一种剩余电流和温度的混接检测电路及检测方法与流程

1.本发明涉及电气领域，尤其是一种剩余电流和温度的混接检测电路。


背景技术：

2.剩余电流和温度混接检测，主要应用于组合式电气火灾监控探测器。所谓混接，是指探测器的传感器通道可根据实际需求配置成剩余电流或温度检测模式，以满足不同的电气火灾监控应用场景。
3.传统剩余电流和温度混接检测，一般通过模拟开关或多个场效应管，来切换剩余电流检测和温度检测电路，两部分检测电路相互独立，造成电路较为复杂且硬件成本高。


技术实现要素：

4.针对现有的不足，本发明提供一种剩余电流和温度的混接检测电路。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种剩余电流和温度的混接检测电路，包括mcu、并行设置的剩余电流输入端口input1和温度检测输入端口input2、与剩余电流输入端口input1和温度检测输入端口input2相连接的滤波电路和场效应管q1、adc采样单元；所述场效应管q1用于切换剩余电流或温度检测模式，所述场效应管q1一端连接提供激励信号的电源vcc，另一端连接有上拉电阻r1，所述上拉电阻r1连接有负载电阻r2，所述负载电阻r2的另一端接地；所述剩余电流输入端口input1连接在上拉电阻电阻r1和负载电阻电阻r2之间，所述温度检测输入端口input2连接在负载电阻r2的接地端，所述adc采样单元采取剩余电流或温度信息并上传至mcu。
6.作为优选，所述滤波电路包括相并联的电容c1和电容c2、与电容c1串联的电阻r3、与电容c1和电容c2形成的并联电路相串联的电阻r4。
7.作为优选，所述剩余电流输入端口input1连接有剩余电流互感器，所述mcu控制modelselect输出高电平，断开场效应管q1，接入剩余电流互感器，所述负载电阻r2将电流信号转换为交流电压信号，所述交流电压信号经过滤波电路传输至adc采样单元。
8.作为优选，所述mcu控制modelselect输出低电平，导通场效应管q1，所述上拉电阻r1向检测电路注入激励信号并传输至adc采样单元。
9.作为优选，所述温度检测输入端input2连接有温度传感器rt，所述mcu控制modelselect输出低电平，导通场效应管q1，所述温度传感器rt、上拉电阻r1、负载电阻r2构成电阻分压电路。
10.作为优选，所述温度传感器rt是ntc温度传感器。
11.一种剩余电流和温度的混接检测方法，其特征在于：采用如权利要求1或2任意一项所述的检测电路进行检测，所述剩余电流输入端口input1连接有剩余电流互感器，所述温度检测输入端input2连接有温度传感器rt，所述场效应管q1用于切换剩余电流或温度检测模式，其中：
12.在剩余电流检测模式时，所述mcu控制modelselect输出高电平，断开场效应管q1，
接入剩余电流互感器，所述负载电阻r2将电流信号转换为交流电压信号，所述交流电压信号经过滤波电路传输至adc采样单元，所述mcu按累加和算法得到剩余电流有效值；
13.在温度检测模式时，所述mcu控制modelselect输出低电平，导通场效应管q1，所述温度传感器rt、上拉电阻r1、负载电阻r2构成电阻分压电路，所述温度传感器rt为ntc温度传感器；若激励信号电压为vcc，rx为rt和r2并联后的电阻，在激励信号关断前测得电压幅值为v3，则v3＝vcc*rx/(r1+rx)，根据ntc热敏电阻的“电阻/温度”对应表、v3的计算公式，以及预设在mcu程序空间内的“温度/电压”对应表，mcu对输出电压进行采样后，采用相应查表算法，计算出当前温度值。
14.作为优选，在剩余电流检测模式时，所述mcu控制modelselect输出低电平，导通场效应管q1，所述上拉电阻r1向检测电路注入激励信号并输出波形至adc采样单元，所述mcu根据adc采样单元采集的样本判断剩余电流互感器的接线状态，
15.其中：若加入激励信号时测得的电压幅值为v1,在激励信号关断前测得电压幅值为v2，若v1大于v2且超过一定幅度，可判定剩余电流互感器为正常状态；
16.若测得的电压v1和电压v2均接近ov，可判定剩余电流互感器为短路状态；若激励信号电压为vcc，测得的电压v1和电压v2均接近理论分压值，即vcc*r2/(r1+r2)，可判定剩余电流互感器为断路状态。
17.作为优选，在温度检测模式时，所述mcu通过检测输出电压的幅值，判断是否存在温度传感器rt接线短路或断路故障，其中短路时，输出电压接近0v；断路时，输出电压接近vcc*r2/(r1+r2)。
18.本发明的有益效果在于：该发明通过合理复用剩余电流和温度检测电路，大大降低了电路复杂度和硬件成本，同时提高了系统可靠性，可有效消除传统检测手段存在的弊端。
附图说明
19.图1是本发明实施例的电路图；
20.图2是本发明实施例剩余电流检测模式的电路图；
21.图3是本发明实施例剩余电流互感器正常状态激励与输出波形图；
22.图4是本发明实施例剩余电流互感器短路状态激励与输出波形图；
23.图5是本发明实施例剩余电流互感器断路状态激励与输出波形图；
24.图6是本发明实施例温度检测模式电路图；
25.图7是本发明实施例温度检测模式下的激励与输出波形图；
具体实施方式
26.为了更清楚地说明本发明实施例的目的、技术方案和优点，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。此外，本发明中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附加图示的方向，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明，而不是指示或暗指本发
明必须具有的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
27.本发明实施例如图1至图7中所示，一种剩余电流和温度的混接检测电路，包括mcu、并行设置的剩余电流输入端口input1和温度检测输入端口input2、与剩余电流输入端口input1和温度检测输入端口input2相连接的滤波电路和场效应管q1、adc采样单元；所述场效应管q1用于切换剩余电流或温度检测模式，滤波电路、场效应管q1、adc采样单元在不同的模式下与不同的端口连接导通使用，实现了电路的复用，大大降低了电路复杂度和硬件成本，同时提高了系统可靠性，可有效消除传统检测手段存在的弊端，此时场效应管q1一端连接提供激励信号的电源vcc，另一端连接有上拉电阻r1，上拉电阻r1连接有负载电阻r2，负载电阻r2的另一端接地；剩余电流输入端口input1连接在上拉电阻电阻r1和负载电阻电阻r2之间，温度检测输入端口input2连接在负载电阻r2的接地端，adc采样单元采取剩余电流或温度信息并上传至mcu，adc采样单元就成为了mcu采样输入口。滤波电路包括相并联的电容c1和电容c2、与电容c1串联的电阻r3、与电容c1和电容c2形成的并联电路相串联的电阻r4。
28.进一步的改进，如图2中所示，在对剩余电流进行检测时，亦即剩余电流检测模式时，所述剩余电流输入端口input1连接有剩余电流互感器，检测则包括剩余电流有效值检测和剩余电流互感器接线故障检测两部分，检测剩余电流有效值时，mcu控制modelselect输出高电平，断开场效应管q1，接入剩余电流互感器，上拉电阻r1与电路其他部分断开，主回路产生的剩余电流信号(初级电流)，经过剩余电流互感器按一定变比被转换为次级电流信号，再由负载电阻r2将电流信号转换为交流电压信号，交流电压信号经过滤波电路被滤波后传输至adc采样单元供mcu采样，最后mcu按累加和算法得到剩余电流有效值；为确保可靠运行，mcu需要定期对外接剩余电流互感器的接线情况进行检测，在对剩余电流互感器接线故障检测时，mcu控制modelselect输出低电平，导通场效应管q1，上拉电阻r1向检测电路注入激励信号并传输至adc采样单元，然后在adc端检测相应输出波形，即可判断出外接互感器的正常、短路和断路三种状态，当剩余电流互感器接入正常时，由于剩余电流互感器次级为线圈绕组，等效为一电感，因电感具有阻止电流发生突变的特性，故输出波形为图3中所示锯齿波，此时假设加入激励信号时测得的电压幅值为v1,在激励信号关断前测得电压幅值为v2，若v1大于v2且超过一定幅度，可判定剩余电流互感器为正常状态；由电路原理图可知，当剩余电流互感器接线短路时，同时也将负载r2两端对内部地短路，输出波形如图4所示，这种情况下测得的电压v1和电压v2均接近ov，可判定剩余电流互感器为短路状态；由电路原理图可知，当剩余电流互感器接线断路时，电阻r1和电阻r2将构成电阻分压电路，输出波形如图5所示，假设激励信号电压为vcc，这种情况下测得的电压v1和电压v2均接近理论分压值，即vcc*r2/(r1+r2)，可判定剩余电流互感器为断路状态。
29.进一步的改进，如图6中所示，在对温度进行检测时，温度检测输入端input2连接有温度传感器rt，温度传感器rt选择ntc温度传感器，包括温度值检测方法和温度传感器rt接线故障检测，对温度值进行检测时，mcu控制modelselect输出低电平，导通场效应管q1，温度传感器rt、上拉电阻r1、负载电阻r2构成电阻分压电路，输入波形如图7所示，假设激励信号电压为vcc，rx为rt和r2并联后的电阻，在激励信号关断前测得电压幅值为v3，则v3＝vcc*rx/(r1+rx)，根据ntc热敏电阻的“电阻/温度”对应表，再结合v3的计算公式，已预设在mcu程序空间内的“温度/电压”对应表，mcu对输出电压进行采样后，即可计算出当前温度
值；同理在，短路时，输出电压接近0v。断路时，输出电压接近vcc*r2/(r1+r2)，cu通过检测输出电压的幅值，就可以判断是否存在传感器接线短路或断路故障。
30.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可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发明所附权利要求的保护范围。