电动机保护装置和控制芯片的制作方法

本实用新型涉及电气技术应用领域，具体而言，涉及一种电动机保护装置和控制芯片。

背景技术：

随着技术的发展，对低压电动机保护器的要求越来越高。现有模数转换AD的精度不够高，模拟量测试不够准确；设计原理不够先进，装置的成本较高。

其中，现有的低压电动机保护装置主要采用8位的单片机、16位工业微处理器、模拟采集一般使用12位AD。

针对目前的需求，由于使用8位单片机和16位工业处理器的处理能力不够、保护动作速度慢，使用10位AD或者12位AD的方案转换精度比较低，采集精度差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种电动机保护装置和控制芯片，以至少解决由于使用8位单片机和16位工业处理器的处理能力不够、保护动作速度慢，使用10位AD或者12位AD的方案转换精度比较低，采集精度差的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种控制芯片，包括：信号采集器、数据处理器和信号输出控制器，其中，信号采集器，采集各个类型的电参数；数据处理器，与信号采集器电连接，用于计算电参数；信号输出控制器，与数据处理器电连接，用于将电参数由数字信号转换为模拟信号。

可选的，信号采集器包括：输入/输出I/O接口和模/数转换器ADC，其中，在各个类型包括模拟信号和/或数字信号的情况下，模/数转换器ADC，通过输入/输出I/O接口将接收到的各个类型的电参数由模拟信号转换为数字信号；其中，输入/输出I/O接口通过复用采集数字信号。

可选的，信号输出控制器包括：电压比较器和数/模转换器DAC，其中，电压比较器，采集各个类型的电参数，用于依据电参数执行测频；数/模转换器DAC，与数据处理器电连接，用于对执行运算后的电参数由数字信号转换为模拟信号。

进一步地，可选的，数/模转换器DAC还用于输出转变为模拟信号的电参数。

可选的，控制芯片还包括：内置时钟RTC，其中，内置时钟RTC，用于输出连续时钟信号。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种电动机保护装置，包括：控制芯片、人机接口HMI和存储器，其中，人机接口HMI通过输入/输出I/O接口接入控制芯片，用于添加外接数据处理设备；存储器通过输入/输出I/O接口接入控制芯片，用于存储对应待处理电参数的运算规则；其中，控制芯片为上述一种控制芯片。

可选的，电动机保护装置还包括：状态指示灯，其中，状态指示灯通过输入/输出I/O接口接入控制芯片，用于指示电动机的运行状态、继电器的运行状态以及控制芯片的运行状态中的一种或至少两种的组合。

可选的，电动机保护装置还包括：通信器，其中，通信器通过输入/输出I/O接口接入控制芯片，用于将控制芯片连接至网络。

可选的，电动机保护装置还包括：印刷电路板PCB，其中，印刷电路板PCB，用于承载控制芯片、人机接口HMI、存储器、状态指示灯和通信器。

可选的，人机接口HMI与外接数据处理设备连接，用于显示控制芯片的数据执行状态和运算结果，或，接收键入控制指令。

在本实用新型实施例中，通过信号采集器，采集各个类型的电参数；数据处理器，与信号采集器电连接，用于计算电参数；信号输出控制器，与数据处理器电连接，用于将电参数由数字信号转换为模拟信号，达到了提升运算效率的目的，从而实现了提升运算精度降低生产成本的技术效果，进而解决了由于使用8位单片机和16位工业处理器的处理能力不够、保护动作速度慢，使用10位AD或者12位AD的方案转换精度比较低，采集精度差的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的控制芯片的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种控制芯片的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的电动机保护装置的结构示意图；

图4是根据本实用新型实施例的一种电动机保护装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请实施例涉及的技术名词：

电可擦只读存储器：Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM；

数字模拟转换器：Digital to Analog Converter，简称DAC；

模拟数字转换器：Analog to Digital Converter，简称ADC；

印制电路板：Printed Circuit Board，简称PCB；

实时时钟：Real-Time Clock，简称RTC；

中央处理器：Central Processing Unit，简称CPU。

实施例一

根据本实用新型实施例，提供了一种控制芯片实施例，图1是根据本实用新型实施例的控制芯片的结构示意图，如图1所示，该控制芯片包括：信号采集器12、数据处理器14和信号输出控制器16，其中，

信号采集器12，采集各个类型的电参数；

数据处理器14，与信号采集器12电连接，用于计算电参数；

信号输出控制器16，与数据处理器14电连接，用于将电参数由数字信号转换为模拟信号。

具体的，在本申请实施例中控制芯片以STM32F373为了进行说明，信号采集器12通过I/O接口接收各个类型的电参数，并对该电参数执行模式转换，其中，本申请实施例中的各个类型的电参数包括：开关量输入、电压和/或电流输入或4-20mA输入中的一种或至少两种的组合，这里信号采集器12通过I/O接口将上述电参数由模拟信号转换为数字信号，以使得与该信号采集器12电连接的数据处理器14，依据该转换后的数字信号执行对应的运算；信号输出控制器16可以依据业务需求，与信号采集器12通过I/O结构采集上述电参数中的电压或电流输入，依据电压或电流执行测频操作，或，通过与数据处理器14电连接，将数据处理器14运算完毕的数据结果，由数字信号转换为模拟信号输出。

这里本申请实施例提供的控制芯片可以适用于电动机保护方案，本申请实施例仅以上述为例进行说明，以实现本申请实施例提供的控制芯片为准，具体不做限定。

本实用新型实施例提供的控制芯片中，通过信号采集器，采集各个类型的电参数；数据处理器，与信号采集器电连接，用于对电参数执行运算；信号输出控制器，与数据处理器电连接，用于转变电参数的模式类型，达到了提升运算效率的目的，从而实现了提升运算精度降低生产成本的技术效果，进而解决了由于使用8位单片机和16位工业处理器的处理能力不够、保护动作速度慢，使用10位AD或者12位AD的方案转换精度比较低，采集精度差的技术问题。

具体的，图2是根据本实用新型实施例的一种控制芯片的结构示意图，如图2所示，本申请实施例提供的控制芯片具体如下：

可选的，信号采集器12包括：输入/输出I/O接口和模/数转换器ADC，其中，在各个类型包括模拟信号和/或数字信号的情况下，模/数转换器ADC，通过输入/输出I/O接口将接收到的各个类型的电参数由模拟信号转换为数字信号；其中，输入/输出I/O接口通过复用采集数字信号。

具体的，本申请实施例中的信号采集器12可以为CPU内置的16位Sigma-DeltaADC，该ADC采集电压信号、电流信号、4-20mA输入。

可选的，信号输出控制器16包括：电压比较器和数/模转换器DAC，其中，电压比较器，采集各个类型的电参数，用于依据电参数执行测频；数/模转换器DAC，与数据处理器电连接，用于对执行运算后的电参数由数字信号转换为模拟信号。

具体的，本申请实施例中的信号输出控制器16可以为通过内置的电压比较器完成测频处理；使用内置的DAC完成4-20mA的输出。

进一步地，可选的，数/模转换器DAC还用于输出转变为模拟信号的电参数。

可选的，控制芯片还包括：内置时钟RTC，其中，内置时钟RTC，用于输出连续时钟信号。

综上，上述Sigma-delta转换器又称过采样转换器，它包含两个基本电路：调制器和数字滤波器，支持差分输入。这样的处理方式使得其采集精度高、抗共模干扰能力强，既能保持极高的电流电压采集精度，又能轻松通过国家标准GB/T17626.3规定的射频辐射电磁场抗扰度试验。

RTC是低压电动机保护装置必备的功能，一般的实现方案是采用IIC通讯的时钟芯片(如PCF8563等)，外置的RTC增加了成本并且占用了PCB板面积，不利于把装置做的很小，而本申请实施例提供的控制芯片使用内置RTC则无这样的烦恼。

其中，在测频时一般采用双路差动比较器(如TI公司的LM293)实现，精度虽然可以，但是也增加了成本、占用了PCB板面积。而本申请实施例提供的电压比较器为内置的电压比较器，既保证了测频精度，又节省了成本、减少了PCB板面积。

如图2所示，4-20mA输出一般采用单通道、12位可编程电流输出数模转换器(如DAC7750、AD5410等)来实现，芯片与CPU通过SPI通讯，还要加以DCDC电源隔离，虽然精度不错，但是成本高了很多。而本申请实施例提供的DAC为内置DAC，精度高、成本低很多、占用PCB板面积更小很多。

由上可知，本申请实施例提供的控制芯片模/数AD转换精度高、抗干扰能力强。

实施例二

根据本实用新型实施例，提供了一种电动机保护装置实施例，图3是根据本实用新型实施例的电动机保护装置的结构示意图，如图3所示，该电动机保护装置包括：控制芯片32、人机接口HMI34和存储器36，其中，

人机接口HMI34通过输入/输出I/O接口接入控制芯片32，用于添加外接数据处理设备；

存储器36通过输入/输出I/O接口接入控制芯片32，用于存储对应待处理电参数的运算规则；

其中，存储器36主要有CPU内部的程序存储器(FLASH)以及通过IO口外接的铁电存储器，其中内部的FLASH主要存储程序，外接的铁电存储器存储各种定值。

其中，控制芯片32可以为上述实施例一中图1或图2所示的一种控制芯片。

这里对应实施例一中提供的控制芯片，本申请实施例提供的电动机保护装置包括该控制芯片32，还包括HMI接口34，其中，依据该HMI接口34将外接数据处理设备接入控制芯片32，以使得能够通过外接数据处理设备获取该控制芯片32的运行状态和运算结果，或，依据业务需求通过HMI接口34由外接数据处理设备向控制芯片32发送控制指令，这里外接数据处理设备可以包括：显示器和键盘、笔记本电脑、IPad、掌上商务、智能可穿戴设备等能够通过HMI接口34接入改控制芯片32的外接数据处理设备。

本实用新型实施例提供的电动机保护装置中，通过人机接口HMI通过输入/输出I/O接口接入控制芯片，用于添加外接数据处理设备；存储器通过输入/输出I/O接口接入控制芯片，用于存储对应待处理电参数的运算规则，达到了提升运算效率的目的，从而实现了提升运算精度降低生产成本的技术效果，进而解决了由于使用8位单片机和16位工业处理器的处理能力不够、保护动作速度慢，使用10位AD或者12位AD的方案转换精度比较低，采集精度差的技术问题。

具体的，图4是根据本实用新型实施例的一种电动机保护装置的结构示意图，如图4所示，本申请实施例提供的电动机保护装置具体如下：

可选的，电动机保护装置还包括：状态指示灯37，其中，状态指示灯37通过输入/输出I/O接口接入控制芯片32，用于指示电动机的运行状态、继电器的运行状态以及控制芯片32的运行状态中的一种或至少两种的组合。

可选的，电动机保护装置还包括：通信器38，其中，通信器38通过输入/输出I/O接口接入控制芯片32，用于将控制芯片32连接至网络。

可选的，电动机保护装置还包括：印刷电路板PCB，其中，印刷电路板PCB，用于承载控制芯片32、人机接口HMI34、存储器36、状态指示灯37和通信器38。

可选的，人机接口HMI34与外接数据处理设备连接，用于显示控制芯片32的数据执行状态和运算结果，或，接收键入控制指令。

综上，结合实施例一和实施例二，如图4所示，本申请实施例提供的电动机保护装置中的控制芯片可以采用意法半导体公司的STM32F373芯片作为CPU，装置采集10路开入量、6路继电器、3路电压、3路电流、1路4-20mA输入、1路4-20mA输出、内置时钟RTC、内置电压比较器等。

其中通过CPU的IO口采集10路开入量、控制6路继电器；通过CPU内置的16位Sigma-Delta ADC采集电压信号、电流信号、4-20mA输入；通过内置的RTC来显示时间；通过内置的电压比较器完成测频处理；使用内置的DAC完成4-20mA的输出；使用IO口连接液晶和按键，全中文人机交互。

Sigma-delta转换器又称过采样转换器，它包含两个基本电路：调制器和数字滤波器，支持差分输入。这样的处理方式使得其采集精度高、抗共模干扰能力强，既能保持极高的电流电压采集精度，又能轻松通过国家标准GB/T17626.3规定的射频辐射电磁场抗扰度试验。

RTC是低压电动机保护装置必备的功能，一般的实现方案是采用IIC通讯的时钟芯片(如NXP公司的PCF8563等)，外置的RTC增加了成本并且占用了PCB板面积，不利于把装置做的很小，而本申请实施例中提供的控制芯片使用内置RTC则无这样的烦恼。

测频时一般采用双路差动比较器(如TI公司的LM293)实现，精度虽然可以，但是也增加了成本、占用了PCB板面积。而本申请实施例中提供的控制芯片使用了内置的电压比较器，既保证了测频精度，又节省了成本、减少了PCB板面积。

低压电动机保护装置的4-20mA输出一般采用单通道、12位可编程电流输出数模转换器(如TI公司的DAC7750、ADI公司的AD5410等)来实现，芯片与CPU通过SPI通讯，还要加以DCDC电源隔离，虽然精度不错，但是成本高了很多。而本申请实施例中提供的控制芯片使用的内置DAC，精度高、成本低很多、占用PCB板面积更小很多。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。