继电器合闸信号RELAY_ON；该三级管的3脚接地。三极管QA6的3脚与电源VH1连接，其2脚与三极管QA8的2脚连接，该管脚还与继电器线圈接插件J1的2脚连接。三极管QA8的1脚通过电容C10连接，该管脚通过电阻R9串联电阻R10接地，该管脚还通过电阻R9与SOC芯片U7的100脚连接，用于传递继电器跳闸信号RELAY_OFF。

本实用新型采用磁保持继电器，继电器控制电路通过继电器线圈接插件J1与磁保持继电器的控制线圈连接。当SOC芯片U7的99脚发出合闸脉冲信号，加电50ms，则三极管QA6和三极管QA7均导通，继电器线圈接插件J1的1脚为“-”，2脚为“+”。当SOC芯片U7的100脚发出跳闸脉冲信号，加电50ms，则三极管QA5和三极管QA8均导通，继电器线圈接插件J1的1脚为“+”，2脚为“-”。

如图2和图5所示，按键电路包括10个代表数字的按键开关、1个代表删除的按键开关、1个代表确认的按键开关和按键接插件KEY1。

代表确认的按键开关的一端通过电阻RY8与电池电路的肖特基二极管VD2的3脚连接，用于获得电池电源BATT，该按键开关的另一端通过电阻R98与SOC芯片U7的52脚连接，用于传递按键输入信号KEY_IN1。停电时，按下代表确认的按键开关，则有上升沿信号传至SOC芯片U7，唤醒该SOC芯片，再由该SOC芯片点亮液晶显示屏。

按键电路的PCB板采用螺栓直接固定在所述电器控制装置的上盒内部，并通过带按键接插件KEY1的电缆与固定安装在下盒的PCB板连接。

按键电路用于参数输入和切换显示项目。SOC芯片平时不检测按键的时候，端口KEY_OUT1至KEY_OUT4（对应SOC芯片U7的98脚至95脚）输出低电平，输入端口KEY_IN1至KEY_IN3（对应SOC芯片U7的52脚、36脚和35脚）均分别通过电阻接地，进行下拉处理。

每隔10毫秒SOC芯片扫描判断一次是否有按键按下：端口KEY_OUT1至KEY_OUT4输出高电平，如果按键被按下，对应的输入端口KEY_IN1至KEY_IN3也为高电平，SOC芯片就会检测到此时有按键按下；如果没有按键按下，输入端口KEY_IN1至KEY_IN3均为低电平，SOC芯片则判断此时没有按键按下。

电池电路包括时钟电池和外部电池电路、电池电压检测电路。

如图2和图6所示，时钟电池和外部电池电路包括时钟电池BATIN、外部电池BATOUT、肖特基二极管VD2、肖特基二极管VD3、肖特基二极管VD7和肖特基二极管VD8。

时钟电池BATIN的正极通过电阻R70和跳线开关S1与肖特基二极管VD3的1脚连接，该电池的负极接地。肖特基二极管VD3的1脚通过电阻R3与肖特基二极管VD7的2脚连接；其3脚与SOC芯片时钟电源VBAT_RTC连接，电容C77接于VBAT_RTC和地之间；其2脚与二极管D12的阴极连接，二极管D12的阳极与二极管D11的阴极连接，二极管D11的阳极通过电阻R124与电源V5.0连接。电阻R109与电阻R124并联相接。法拉电容C76的1脚与二极管D12的正极连接，该电容的负极接地。

肖特基二极管VD7的1脚与二极管D12的阴极连接，该管脚还与肖特基二极管VD2的2脚连接；其3脚与电源VBAT连接。肖特基二极管VD2的1脚通过电阻R69与外部电池BATOUT的正极连接，其3脚通过电阻RY8与按键电路中代表确认的按键开关的一端连接。肖特基二极管VD8的1脚和2脚连接后通过电阻R69与外部电池BATOUT的正极连接；同时该1脚和2脚连接后还与电池电压检测电路中的电阻R24的一端连接，用于传递电池测试信号BATTEST。

如图2和图7所示，电池电压检测电路包括电压比较器U3A和外围元件。比较器U3A的2脚与SOC芯片U7的1脚连接，用于传递外部电池检测信号OUTBATTERY_85，该管脚还通过电容C45接地；其3脚通过电阻R61与其2脚连接；其5脚通过电阻R46串联电阻R33再串联电阻R24与外部电池电路中肖特基二极管VD8的1脚和2脚同时连接，用于传递电池测试信号BATTEST，该管脚还通过电阻R46串联电阻R42和电阻R45后接地；该比较器的4脚通过电阻R48与系统电源V3P3SYS连接，该管脚还通过电阻R57接地；该比较器的12脚接地。

RTC时钟芯片U5的13脚通过电阻R224与SOC芯片U7的42脚连接；其2脚通过电阻R225与SOC芯片U7的43脚连接；其6脚与时钟电源VBAT_RTC连接；其5脚通过电阻R68与时钟电源VBAT_RTC连接；其11脚接地。电容C73与电容C81并联后接于时钟电源VBAT_RTC和地之间。

本实用新型的时钟电池直接焊接在电路板上，不可更换，因此该电池应选择满足本实用新型的使用寿命长的电池。本实用新型的外部电池为可更换的电池。

电池电压检测电路用于检测外部电池的耗电情况。当外部电池的电量低于设定值时，SOC芯片通过液晶显示屏提示电池电量不足。

本实用新型可通过按键电路设置不同的功能。这些功能配置只需操作一次，配置完成后本实用新型将自动保存相关设置参数。本实用新型在重新上电后将从存储器中自动调出之前的配置参数，无需重新设定。

1. 将本实用新型配置为电机保护功能。

当装置判断出任一相发生断相时（电压和电流均为0），液晶显示屏上随即进行相关符号显示，同时本实用新型的黄色报警指示灯点亮。连续数秒发生断相时，本实用新型将会跳闸并记录。三相均恢复正常后需要数秒才能合闸。

当装置判断出三相电压发生逆相序时，液晶显示屏上随即进行相关符号显示，同时本实用新型的黄色报警指示灯点亮。连续数秒发生电压逆相序时，本实用新型也将会跳闸并记录。三相都有电压时，本实用新型才会判断电压逆相序。电压相序正常后需要数秒才能合闸。

当装置判断出任一相电压超过高电压跳闸门限时，液晶显示屏上随即进行相关符号显示，同时本实用新型的黄色报警指示灯点亮。连续数秒超过高电压跳闸门限时，本实用新型将会跳闸并记录。电压恢复正常后需要数秒才能合闸。

当装置判断出三相电压都小于低电压跳闸门限时，液晶显示屏上随即进行相关符号显示，同时本实用新型的黄色报警指示灯点亮。连续数秒小于低电压跳闸门限时，本实用新型将会跳闸并记录。电压恢复正常后需要数秒才能合闸。

高电压跳闸门限值和低电压跳闸门限值均可以通过本实用新型的按键进行修改，数值的单位是V。

2．将本实用新型配置为自动开关机功能。

当配置为自动开关机功能，本实用新型可分为学习/工作日和周休日两种作息时间，每种每天可以设置10次开机和10次关机时间。如果需设定为每天开关机10次，则只需通过按键电路设置起止时间即可。若不需要每天开关机10次，例如只需要2次开关机，则只需将第3次的开机时间设置为99即可。如果遇到特殊情况，需要整天开机或关机，不必单独修改10次开关机的时间，可分别直接设置为整天开机或整天关机。若每天开/关机次数不够用，本实用新型可以方便的调整，将数据存储和显示项目往后扩展即可。

3．将本实用新型配置为负荷控制功能。

如果本实用新型配置为负荷控制、超功率报警功能，则当装置检测到瞬时功率超过最大功率限额时，将发出声音报警，同时在自动循环显示前面增加显示LoadOver，提示超功率了。连续超功率15秒钟，本实用新型将跳闸，150秒钟后才能自动合闸。在30分钟内不连续超功率，每次超功率时间达不到15秒钟，但这几次累加在一起达到了15秒钟，本实用新型也将跳闸，150秒钟后才能自动合闸；如果在这30分钟内超功率时间累加在一起不到15秒，则归零。在30分钟内，如果超功率跳闸5次，为了保护设备，装置将在第5次跳闸时维持长时间，45分钟后才能自动合闸，同时在自动循环显示前面增加显示open，表示继电器已经超功率跳闸了。最大功率限额可以通过按键电路进行修改，数值的单位是kW。

本实用新型的实际功耗只有1.4W，用于电机保护、节能管理、负荷控制十分合适。此外，本实用新型还可以用于温度控制系统。

4. 将本实用新型配置为温度控制功能。

由于型号为71M6543的SOC芯片内置了温度传感装置，本实用新型还可用于温度控制。本实用新型优选采用的SOC芯片能够测量出偏差正负2度的温度数据。本实用新型可以根据设定的温度，实时判断当前实际温度，当温度连续偏差达到一定时间后，SOC芯片输出控制信号，接通或断开外部加热器或制冷设备的电源，进行温度的实时调节。

Claims

1.一种电器控制装置，其特征在于，该装置包括SOC芯片、电压分压采样电路、锰铜电流采样电路、继电器控制电路、按键电路、液晶显示屏、电池电路、存储器和电源电路；电压分压采样电路的输入端与三相交流电连接，其输出端与SOC芯片的ADC端口连接；锰铜电流采样电路的输入端与三相交流电连接，其输出端与SOC芯片的ADC端口连接；继电器控制电路的输入端与SOC芯片的DO端口连接，其输出端与被控电器设备连接；按键电路与SOC芯片的IO端口连接；液晶显示屏与SOC芯片的SEG端口连接；电池电路的输出端与SOC芯片的电源管脚连接；存储器通过I2C总线与SOC芯片的IO端口连接；电源电路的输出端与SOC芯片的电源管脚连接。

2.根据权利要求1所述的电器控制装置，其特征在于，该装置还包括通信电路，通信电路与所述SOC芯片的串口连接。

3.根据权利要求2所述的电器控制装置，其特征在于，所述通信电路包括红外通信电路和RS485通信电路。

4.根据权利要求1所述的电器控制装置，其特征在于，所述SOC芯片采用单片机。

5.根据权利要求4所述的电器控制装置，其特征在于，所述单片机采用Maxim公司的型号为71M6543的单片机。

6.根据权利要求1所述的电器控制装置，其特征在于，所述按键电路包括10个代表数字的按键开关、1个代表删除的按键开关和1个代表确认的按键开关；所述代表确认的按键开关的一端通过电阻RY8与电池电路连接，用于获得电池电源BATT，所述开关的另一端通过电阻R98与SOC芯片的具有上升沿唤醒功能的DI端口连接，用于传递按键输入信号KEY_IN1。

7.根据权利要求1所述的电器控制装置，其特征在于，所述按键电路的PCB板采用螺栓直接固定在所述电器控制装置的上盒内部，并通过带接插件的电缆与固定安装在下盒的PCB板连接。

8.根据权利要求1所述的电器控制装置，其特征在于，所述电池电路包括时钟电池电路、外部电池电路和电池电压检测电路；所述时钟电池电路中的电池为不可更换的电池，直接焊接在电路板上；所述外部电池电路中的电池为可更换的电池；所述电池电压检测电路包括欠压检测电路。

9.根据权利要求1所述的电器控制装置，其特征在于，所述电压分压采样电路包括若干分压电阻。

10.根据权利要求1所述的电器控制装置，其特征在于，所述锰铜电流采样电路包括若干锰铜分流器。