一种DC110V铝型材外壳接地检测装置的制作方法

本实用新型属于铝型材外壳接地检测技术领域，尤其涉及一种dc110v铝型材外壳接地检测装置。

背景技术：

铝型材就是铝棒通过热熔、挤压、从而得到不同截面形状的铝材料。

铝型材具有如下特点：（1）抗腐蚀性；在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示出优良的抗腐蚀性。（2）电导率；铝型材由于它的优良电导率而常被选用。在重量相等的基础上，铝的电导率近于铜的两倍。（3）热导量率；铝合金的热导量率大约是铜的50-60%，这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具，以及汽车的缸盖与散热器皆为有利。（4）非铁磁性；铝型材是非铁磁性的，这对电气工业和电子工业而言是一重要特性。铝型材是不能自燃的，这对涉及装卸或接触易燃易爆材料的应用来说是重要的。（5）可机加工性；铝型材的可机加工性是优良的。在各种变形铝合金和铸造铝合金中，以及在这些合金产出後具有的各种状态中，机加工特性的变化相当大，这就需要特殊的机床或技术。（6）可成形性；特定的拉伸强度、屈服强度、可延展性和相应的加工硬化率支配着允许变形量的变化。（7）回收性；铝具有极高的回收性，再生铝的特性与原生铝几乎没有差别。

由于以上特点，再加上同等体积情况下，铝型材的重量更轻，铝型材被广泛应用在工业生产的方方面面。

据不完全统计，目前全世界铝合金型材的年消耗量在800万t以上，规格品种达5000种以上。

当将铝型材应用在机车外壳时，由于铝导电性能比较好，如果出现漏电的情况，很容易引发安全事故。

为了解决这一问题，现有技术中，有铝型材外壳漏电报警的装置，主要是在铝型材外壳上连接照明灯，当出现漏电情况时，照明灯会发光，从而对使用者进行警示。

现有技术的不足之处在于：仅仅通过照明灯是否发光判断警示作用不强，同时，直接连接照明灯，在使用的时候，很容易因高电压漏电导致照明灯故障，从而出现无法及时提醒工作人员的情况。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种结构简单、使用效果好的dc110v铝型材外壳接地检测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：一种dc110v铝型材外壳接地检测装置，包括接地检测单元、处理器、声光报警电路、存储器和模数转换器；

接地检测单元的信号输出端连接模数转换器的信号输入端，模数转换器的信号输出端连接处理器的信号输入端，处理器的信号输出端连接声光报警电路，处理器连接存储器；

接地检测单元包括结构相同的正母线接地检测电路和负母线接地检测电路；正母线接地检测电路包括第一检测电阻、第二检测电阻、第三检测电阻、第四检测电阻，第一双向稳压二极管、第一双向触发二极管、第一检测滤波电容和第二检测滤波电容；正母线电源端子依次通过第一检测电阻和第二检测电阻连接正极正输出端子；正母线电源端子还依次通过第一检测电阻和第三检测电阻接地、第一双向稳压二极管和第一双向触发二极管与第三检测电阻并联，第一双向触发二极管通过第四检测电阻连接正极负输出端子；正极正输出端子和正极负输出端子还分别通过第一检测滤波电容和第二检测滤波电容接地；负母线接地检测电路包括负极正输出端子和负极负输出端子，正极正输出端子、正极负输出端子、负极正输出端子和负极负输出端子分别连接模数转换器的4个差分模拟输入端。

处理器上连接有485通讯电路，485通讯电路包括485芯片，485芯片的电源端通过485通讯电感连接直流电源；485芯片的串口连接处理器的串口。

还包括壳体，接地检测单元、处理器、模数转换器、存储器、声光报警电路均位于壳体内；壳体表面上连接有发光复位按键、故障灯、负极故障灯、正极故障灯、电源指示灯。

发光复位按键的第一端接地，发光复位按键的第二端连接直流电源，同时，发光复位按键的第二端连接处理器的信号输入端。

壳体表面上设有a通讯连接口和b通讯连接口，a通讯连接口和b通讯连接口连接485芯片的通讯串口，同时，a通讯连接口和b通讯连接口与通讯串口之间设有第一通讯电阻和第二通讯电阻。

a通讯连接口和b通讯连接口上分别连接有第一通讯稳压管和第二通讯稳压管，a通讯连接口和b通讯连接口分别连接第一通讯稳压管和第二通讯稳压管的负极，第一通讯稳压管和第二通讯稳压管的正极接地；a通讯连接口和b通讯连接口之间还连接有第三通讯稳压管。

壳体上还设有电源电路，电源电路包括电源模块、滑动变阻器、第二双向稳压二极管、电源二极管，第三双向稳压二极管和电源滤波电容；电源模块的电压输入端通过滑动变阻器连接电源输入端子，电源模块的正负电压输入端之间连接第二双向稳压二极管；电源模块的电压输出端输出直流电源，同时在电源模块的正极输出端上连接有第一、第二和第三电源滤波电容，第一、第二和第三电源滤波电容均接地；电源模块的正向电压输出端和负向电压输出端之间连接第三双向稳压二极管。

声光报警电路包括报警器、第一三极管、第二三极管、第一保护二极管、第一继电器和故障灯，故障灯包括故障指示发光二极管；处理器的两个信号输出端分别连接第一三极管和第二三极管的基极；第一三极管的集电极和第二三极管的集电极分别连接直流电源；第一三极管和第二三极管的发射极分别连接报警器和第一继电器的线圈；第二三极管的发射极还连接第一保护二极管的负母线，第一保护二极管的正母线接地；第一继电器的常开触点上连接在故障指示灯的电源电路上；第一继电器的常开触点和第一继电器的常闭触点还分别通过导线连接常开接线端子和常闭接线端子，常开接线端子和常闭接线端子位于壳体表面上。

处理器的两个信号输出端还分别连接有正母线故障指示电路和负母线故障指示电路；正母线故障指示电路和负母线故障指示电路均包括第三三极管、第二保护二极管、第二继电器、正极故障灯或负极故障灯，正极故障灯和负极故障灯分别包括正极故障指示发光二极管和负极故障指示发光二极管，处理器的信号输出端连接第三三极管的基极，第三三极管的集电极连接直流电源，第三三级管的发射极通过第二继电器的线圈接地；第三三极管的发射极还连接第二保护二极管的负极，第二保护二极管的正极接地；第二继电器的常开触点串联在正极故障指示发光二极管和负极故障指示发光二极管的电源电路中。

电源指示灯也设置于壳体上，电源指示灯包括电源指示发光二极管，电源指示发光二极管的正极连接电源模块的输出端。

通过以上技术方案，本实用新型的有益效果为：

本实用新型所述的装置可以采集正母线和负母线的电压值，从而根据电压值得出相应设备外壳是否接地故障，有效防止事故的发生，元件设计紧凑，可以方便的与外界通讯，显示明了，保住了铝型材外壳设备使用过程中的安全性；

声光报警电路可以在出现故障时发出声光报警，对工作人员进行警示；

存储器可以将单片机的信号进行存储，方便以后查看；

正母线故障指示电路和负母线故障指示电路分开显示，快速得知故障出处，进而可以方便的进行排查。

附图说明

图1为本实用新型所述的装置结构示意图；

图2为图1仰视图；

图3为本实用新型电路原理图；

图4为处理器电路原理图；

图5为电源模块电路原理图；

图6为时钟模块电路原理图；

图7为接地检测单元电路原理图；

图8为声光报警电路原理图；

图9为存储器电路原理图。

具体实施方式

实施例1

一种dc110v铝型材外壳接地检测装置，如图1~3所示，包括壳体1，壳体1内设置有接地检测单元、处理器、声光报警电路、存储器和模数转换器。

接地检测单元的信号输出端连接模数转换器的信号输入端，模数转换器的信号输出端连接处理器的信号输入端，处理器的信号输出端连接声光报警电路，处理器连接存储器。

其中，如图4所示，处理器为型号为stc8f2k64s2_lqfp32的单片机u5，为了保证单片机u5的正常运行，在单片机u5上连接有复位电路、时钟电路和晶振电路，其中，复位电路、时钟电路和晶振电路组成单片机u5的最小系统为成熟的现有技术。

现有技术中，时钟电路通常采用晶振组成，本实施例中，为了提高时钟的精度，对时钟电路进行了改进。时钟电路包括时钟芯片u7（型号为rx8025）。

如图6所示，时钟芯片u7的时钟信号输出端（scl）连接单片机u5的时钟引脚（引脚p25），时钟芯片u7的数据端（sda）连接单片机u5的数据引脚（引脚p24），单片机u5的时钟引脚和单片机u5的数据引脚还分别通过第一上拉电阻r12和第二上拉电阻r13连接直流电源。时钟芯片u7的接地端（引脚gnd）接地；时钟芯片u7的电源端（引脚vdd）上连接有开关二极管d15、接地电容c23、蓄电池bt1和第一时钟电阻r14；开关二极管d15的第一正极连接直流电源，开关二极管d15的第二正极连接第一时钟电阻r14，第一时钟电阻r14连接蓄电池bt1的正极，蓄电池bt1的负极接地，本实施例中蓄电池bt1的电压为3.6v。开关二极管d15的两个负极连接时钟芯片u7的电源端，同时开关二极管d15的两个负极还通过时钟接地电容c23接地。

为了提供直流电源，本系统还包括电源电路，电源电路也设置于壳体1内。

如图5所示，电源电路包括电源模块u6、滑动变阻器rt、第三双向稳压二极管d16（型号为smbj15ca）、电源二极管d14，第三双向稳压二极管d10和滤波电容；电源模块u6的正向电压输入端（引脚vin+）通过滑动变阻器rt1连接正母线电源端子2，电源模块u6的反向电压输入端（引脚vin-）连接负母线电源端子3。正母线电源端子2和负母线电源端子3之间连接第三双向稳压二极管d16；同时，在正母线电源端子2和负母线电源端子3之间还连接有电源二极管d14，电源二极管d14的正极连接负母线电源端子3；电源二极管d14的负极连接正母线电源端子2。

电源模块u6的正向电压输出端（引脚vo+）通过电源电感l3输出直流电源vcc；电源模块u6的负向电压输出端（vo-）接地gnd。

同时在电源模块u6的正向电压输出端上连接有第一电源滤波电容c20和第二电源滤波电容c21和第三电源滤波电容c19，第一电源滤波电容c20、第二电源滤波电容c21和第三电源滤波电容c19的另外一端均接地。

电源模块u6的正向电压输出端（vo+）和负向电压输出端（vo-）之间连接有第三双向稳压二极管d10。

为了判断电源是否接通，在电源电路上连接有电源指示灯7，电源指示灯7也设置于壳体1的表面上。

电源指示灯7包括电源指示发光二极管d17，电源指示发光二极管d17的正极连接电源模块u6的输出端vcc，电源指示发光二极管d17的负极接地。

只要将外部的电源接入到正母线电源端子2和负母线电源端子3上，在电源模块u6的输出端子上就会输出直流电源vcc，从而使得电源指示发光二极管d17发光，对工作人员进行电源接通的提示。

接地检测单元用于检测正母线和负母线上的电压，从而得出正母线和负母线上的电压占比，根据正母线和负母线的电压得出正母线和负母线的电压占比为成熟的现有技术，通过正母线上的电压占比和负母线上的电压占比与阈值比对，进而得出正母线和负母线是否有接地的情况。数值之间的比对为单片机u5现有可实现功能，不属于程序方法的改进。

如图7所示，接地检测单元包括结构相同的正母线接地检测电路和负母线接地检测电路；以正母线接地检测电路为例进行说明：

正母线接地检测电路包括第一检测电阻r1和第三检测电阻r3，第一双向稳压二极管、第一双向触发二极管（型号为bav199）、第二检测电阻r5、第四检测电阻r6、第一检测滤波电容c2和第二检测滤波电容c1。

为了保证与正负母线的连接，在壳体1的表面上设置有正母线电源端子2和负母线电源电阻，在使用的时候，正负母线除了连接设备，还与本壳体1上的正母线电源端子2和负母线电源端子3连接。

正母线电源端子2依次通过第一检测电阻r1和第二检测电阻r5连接正极正输出端子；在正母线电源端子2上还连接有第三检测电阻r3、第一双向稳压二极管和第一双向触发二极管，第一双向触发二极管通过第四检测电阻r6连接正极负输出端子。

正极正输出端子和正极负输出端子还分别通过第一检测滤波电容c2和第二检测滤波电容c1接地。

同理，负母线接地检测电路包括负极正输出端子和负极负输出端子，正极正输出端子、正极负输出端子、负极正输出端子和负极负输出端子分别连接模数转换器的4个差分模拟输入端。

模数转换器包括模数转换芯片u2（型号为tm7705），模数转换芯片u2的差分模拟1输入通道的正输入端（引脚ain1+）、差分模拟1输入通道的负输入端（引脚ain1-）、差分模拟2输入通道的正输入端（引脚ain2+）和差分模拟1输入通道（引脚ain2-）分别连接正极正输出端子、正极负输出端子、负极正输出端子和负极负输出端子。模数转换芯片u2的输出端（引脚sdo）连单片机u5的信号输入端（引脚p15）；同时，模数转换芯片u2的复位输入引脚（引脚reset）连接单片机u5的信号输出端（引脚p17）。模数转换芯片u2的串行输入引脚（引脚sdi）连接单片机u5的信号输出端（引脚p14），模数转换芯片u2的串行输出引脚（引脚sdo）连接单片机u5的信号输入端（引脚p15）。

模数转换芯片u2的主时钟输入引脚（mcki）和主时钟输出引脚（mcko）之间连接有晶振k1，同时模数转换芯片u2的主时钟输入引脚（mcki）和主时钟输出引脚（mcko）还分别通过第一时钟电容c14和第二时钟电容c15接地。

模数转换芯片u2的电源端连接直流电源，模数转换芯片u2的接地端接地。

模数转换芯片u2的基准负输入端（引脚ref-）接地，模数转换芯片u2的基准正输入端（引脚ref+）通过基准电阻r9和基准电感l1连接直流电源，同时，基准电阻r9上还连接有并联的第一基准电容c5和第二基准电容c5；第一基准电容c5和第二基准电容c5接地。另外，模数转换芯片u2的基准正输入端（引脚ref+）还连接有基准三端稳压管u1和第三基准电容c10，基准三端稳压管u1的正极接地；模数转换芯片u2的基准正输入端（引脚ref+）连接基准三端稳压管u1的负极和基准端；同时，基准三端稳压管u1还通过第三基准电容c10接地。

如图9所示，存储器用于对单片机u5的数据进行存储，存储器包括存储芯片u4（型号为rc16），存储芯片u4的地址选线（引脚a0、a1、a2）均接地，存储芯片u4的写使能端接地；存储芯片u4的电源端连接直流电源，同时，存储芯片u4的电源端还通过存储滤波电容c16接地。

存储芯片u4的通讯时钟引脚（scl）和通讯数据引脚（sda）分别连接单片机u5的信号端（引脚p25、p24）。

如图8所示，声光报警电路包括报警器ls1、第一三极管q1、第二三极管q2、第一继电器k1、第一保护二极管d8和故障指示灯8，故障指示灯8包括故障指示发光二极管d18；单片机u5的两个信号输出端（引脚p17、p13）分别连接第一三极管q1和第二三极管q2的基极；第一三极管q1的集电极和第二三极管q2的集电极分别连接直流电源；第一三极管q1和第二三极管q2的发射极分别连接报警器ls1和第一继电器k1的线圈；第二三极管q2的发射极还连接第一保护二极管d8的负母线，第一保护二极管d8的正母线接地；第一继电器k1的常开触点上连接在故障指示发光二极管d18的电源电路上；第一继电器k1的常开触点和第一继电器k1的常闭触点还分别通过导线连接常开接线端子11和常闭接线端子12，常开接线端子11和常闭接线端子12位于壳体1表面上。设置的常开接线端子11和常闭接线端子12可以提供后续使用的方便，后续可以根据需要扩展功能，或者连接其他设备。

同时，为了显示出现故障的是正极还是负极，单片机u5的两个信号输出端还分别连接有正母线故障指示电路和负母线故障指示电路。

正母线故障指示电路和负母线故障指示电路结构相同，以正母线故障指示电路为例，正母线故障指示电路包括第三三极管q3、第二保护二极管d20和第二继电器k2，正母线故障指示灯9，对应的负母线故障指示电路中包含的为负母线故障指示灯10。其中，正母线故障指示灯9和负母线故障指示灯10分别包括正母线故障指示发光二极管d19和负母线故障指示发光二极管。

单片机u5的信号输出端连接第三三极管q3的基极，第三三极管q3的集电极连接直流电源，第三三级管q3的发射极通过第二继电器k2的线圈接地；第三三极管q3的发射极还连接第二保护二极管d20的负母线，第二保护二极管d20的正母线接地；第二继电器k2的常开触点串联在正母线故障指示发光二极管d19的电源电路中，也就是，第二继电器k2的常开触点串联在正母线故障指示发光二极管d19或负母线故障指示发光二极管与直流电源之间。

为了配合使用，在单片机u5上还连接有发光复位电路，发光复位电路包括发光复位按键s，其中，发光复位按键s设置于壳体1的外表面上。

发光复位按键s的第一端接地，发光复位按键s的第二端通过发光复位电阻r20连接直流电源，同时，发光复位按键s的第二端连接单片机u5的信号输入端（引脚p17）。

在使用的时候，当单片机u5根据接收到的数值与阈值比对后，发现有故障发生时，第一三极管q1和第二三极管q2导通，报警器ls1发出报警声，故障指示发光二极管d18发光。

当故障为正母线接地故障时，单片机u5输出信号使得第三三极管q3导通，正母线故障指示发光二极管d19发光，当故障消除后，单片机u5输出信号使得第一三级管q1和第二三极管q2截止，故障指示发光二极管d18不再发光，报警器ls1不再发出报警声，但是此时，单片机u5与第三三极管q3连接的端口依然输出高电平，第三三极管q3依然处于导通状态。只有在按下发光复位按键后，单片机u5接收到这一信号，才会使得与第三三极管q3相连的端口输出低电平，从而使得正母线故障发光二极管d19不再发光，负母线接地故障与此相同。

通过这种方式，可以提高工作人员的注意力，进一步防止事故的发生。

为了实现本装置的通讯功能，在单片机u5上连接有485通讯电路，其中，485通讯电路包括485芯片u3（型号为td501d485），485芯片u3的电源端（引脚vcc）通过电源电感l2连接直流电源vcc。同时，直流电源还通过第一电源滤波电容c17和第二电源滤波电容c18接地。485芯片u3的接地端（引脚gnd）和公共端（引脚con）均接地gnd。

485芯片u3的串口（引脚rxd、txd）连接单片机u5的串口（引脚p37、p36）。

485芯片u3的通讯串口（引脚a、b）分别通过第一通讯电阻r10和第二通讯电阻r11连接a通讯连接口5和b通讯连接口6，a通讯连接口5和b通讯连接口6上分别连接有第一通讯稳压管d11和第二通讯稳压管d12，a通讯连接口5和b通讯连接口6分别连接第一通讯稳压管d11和第二通讯稳压管d12的负极，第一通讯稳压管d11和第二通讯稳压管d12的正极接地；a通讯连接口5和b通讯连接口6之间还连接有第三通讯稳压管d13。a通讯连接口5和b通讯连接口6设置于壳体1外表面上。

使用的时候，根据需要在a通讯连接口5和b通讯连接口6连接相应的电路就可以实现单片机u5的通讯功能，本实施例中，a通讯连接口5和b通讯连接口6为选择性功能，使用的时候可以根据需要使用，也可以不使用。

工作过程为：将壳体1上的正母线电源端子2和负母线电源端子3分别于电源的正极和负极接通，同时，将壳体1上的接地端子4连接铝型材外壳的公共点。

随后，电源指示灯7发光，装置开始工作，接地检测单元分别检测正母线up和负母线上的电压值un，两值相加得出实际电压us，并得出分别计算正母线up和负母线un相对系统电压的占比：

duty(+)=（up÷us）×100%

duty(-)=（un÷us）×100%

判断母线两个电压占比是否低于报警阈值，如果超过报警阈值，则单片机u5输出信号使得故障指示发光二极管发光d18，以及对应的正母线故障指示发光二极管d19发光或负母线发光二极管发光，同时第一继电器k1常开点吸合，报警器ls1发出报警声。

其中，上述运算为通过现有的程序就可以实现的，不涉及程序的改进。

接地故障排除后，单片机u5输出信号使得故障指示发光二极管d18熄灭，报警器ls1不再报警，但正或者负极对应的正母线故障指示发光二极管d19或负母线发光二极管仍然点亮，直至通过按动发光复位按键s1后，单片机u5得到这一信号后，输出信号使得正母线故障指示发光二极管d19或负母线发光二极管熄灭。

根据需要将a通讯连接口5和b通讯连接口6相连，使得单片机u5中的数据通过串口发送出去。

本实用新型所述的装置可以采集正母线和负母线的电压值，从而根据电压值得出相应设备外壳是否接地故障，有效防止事故的发生，元件设计紧凑，可以方便的与外界通讯，显示明了，保住了铝型材外壳设备使用过程中的安全性。