一种独立式电气火灾监控探测器的制作方法

本实用新型涉及监控探测器，尤其是涉及一种独立式电气火灾监控探测器。

背景技术：

当今人们的日常生活离不开各种电气设备，电气火灾事故时有发生，电气起火原因主要有电路短路、过热、接触不良、电气故障、过负荷和漏电等，其中，短路造成的电气起火事故占50%以上。现有的电气火灾监控探测器只含有剩余电流检测单元或温度检测单元，功能单一，无法检测出短路电流和过负荷电流进行相应的故障报警等，无法满足现场控制开关柜的监控要求。且目前的电气火灾监控探测器没有独立的监控显示功能，大多由一个监控控制器来监控分散于建筑物各个地方的探测器，系统庞大，对于所需探测器较少的场所，这样的系统是没必要的资源浪费。同时，现有的系统一旦敷设完成，系统功能将很难升级改造，拓展性差。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种独立式电气火灾监控探测器。

本实用新型提供的独立式电气火灾监控探测器包括：设于探测器内的CPU和与所述CPU电连接的电源模块、信号采集单元、报警模块、按键处理单元和液晶显示单元，所述的信号采集单元包括：

电流信号采集模块，用于采集电流在所述液晶显示单元进行显示；

剩余电流信号采集模块，用于采集剩余电流并根据剩余电流值判断外部电流互感器是否发生短路、断路故障；

温度信号采集模块，用于采样外部温度传感器的电压，根据采样到的电压值判断所述温度传感器是否发生短路、断路故障。

所述电气火灾监控探测器还包括开关量信号输入/输出控制模块，用于连接感温电缆和消防联动装置。

所述剩余电流信号采集模块的电路包括剩余电流互感器短路、断路判断电路和剩余电流采集差分电路，剩余电流信号输入通过一模拟控制开关与剩余电流互感器短路、断路判断电路和剩余电流采集差分电路分别连接后与CPU连接。

所述电流信号采集模块的电路包括一个电流互感器、一个瞬态抑制二极管、一个运算放大器、二个磁珠、六个电阻和五个电容，电流引线接入到端子I1、I1N上，端子I1与电流互感器CT1的一次侧第一端相连，端子I1N与电流互感器一次侧第二端相连，电流互感器的二次侧第三端通过一电阻R70与电流互感器二次侧第四端连接，电流互感器的二次侧第三端通过串联的磁珠FB3和电阻R61后分成两路，一路与运算放大器U3A的反相输入端连接，一路通过并联的电容C60和电阻R68与运算放大器的输出端连接，电流互感器的二次侧第四端通过串联的磁珠FB4和电阻R74后分成两路，一路通过一电容C65接地，一路与运算放大器的同相输入端连接；磁珠FB3和电阻R61之间的连接线与磁珠FB2与电阻R74之间的连接线通过一瞬态抑制二极管TVS2连接；运算放大器的反相输入端接地，同相输入端接入3.3V的电源同时通过一电容C67接地，输出端通过两个串联的电阻R72、R73与所述CPU的一个模/数转换引脚连接，电阻R73的两端分别通过电容C62、C64接地，运算放大器的同相输入端还通过一电阻R77接入基准电压。

所述温度信号采集模块的电路包括三个电阻、五个电容和二个磁珠，外部温度传感器的输入端与电路的两个端子TC11、TC12连接，两个电容C59、C55并联在两个所述端子之间，同时，端子TC11通过一串联的磁珠FB1后分成三路，一路通过一电阻R26连接3.3V的直流电源，一路通过一电容C15接地，一路通过一串联的电阻R29后分成两路，一路通过一电阻R67与CPU的一个模/数转换引脚连接，一路通过一电容C17接地，电阻R67与CPU的模/数转换引脚的连接线之间还通过一电容C50接地；端子TC12通过一串联的磁珠FB2接地。

所述的开关量信号输入控制模块的电路包括两个三极管、一个二极管、一个稳压管、一个磁珠、七个电阻和五个电容，两个开关量信号输入端DI11、DI12之间连接一稳压管DZ2，一个开关量信号输入端DI11通过一电阻R19与二极管D7的负极连接，二极管的正极与一3.3V的直流电源连接，另一个开关量信号输入端DI12通过一磁珠L2后分成三路，一路通过并联的电阻R20和电容C98接地，一路通过一电阻R21与三极管Q6的基极连接，一路通过一电阻R23后分成两路，一路通过并联的电阻R24和电容C99接地，一路与三极管Q7的基极连接；三极管Q6的基极与发射极通过一电容C101连接后接地，集电极分成两路，一路通过一电阻R22与3.3V的直流电源连接，一路与CPU的脚I_OPEN连接后通过一电容C102接地；三极管Q7的发射极接地，集电极风采两路，一路通过一电阻R25与3.3V的直流电源连接，一路与CPU的脚I_CLOSE连接后通过一电容C100接地。

所述的开关量信号输出控制模块的电路包括一个继电器、一个三极管、一个二极管、一个电解电容和两个电阻，外部开关量信号输出端DO通过一电阻R14与三极管Q1的基极连接后通过一电阻R17接地，三极管的发射极接地，集电极分成两路，一路与与继电器RL1的第一输入端连接，一路与二极管D1的正极连接，二极管的负极分成两路，一路与继电器的第二输入端连接，一路与5V的直流电源连接后通过一电解电容C16接地，继电器的第一、第二输出端连接后作为一个开关量信号输出端DO1，继电器的第三输出端作为另一个开关量信号输出端DO2。

所述电气火灾监控探测器还包括通信模块，所述探测器通过所述通信模块与外部监控控制器连接通信。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.能够检测出短路电流和过负荷电流进行相应的故障报警，提供了电流信号采集模块，通过液晶显示单元在本地显示各种采样值和状态，独立监控现场，在需要探测器较少的场所节省了系统资源及成本；

2.可通过开关量输入输出控制模块接入感温电缆进行线性感温报警，该模块还设有多个消防联动装置的接口，可方便连接无报警功能的烟感、温感等装置，扩展性强；

3.本实用新型同时还设有通信模块，独立监控之外也可与外部监控控制器连接进行系统升级改造；

4.采用无极性两总线进行联网工作，性能稳定，可靠性强。

附图说明

图1是本实用新型的模块框图；

图2是本实用新型电流信号采集模块的电路图；

图3是本实用新型剩余电流信号采集模块的原理框图；

图4是本实用新型温度信号采集模块的电路图；

图5是本实用新型开关量信号输入控制模块的电路图；

图6是本实用新型开关量输出控制模块的电路图；

图7是本实用新型通信模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对实用新型进行详细的说明。

如图1所示，本实用新型提出的独立式电气火灾监控探测器包括：设于探测器内的CPU和与该CPU电连接的电源模块、信号采集单元、报警模块，按键处理单元、液晶显示单元、开关量信号输入/输出控制模块和通信模块。电源模块通过一个AC-DC转换电路将220V交流电转换成直流电向探测器CPU供电。

信号采集单元包括：三路电流信号采集模块，用于采集电流在所述液晶显示单元进行显示；三路剩余电流信号采集模块，用于采集剩余电流并根据剩余电流值判断外部电流互感器是否发生短路、断路故障；一路温度信号采集模块，用于采样外部温度传感器的电阻，根据采样到的电阻值判断所述温度传感器是否发生短路、断路故障。当剩余电流信号采集模块和温度信号采集模块检测到有短路或断路故障时，报警模块将发出警报。

图2是电流信号采集模块的电路图。电流信号采集模块电路包括一个电流互感器、一个瞬态抑制二极管、一个运算放大器、二个磁珠、六个电阻和五个电容，电流引线接入到端子I1和I1N上，端子I1与电流互感器CT1的一次侧第一端相连，端子I1N与电流互感器一次侧第二端相连，电流互感器的二次侧第三端通过一电阻R70与电流互感器二次侧第四端连接，电流互感器的二次侧第三端通过串联的磁珠FB3和电阻R61后分成两路，一路与运算放大器U3A的反相输入端连接，一路通过并联的电容C60和电阻R68与运算放大器的输出端连接，电流互感器的二次侧第四端通过串联的磁珠FB4和电阻R74后分成两路，一路通过一电容C65接地，一路与运算放大器的同相输入端连接；磁珠FB3和电阻R61之间的连接线与磁珠FB2与电阻R74之间的连接线通过一瞬态抑制二极管TVS2连接；运算放大器的反相输入端接地，同相输入端接入3.3V的电源同时通过一电容C67接地，输出端通过两个串联的电阻R72、R73与CPU的模/数转换引脚第28脚连接，电阻R73的两端分别通过电容C62、C64接地，运算放大器的同相输入端还通过一电阻R77接入基准电压。

电流采集模块采集电流互感器的电流值并通过液晶显示单元进行显示，用户可根据液晶显示单元显示的电流值进行监控保护措施。

图3为剩余电流信号采集模块的原理框图。剩余电流信号采集模块包括剩余电流互感器短路、断路判断电路和剩余电流采集差分电路，剩余电流信号输入通过一模拟控制开关与剩余电流互感器短路、断路判断电路和剩余电流采集差分电路分别连接后与CPU连接。当采集到剩余电流值为0时，将模拟控制开关与剩余电流互感器短路、短路判断电路连通，进一步判断外部剩余电流互感器是否是短路故障、断路故障还是只是未加量的正常状态。当采集到电压值大于3V时，则可判断出外部剩余电流互感器发生了断路故障；当采集到电压值小于0.2V时，则可判断出外部剩余电流互感器发生了短路故障。当采集的电压值介于0.2V与3V之间时，则可判断出外部剩余电流互感器连接正常，只是该互感器外部没有加入有剩余电流。

温度信号采集模块通过电阻、电容分压采集后与CPU相连。图4是温度信号采集模块的电路图。温度信号采集模块电路包括三个电阻、五个电容和二个磁珠，外部温度传感器的输入端与电路的两个端子TC11、TC12连接，两个电容C59、C55分别连接在两个端子TC11、TC12之间，同时，端子TC11通过一串联的磁珠FB1后分成三路，一路通过一电阻R26连接3.3V的直流电源，一路通过一电容C15接地，一路通过一串联的电阻R29后分成两路，一路通过一电阻R67与CPU的模/数转换引脚第30脚连接，一路通过一电容C17接地，电阻R67与CPU的模/数转换引脚的连接线之间还通过一电容C50接地；端子TC12通过一串联的磁珠FB2接地。

温度传感器的短路温度阈值为140°，断路温度阈值为-10°。CPU直接对温度信号采集模块输入的信号进行处理，当采样的电压值对应温度传感器的电阻值小于规定的最高温度140°对应的电阻值时判断为该温度传感器短路；当采样的电压值对应温度传感器的电阻值大于规定的最低温度-10°对应的电阻值时判断为该温度传感器断路。

图5是开关量信号输入控制模块的电路图。开关量信号输入控制模块电路包括两个三极管、一个二极管、一个稳压管、一个磁珠、七个电阻和五个电容，两个开关量信号输入端DI11、DI12之间连接一稳压管DZ2，一个开关量信号输入端DI11通过一电阻R19与二极管D7的负极连接，二极管的正极与一3.3V的直流电源连接，另一个开关量信号输入端DI12通过一磁珠L2后分成三路，一路通过并联的电阻R20和电容C98接地，一路通过一电阻R21与三极管Q6的基极连接，一路通过一电阻R23后分成两路，一路通过并联的电阻R24和电容C99接地，一路与三极管Q7的基极连接；三极管Q6的基极与发射极通过一电容C101连接后接地，集电极分成两路，一路通过一电阻R22与3.3V的直流电源连接，一路与CPU的脚I_OPEN连接后通过一电容C102接地；三极管Q7的发射极接地，集电极风采两路，一路通过一电阻R25与3.3V的直流电源连接，一路与CPU的脚I_CLOSE连接后通过一电容C100接地。

开关量信号输入控制模块通过CPU的两个通用输入/输出（GPIO）口脚I_OPEN、脚I_CLOSE连接CPU实现开关量信号的检测。CPU可检测常规的外围开关量输入闭合、断开状态的同时还能检测外部开关量回路是否存在断线的情况，增强了检测的可靠性。探测器正常工作时远处开关量信号两个输入端上并接一个10K电阻，当探测器中的CPU检测到管脚I_OPEN和脚I_CLOSER均为低电平时，说明外部的开关量输入为闭合状态；当CPU检测到脚I_OPEN为低电平，脚I_CLOSER为高电平时，说明外部开关量输入为断开状态；当CPU检测到脚I_OPEN和脚I_CLOSER均为高电平时，说明外部开关量输入回路有断线情况。

图6是开关量输出控制模块的电路图。开关量输出控制模块电路图包括一个继电器、一个三极管、一个二极管、一个电解电容和两个电阻，外部开关量信号输出端DO通过一电阻R14与三极管Q1的基极连接后通过一电阻R17接地，三极管的发射极接地，集电极分成两路，一路与与继电器RL1的第一输入端5连接，一路与二极管D1的正极连接，二极管的负极分成两路，一路与继电器的第二输入端2连接，一路与5V的直流电源连接后通过一电解电容C16接地，继电器的第一、第二输出端1、6连接后作为一个开关量信号输出端DO1，继电器的第三输出端3作为另一个开关量信号输出端DO2。

开关量信号输入/输出控制模块可与感温电缆连接进行线性感温报警，还可与消防联动装置连接，扩展电气火灾监控探测器的功能。消防联动装置有水灭火系统的联动控制、气体灭火系统的联动控制、防火卷帘门的联动控制、排烟系统的联动控制、停止空调送风的联动控制、切除非消防电源的联动控制、电梯的联动控制、广播系统的联动控制等等。

图7是通信模块的电路图。通信模块电路包括两个光耦、五个三极管、一个压敏电阻、两个稳压二极管、六个开关二极管、十七个电阻、七个电容和两个电解电容，两总线的正负端L+、L-之间连接一压敏电阻RV1，电容C13、C16并联在压敏电阻RV1两端，电容C13、C16与一由二极管D1、D3、D4、D5组成的整流桥连接后分成三路，一路通过电阻R24接地，一路与三极管Q3的集电极连接，一路通过串联的二极管D2和电阻R22后分成两路，一路通过一点解电容E3接地，一路通过一电阻R3与三极管Q1的集电极连接，一路通过一电阻R25与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极与稳压二极管D6的负极连接，稳压二极管D6的正极接地，三极管Q1的发射极与5V的电源连接后通过并联的电容C14和点解电容E1接地；三极管Q3的基极分成三路，一路与三极管Q4的集电极连接，一路通过二极管D9与三极管Q6的集电极连接，一路通过并联的电阻R30和电容C18分成两路，一路通过电阻R33接地，一路与光耦U1的光敏三极管的发射极连接，光耦U1的光敏三极管的集电极与5V的电源连接，光耦U1的发光二极管的正极与3.3V的直流电源连接，负极作为接线端FK接入探测器的CPU；三极管Q4的发射极接地，集电极分成两路，一路通过电容C19接地， 一路通过电阻R32与三极管Q3的发射极连接；三极管Q3的发射极同时通过电阻R35接地，三极管Q3的集电极通过一电阻R41后分成两路，一路通过一电容C22接地，一路与稳压二极管D10的负极连接，稳压二极管D10的正极通过一电阻R43与三极管Q6的基极连接，稳压二极管D10的正极与电线之间还并联有电容C23和电阻R44；三极管Q6的发射极与三极管Q7的反射极连接后接地，三极管Q6的集电极分成两路，一路通过电阻R40与5V的直流电源连接，一路通过电阻R42与三极管Q7的基极连接，三极管Q7的集电极与光耦U2的发光二极管的负极连接，光耦U2的发光二极管的正极通过电阻R39与5V的直流电源连接，光耦U2的光敏三极管的发射极接地，集电极作为接线端R24VH接入探测器的CPU，同时通过电阻R38与3.3V的直流电源连接。

探测器可通过通信模块及两总线与外部监控控制器连接通信，本实用新型的探测器不仅可独立监控显示现场情况，也能与外部监控控制器连接通信，以拓展系统，功能十分齐全。

通信模块的总线输入端通过一个整流桥转换两总线的极性将其变为无极性，通过采用无极性两总线通信模式进行数据交换，相对于常规装置使用的带极性的两总线，本实用新型的探测器采用的无极性两总线，两根总线能够任意接入，不存在由于总线接反而导致探测器损坏或工作不正常的问题，极大方便了现场的施工接线。CPU依据总线内部协议内容通过电路中的接线端R24VH接收到监控设备的指令并进行解析，然后通过控制接线端FK来控制两总线上的电流大小，达到改变监控控制器中信号状态的目的，从而实现将信号反馈到监控控制器中实现数据交换。

本实用新型的探测器通过采集电流信号在液晶显示单元中显示，达到独立现场监控的目的，不需要接入监控控制器即可独立工作，在需要探测器较少的场所能节约成本减少资源浪费。通过剩余电流信号采集模块和温度信号采集模块，达到监测剩余电流、温度是否异常的目的。探测器除了能在本地显示各种采样值和状态外，还能将采集数据及各状态量通过两总线上传到电气火灾监控设备中进行后台监控。此外，本实用新型还可通过开关量输入输出控制模块连接感温电缆进行线性感温报警，并设有多个消防联动装置的接口，可方便连接无报警功能的烟感、温感等装置，扩展性强。

上述实施例仅用于说明本实用新型的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本实用新型的保护范围。