专利名称：一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路，其属于低 压电器领域。
技术背景随着我国经济建设的飞速发展，生产和生活的用电量也随之大幅度增加， 但电能在给生活和生产带来极大便利的同时也留下了很多安全隐患，电气火 灾事故也呈逐年上升趋势，目前电气故障所引起的火灾已成为威胁人民生活 和生产安全的重要因素。据统计，全国很多城市或地区的电气火灾事故已接近其火灾事故总量的50% 80%，位居各类火灾的首位，给国家和人民生命 财产造成了巨大损失。而漏电引起的火灾是最常见的电气火灾。现阶段研究和探讨建筑物内电气火灾的起因并提供相应预防措施和制造 相应的预防性产品，具有非常重要的社会意义。中国专利文献CN2571046Y (授权公告日为2003年9月3日)中公开了 一种电气防火综合保护记录仪，其采用8位单片机作为微处理器，再加上外 围扩展电路进行扩展，这样外部输入电路要经并行口扩展电路后再到微处 理器电路；电压、电流信号经信号处理电路处理后再经模拟选择开关到A/D 转换电路，微处理器再从A/D转换电路读取转换值。因此这种电路元器件多， 电路复杂，体积大，可靠性差。另外目前市场上的电气火灾监控探测器的电 压保护功能，大多采用变压器取样的方式，这种电路体积大，精度差。再有 的电气火灾监控探测器的电流测量功能，仅有单个量程，其精度差，范围窄， 不能满足宽范围测量的要求。 发明内容本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路，其电路结构紧凑、可靠性高、精度高、测量范围宽且 体积小。本实用新型的目的是这样来完成的， 一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路，包括信号取样电路l、信号处理电路2、微处理器电路3、输出电 路5、存储电路4、实时时钟电路6、人机界面电路7、通信电路8，信号取样 电路1与信号处理电路2连接，信号处理电路2、存储电路4、输出电路5、 实时时钟电路6、人机界面电路7、通信电路8与微处理器电路3连接，存储 电路4与实时时钟电路6连接。信号取样电路l由电阻R1、 R2、 R3、电容C1组成，电阻R1、 R2的一 端接入相线电压，电阻Rl、 R2的另一端分别与电阻R3的两端连接，电容 C1与电阻R3并联，电阻R1、 R2为大电阻，R3为小电阻。信号处理电路2由电压信号处理电路、电流信号处理电路组成。电压信号处理电路由运算放大器U1A、电阻R4-R9、电容C2组成，电 阻R4、 R6的一端与信号取样电路的电阻Rl的另一端、电阻R3的一端连接， 电阻R5、 R7的一端与信号取样电路的电阻R2的另一端、电阻R3的另一端 连接，电阻R6的另一端与电阻R8的一端、运算放大器U1A的2脚连接， 电阻R7的另一端与电阻R9的一端、运算放大器U1A的3脚连接，电阻R8 的另一端与电容C2的一端、运算放大器U1A的1脚、微处理器电路中微处 理器U4的76脚连接，电阻R9的另一端与基准电压Vref连接，运算放大器 U1A的4脚接直流电压VCC,电阻R4、 R5、电容C2的另一端、运算放大 器UlA的ll脚接地。电流信号处理电路由电阻R10-R16、电容C3、 C4、运算放大器U2组成， 电阻R10与电流互感器I-A并联，电阻RIO的一端与电阻Rll、电容C3的一端连接，电阻R10的另一端与电容C3的另一端、电阻R14的一端、基准 电压Vref连接，电阻Rll的另一端与运算放大器U2A的3脚连接，运算放 大器U2A的1、 2脚与电阻R12、 R13的一端连接，电阻R14的另一端与电 阻R15的一端、运算放大器U2B的6脚连接，电阻R15的另一端与电阻R16、 电容C4的一端、运算放大器U2B的7脚连接，电阻R13的另一端与运算放 大器U2B的5脚连接，电阻R12、 R16的另一端分别与微处理器电路中微处 理器U4的68脚、74脚连接，运算放大器U2的4脚接直流电源VCC,运算 放大器U2的11脚、电容C4的另一端接地。微处理器电路3由微处理器U4、集成电路IC2、 IC3、晶振CT1、电容 C8-C11组成，电容Cll的一端、集成电路IC2的1脚、集成电路IC3的2 脚、微处理器U4的13、 78脚接直流电源VCC，集成电路IC2的2脚与电容 C8的一端、微处理器U4的77脚连接，微处理器U4的10脚与晶振CT1的 一端、电容C9的一端连接，微处理器U4的12脚与晶振CT1的另一端、电 容C10的一端连接，微处理器U4的5、 15-20、 32-39脚与人机界面电路7连 接，微处理器U4的24-27脚与存储电路4连接，微处理器U4的22、 25-27 脚与实时时钟电路6连接，微处理器U4的9脚与集成电路IC3的3脚连接， 微处理器U4的40、 41、 43脚与通信电路8连接，微处理器U4的77、 11脚、 集成电路IC2的3脚、集成电路IC3的1脚、电容C8-C11的另一端接地。存储电路4由集成电路IC4和电容C13组成，集成电路IC4的1、 6、 2、 5脚分别与微处理器U4的24-27脚连接，集成电路IC4的6、 5、 2脚分别与 实时时钟电路6中集成电路IC5的14、 15、 16脚连接，集成电路IC4的3、 7、8脚、电容C13的一端接直流电源VCC,集成电路IC4的4脚、电容C13的另一端接地。实时时钟电路6由集成电路IC5、晶振CT2、电容C14、电池BT1组成， 集成电路IC5的12脚与微处理器U4的22脚连接，集成电路IC5的14、 15、 16脚分别与微处理器U4的25、 27、 26脚和集成电路IC4的6、 5、 2脚连接， 集成电路IC5的3、 5脚分别与晶振CT2的两端连接，集成电路IC5的11、 17、 20脚、电容C14的一端与直流电源VCC连接，集成电路IC5的2脚与 电池BT1正极连接，集成电路IC5的1、 10脚、电容C14的另一端、电池 BT1的负极接地。人机界面电路7由液晶显示器U6与电容C12、三极管Q1、电阻R18组 成，液晶显示器U6的2脚与电容C12的一端、三极管Q1的集电极与直流电 源VCC连接，液晶显示器U6的3、 18脚连接，液晶显示器U6的3-18脚分 别与微处理器U4的20、 19、 18、 39-32、 17、 16、 15脚连接，液晶显示器 U6的19脚与三极管Ql的发射极连接，三极管Ql的基极与电阻R18的一端 连接，电阻R18的另一端与微处理器U4的5脚连接，液晶显示器U6的1、 20脚、电容C12的另一端接地。通信电路8由集成电路IC6、电阻R20、 R21、电容C16、 C17、插座Jl 组成，集成电路IC6的1、 7、 16脚、电容C16、 C17的一端、电阻R20的一 端与直流电源VCC连接，集成电路IC6的13脚与电阻R21的一端、插座Jl 的2脚连接，集成电路IC6的12脚与电阻R20的另一端、插座J1的1脚连 接，集成电路IC6的6、 3脚分别与微处理器U4的40、 41脚连接，集成电 路IC6的4、 5脚与微处理器U4的43脚连接，集成电路IC6的2、 8、 9、 15 脚、电阻R21的另一端、插座J1的3脚、电容C16、 C17的另一端接地。微处理器电路3采用16位单片机自带A/D转换电路作为微处理器,其功能强，外围设备多，输入输出口多，因此省去了中间的并行口扩展电路、模拟选择开关电路，信号取样电路1经信号处理电路2进行信号放大、电位抬 升，然后直接送入微处理器电路3，进行A/D转换，进而对数字量进行运算 分析，这样的电路结构紧凑，体积小，可靠性高。信号取样电路1中电压取 样由于采用大电阻降压，小电阻进行电压采样，相比变压器降压电压采样， 体积大大縮小，且精度较高。信号处理电路2中电流信号处理由于采用大小 两个量程进行电流测量，电流测量范围宽，精度高。
图1为剩余电流式电气火灾监控探测器的电路原理框图。 图2为剩余电流式电气火灾监控探测器的电路电原理图。
具体实施方式
通过申请人对实施例的描述，将更加有助于理解本实用新型，并且使本 实用新型的积极效果更加体现，但实施例不应视为对本实用新型方案的有所 限制。请参阅图1本实用新型的电路原理框图。其中信号取样电路1将信号传递到信号处理电路2进行信号放大、电位 抬升，然后送入微处理器电路3，进行A/D转换，进而对数字量进行运算分 析，最后送入输出电路5;经微处理器电路3处理的数据与实时时钟电路6、 人机界面电路7、存储电路4及通信电路8互传。请参阅图2本实用新型以A相为例，信号取样电路1中的电压取样由电 阻R1、 R2从A相取电，采用高压大电阻R1、 R2降压，小电阻R3进行电 压采样，然后将经R3取样的差分电压信号送入信号处理电路2的电压信号处 理电路，通过运算放大器U1A (TLV2254A)、电阻R6、 R8、 R7、 R9放大， 同时由基准电压Vref (2.048V)进行电位抬升，得到符合A/D转换要求的电压信号Ua，送入微处理器电路3的微处理器U4 (M16C28)的76脚，进行 A/D转换，进而对数字量进行运算分析。信号处理电路2中电流信号处理电路将从电流互感器I一A中检测信号， 本实用新型以一路互感器信号为例，经电阻R10交流取样，由其准电压Vref (2.048V)进行电位抬升得电流信号Ia，电流信号Ia先通过电阻Rll、运算 放大器U2A (TLV2254A)跟随、 一路经电阻R12，得到大量程信号Ial，另 一路经运算放大器U2B (TLV2254A)、电阻R13、 R14、 R15放大并由其准 电压Vref (2.048V)进行电位抬升，经R16得到小量程信号Ias,同时将大 小两个量程的信号Ial、 Ias送入微处理器电路3的微处理器U4 (M16C28) 的68脚、74脚，进行A/D转换，微处理器根据转换值确定采用哪一量程的 值进行计算，即采用大小两个量程进行电流测量，使测量精度及范围大大提 高。微处理器电路3采用16位单片机自带A/D转换电路的M16C28作为微 处理器U4，信号取样电路1经信号处理电路2进行信号放大、电位抬升，然 后直接送入微处理器电路3进行A/D转换，进而对数字量进行运算分析。人机界面电路7与微处理器电路3之间进行数据传送，微处理器电路3 的微处理器U4读取人机界面的按键信息,然后根据按键信息将显示内容送人 机界面电路7的液晶显示器U6 (WG12864E)显示，实现人机信息功能。存储电路4与微处理器电路3之间进行数据传送，微处理器电路3的微 处理器U4可将数据存入存储电路4，也可将存储电路4中的数据读出，实现 数据存储功能。集成电路IC4为AT25640。实时时钟电路6与微处理器电路3之间进行数据传送，微处理器电路3 的微处理器U4可读取实时时钟电路6的时钟数据，也可将新设定的时钟数据写入实时时钟电路6，实现时钟数据整定与读取。集成电路IC5为DS1305EN。 通信电路8与微处理器电路3之间进行数据传送，微处理器电路3的微 处理器U4可以通过通信电路8从总线上接收数据，也可以将自身的数据通过 通信电路8送到总线上，从而实现数据通信功能。集成电路IC6为ADM2483。 输出电路5由电容器C18、 C19、 C20、 C22、 C23、电阻R22、 R23、双 路音频放大器IC7、扬声器Y1、 Y2组成，微处理器U4的23脚产生脉宽调 制(PWM)信号，经电容器C18隔离直流分量后由电阻R22、 R23分压得到信 号作为双路音频放大器IC7(TDA2822)的输入，经双路音频放大器IC7放大后 驱动两路扬声器Yl、 Y2。电容器C19、 C20提供交流负反馈通路，电容器 C22、 C23为输出耦合电容。当发生火灾时，两路扬声器Y1、 Y2可就地和远 程同时报警。本实用新型由于采用了上述电路，电路的中间环节较少，元器件大大减 少，体现了电路结构紧凑，可靠性高，精度较高测量范围宽且体积大大縮小 的优点。
权利要求1、一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路，其特征在于它包括信号取样电路(1)、信号处理电路(2)、微处理器电路(3)、输出电路(5)、存储电路(4)、实时时钟电路(6)、人机界面电路(7)、通信电路(8)，信号取样电路(1)与信号处理电路(2)连接，信号处理电路(2)、存储电路(4)、输出电路(5)、实时时钟电路(6)、人机界面电路(7)、通信电路(8)与微处理器电路(3)连接，存储电路(4)与实时时钟电路(6)连接。
2、 根据权利要求1所述的一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路， 其特征在于所述的信号取样电路(1)由电阻(R1、 R2、 R3)、电容(C1)组成，电 阻(R1、 R2)的一端接入相线电压，电阻(R1、 R2)的另一端分别与电阻(R3) 的两端连接，电容(C1)与电阻(R3)并联，电阻(R1、 R2)为大电阻，(R3)为小 电阻。
3、 根据权利要求1所述的一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路， 其特征在于所述的信号处理电路(2)由电压信号处理电路、电流信号处理电路 组成。
4、 根据权利要求3所述的一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路， 其特征在于所述的电压信号处理电路由运算放大器(U1A)、电阻(R4-R9)、电 容(C2)组成，电阻(R4、 R6)的一端与信号取样电路的电阻(R1)的另一端、电 阻(R3)的一端连接，电阻(R5、 R7)的一端与信号取样电路的电阻(R2)的另一 端、电阻(R3)的另一端连接，电阻(R6)的另一端与电阻(R8)的一端、运算放 大器(U1A)的2脚连接，电阻(R7)的另一端与电阻(R9)的一端、运算放大器 (U1A)的3脚连接，电阻(R8)的另一端与电容(C2)的一端、运算放大器(U1A) 的1脚、微处理器电路中微处理器(U4)的76脚连接，电阻(R9)的另一端与基准电压(Vref)连接，运算放大器(U1A)的4脚接直流电压(VCC)，电阻(R4、 R5)、电容(C2)的另一端、运算放大器(U1A)的11脚接地。
5、 根据权利要求3所述的一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路， 其特征在于所述的电流信号处理电路由电阻(R10-R16)、电容(C3、 C4)、运 算放大器(U2)组成，电阻(R10)与电流互感器(I-A)并联，电阻(R10)的一端与 电阻(Rll)、电容(C3)的一端连接，电阻(R10)的另一端与电容(C3)的另一端、 电阻(R14)的一端、基准电压(Vref)连接，电阻(R11)的另一端与运算放大器 (U2A)的3脚连接，运算放大器(U2A)的1、 2脚与电阻(R12、 R13)的一端连 接，电阻(R14)的另一端与电阻(R15)的一端、运算放大器(U2B)的6脚连接， 电阻(R15)的另一端与电阻(R16)、电容(C4)的一端、运算放大器(U2B)的7脚 连接，电阻(R13)的另一端与运算放大器(U2B)的5脚连接，电阻(R12、 R16) 的另一端分别与微处理器电路中微处理器(U4)的68脚、74脚连接，运算放 大器(U2)的4脚接直流电源(VCC)，运算放大器(U2)的11脚、电容(C4)的另 一端接地。
6、 根据权利要求1所述的一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路， 其特征在于所述的微处理器电路(3)由微处理器(U4)、集成电路(IC2、 IC3)、 晶振(CT1)、电容(C8-C11)组成，电容(C11)的一端、集成电路(IC2)的1脚、 集成电路(IC3)的2脚、微处理器(U4)的13、 78脚接直流电源(VCC)，集成 电路(IC2)的2脚与电容(C8)的一端、微处理器(U4)的77脚连接，微处理器 (U4)的10脚与晶振(CT1)的一端、电容(C9)的一端连接，微处理器(U4)的 12脚与晶振(CT1)的另一端、电容(C10)的一端连接，微处理器(U4)的5、 15-20、 32-39脚与人机界面电路(7)连接，微处理器(U4)的24-27脚与存储 电路(4)连接，微处理器(U4)的22、 25-27脚与实时时钟电路(6)连接，微处理器(U4)的9脚与集成电路(IC3)的3脚连接，微处理器(U4)的40、 41、 43 脚与通信电路(8)连接，微处理器(U4)的77、 11脚、集成电路(IC2)的3脚、 集成电路(IC3)的1脚、电容(C8-C11)的另一端接地。
7、 根据权利要求1所述的一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路， 其特征在于所述的存储电路(4)由集成电路(IC4)和电容(C13)组成，集成电路 (IC4)的1、 6、 2、 5脚分别与微处理器(U4)的24-27脚连接，集成电路(IC4) 的6、 5、 2脚分别与实时时钟电路(6)中集成电路(IC5)的14、 15、 16脚连接， 集成电路(IC4)的3、 7、 8脚、电容(C13)的一端接直流电源(VCC)，集成电 路(IC4)的4脚、电容(C13)的另一端接地。
8、 根据权利要求1所述的一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路， 其特征在于所述的实时时钟电路(6)由集成电路(IC5)、晶振(CT2)、电容(C14)、 电池(BT1)组成，集成电路(IC5)的12脚与微处理器(U4)的22脚连接，集成 电路(IC5)的14、 15、 16脚分别与微处理器(U4)的25、 27、 26脚和集成电路 (IC4)的6、 5、 2脚连接，集成电路(IC5)的3、 5脚分别与晶振(CT2)的两端 连接，集成电路(IC5)的11、 17、 20脚、电容(C14)的一端与直流电源(VCC) 连接，集成电路(IC5)的2脚与电池(BT1)正极连接，集成电路(IC5)的1、 10 脚、电容(C14)的另一端、电池(BT1)的负极接地。
9、 根据权利要求1所述的一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路， 其特征在于所述的人机界面电路(7)由液晶显示器(U6)与电容(C12)、三极管 (Ql)、电阻(R18)组成，液晶显示器(U6)的2脚与电容(C12)的一端、三极管(Q1) 的集电极与直流电源(VCC)连接，液晶显示器(U6)的3、 18脚连接，液晶显 示器(U6)的3-18 (4-17)脚分别与微处理器(U4)的20、 19、 18、 39-32、 17、 16、 15脚连接，液晶显示器(U6)的19脚与三极管(Q1)的发射极连接，三极管(Q1)的基极与电阻(R18)的一端连接，电阻(R18)的另一端与微处理器(U4)的5 脚连接，液晶显示器(U6)的1、 20脚、电容(C12)的另一端接地。
10、根据权利要求1所述的一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电 路，其特征在于所述的通信电路(8)由集成电路(IC6)、电阻(R20、 R21)、电 容(C16、 C17)、插座(J1)组成，集成电路(IC6)的1、 7、 16脚、电容(C16、 C17)的一端、电阻(R20)的一端与直流电源(VCC)连接，集成电路(IC6)的13 脚与电阻(R21)的一端、插座(J1)的2脚连接，集成电路(IC6)的12脚与电阻 (R20)的另一端、插座(J1)的1脚连接，集成电路(IC6)的6、 3脚分别与微处 理器(U4)的40、 41脚连接，集成电路(IC6)的4、 5脚与微处理器(U4)的43 脚连接，集成电路(IC6)的2、 8、 9、 15脚、电阻(R21)的另一端、插座(J1) 的3脚、电容(C16、 C17)的另一端接地。
专利摘要一种剩余电流式电气火灾监控探测器的电路，属于低压电器领域。包括信号取样电路、信号处理电路、微处理器电路、输出电路、存储电路、实时时钟电路、人机界面电路、通信电路，信号取样电路与信号处理电路连接，信号处理电路、存储电路、输出电路、实时时钟电路、人机界面电路、通信电路与微处理器电路连接，存储电路与实时时钟电路连接。优点电路结构紧凑、可靠性高、精度高、测量范围宽且体积小。
文档编号G01R31/00GK201107361SQ20072004168
公开日2008年8月27日 申请日期2007年11月28日 优先权日2007年11月28日
发明者张志刚, 文 褚, 顾怡文 申请人:常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂)