专利名称：带有负载功率显示的智能恶性负载识别与保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有电能与功率计量、恶性负载功率显示、阻性恶性负载识另IJ，并带有声光报警及保护功能的装置，属恶性负载识别与保护装置。
背景技术：
目前，在一些学校和工厂中，学生和职工在宿舍内经常使用大功率的用电设备，使得电线过快老化或超负荷运行，从而给宿舍的用电安全带来隐患甚至引发火灾。目前，针对学生公寓及职工宿舍的安全用电问题，国内外已有一些相应的用电保护装置，其主要功能是通过这些装置在一定程度上限制用电设备的功率，然而这些用电保护装置常常存在一定的缺陷如(I)对于某些用电设备，由于其启动时功率要远大于正常运行时的功率，这可能造成用电保护系统的误动作；(2) —些用电保护装置不能对负载的性质进行判断，即无法 区分阻性负载、容性负载及感性负载，使得一些具有容性及感性的负载无法正常工作。(3)一些用电保护装置在动作后，需要人工对系统进行复位，从而浪费了人力资源，同时带来了使用上的不便，从而限制了此装置的大规模应用。(4) 一些用电保护装置在设定完门限功率后无法进行调节，这给装置在不同场合及情况下的应用带来了不便。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述技术中存在的不足之处，提供一种应用范围广、设计合理、功能强大的恶性负载识别与保护装置。为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是包括信号采集单元、比较单元、电能计量单元、控制单元、声光报警单元和显示单元，所述的信号采集单元由电压采样电阻R5、RPl和电流采样电阻Rl组成，用于实时采集负载的电流和电压，所述的比较单元由比较模块LM339 U2及门限功率设置电位器RP2组成，用于判断负载的性质，并判断负载是否为恶性负载，当负载为恶性时输出恶性负载识别信号，电能计量单元由电能计量模块AD7755U1和光电转换模块TLP521-2U5组成，用于计算负载消耗的电能并以脉冲的形式输出，控制单元由单片机控制模块STC12C2052U3和继电器Kl组成，用于控制用电系统电源的通或断，同时将负载消耗的电能送入显示系统进行显示，声光报警单元由发光二极管D4、蜂鸣器SPEAKER和三极管Q5组成，当识别出恶性负载后，该系统启动声光报警提示，显示单元由四位数码管MT05641BR U4及其驱动器Q6 Q9组成，在恶性负载情况下显示恶性负载的功率。本实用新型的优点是(I)本实用新型能够对负载的性质进行判断，即能够判断负载为容性、阻性或感性，只有当负载的有功功率超过设定的门限功率时，该装置才启动报警和保护功能；(2)本实用新型能够对用电设备启动时造成的负载过大与恶性负载进行判别，从而有效避免系统的误动作；(3)本实用新型在恶性负载移除后能够自动对系统进行复位，恢复系统供电，有效节约了人力成本；(4)本实用新型能够连续调节恶性负载的门限功率，并且对于不同的应用环境门限功率可重新设置，因此使用更为方面，应用范围更广。
图I是本实用新型原理框图；图2是本实用新型功率比较单元LM339模块电路原理图；图3是本实用新型电能计量单元AD7755模块电路原理图；图4是本实用新型控制单元STC12C2052模块电路原理·[0014]图5是本实用新型显示单元MT05641BR模块电路原理图；图6是本实用新型电路原理总图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。由图I-图6可知，本实用新型包括信号采集单元I、比较单元2、电能计量单元3、控制单元4、声光报警单元5和显示单元6，所述的信号采集单元I由电压采样电阻R5、RP1和电流采样电阻Rl组成，用于实时采集负载的电流和电压，所述的比较单元2由比较模块LM339U2及门限功率设置电位器RP2组成，用于判断负载的性质，并判断负载是否为恶性负载，当负载为恶性时输出恶性负载识别信号，电能计量单元3由电能计量模块AD7755U1和光电转换模块TLP521-2U5组成，用于计算负载消耗的电能并以脉冲的形式输出，控制单元4由单片机控制模块STC12C2052U3和继电器Kl组成，用于控制用电系统电源的通或断，同时将负载消耗的电能送入显示系统进行显示，声光报警单元5由发光二极管D4、蜂鸣器SPEAKER和三极管Q5组成，当识别出恶性负载后，该系统启动声光报警提示，显示单元由四位数码管MT05641BR U4及其驱动器Q6 Q9组成，在恶性负载情况下显示恶性负载的功率。所述的信号采集单元中R5的一端与火线相连，另一端经滑动变阻器RPl和电阻R14分别与AD7755 Ul及LM339 U2相连。电阻Rl串联在零线中用于测量负载电流并以电压的方式输出。所述的比较单元中芯片LM339经电阻R13与滑动变阻器RP2的中心端相连，且与光电耦合器TLP521-2设有信号通道，调节RP2滑动端的位置可以调整恶性负载的门限功率。所述的电能计量单元中芯片AD7755 Ul与短路跳线S5 SI的中心端相连接，用于调整AD7755 Ul的工作模式，所述的声光报警单元中的三极管Q5用于驱动蜂鸣器SPEAKER。所述的控制单元中的芯片STC12C2052 U3与TLP521-2设有信号通道，用于接收经光电耦合器TLP521-2隔离后的恶性负载识别信号和负载功率脉冲信号，芯片STC12C2052U3经8个限流电阻分别与4位数码管MT05641BR U4相连。本实用新型由信号采集单元、比较单元、电能计量单元、控制单元、声光报警单元和显示单元组成。信号采集单元由电压采样电阻R5、RPl,电流采样电阻Rl组成，比较单元由比较模块LM339U2及门限功率设置电位器RP2组成，电能计量单元由电能计量模块AD7755 Ul和光电转换模块TLP521-2U5组成，控制单元由单片机控制模块STC12C2052 U3和继电器Kl组成，声光报警单元由发光二极管D4、蜂鸣器SPEAKER和三极管Q5组成，显示单元由四位数码管MT05641BR U4及其驱动器Q6 Q9组成。信号采集单元中R5的一端与火线相连，另一端经滑动变阻器RPl和电阻R14分别与AD7755 Ul的8脚及LM339 U2的4、5脚相连。电阻Rl串联在零线中用于测量负载电流并以电压的方式输出，Rl的一端经R3与AD7755 Ul的6脚相连，另一端与LM339 U2的9脚相连，并经R2与AD7755U1的5脚相连。比较单元中芯片LM339的3脚接+12V电源，7脚经电阻R13与滑动变阻器RP2的中心端相连，调节RP2滑动端的位置可以调整恶性负载的门限功率，比较单元中芯片LM339的13脚为恶性负载识别信号输出端，该脚接光电稱合器TLP521-2的3脚。电能计量单元中芯片AD7755 Ul的1、2脚接+5V电源，22脚为脉冲输出端CF，经RlO和发光二极管DO与TLP521-2的I脚相连，芯片AD7755U1的12 16脚与短路跳线S5 SI的中心端相连接，用于调整AD7755 Ul的工作模式。声光报警单元中的三极管Q5用于驱动蜂鸣器SPEAKER发出报警声音，Q5的基极与控制器STC12C2052 U3的P3. O引脚相连，发光二极管D4的阳极经限流电阻R34接+5V电源，D4的阴极接控制器STC12C2052 U3的P3. O引脚。控制单元中的芯片STC12C2052 U3的20脚接+5V电源，6、7脚分别与TLP521-2的8脚和6脚相连，用于接收经光电耦合器TLP521-2隔离后的恶性负载识别信号和负载功率脉冲信号，芯片 STC12C2052 U3 的 P3. I (3 脚)、Ρ3· 4 (8 脚)、Ρ3· 5 (9 脚)和 Ρ3·7(11 脚)经4个限流电阻分别与Q6 Q9的基极相连，芯片STC12C2052 U3的12 19脚经8个限流电阻分别与4位数码管MT05641BR U4的I 5、7、10、11脚相连。控制单元中的继电器Kl的5脚接+12V电源，4脚接三极管Q2的集电极，三极管Q1、Q2为继电器Kl的驱动器，Ql的基极经电阻R36接于芯片STC12C2052U3的2脚，继电器Kl的1、2引脚串联在火线中，当无恶性负载时，Kl的1、2脚导通，主电路保持供电状态，当有恶性负载时Kl动作，Kl的1、2脚断开，主电路断电。显示单元中三极管Q6 Q9的发射极接+5V电源，集电极分别接数码管MT05641BRU4 的 6、8、9、12 脚。图3中插座Jl与交流220V电源相连接，插座J2与负载相连接。本实用新型的工作原理为负载的电流和电压经信号采集单元采集后送入比较单元模块LM339的5、6和9脚，比较单元模块LM339判断负载的性质，并将负载的有功功率与所设定的门限功率进行比较，当负载的有功功率大于所设定的门限功率时则认为负载为恶性负载，此时LM339的13脚输出高电平作为恶性负载的识别信号,该信号经光电稱合器TLP521-2隔离后送入控制单元模块STC12C2052的P3. 3脚，控制单元模块STC12C2052收到此信号后启动其内部的计时器，如果计时器达到所设定的计时时间(如5秒或10秒)，恶性负载识别信号仍然存在，则认为此负载为恶性负载，而并非容性或感性负载启动引起的短时功率过载，此时控制单元模块STC12C2052的2脚输出低电平控制指令，该指令经Ql、Q2驱动后使继电器Kl动作，切断主电路电源，起到保护的目的，并且发光二极管D4点亮，蜂鸣器SPEAKER发出报警声，启动声光报警提示；与此同时，控制单元记录此时由电能计量模块AD7755送入的脉冲数，通过计算得到此时负载的功率值，并将其送入显示系统进行实时显示。当控制单元模块STC12C2052检测到P3. 3脚恶性负载识别信号消失(即变为低电平)，且保持一定时间后(如I分钟)，其控制端2脚输出高电平，继电器Kl释放，系统复位，主电路通电，同时控制单元模块STC12C2052继续累计AD7755送入的脉冲数，并计算负载消耗的总功率，将其送入显示单元进行显示。通过调整滑动变阻器RP2可以改变所设定的门限功 率，从而使得本装置能够适用于不同场合及不同负载要求。
权利要求1.一种带有负载功率显示的智能恶性负载识别与保护装置，包括信号采集单元(I)、比较单元(2)、电能计量单元(3)、控制单元(4)、声光报警单元(5)和显示单元(6)，其特征在于所述的信号采集单元(I)由电压采样电阻R5、RPl和电流采样电阻Rl组成，用于实时采集负载的电流和电压，所述的比较单元(2)由比较模块LM339 U2及门限功率设置电位器RP2组成，用于判断负载的性质，并判断负载是否为恶性负载，当负载为恶性时输出恶性负载识别信号，电能计量单元(3)由电能计量模块AD7755 Ul和光电转换模块TLP521-2 U5组成，用于计算负载消耗的电能并以脉冲的形式输出，控制单元(4)由单片机控制模块STC12C2052 U3和继电器Kl组成，用于控制用电系统电源的通或断，同时将负载消耗的电能送入显示系统进行显示，声光报警单元(5)由发光二极管D4、蜂鸣器SPEAKER和三极管Q5组成，当识别出恶性负载后，该系统启动声光报警提示，显示单元由四位数码管MT05641BR U4及其驱动器Q6 Q9组成，在恶性负载情况下显示恶性负载的功率。
2.根据权利要求I所述的带有负载功率显示的智能恶性负载识别与保护装置，其特征在于所述的信号采集单元中R5的一端与火线相连，另一端经滑动变阻器RPl和电阻R14分别与AD7755 Ul及LM339 U2相连，电阻Rl串联在零线中用于测量负载电流并以电压的方式输出。
3.根据权利要求I所述的带有负载功率显示的智能恶性负载识别与保护装置，其特征在于所述的比较单元中芯片LM339经电阻R13与滑动变阻器RP2的中心端相连，且与光电耦合器TLP521-2设有信号通道，调节RP2滑动端的位置可以调整恶性负载的门限功率。
4.根据权利要求I所述的带有负载功率显示的智能恶性负载识别与保护装置，其特征在于所述的电能计量单元中芯片AD7755 Ul与短路跳线S5 SI的中心端相连接，用于调整AD7755 Ul的工作模式，所述的声光报警单元中的三极管Q5用于驱动蜂鸣器SPEAKER。
5.根据权利要求I所述的带有负载功率显示的智能恶性负载识别与保护装置，其特征在于所述的控制单元中的芯片STC12C2052 U3与TLP521-2设有信号通道，用于接收经光电耦合器TLP521-2隔离后的恶性负载识别信号和负载功率脉冲信号，芯片STC12C2052 U3经8个限流电阻分别与4位数码管MT05641BR U4相连。
专利摘要本实用新型涉及一种恶性负载识别与保护装置，特别是一种带有负载功率显示的智能恶性负载识别与保护装置，包括信号采集单元、比较单元、电能计量单元、控制单元、声光报警单元和显示单元，其中信号采集单元由电压采样电阻R5、RP1，电流采样电阻R1组成，比较单元由比较模块LM339 U2及门限功率设置电位器RP2组成，电能计量单元由电能计量模块AD7755 U1和光电转换模块TLP521-2 U5组成，控制单元由单片机控制模块STC12C2052 U3和继电器K1组成，本实用新型能够有效判断负载是否为恶性负载，避免系统的误动作，在恶性负载移除后能够自动对系统进行复位，且能够连续调节恶性负载的门限功率，使用方便，应用范围广。
文档编号G01R22/10GK202735383SQ20122040298
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者范继祥, 尹燕宗, 蔡琳, 张子锐 申请人:哈尔滨师范大学