本实用新型涉及一种农村低压线路漏电查找装置。
背景技术：
现农村低压0.4kV供电系统中，只有配电盘安装了一级剩余电流动作保护器，而表箱内大部分只有断路器没有二级剩余电流动作保护器，客户家中大部分也未安装三级漏电保护器，这种现况造成了架空线、进户线或客户家中只要有漏电接地就会直接造成配电盘上的一级剩余电流动作保护器动作跳闸，造成大面积停电。因户数多、线路长、高空作业给工作人员查找故障点带来了难处，尤其在夜间排除故障时难度更大。目前的故障排除方法大部分是逐一从表箱内拉闸，因有些三相四线漏电保护器不断开零线，故这种方法不够准确，还给工作人员带来误导，还有一种是分段拆除弓子线进行试送或用兆欧表摇测的方法，这种方法的不足在于工作人员的工作量太大，停电时间过长，造成工单和投诉增多，另外，某些工作人员因找不到故障点，通过拆除一级剩余电流动作保护器强行送电，这种方法会造成人员触电伤亡和设备烧坏，造成极大的安全隐患。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种农村低压线路漏电查找装置。
本实用新型采用的技术方案为：
一种农村低压线路漏电查找装置，包括顺次连接的开口式电流传感器、电流转电压模块、运算放大器、交流转直流模块、MCU模块，以及与MCU模块连接的语音报警器和LED报警器；还包括为装置中各部件提供工作电源的电源网络；电源网络包括VCC_12V转VCC_5V、VCC_5V转VCC_3.3V、VCC_5V转AVCC_-5V和AVCC_5V 三个电源结构。
所述的农村低压线路漏电查找装置，电流转电压模块包括P2端子、C44、R29，开口式电流传感器输出信号到P2端子的1、2接线端，2接线端另一端连接AGND，1接线端另一端连接到C44和R29的一端，C44和R29的另一端接AGND。
所述的农村低压线路漏电查找装置，所述运算放大器采用的芯片型号是LM324， LM324的4管脚接电源网络的AVCC_5V电源，LM324的11管脚接电源网络的 AVCC_-5V电源；电阻R29的一端接电阻R23，电阻R23接电阻R21和LM324的2管脚，电阻R21接LM324的1管脚，LM324的3管脚通过电阻R22接AGND，LM324 的1、2、3三个管脚是第一级放大器，其放大倍数是-1；LM324的1管脚输出信号out1 接电阻R24，电阻R24接电阻R26和LM324的6管脚，电阻R26接LM324的7管脚， LM324的5管脚通过电阻R25接AGND，LM324的5、6、7三个管脚是第二级放大器，其放大倍数是-10，两级运放级联后，整体的放大倍数是10。
所述的农村低压线路漏电查找装置，交流转直流模块采用AD637电路，AD637的 5管脚通过电阻R28接电源网络的AVCC_5V电源，AD637的13管脚接电源网络的 AVCC_5V电源，AD637的12管脚接电源网络的AVCC_-5V电源，AD637的10、11 管脚之间通过电容C50连接，LM324的7管脚输出AD6371_IN通过电容C47连接AD637 的15管脚，AD637的1、3、4管脚共同接AGND，AD637的11管脚还连接AD637的 6管脚，AD637的11管脚输出AD6371_OUT。
所述的农村低压线路漏电查找装置，MCU模块采用STM32F103C8T6芯片， STM32F103C8T6的14管脚接AD637的11管脚输出AD6371_OUT信号， STM32F103C8T6的34、37管脚连接4pin接口PD1作为I/O口，STM32F103C8T6的5、 6管脚连接8MHz晶振Y1的OSC_IN、OSC_OUT，STM32F103C8T6的24、36、48、9 管脚共同连接到电源网络的VCC_3.3v电源，STM32F103C8T6的23、35、47、8管脚共同接GND，C45、C51-54并联后接在AVCC_3.3v电源和GND之间作为去耦电路，滤除电源噪声。
所述的农村低压线路漏电查找装置，LED报警器包括三极管8050和MOS管 AOD484；三极管8050的基极连接电阻R18一端，电阻R16一端连接电源网络的 VCC_3.3V电源，另一端和电阻R18另一端一起连接到STM32F103C8T6的11管脚；三极管8050集电极通过电阻R15连接到电源网络的VCC_12V电源，三极管8050集电极还通过电阻R17连接到MOS管的门极，三极管8050发射极接GND；2PIN插口P1 串联在MOS管AOD484的漏极和电源网络的VCC_12V电源之间，2PIN插口P1用于插入功率LED灯。
所述的农村低压线路漏电查找装置，语音报警器包括QJ008语音芯片、存储芯片和功放电路；QJ008语音芯片的15、14管脚连接STM32F103C8T6的30、31管脚，QJ008 语音芯片的16管脚通过电阻R14连接LED灯D2的正极，LED灯D2的负极连接GND； QJ008语音芯片的5、6管脚连接到USB接口J2的D-和D+，USB接口作为存储芯片中语音文件的烧写接口；QJ008语音芯片的12管脚连接电源网络的VCC_5V电源，13管脚连接GND；电容C37连接在5V电源和GND之间作为去耦电路滤除电源噪声；存储芯片采用的是W25Q128，W25Q128的1管脚连接到QJ008语音芯片的3管脚，W25Q128 的2管脚通过电阻R20连接到QJ008语音芯片的1管脚，W25Q128的4管脚接GND， W25Q128的5、6管脚分别连接QJ008语音芯片的1、2管脚，W25Q128的7管脚通过电阻R19连接电源网络输出的VCC_3.3V电源，W25Q128的8管脚直接连接到电源网络输出的3.3V电源，电容C38连接在VCC_3.3V电源和GND之间作为去耦电路滤除噪声；功放电路包括TPA3116D2芯片及其外围电路，TPA3116D2芯片的4管脚通过电容C6和C42连接到QJ008语音芯片的10管脚，TPA3116D2芯片的10管脚通过电容 C15和C43连接到语音芯片的9管脚，作为功放电路的输入信号。
所述的农村低压线路漏电查找装置，所述电源网络中12V转VCC_5V采用的是开关电源LM2596，LM2596的1、2管脚之间并联C27-C30，1、2管脚同时并联在输入电源12V的正负极之间，LM2596的3、4管脚之间并联C31和C32，3、4管脚之间输出 VCC_5V电源；VCC_5V转VCC_3.3V采用的是线性电源MIC29302BU，MIC29302BU 的1、3管脚之间并联C33、C34，1、3管脚同时并联在VCC_5V电源的正负极之间，2 管脚与1管脚相连接，MIC29302BU的4管脚输出VCC_3.3V；VCC_5V转AVCC_-5V 和AVCC_5V采用的是集成模块IA0505S-2W和NFE31PT152Z1E9，IA0505S-2W的1、 2管脚分别连接VCC_5V和GND，7管脚输出连接到一个NFE31PT152Z1E9的1管脚，经滤波后在NFE31PT152Z1E9的3管脚输出AVCC_5V；9管脚输出分别连接到另一个 NFE31PT152Z1E9的1管脚，经滤波后在NFE31PT152Z1E9的3管脚输出AVCC_-5V。
将有故障的一相导线置入开口式电流传感器中，若有漏电电流经过，语音报警与灯光报警同时动作，报警信号非常直观的反映给工作人员，便于及时查找出漏电点，缩短停电时间，提高供电可靠性和工作效率。
附图说明
图1为本实用新型装置的整体结构示意图；
图2为电流转电压模块及其外围电路原理图；
图3为运算放大器及其外围电路原理图；
图4为交流转直流模块及其外围电路原理图；
图5为MCU模块及其外围电路原理图；
图6为LED报警器电路原理图；
图7为语音报警器中QJ008语音芯片和存储芯片的电路原理图；
图8为语音报警器中功放电路电路图；
图9为是开关电源LM2596及其外围电路图；
图10为是MIC29302BU及其外围电路图；
图11为IA0505S-2W和NFE31PT152Z1E9及其外围电路图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。
参考图1，农村低压线路漏电查找装置包括顺次连接的开口式电流传感器、电流转电压模块、运算放大器、交流转直流模块、MCU模块，以及与MCU模块连接的语音报警器和LED报警器；还包括为装置中各部件提供工作电源的电源网络；
将疑似漏电(故障)相的导线置入开口式电流传感器的开口中，若有故障电流流过漏电(故障)相，开口式电流传感器将感应到的电流信号传给电流转电压模块转换为电压信号，电压信号进入运算放大器电路经放大后送入交流转直流模块，转换为直流信号后送入MCU模块，MCU模块经常规采样后获得漏电(故障)相电流大小，将该电流大小与预设阈值比较，超过预设阈值即触发语音报警器和LED报警器低于该预设阈值关闭语音报警器和LED报警器。
漏电电流较小的情况下(比如毫安级)，需要增设电流放大器，在配电室内将电流放大器与疑似漏电相串联，将漏电电流放大至开口式电流传感器所能感应的最低数值即可。
开口式电流传感器，电流传感器是依据电磁感应原理将一次侧小电流转换成二次侧大电流来测量的仪器。采用市场上常见的电流传感器即可。
电流转电压模块如图2所示，开口式电流传感器输出信号到P2端子的1、2接线端，2接线端另一端连接AGND，1接线端另一端连接到C44和R29的一端，C44 和R29的另一端接AGND，开口式电流传感器输出信号在电阻R29上通过会形成电压，其电压大小为电流值乘以电阻R29阻值(10k)。电阻R29的一端接入后级运算放大器电路中输出电压。
运算放大器电路的作用是将微弱电压信号的峰峰值放大到MCU模块能够识别的范围，由于电流传感器输出的电流较小，转成电压之后的峰峰值也比较小，无法直接被MCU模块的A/D转换器识别出来，所以本实施例采用了两级运算放大器来放大电压信号。
本系统中所使用的运算放大器芯片型号是LM324，其电路图如图3所示。LM324 是一个集成了4运放的运算放大器芯片，LM324的4管脚接电源网络的AVCC_5V 电源，LM324的11管脚接电源网络的AVCC_-5V电源；电阻R29的一端接电阻R23 (4.7K)，电阻R23接电阻R21和LM324的2管脚，电阻R21接LM324的1管脚，LM324的3管脚通过电阻R22接AGND，LM324的1、2、3三个管脚是第一级放大器，其放大倍数是-1，放大倍数由R21和R23的比值决定；LM324的1管脚输出out1 接电阻R24，电阻R24(1.5K)接电阻R26(15K)和LM324的6管脚，电阻R26 接LM324的7管脚，LM324的5管脚通过电阻R25接AGND，LM324的5、6、7 三个管脚是第二级放大器，其放大倍数是-10，放大倍数由R24和R26决定，两级运放级联后，整体的放大倍数是10。这样输入的电压信号，被放大了10倍进入AD637。
交流转直流模块采用AD637电路，由于运算放大器输出的是50Hz频率的交流信号，不便于MCU直接进行采样处理，因此，需要进行交流信号向直流信号转换，同时能够保存原始交流信号的幅度信息。AD637是一款能够计算交流信号的均方根值的芯片，因此符合设计要求。
AD637部分的电路如图4所示。AD637的5管脚通过电阻R28(4.7K)接电源网络的AVCC_5V电源，AD637的13管脚接电源网络的AVCC_5V电源，AD637的 12管脚接电源网络的AVCC_-5V电源，AD637的10、11管脚之间通过电容C50(4UF) 连接，LM324的7管脚输出AD6371_IN通过电容C47(10UF)连接AD637的15 管脚，AD637的1、3、4管脚共同接AGND，AD637的11管脚还连接AD637的6 管脚，AD637的11管脚输出AD6371_OUT，AD637可计算任何复杂波形的真均方根值。AD637提供波峰因数补偿方案，允许以最高为10的波峰因数测量信号，额外误差小于1％。宽带宽允许测量200mV均方根、频率最高达600kHz的输入信号以及1V均方根以上、频率最高达8MHz的输入信号。
至此，AD637输出了直流信号，其信号幅度与原始的220V交流电中的电流大小成正比，因此MCU模块只需要采用A/D转换器采集到直流信号的大小，就可以判断出原始的220V交流电中的电流大小了。
MCU模块芯片采用STM32F103C8T6，其电路原理图及外围电路如图5所示， STM32F103C8T6的14管脚接AD637的11管脚输出AD6371_OUT信号， STM32F103C8T6的34、37管脚连接4pin接口PD1作为I/O口，STM32F103C8T6 的5、6管脚连接8MHz晶振Y1的OSC_IN、OSC_OUT，STM32F103C8T6的24、 36、48、9管脚共同连接到电源网络的VCC_3.3v电源，STM32F103C8T6的23、35、 47、8管脚共同接GND，C45、C51-54并联后接在AVCC_3.3v电源和GND之间作为去耦电路，滤除电源噪声。这样，MCU模块采样AD637输出的直流信号，进而判断出故障相中漏电电流的大小，然后再跟设定的阈值进行比较，大于该设定的阈值就启动语音报警器和LED报警器，小于该阈值就关闭语音报警器和LED报警器。
LED报警器的电路如图6所示。LED报警器的作用是，接收STM32F103C8T6 的控制，驱动12V/1A的LED灯发光，其驱动的核心器件是三极管和MOS管，本例中三极管的选型是8050，其作用是电压变换，MOS管的选型是AOD484，其作用是驱动功率LED灯发光；具体电路为：三极管8050的基极连接电阻R18一端，电阻 R16一端连接电源网络的VCC_3.3V电源，另一端和电阻R18另一端一起连接到 STM32F103C8T6的11管脚；三极管8050集电极通过电阻R15连接到电源网络的 VCC_12V电源，三极管8050集电极还通过电阻R17连接到MOS管的门极，三极管 8050发射极接GND；2PIN插口P1串联在MOS管AOD484的漏极和电源网络的 VCC_12V电源之间，2PIN插口P1用于插入功率LED灯。
当STM32F103C8T6的11管脚输出高电平时，三极管8050的基极就是高电平，三极管导通，MOS管的门级电压为0V，MOS管就不能导通，接在P1上的功率LED 灯就熄灭。当MCU输出低电平时，三极管8050的基极就是低电平，三极管不能导通，MOS管的门级电压因上拉电阻的影响为12V，MOS管就导通，跨接在P1上的功率LED灯就发光。
本实施例语音报警器包括QJ008语音芯片、存储芯片和功放电路。如图7所示，为语音芯片和存储芯片的电路图，QJ008是启嘉电子自主研发的高性能MP3语音播放芯片，是低成本高效率的语音播放方案，具有集成度高、体积小、低功耗等特点，是语音播放的控制核心。QJ008语音芯片的15、14管脚连接STM32F103C8T6的30、 31管脚，QJ008语音芯片的16管脚通过电阻R14连接LED灯D2的正极，LED灯D2的负极连接GND；QJ008语音芯片的5、6管脚连接到USB接口J2的D-和D+， USB接口作为存储芯片中语音文件的烧写接口；QJ008语音芯片的12管脚连接电源网络的VCC_5V电源，13管脚连接GND；电容C37连接在5V电源和GND之间作为去耦电路滤除电源噪声。
存储芯片采用的是W25Q128，W25Q128是华邦公司推出的大容量SPI FLASH 产品,W25Q128的容量为128Mb，具有掉电存储的功能；W25Q128的1管脚连接到 QJ008语音芯片的3管脚，W25Q128的2管脚通过电阻R20连接到QJ008语音芯片的1管脚，W25Q128的4管脚接GND，W25Q128的5、6管脚分别连接QJ008语音芯片的1、2管脚，W25Q128的7管脚通过电阻R19连接电源网络输出的VCC_3.3V 电源，W25Q128的8管脚直接连接到电源网络输出的3.3V电源，电容C38连接在 VCC_3.3V电源和GND之间作为去耦电路滤除噪声，本系统中的语音文件可以通过 USB接口经过QJ008烧写到W25Q128中存储。
如图8所示是功放电路的电路图，功放电路包括TPA3116D2芯片及其外围电路， TPA3116D2芯片的4管脚通过电容C6和C42连接到QJ008语音芯片的10管脚， TPA3116D2芯片的10管脚通过电容C15和C43连接到语音芯片的9管脚，作为功放电路的输入信号，功放电路的作用是放大模拟信号，驱动连接在ROUT1和ROUT2 的喇叭出声。
语音芯片接收MCU的串口指令，决定播放哪一段语音文件，语音文件提前已经通过USB烧写到W25Q128存储芯片中了。那么当原始电流超过一定数值例如 0.5-0.7A时，MCU模块就发送一段串口指令，指令语音芯片播放“有漏电电流”语音。
QJ008串口指令的格式如下：7E 04 3E XX XX EF，XX XX为当前播放的语音文件地址。
本系统的电源网络包括VCC_12V转VCC_5V、VCC_5V转VCC_3.3V、VCC_5V 转AVCC_-5V和AVCC_5V三个电源结构，12V转VCC_5V采用的是开关电源LM2596，如图9所示，是开关电源LM2596及其外围电路图，LM2596的1、2管脚之间并联C27-C30，1、2管脚同时并联在输入电源12V的正负极之间，LM2596的 3、4管脚之间并联C31和C32，3、4管脚之间输出VCC_5V电源；
VCC_5V转VCC_3.3V采用的是线性电源MIC29302BU，如图10所示，是 MIC29302BU及其外围电路图，MIC29302BU的1、3管脚之间并联C33、C34，1、 3管脚同时并联在VCC_5V电源的正负极之间，2管脚与1管脚相连接，MIC29302BU 的4管脚输出VCC_3.3V；
VCC_5V转AVCC_-5V和AVCC_5V采用的是集成模块IA0505S-2W和 NFE31PT152Z1E9，参考图11所示，为IA0505S-2W和NFE31PT152Z1E9及其外围电路图，IA0505S-2W的1、2管脚分别连接VCC_5V和GND，7管脚输出连接到一个NFE31PT152Z1E9的1管脚，经滤波后在NFE31PT152Z1E9的3管脚输出 AVCC_5V；9管脚输出分别连接到另一个NFE31PT152Z1E9的1管脚，经滤波后在 NFE31PT152Z1E9的3管脚输出AVCC_-5V。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。