CN209148766U

CN209148766U - 一种电压电流传感器

Info

Publication number: CN209148766U
Application number: CN201821788047.9U
Authority: CN
Inventors: 姜和发
Original assignee: TIANJIN HUAMING HEXING ELECTROMECHANICAL DEVICE CO Ltd
Current assignee: TIANJIN HUAMING HEXING ELECTROMECHANICAL DEVICE CO Ltd
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2019-07-23
Anticipated expiration: 2028-11-01

Abstract

本实用新型公开了一种电压电流传感器，包括面板，所述面板的前端安装有显示窗口，显示窗口的左侧端安装有运行指示灯、报警指示灯和通讯指示灯，显示窗口的下端安装有设定/确认键、上翻键/下翻键、返回/切换参数键和复位重启键；所述面板内部的工作系统包括主控模块、电源模块、按键输入电路、故障指示电路、运行指示电路、直流载波通讯模块、数码显示窗口、报警控制输出电路、交流电压/电流采样模块和故障处理模块。本电压电流传感器主要具有如下优点：可以实时查看消防电源设备的实时运行情况，可进行故障报警提醒；具有防反接功能，不分正负接线，且节约一组通讯线；采集的信号精度高，可抗3级EMC电磁干扰；系统更加可靠稳定。

Description

一种电压电流传感器

技术领域

本实用新型涉及消防设备电源监控系统技术领域，具体为一种电压电流传感器。

背景技术

现有技术对现场消防电器设备电源进行监控采样时，监控主机须提供DC24V供电与通讯两组线缆，上述缺点结实合起来会造成施工周期长，难度大，浪费线材，组网运行后可靠性差，基于此，提出一种电压电流传感器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电压电流传感器，具有可实时监控消防电源的运行情况，有异常时可进行故障报警提醒，具有防反接功能，节约了通讯线，采集精度高，可抗电磁干扰，系统稳定可靠的优点，解决了现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种电压电流传感器，包括面板，所述面板的前端安装有显示窗口，显示窗口的左侧端安装有运行指示灯、报警指示灯和通讯指示灯，显示窗口的下端安装有设定/确认键、上翻键 /下翻键、返回/切换参数键和复位重启键，面板的底端安装有上下排接线端；所述面板的内部设有工作系统，工作系统包括主控模块、电源模块、按键输入电路、故障指示电路、运行指示电路、直流载波通讯模块、数码显示窗口、报警控制输出电路、交流电压/电流采样模块和故障处理模块；所述主控模块包括单片机CPU、电源稳压电路、时钟电路、存贮器、基准电压模块、寄存器和复位电路；所述电源模块包括电源DC-DC模块和EMC电磁抗干扰处理模块；所述交流电压/电流采样模块包括电压互感器信号采集模块、电流互感器信号采集模块、第一EMC滤波处理模块、第二EMC滤波处理模块、A/D转换模块、波形缓存模块、相角、有效值处理模块；所述故障处理模块包括过载故障处理模块、欠压故障处理模块、过压故障处理模块、缺相故障处理模块和失电故障处理模块；所述电源模块的电源DC-DC模块此次接EMC电磁抗干扰处理模块和电源稳压电路接单片机CPU，时钟电路、存贮器、基准电压模块、寄存器和复位电路均与单片机CPU相连接，按键输入电路、故障指示电路、运行指示电路、直流载波通讯模块和数码显示窗口均与主控模块的单片机CPU相互连接，主控模块的输出端接报警控制输出电路以及过载故障处理模块、欠压故障处理模块、过压故障处理模块、缺相故障处理模块和失电故障处理模块，交流电压/电流采样模块的电压互感器信号采集模块接第一EMC滤波处理模块后以及电流互感器信号采集模块接第二EMC滤波处理模块后均依次接A/D转换模块、波形缓存模块、相角以及有效值处理模块后与单片机CPU连接。

优选的，所述单片机CPU采用芯片U1，芯片U1的型号为STM8系列单片机，芯片U1的脚1串接电阻R1接VCC电源端，芯片U1的脚6接电阻R1的输入端，芯片U1的脚5串接电容C3和电容C2接电阻R1的输出端，电阻R1输入端与电容C2的输出端并接电容C1和电容C4接地；所述芯片U1的脚22、脚23和脚 24分别串接电阻R6、电阻R5和电阻R4。

优选的，所述报警控制输出电路采用音频芯片XZ1，音频芯片XZ1的脚1串接电阻R7接芯片U1的脚26。

优选的，所述单片机CPU的输出端接有接口电路，接口电路包括两个插针J，分别为插针J1和插针J2，插针J1和插针J2的型号均为CON8，插针J1的脚1 接芯片U1的脚28，插针J1的脚3接芯片U1的脚16，插针J1的脚5接芯片U1 的脚17，插针J1的脚6接电阻R6的输出端，插针J1的脚7接电阻R5的输出端，插针J1的脚8接电阻R4的输出端。

优选的，所述按键输入电路包括芯片U2，芯片U2的脚2-4分别串接开关 S1-S4后与芯片U2的脚16相连，芯片U2的脚15接芯片U1的脚12，芯片U2 的脚14接电阻R13接VCC电源端，电阻R13的输入端串接电阻R12和电容C5 接地，电阻R13的输出端接电容C6接地，电阻R13的输入端串接电容C8接地，芯片U2的脚14接芯片U1的脚11。

优选的，所述数码显示窗口采用数码管DS1，数码管DS1的a、b、c、d、e、 f和g接线端子依次接芯片U2的脚2-8，数码管DS1的S1、S2、S3和S4的接线端子依次接芯片U2的脚12、11、10和9。

优选的，所述运行指示电路包括发光二极管LED1-LED3、电阻R2、电阻R3 和电阻R4，发光二极管LED1-LED3的输入端接VCC电源端，发光二极管LED1的输出端串接电阻R2接芯片U1的脚32，发光二极管LED2的输出端串接电阻R2 接芯片U1的脚25，发光二极管LED3的输出端串接电阻R18接芯片U1的脚27。

优选的，所述直流载波通讯模块包括芯片V1、芯片JP1和晶体管Q2，芯片 V1的脚1接熔断丝F1接插针J2的脚2，芯片V1的脚2接插针J2的脚1，芯片 V1的脚2接二极管D4接熔断丝F1的输出端，二极管D4的两端并接电容Y1和电容Y2，电容Y1的输出端接地，芯片V1的脚3接晶体管Q2的集电极，晶体管 Q2的集电极接LV+24V电源端，芯片V1的脚4串接电阻R23接晶体管Q2的发射极，晶体管Q2的基极串接芯片JP1的脚5，芯片JP1的脚6串接电阻R20接芯片V1的脚3，电阻R20的输出端串接电阻R21接地，芯片JP1的脚2接芯片U1 的脚31，芯片JP1的脚3接芯片U1的脚30。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本电压电流传感器的主要优点如下：

(1)通过交流电压/电流采样模块将采集到的信号传输给单片机CPU21 处理，并将工作状态通过面板的显示窗口、运行指示灯、报警指示灯和通讯指示灯等显示工作状态，将面板置于值班室内，在值班室可以实时查看整个监控区域正在使用的消防电源设备实时运行情况，如有异常，单片机CPU控制报警控制输出电路的进行故障报警提醒。

(2)采用载波通信技术，即直流载波通讯模块，通过DC24V供电上进行载波通讯，可任意连接，不分正负接线，且节约一组通讯线。

(3)通过电流互感器信号采集模块31采集的信号精度高，其中电流显示精度可达0.5级，电注流显示分辨率0.000A。电压显示分辨率0.0V，上传报警信息无误报漏报，通讯可抗3级EMC电磁干扰。

(4)网络通信采用供电与通讯合二为一的载波通讯，使系统更加可靠稳定，克服现有技术中的通信距离短，不能有分支，组网布线施工困难等问题。

附图说明

图1为本实用新型的面板图；

图2为本实用新型的原理框图；

图3为本实用新型的主控模块电路图；

图4为本实用新型的报警控制输出电路图；

图5为本实用新型的接口电路图；

图6为本实用新型的接口图；

图7为本实用新型的按键输入电路图；

图8为本实用新型的数码管工作电路图；

图9为本实用新型的运行指示电路图；

图10为本实用新型的直流载波通讯模块工作电路图。

图中：1、面板；2、显示窗口；3、运行指示灯；4、报警指示灯；5、通讯指示灯；6、设定/确认键；7、上翻键/下翻键；8、返回/切换参数键；9、复位重启键；10、上下排接线端；11、主控模块；12、电源模块；13、按键输入电路；14、故障指示电路；15、运行指示电路；16、直流载波通讯模块；17、数码显示窗口；18、报警控制输出电路；19、交流电压/电流采样模块；20、故障处理模块；21、单片机CPU；22、电源稳压电路；23、时钟电路；24、存贮器； 25、基准电压模块；26、寄存器；27、复位电路；28、电源DC-DC模块；29、 EMC电磁抗干扰处理模块；30、电压互感器信号采集模块；31、电流互感器信号采集模块；32、第一EMC滤波处理模块；33、第二EMC滤波处理模块；34、 A/D转换模块；35、波形缓存模块；36、相角；37、有效值处理模块；38、过载故障处理模块；39、欠压故障处理模块；40、过压故障处理模块；41、缺相故障处理模块；42、失电故障处理模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-10，一种电压电流传感器，包括面板1，面板1的前端安装有显示窗口2，显示窗口2的左侧端安装有运行指示灯3、报警指示灯4和通讯指示灯5，显示窗口2的下端安装有设定/确认键6、上翻键/下翻键7、返回/切换参数键8和复位重启键9，面板1的底端安装有上下排接线端10；面板1的内部设有工作系统，工作系统包括主控模块11、电源模块12、按键输入电路13、故障指示电路14、运行指示电路15、直流载波通讯模块16、数码显示窗口17、报警控制输出电路18、交流电压/电流采样模块19和故障处理模块20；主控模块11包括单片机CPU21、电源稳压电路22、时钟电路23、存贮器24、基准电压模块25、寄存器26和复位电路27；电源模块12包括电源DC-DC模块28和 EMC电磁抗干扰处理模块29；交流电压/电流采样模块19包括电压互感器信号采集模块30、电流互感器信号采集模块31、第一EMC滤波处理模块32、第二 EMC滤波处理模块33、A/D转换模块34、波形缓存模块35、相角36、有效值处理模块37；故障处理模块20包括过载故障处理模块38、欠压故障处理模块39、过压故障处理模块40、缺相故障处理模块41和失电故障处理模块42；电源模块12的电源DC-DC模块28此次接EMC电磁抗干扰处理模块29和电源稳压电路 22接单片机CPU21，时钟电路23、存贮器24、基准电压模块25、寄存器26和复位电路27均与单片机CPU21相连接，按键输入电路13、故障指示电路14、运行指示电路15、直流载波通讯模块16和数码显示窗口17均与主控模块11的单片机CPU21相互连接，主控模块11的输出端接报警控制输出电路18以及过载故障处理模块38、欠压故障处理模块39、过压故障处理模块40、缺相故障处理模块41和失电故障处理模块42；交流电压/电流采样模块19的电压互感器信号采集模块30接第一EMC滤波处理模块32后以及电流互感器信号采集模块31 接第二EMC滤波处理模块33后均依次接A/D转换模块34、波形缓存模块35、相角36以及有效值处理模块37后与单片机CPU21连接；单片机CPU21采用芯片U1，芯片U1的型号为STM8系列单片机，芯片U1的脚1串接电阻R1接VCC 电源端，芯片U1的脚6接电阻R1的输入端，芯片U1的脚5串接电容C3和电容C2接电阻R1的输出端，电阻R1输入端与电容C2的输出端并接电容C1和电容C4接地；所述芯片U1的脚22、脚23和脚24分别串接电阻R6、电阻R5和电阻R4；报警控制输出电路18采用音频芯片XZ1，音频芯片XZ1的脚1串接电阻R7接芯片U1的脚26；单片机CPU21的输出端接有接口电路，接口电路包括两个插针J，分别为插针J1和插针J2，插针J1和插针J2的型号均为CON8，插针J1的脚1接芯片U1的脚28，插针J1的脚3接芯片U1的脚16，插针J1的脚5接芯片U1的脚17，插针J1的脚6接电阻R6的输出端，插针J1的脚7接电阻R5的输出端，插针J1的脚8接电阻R4的输出端；按键输入电路13包括芯片U2，芯片U2的型号为TM1635，TM1635芯片是带键盘扫描接口的LED驱动控制的专用电路，芯片U2的脚2-4分别串接开关S1-S4后与芯片U2的脚16相连，芯片U2的脚15接芯片U1的脚12，芯片U2的脚14接电阻R13接VCC电源端，电阻R13的输入端串接电阻R12和电容C5接地，电阻R13的输出端接电容 C6接地，电阻R13的输入端串接电容C8接地，芯片U2的脚14接芯片U1的脚 11；数码显示窗口17采用数码管DS1，数码管DS1的a、b、c、d、e、f和g接线端子依次接芯片U2的脚2-8，数码管DS1的S1、S2、S3和S4的接线端子依次接芯片U2的脚12、11、10和9；运行指示电路15包括发光二极管LED1-LED3、电阻R2、电阻R3和电阻R4，发光二极管LED1-LED3的输入端接VCC电源端，发光二极管LED1的输出端串接电阻R2接芯片U1的脚32，发光二极管LED2的输出端串接电阻R2接芯片U1的脚25，发光二极管LED3的输出端串接电阻R18 接芯片U1的脚27；直流载波通讯模块16包括芯片V1、芯片JP1和晶体管Q2，芯片V1的型号为DB107，起到防反接的作用，芯片V1的脚1接熔断丝F1接插针J2的脚2，芯片V1的脚2接插针J2的脚1，芯片V1的脚2接二极管D4接熔断丝F1的输出端，二极管D4的两端并接电容Y1和电容Y2，电容Y1的输出端接地，芯片V1的脚3接晶体管Q2的集电极，晶体管Q2的集电极接LV+24V 电源端，芯片V1的脚4串接电阻R23接晶体管Q2的发射极，晶体管Q2的基极串接芯片JP1的脚5，芯片JP1的脚6串接电阻R20接芯片V1的脚3，电阻R20 的输出端串接电阻R21接地，芯片JP1的脚2接芯片U1的脚31，芯片JP1的脚 3接芯片U1的脚30。

面板1上各按键功能及工作方式如下：

显示窗口2：在正常运行时，递增显示，在报警时闪烁显示，主要用于设置通讯，电流报警灯参数；运行指示灯3：在常亮时表示交流电压/电流采样模块 19处于正常的工作状态，有通讯数据时快速闪烁显示；报警指示灯4：在被监控的消防设备供电发生过压110％，欠压85％，过流，缺相，电压中断等故障，故障灯点亮，当上述故障恢复正常时，故障指示自动复位；通讯指示灯5：通讯收发数据时，闪烁显示；设定/确认键6：用于功能设定，按下设定/确认键6，配合上翻键/下翻键7使用，可进行通讯、过流等参数设定；上翻键/下翻键7：功能设定时输入数字递加减；返回/切换参数键8：长按退出当前设置，配合设定/确认键6，可按上翻键/下翻键7进行设置参数的改变；复位重启键9：当有故障报警时，用于对本产品复位。

该电压电流传感器主要用来采集三相四线中电压电流的实时状态，采用电压互感器信号采集模块30内的三只电压互感器和电流互感器信号采集模块31内的三只电流互感器进行交流电压/电流采样，采样的值进入ADC转换模块34，转换成二进制数据在单片机CPU21进行计算处理，对采集的信息进行分析、计算，与系统设置数据进行比较，从而判断出消防电源是否存在短路、过压欠压、缺相及过载等故障状态，单片机CPU21通过按键输入电路13和数码显示窗口17进行人机交互，并进行报警、显示和存储；完毕后通过直流载波通讯模块16上传至监控主机；电压、电流、AD转换、运算、校准均由专业电力计量芯片U1完成，芯片U1在电源电压为2.7V～3.6V之间均可正常工作，更好的保证了主机运行的可靠性；直流载波通讯模块16由专用PB331载波通讯芯片实现，传输的数据通过 DC24V电源线上载波进行信息交互通讯，消防设备电源状态监控器主机实时对本传感器按地址进行巡检接收信号。通过单片机CPU21将传递出来的数字信息在系统终端设备上最后转换为数字，汉字信息显示，通过供值班人员查看；

综上所述：本电压电流传感器主要具有如下优点：

(1)通过交流电压/电流采样模块19将采集到的信号传输给单片机 CPU21处理，并将工作状态通过面板1的显示窗口2、运行指示灯3、报警指示灯4和通讯指示灯5等显示工作状态，将面板1置于值班室内，在值班室可以实时查看整个监控区域正在使用的消防电源设备实时运行情况，如有异常，单片机CPU21控制报警控制输出电路18的进行故障报警提醒。

(2)采用载波通信技术，即直流载波通讯模块16，通过DC24V供电上进行载波通讯，可任意连接，不分正负接线，且节约一组通讯线。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种电压电流传感器，包括面板(1)，其特征在于：所述面板(1)的前端安装有显示窗口(2)，显示窗口(2)的左侧端安装有运行指示灯(3)、报警指示灯(4)和通讯指示灯(5)，显示窗口(2)的下端安装有设定/确认键(6)、上翻键/下翻键(7)、返回/切换参数键(8)和复位重启键(9)，面板(1)的底端安装有上下排接线端(10)；所述面板(1)的内部设有工作系统，工作系统包括主控模块(11)、电源模块(12)、按键输入电路(13)、故障指示电路(14)、运行指示电路(15)、直流载波通讯模块(16)、数码显示窗口(17)、报警控制输出电路(18)、交流电压/电流采样模块(19)和故障处理模块(20)；所述主控模块(11)包括单片机CPU(21)、电源稳压电路(22)、时钟电路(23)、存贮器(24)、基准电压模块(25)、寄存器(26)和复位电路(27)；所述电源模块(12)包括电源DC-DC模块(28)和EMC电磁抗干扰处理模块(29)；所述交流电压/电流采样模块(19)包括电压互感器信号采集模块(30)、电流互感器信号采集模块(31)、第一EMC滤波处理模块(32)、第二EMC滤波处理模块(33)、A/D转换模块(34)、波形缓存模块(35)、相角(36)、有效值处理模块(37)；所述故障处理模块(20)包括过载故障处理模块(38)、欠压故障处理模块(39)、过压故障处理模块(40)、缺相故障处理模块(41)和失电故障处理模块(42)；所述电源模块(12)的电源DC-DC模块(28)此次接EMC电磁抗干扰处理模块(29)和电源稳压电路(22)接单片机CPU(21)，时钟电路(23)、存贮器(24)、基准电压模块(25)、寄存器(26)和复位电路(27)均与单片机CPU(21)相连接，按键输入电路(13)、故障指示电路(14)、运行指示电路(15)、直流载波通讯模块(16)和数码显示窗口(17)均与主控模块(11)的单片机CPU(21)相互连接，主控模块(11)的输出端接报警控制输出电路(18)以及过载故障处理模块(38)、欠压故障处理模块(39)、过压故障处理模块(40)、缺相故障处理模块(41)和失电故障处理模块(42)，

交流电压/电流采样模块(19)电压互感器信号采集模块(30)接第一EMC滤波处理模块(32)后以及电流互感器信号采集模块(31)接第二EMC滤波处理模块(33)后均依次接A/D转换模块(34)、波形缓存模块(35)、相角(36)以及有效值处理模块(37)后与单片机CPU(21)连接。

2.根据权利要求1所述的一种电压电流传感器，其特征在于：所述单片机CPU(21)采用芯片U1，芯片U1的型号为STM8系列单片机，芯片U1的脚1串接电阻R1接VCC电源端，芯片U1的脚6接电阻R1的输入端，芯片U1的脚5串接电容C3和电容C2接电阻R1的输出端，电阻R1输入端与电容C2的输出端并接电容C1和电容C4接地；所述芯片U1的脚22、脚23和脚24分别串接电阻R6、电阻R5和电阻R4。

3.根据权利要求1所述的一种电压电流传感器，其特征在于：所述报警控制输出电路(18)采用音频芯片XZ1，音频芯片XZ1的脚1串接电阻R7接芯片U1的脚26。

4.根据权利要求1所述的一种电压电流传感器，其特征在于：所述单片机CPU(21)的输出端接有接口电路，接口电路包括两个插针J，分别为插针J1和插针J2，插针J1和插针J2的型号均为CON8，插针J1的脚1接芯片U1的脚28，插针J1的脚3接芯片U1的脚16，插针J1的脚5接芯片U1的脚17，插针J1的脚6接电阻R6的输出端，插针J1的脚7接电阻R5的输出端，插针J1的脚8接电阻R4的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种电压电流传感器，其特征在于：所述按键输入电路(13)包括芯片U2，芯片U2的脚2-4分别串接开关S1-S4后与芯片U2的脚16相连，芯片U2的脚15接芯片U1的脚12，芯片U2的脚14接电阻R13 接VCC电源端，电阻R13的输入端串接电阻R12和电容C5接地，电阻R13的输出端接电容C6接地，电阻R13的输入端串接电容C8接地，芯片U2的脚14接芯片U1的脚11。

6.根据权利要求1所述的一种电压电流传感器，其特征在于：所述数码显示窗口(17)采用数码管DS1，数码管DS1的a、b、c、d、e、f和g接线端子依次接芯片U2的脚2-8，数码管DS1的S1、S2、S3和S4的接线端子依次接芯片U2的脚12、11、10和9。

7.根据权利要求1所述的一种电压电流传感器，其特征在于：所述运行指示电路(15)包括发光二极管LED1-LED3、电阻R2、电阻R3和电阻R4，发光二极管LED1-LED3的输入端接VCC电源端，发光二极管LED1的输出端串接电阻R2接芯片U1的脚32，发光二极管LED2的输出端串接电阻R2接芯片U1的脚25，发光二极管LED3的输出端串接电阻R18接芯片U1的脚27。

8.根据权利要求1所述的一种电压电流传感器，其特征在于：所述直流载波通讯模块(16)包括芯片V1、芯片JP1和晶体管Q2，芯片V1的脚1接熔断丝F1接插针J2的脚2，芯片V1的脚2接插针J2的脚1，芯片V1的脚2接二极管D4接熔断丝F1的输出端，二极管D4的两端并接电容Y1和电容Y2，电容Y1的输出端接地，芯片V1的脚3接晶体管Q2的集电极，晶体管Q2的集电极接LV+24V电源端，芯片V1的脚4串接电阻R23接晶体管Q2的发射极，晶体管Q2的基极串接芯片JP1的脚5，芯片JP1的脚6串接电阻R20接芯片V1的脚3，电阻R20的输出端串接电阻R21接地，芯片JP1的脚2接芯片U1的脚31，芯片JP1的脚3接芯片U1的脚30。