CN207396698U - 智能型消防设备电源监控模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能型消防设备电源监控模块，包括MCU处理模块、三相交流电源电压采集模块、三相交流电源电流采集模块、保护及防反接电路，DC‑DC降压电路，稳压电路，总线从机通讯电路，报警电路，故障输出电路，显示电路以及按键电路；保护及防反接电路接入消防设备电源状态监控主机提供的供电总线，供电总线兼作通讯总线；总线从机通讯电路连接在保护及防反接电路和MCU处理模块之间，总线从机通讯电路完成MCU处理模块和消防设备电源状态监控主机的通讯。本实用新型可实现电源线和通讯线共用一个总线，节省了施工和线缆成本，布线无极性，与消防设备电源监控状态主机通讯更可靠。

Description

智能型消防设备电源监控模块

技术领域

本实用新型涉及消防设备电源监控系统，具体涉及一种智能型的消防设备电源监控模块。

背景技术

一直以来，因消防设备电源失控造成消防设备失灵，致使火灾蔓延的事情屡有发生，特别是在社会供电紧张、设备质量不佳、安全意识淡薄的时期，这一问题更显得尤为突出。消防设备电源监控模块就是对消防设备的电源进行实时的监控，从而判断电源设备是否有故障并报警，同时上传至消防设备电源监控状态主机集中显示，从而可以有效避免了消防设备由于电源故障而无法正常工作的情况，最大限度的保障消防系统的可靠性和安全性。

现有的消防设备电源监控模块具有以下缺陷：1）现有的消防设备电源监控模块采用四线系统，两根电源线和两根通讯线，布线繁琐，浪费人力、物力；2）消防设备电源监控模块大都采用RS485通讯，抗干扰能力差，通讯不稳定；3）现有消防设备电源监控模块采用电压互感器采集电压信号，体积大，成本高，精度低。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种智能型消防设备电源监控模块，可实现电源线和通讯线共用一个总线，节省了施工和线缆成本，布线无极性，与消防设备电源监控状态主机通讯更可靠。本实用新型采用的技术方案是：

一种智能型消防设备电源监控模块，包括MCU处理模块、三相交流电源电压采集模块、三相交流电源电流采集模块、保护及防反接电路，DC-DC降压电路，稳压电路，总线从机通讯电路，报警电路，故障输出电路，显示电路以及按键电路；

所述三相交流电源电压采集模块、三相交流电源电流采集模块分别连接MCU处理模块，并分别把采集的三相交流电源的电压、电流信号向MCU处理模块发送；MCU处理模块连接显示电路，显示电路根据MCU处理模块发出的指令来显示三相交流电源的故障状态和电量参数；

按键电路连接MCU处理模块，按键电路用于查看和设置消防设备电源监控模块的参数；

MCU处理模块分别连接报警电路和故障输出电路；

保护及防反接电路接入消防设备电源状态监控主机提供的供电总线，供电总线兼作通讯总线；

DC-DC降压电路的输入端接保护及防反接电路的输出端，DC-DC降压电路的输出端接稳压电路，稳压电路为智能型消防设备电源监控模块内各部分电路或模块供电；

总线从机通讯电路连接在保护及防反接电路和MCU处理模块之间，总线从机通讯电路完成MCU处理模块和消防设备电源状态监控主机的通讯。

进一步地，通讯总线采用POWERBUS总线；总线从机通讯电路采用POWERBUS从机通讯电路。

进一步地，三相交流电源电压采集模块包括A、B、C三相电压采集支路，各相电压采集支路的结构相同；A相电压采集支路包括压敏电路R200、电阻R201、R202、R203、R204、R205、R206、电容C201；压敏电阻R200和电阻R201的一端接三相交流电源的一相，压敏电阻R200的另一端接该相中性线，电阻R201、R202、R203、R204串联；电阻R204的另一端接电阻R15一端和电阻R16一端，电阻R16的另一端接+VREF/2电压，电阻R15的另一端输出电压小信号UAP至MCU处理模块中单片机的A/D输入端口；

MCU处理模块中单片机供电电压为VREF。

进一步地，三相交流电源电流采集模块包括A、B、C三相电流采集支路，各相电流采集支路的结构相同；A相电流采集支路包括电流互感器L1、电阻R301、R302、电容C301；电流互感器L1的初级接三相交流电源的一相，电流互感器L1的次级一端接电阻R301一端和电阻R302一端，电阻R302的另一端接电流互感器L1次级另一端和+VREF/2电压；电阻R301的另一端接MCU处理模块中单片机的A/D输入端口；电容C301一端接电阻R302另一端，另一端接地。

进一步地，保护及防反接电路包括瞬态抑制二极管TVS1、电容C401、C402、C403、C404、二极管D401、D402、D403、D404、D405；瞬态抑制二极管TVS1的两极分别接消防设备电源状态监控主机提供的供电总线，TVS1的阴极接电容C401一端和二极管D402的阴极、二极管D403的阳极；电容C401的另一端接电容C402的一端和二极管D402的阳极、二极管D404的阳极，并接地；电容C402的另一端接TVS1的阳极、二极管D404的阴极和二极管D405的阳极；二极管D403和D405的阴极接二极管D401的阳极，二极管D401的阴极接电容C403和C404的一端，并作为保护及防反接电路的输出端接DC-DC降压电路；电容C403和C404的另一端接地。

进一步地，总线从机通讯电路包括从机接收芯片U5、电容C501、电阻R501、R502、R503、R504、NPN三极管Q5；从机接收芯片U5的UTX端口和URX端口分别接MCU处理模块中单片机的收发口，从机接收芯片U5的供电端接VREF电压，供电端和接地端之间接电容C501，接地端接地；从机接收芯片U5的PI端口接电阻R501和R502的一端，PO端口接电阻R503的一端；电阻R501的另一端接三极管Q5的集电极和保护及防反接电路中二极管D401的阳极；三极管Q5的基极接电阻R503的另一端，三极管Q5的发射极接电阻R504的一端，电阻R504的另一端和电阻R502的另一端接地。

更进一步地，从机接收芯片U5采用PB331。

进一步地，故障输出电路包括电阻R701、NPN三极管Q7、二极管D701、故障继电器K1；电阻R701的一端接MCU处理模块中单片机的I/O端口，另一端接三极管Q7的基极，三极管Q7的集电极接二极管D701的阳极和故障继电器K1的线圈一端，故障继电器K1线圈的另一端接二极管D701的阴极和供电电压+5v；三极管Q7的发射极接地。

本实用新型的优点在于：

1）本实用新型采用POWERBUS总线技术，可实现电源线和通讯线共用一个总线的技术，节省了施工和线缆成本，布线无极性，线缆任意布置，线缆兼容性好，单个设备损坏不影响总线通讯的特性，解决设备安装过程中出现的各种通讯不可靠问题。

2）本实用新型带有POWERBUS从机通讯电路，通过与消防设备电源监控状态主机组网实现对消防设备的电源进行实时的监控，可以灵活的设置、修改监控模块的参数和工作模式，调试时用户无需现场一一设置，极大的提高了工作效率。

3）本实用新型采用多个精密电阻分压的方式对三相交流电源的电压进行全波信号采样，电路设计简单、可靠性强，大大的提高了电压精度，同时解决了电压互感器采样方式造成的体积大、成本高等问题，同时在电源的输入侧加了压敏电阻，可以有效预抑制浪涌。

4）本实用新型可对消防设备电源的电压、相位、频率和电流进行实时检测，当电源出现欠压、过压、缺相、错相、欠频、过频和过流等故障状态时，发出声光报警，可靠性强、智能化程度高、使用范围广泛。

附图说明

图1为本实用新型的结构组成示意图。

图2为本实用新型的三相交流电源电压采集模块原理图。

图3为本实用新型的三相交流电源电流采集模块原理图。

图4为本实用新型的保护及防反接电路原理图。

图5为本实用新型的POWERBUS从机通讯电路原理图。

图6为本实用新型的报警电路原理图。

图7为本实用新型的故障输出电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型提出的智能型消防设备电源监控模块，包括MCU处理模块、三相交流电源电压采集模块、三相交流电源电流采集模块、保护及防反接电路，DC-DC降压电路，稳压电路，POWERBUS从机通讯电路，报警电路，故障输出电路，显示电路以及按键电路；

所述三相交流电源电压采集模块、三相交流电源电流采集模块分别连接MCU处理模块，三相交流电源电压采集模块、三相交流电源电流采集模块分别实时采集三相交流电源的电压、电流信号并发送至MCU处理模块；所述MCU处理模块把采集到的电压、电流信号进行模块数字化处理和计算；MCU处理模块连接显示电路，显示电路根据MCU处理模块发出的指令来显示三相交流电源的缺相、错相、过压、欠压、欠频、过频、过流等故障状态，滚动显示电量参数；

按键电路连接MCU处理模块，按键电路用于查看和设置消防设备电源监控模块的参数；

MCU处理模块连接报警电路，报警电路由MCU处理模块发出的指令来控制发出故障报警声音；

MCU处理模块连接故障输出电路，故障输出电路由MCU处理模块发出的指令来控制故障继电器的闭合和断开；

保护及防反接电路接入消防设备电源状态监控主机提供的供电总线，起到过流、过压保护，供电总线可无极性接线，供电总线兼作POWERBUS通讯总线；

DC-DC降压电路的输入端接保护及防反接电路的输出端，DC-DC降压电路的输出端接稳压电路；DC-DC降压电路将供电电源转换成+5V，稳压电路进而将+5v稳压成VREF电压3.3v，并提供+VREF/2电压（1.65V）；

POWERBUS从机通讯电路完成MCU处理模块和消防设备电源状态监控主机的通讯；

三相交流电源电压采集模块的原理如图2所示，包括A、B、C三相电压采集支路，各相电压采集支路的结构相同；A相电压采集支路包括压敏电路R200、电阻R201、R202、R203、R204、R205、R206、电容C201；压敏电阻R200和电阻R201的一端接三相交流电源的一相，压敏电阻R200的另一端接该相中性线，电阻R201、R202、R203、R204串联；电阻R204的另一端接电阻R15一端和电阻R16一端，电阻R16的另一端接+VREF/2电压，电阻R15的另一端输出电压小信号UAP；电阻R15的另一端通过电容C201接地；交流电源的A、B、C三相电压分别经过多个精密电阻分压来转换成电压小信号UAP、UBP、UCP，送入MCU处理模块中单片机的A/D输入端口直接进行12位A/D采样，电压+VREF/2将电压小信号UAP、UBP、UCP抬高了1.65V，抬高后电压小信号波形都大于0V，这样就能确保单片机能够采集到电压的全波信号，提高采样精度；

三相交流电源电流采集模块的原理如图3所示，包括A、B、C三相电流采集支路，各相电流采集支路的结构相同；A相电流采集支路包括电流互感器L1、电阻R301、R302、电容C301；电流互感器L1的初级接三相交流电源的一相，电流互感器L1的次级一端接电阻R301一端和电阻R302一端，电阻R302的另一端接电流互感器L1次级另一端和+VREF/2电压；电阻R301的另一端接MCU处理模块中单片机的A/D输入端口；电容C301一端接电阻R302另一端，另一端接地；三相交流电源通过三相交流电源电流采集模块变换成同比例电压信号，传送至MCU处理模块中单片机的A/D输入端口，由单片机进行AD转换和计算，得出实际电流值；

保护及防反接电路的原理如图4所示，包括瞬态抑制二极管TVS1、电容C401、C402、C403、C404、二极管D401、D402、D403、D404、D405；瞬态抑制二极管TVS1的两极分别接消防设备电源状态监控主机提供的供电总线，TVS1的阴极接电容C401一端和二极管D402的阴极、二极管D403的阳极；电容C401的另一端接电容C402的一端和二极管D402的阳极、二极管D404的阳极，并接地；电容C402的另一端接TVS1的阳极、二极管D404的阴极和二极管D405的阳极；二极管D403和D405的阴极接二极管D401的阳极，二极管D401的阴极接电容C403和C404的一端，并作为保护及防反接电路的输出端接DC-DC降压电路；电容C403和C404的另一端接地。保护及防反接电路可以防止短路和过压，4个二极管D402、D403、D404、D405组成整流桥，使POWERBUS总线电源接入不分正负极，提供给POWERBUS从机通讯电路进行通讯，整流稳压滤波后提供给DC-DC降压电路使用。

DC-DC降压电路和稳压电路可采用现有技术中的成熟电路，本文不再详细介绍。

MCU处理模块中，主要包括单片机和少量外围元件，比如晶振；单片机可采用意法半导体的STM32F103R8T6，单片机供电为VREF电压 3.3v；POWERBUS从机通讯电路的原理如图5所示，包括从机接收芯片U5、电容C501、电阻R501、R502、R503、R504、NPN三极管Q5；从机接收芯片U5为PB331；从机接收芯片U5的UTX端口（第2脚）和URX端口（第3脚）分别接MCU处理模块中单片机的收发口，从机接收芯片U5的供电端接VREF电压，供电端和接地端之间接电容C501，接地端接地；从机接收芯片U5的PI端口接电阻R501和R502的一端，PO端口接电阻R503的一端；电阻R501的另一端接三极管Q5的集电极和保护及防反接电路中二极管D401的阳极；三极管Q5 的基极接电阻R503的另一端，三极管Q5的发射极接电阻R504的一端，电阻R504的另一端和电阻R502的另一端接地。从机（智能型消防设备电源监控模块）和主机（消防设备电源状态监控主机）之间采用满幅电压发送，电流信号回传的方式进行通讯，从而使得监控主机能与本监控模块进行信息沟通。

报警电路如图6所示，包括电阻R601、NPN三极管Q6和蜂鸣器LS1；MCU处理模块根据检测到的电源故障状态来控制蜂鸣器LS1的发声报警。

故障输出电路如图7所示，包括电阻R701、NPN三极管Q7、二极管D701、故障继电器K1；电阻R701的一端接MCU处理模块中单片机的I/O端口，另一端接三极管Q7的基极，三极管Q7的集电极接二极管D701的阳极和故障继电器K1的线圈一端，故障继电器K1线圈的另一端接二极管D701的阴极和供电电压+5v；三极管Q7的发射极接地。MCU处理模块根据检测到的电源故障状态来控制故障继电器K1的输出。

显示电路包括液晶显示模块和LED指示灯；MCU处理模块和液晶显示模块进行串行通讯，传递液晶显示控制指令，从而实现液晶实时显示；MCU处理模块直接控制LED指示灯，来指示运行、故障和报警。

按键电路包括多个按键，MCU处理模块的单片机通过5个按键的输入信息，完成人机对话。

Claims (8)

1.一种智能型消防设备电源监控模块，其特征在于，包括MCU处理模块、三相交流电源电压采集模块、三相交流电源电流采集模块、保护及防反接电路，DC-DC降压电路，稳压电路，总线从机通讯电路，报警电路，故障输出电路，显示电路以及按键电路；

所述三相交流电源电压采集模块、三相交流电源电流采集模块分别连接MCU处理模块，并分别把采集的三相交流电源的电压、电流信号向MCU处理模块发送；MCU处理模块连接显示电路，显示电路根据MCU处理模块发出的指令来显示三相交流电源的故障状态和电量参数；

按键电路连接MCU处理模块，按键电路用于查看和设置消防设备电源监控模块的参数；

MCU处理模块分别连接报警电路和故障输出电路；

保护及防反接电路接入消防设备电源状态监控主机提供的供电总线，供电总线兼作通讯总线；

DC-DC降压电路的输入端接保护及防反接电路的输出端，DC-DC降压电路的输出端接稳压电路，稳压电路为智能型消防设备电源监控模块内各部分电路或模块供电；

总线从机通讯电路连接在保护及防反接电路和MCU处理模块之间，总线从机通讯电路完成MCU处理模块和消防设备电源状态监控主机的通讯。

2.如权利要求1所述的智能型消防设备电源监控模块，其特征在于，

通讯总线采用POWERBUS总线；总线从机通讯电路采用POWERBUS从机通讯电路。

3.如权利要求1所述的智能型消防设备电源监控模块，其特征在于，

三相交流电源电压采集模块包括A、B、C三相电压采集支路，各相电压采集支路的结构相同；A相电压采集支路包括压敏电路R200、电阻R201、R202、R203、R204、R205、R206、电容C201；压敏电阻R200和电阻R201的一端接三相交流电源的一相，压敏电阻R200的另一端接该相中性线，电阻R201、R202、R203、R204串联；电阻R204的另一端接电阻R15一端和电阻R16一端，电阻R16的另一端接+VREF/2电压，电阻R15的另一端输出电压小信号UAP至MCU处理模块中单片机的A/D输入端口；

MCU处理模块中单片机供电电压为VREF。

4.如权利要求1所述的智能型消防设备电源监控模块，其特征在于，

三相交流电源电流采集模块包括A、B、C三相电流采集支路，各相电流采集支路的结构相同；A相电流采集支路包括电流互感器L1、电阻R301、R302、电容C301；电流互感器L1的初级接三相交流电源的一相，电流互感器L1的次级一端接电阻R301一端和电阻R302一端，电阻R302的另一端接电流互感器L1次级另一端和+VREF/2电压；电阻R301的另一端接MCU处理模块中单片机的A/D输入端口；电容C301一端接电阻R302另一端，另一端接地。

5.如权利要求1所述的智能型消防设备电源监控模块，其特征在于，

保护及防反接电路包括瞬态抑制二极管TVS1、电容C401、C402、C403、C404、二极管D401、D402、D403、D404、D405；瞬态抑制二极管TVS1的两极分别接消防设备电源状态监控主机提供的供电总线，TVS1的阴极接电容C401一端和二极管D402的阴极、二极管D403的阳极；电容C401的另一端接电容C402的一端和二极管D402的阳极、二极管D404的阳极，并接地；电容C402的另一端接TVS1的阳极、二极管D404的阴极和二极管D405的阳极；二极管D403和D405的阴极接二极管D401的阳极，二极管D401的阴极接电容C403和C404的一端，并作为保护及防反接电路的输出端接DC-DC降压电路；电容C403和C404的另一端接地。

6.如权利要求5所述的智能型消防设备电源监控模块，其特征在于，

总线从机通讯电路包括从机接收芯片U5、电容C501、电阻R501、R502、R503、R504、NPN三极管Q5；从机接收芯片U5的UTX端口和URX端口分别接MCU处理模块中单片机的收发口，从机接收芯片U5的供电端接VREF电压，供电端和接地端之间接电容C501，接地端接地；从机接收芯片U5的PI端口接电阻R501和R502的一端，PO端口接电阻R503的一端；电阻R501的另一端接三极管Q5的集电极和保护及防反接电路中二极管D401的阳极；三极管Q5 的基极接电阻R503的另一端，三极管Q5的发射极接电阻R504的一端，电阻R504的另一端和电阻R502的另一端接地。

7.如权利要求6所述的智能型消防设备电源监控模块，其特征在于，

从机接收芯片U5采用PB331。

8.如权利要求1所述的智能型消防设备电源监控模块，其特征在于，

故障输出电路包括电阻R701、NPN三极管Q7、二极管D701、故障继电器K1；电阻R701的一端接MCU处理模块中单片机的I/O端口，另一端接三极管Q7的基极，三极管Q7的集电极接二极管D701的阳极和故障继电器K1的线圈一端，故障继电器K1线圈的另一端接二极管D701的阴极和供电电压+5v；三极管Q7的发射极接地。