一种热水器金属外壳漏电监测器的制作方法

1.本实用新型涉及热水器保护电路领域，尤其涉及一种热水器金属外壳漏电监测器。


背景技术：

2.热水器漏电导致的伤害事故时有发生，目前热水器漏电保护的方法有几种，比如在电源增加漏电保护开关，检测地线电流异常，或者在热水器的进出水端口采用绝缘管或其它绝缘体进行隔离，以防止金属水管导电；又或者在热水器的电路上增加漏电检测电路，一端需要接到地线，当发现电流电压异常时采取控制切断电源的方式进行保护。但这些方法的弊端是，都需要有良好的地线回路来实现，当电源地线断开或者没有地线，这些漏电保护方法将失效，无法解决预警热水器金属外壳带电的情况。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述漏电保护需要良好的接地回路的缺陷，提供一种热水器金属外壳漏电监测器。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种热水器金属外壳漏电监测器，包括可粘贴于所述热水器金属外壳外的监测壳体和安装所述监测壳体内的监测电路，所述监测电路包括电荷感应采集模块、信号放大模块、信号处理模块、报警模块和电池供电模块；
5.所述电荷感应采集模块用于感应所述热水器金属外壳外表面的电荷并产生相应的模拟电压信号；所述信号放大模块与所述电荷感应采集模块连接，用于将所述电荷感应采集模块产生的模拟电压信号进行放大处理；所述信号处理模块与所述信号放大模块以及所述报警模块分别连接，用于在所述信号放大模块输出的模拟电压信号超过保护阈值电压时驱动所述报警模块报警；所述电池供电模块用于将电池电压转换为其他模块所需的各种工作电压。
6.优选地，所述电荷感应采集模块为无源电荷传感器，所述无源电荷传感器包括电荷感应板和与所述电荷感应板连接的振荡器电路，所述振荡器电路在所述电荷感应板检测到靠近的物体表面带电时发生频率偏移，偏移的频率转换成所述模拟电压信号。
7.优选地，所述信号放大模块包括滤波电路和与所述滤波电路连接的运算放大电路，所述滤波电路用于将所述电荷感应采集模块产生的模拟电压信号进行滤波处理，所述运算放大电路用于对所述滤波电路滤波后的模拟电压信号进行放大处理。
8.优选地，所述滤波电路包括滤波电阻和滤波电容，所述滤波电阻连接于电荷感应采集模块的输出端和电池地之间，所述滤波电容与所述滤波电阻并联。
9.优选地，所述运算放大电路包括运放、两个分压电阻，所述运放的电源正引脚连接正5v电压，所述运放的电源负引脚连接负5v电压，两个所述分压电阻串接在所述运放的输出端和电池地之间，所述运放的一个输入端连接所述滤波电容的正极，所述运放的另一个
输入端连接于两个所述分压电阻之间。
10.优选地，声光报警驱动模块包括蜂鸣器、led灯、三极管，所述led灯的正极和所述蜂鸣器的一个引脚分别连接正5v电压，所述蜂鸣器的另一个引脚连接所述信号处理模块，所述led灯的负极经由电阻连接所述三极管的集电极，所述三极管的发射极接电池地，所述三极管的基极和发射极之间连接电阻，所述三极管的基极经由电阻连接所述信号处理模块。
11.优选地，所述信号处理模块包括微处理器，所述信号放大模块连接至所述微处理器的一个adc端口，所述蜂鸣器连接至所述微处理器的一个输出引脚，所述三极管的基极经由电阻连接至所述微处理器的另一个输出引脚。
12.优选地，所述电池供电模块包括电池、升压电路、稳压电路和负压电路，所述电池用于提供正3v电压；所述升压电路与所述电池连接，用于将所述电池的正3v电压升压为正5v电压输出；所述稳压电路与所述升压电路连接，用于将所述升压电路输出的正5v电压转换为正3.3v电压输出；负压电路与所述升压电路连接，用于将升压电路输出的正5v电压转换为-5v电压输出。
13.优选地，所述升压电路包括5v开关电源芯片、稳压二极管、电感、多个电容以及多个电阻，所述稳压电路包括3.3v稳压芯片以及多个电容，所述负压电路包括负5v转换芯片以及多个电容；
14.所述5v开关电源芯片的电压输入引脚连接所述电池的正极，所述5v开关电源芯片的电压输入引脚还经由电容接电池地，所述5v开关电源芯片的接地脚和使能脚连接所述电池地，所述稳压二极管连接于所述电池的正极和负极之间，所述5v开关电源芯片的内部开关引脚连接所述电感的一端，所述电感的另一端输出所述正5v电压且该另一端还经由电容接电池地，所述5v开关电源芯片的反馈引脚经由并联的电阻和电容连接电池地，所述5v开关电源芯片的反馈引脚和所述5v开关电源芯片的内部开关引脚之间连接有并联的电容和电阻；
15.所述3.3v稳压芯片的电压输入引脚连接所述正5v电压，所述3.3v稳压芯片的接地引脚接电池地，所述3.3v稳压芯片的电压输入引脚和接地引脚之间连接电容，所述3.3v稳压芯片的输出引脚输出所述正3.3v电压且该输出引脚还经由电容接电池地；
16.所述负5v转换芯片的电荷泵电容器的正极引脚和负极引脚之间连接电容，所述负5v转换芯片的接地引脚接电池地，所述负5v转换芯片的关机控制引脚和电压输入引脚连接，所述电压输入引脚连接正5v电压，所述负5v转换芯片的输出引脚输出负5v电压且该输出引脚输经由电容接电池地。
17.优选地，所述监测壳体为塑料材质制成。
18.本实用新型的热水器金属外壳漏电监测器，具有以下有益效果：本实用新型的热水器金属外壳漏电监测器可以直接粘贴于所述热水器金属外壳外进行漏电检测，一旦检测到漏电产生的电压超过保护阈值电压，则进行报警提示，则人员可以基于此提示执行相关的保护操作，而且整个监测器利用电池供电即可，无需依赖于需要良好的接地回路。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例
或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
20.图1是本实用新型热水器金属外壳漏电监测器的应用场景示意图；
21.图2是监测电路的原理框图；
22.图3是电池供电模块的电路图；
23.图4是信号放大模块的电路图；
24.图5是报警模块的电路图；
25.图6是信号处理模块的电路图。
具体实施方式
26.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
27.需要说明的是，当一个实体被认为是“连接”另一个实体，它可以是直接连接到或者改善有益效果的间接连接。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
28.参考图1，本实用新型的目的是构造一种热水器金属外壳漏电监测器，该监测器是直接粘贴于所述热水器金属外壳外进行漏电监测，并在出现异常时进行报警提醒。该监测器包括可粘贴于所述热水器金属外壳外的监测壳体和安装所述监测壳体内的监测电路。所述监测壳体比较小巧，是由塑料材质制成。监测壳体的粘贴方式可以是通过双面胶或者其他胶带固定即可。
29.参考图2，所述监测电路包括电荷感应采集模块1、信号放大模块2、信号处理模块3、报警模块4和电池供电模块5。所述信号放大模块2与所述电荷感应采集模块1连接，所述信号处理模块3与所述信号放大模块2以及所述报警模块4分别连接，
30.所述电荷感应采集模块1用于感应所述热水器金属外壳外表面的电荷并产生相应的模拟电压信号；用于将所述电荷感应采集模块1产生的模拟电压信号进行放大处理；用于在所述信号放大模块2输出的模拟电压信号超过保护阈值电压时驱动所述报警模块4报警；所述电池供电模块5与需要供电的其他模块连接，用于将电池电压转换为其他模块所需的各种工作电压。
31.下面对各个模块的具体实现方式进行详细阐述。
32.参考图3，所述电池供电模块5包括电池、升压电路51、稳压电路52和负压电路53，所述电池用于提供正3v电压；所述升压电路51与所述电池连接，用于将所述电池的正3v电压升压为正5v电压输出；所述稳压电路52与所述升压电路51连接，用于将所述升压电路51输出的正5v电压转换为正3.3v电压输出；负压电路53与所述升压电路51连接，用于将升压
电路51输出的正5v电压转换为-5v电压输出。
33.具体的，所述升压电路51包括5v开关电源芯片u1，稳压二极管d1，电感l6，多个电容c8、c25、c30、c38、c35、c4以及多个电阻r13、r15，所述稳压电路52包括3.3v稳压芯片u3以及多个电容c42、c43、c37、c36，所述负压电路53包括负5v转换芯片u5以及多个电容c5、c1、c7；
34.所述5v开关电源芯片u1的电压输入引脚vi连接所述电池的正极，所述5v开关电源芯片u1的电压输入引脚vi还经由并联的电容c8、c25接电池地，所述5v开关电源芯片u1的接地脚gnd和使能脚en连接所述电池地，所述稳压二极管d1连接于所述电池的正极和负极之间，所述5v开关电源芯片u1的内部开关引脚sw连接所述电感l6的一端，所述电感l6的另一端输出所述正5v电压且该另一端还经由并联的电容c36、c4接电池地，所述5v开关电源芯片u1的反馈引脚fb经由并联的电阻r15和电容c38连接电池地，所述5v开关电源芯片u1的反馈引脚fb和所述5v开关电源芯片u1的内部开关引脚sw之间连接有并联的电容c30和电阻r13。
35.所述3.3v稳压芯片u3的电压输入引脚input连接所述正5v电压，所述3.3v稳压芯片u3的接地引脚gnd接电池地，所述3.3v稳压芯片u3的电压输入引脚input和接地引脚gnd之间连接并联的电容c42、c43，所述3.3v稳压芯片u3的输出引脚output输出所述正3.3v电压且该输出引脚output还经由并联的电容c36、c37接电池地。
36.所述负5v转换芯片u5的电荷泵电容器的正极引脚cap+和负极引脚cap-之间连接电容c5，所述负5v转换芯片u5的接地引脚gnd接电池地，所述负5v转换芯片u5的关机控制引脚sd和电压输入引脚v+连接，所述电压输入引脚v+连接正5v电压，所述负5v转换芯片u5的输出引脚out输出负5v电压且该输出引脚输out经由电容c7接电池地。
37.本实施例中，所述电荷感应采集模块1是直接采购市面上的有源电荷传感器，此时其需要3.3v的电压来供电。在其他实施例中，所述电荷感应采集模块1还可以采用无源电荷传感器，此时其不需要电压供电，比如说，所述无源电荷传感器可以包括电荷感应板和与所述电荷感应板连接的振荡器电路，所述振荡器电路在所述电荷感应板检测到靠近的物体表面带电时发生频率偏移，偏移的频率转换成所述模拟电压信号。
38.参考图4，所述信号放大模块2包括滤波电路21和与所述滤波电路21连接的运算放大电路22，所述滤波电路21用于将所述电荷感应采集模块1的s1产生的模拟电压信号进行滤波处理，所述运算放大电路22用于对所述滤波电路21滤波后的模拟电压信号进行放大处理。
39.具体来说，所述滤波电路21包括滤波电阻r2和滤波电容c3，所述滤波电阻r2连接于电荷感应采集模块1的输出端和电池地之间，所述滤波电容c3与所述滤波电阻r2并联。
40.具体来说，所述运算放大电路22包括运放u2-a、两个分压电阻r1、r3，所述运放u2-a的电源正引脚连接正5v电压，且电源正引脚还经电容c2接电池地，所述运放u2-a的电源负引脚连接负5v电压，且电源负引脚还经由电容c6接电池地，两个所述分压电阻r1、r3串接在所述运放u2-a的输出端和电池地之间，所述运放u2-a的一个输入端连接所述滤波电容c3的正极，所述运放u2-a的另一个输入端连接于两个所述分压电阻r1、r3之间。运放u2-a的输出端与信号处理模块3连接。
41.参考图5，声光报警驱动模块4包括蜂鸣器bz1、led灯led2000、npn型三极管q1，所述led灯led2000的正极和所述蜂鸣器bz1的一个引脚分别连接正5v电压，所述蜂鸣器bz1的
另一个引脚连接所述信号处理模块3，所述led灯led2000的负极经由电阻r9连接所述三极管q1的集电极，所述三极管q1的发射极接电池地，所述三极管q1的基极和发射极之间连接电阻r45，所述三极管q1的基极经由电阻r44连接所述信号处理模块3。
42.参考图6，所述信号处理模块3包括微处理器u4、时钟晶振x1，开机摁键电路k1等。所述蜂鸣器bz1连接至所述微处理器u4的一个输出引脚，比如u4的37脚，所述三极管q1的基极经由电阻r44连接至所述微处理器u4的另一个输出引脚。所述信号放大模块2连接至所述微处理器u4的一个adc端口，比如u4的8号引脚，微处理器u4在此引脚的电压超过保护阈值电压(此保护阈值电压设定的不能超过执行漏电保护时的阈值，是为了给用户真正执行漏电保护留有充足的时间)时，触发灯光led2000和声音bz1发出报警信号。
43.本实施例的工作原理如下：电荷传感器s1收集金属表面静电荷后，转成模拟电压信号，模拟电压信号经r2、c3滤波后，再经u2-a差分放大后，接入u4的adc端口进行采样检测，u4在该adc端口的电压超过设定的保护阈值电压，触发led2000和bz1工作发出报警信号。电池的3v供电，经过u1升压到5v供电，5v再经过u3提供3.3v电压，5v还经过u5提供-5v，如此可以分别给不同的模块进行供电。
44.综上所述，本实用新型的热水器金属外壳漏电监测器，具有以下有益效果：本实用新型的热水器金属外壳漏电监测器可以直接粘贴于所述热水器金属外壳外进行漏电检测，一旦检测到漏电产生的电压超过保护阈值电压，则进行报警提示，则人员可以基于此提示执行相关的保护操作，而且整个监测器利用电池供电即可，无需依赖于需要良好的接地回路。
45.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。