专利名称：一种零火线极性检测和接地电阻测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气测量技术领域，特别是一种零火线极性检测 和接地电阻测试装置。
背景技术：
现有成熟产品未见将零火线极性检测和接地电阻测量两个功能在一个产品上实现的。现有接地测量成熟产品成本高——中档型产品价格在5000元 以上、测量工作量大——需打地桩、对接地系统有特殊要求——需有两个以 上接地点。现在也有一些简单型的接地电阻测量产品，均存在测量不安全一 一直接用火线经电阻对地线放电，在此情况下如地线悬空，将在地线上带上 危险的220V高压、持续对地放电——测试电路本身无地线通断控制功能， 导致地线中始终有电流、无通信口——无法与其他电路联通，交换信息。调査结果显示，我国城市家庭用电环境现状不容乐观，无地线和接地不 可靠已成为最常见的问题。这种情况下使用电器一旦漏电，将使电器外露部 分带电，发生电击伤人事故。另外，零线、火线接反也可导致电击事故。电器产品在设计时都是将开 关、保险丝等安全器件放在火线上，以保证在这些器件断开时电器不带有危 及人体高压。当零线、火线接反时，即使开关，保险丝等元件断开电器任 带有高压，接触时依然会发生电击伤人。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种零火线极性检测和接 地电阻测试装置。零火线极性检测和接地电阻测试模块是以单片机为核心的检测电路。对供 电系统的零火线极性和接地电阻进行测量，当检测到供电系统有上述不安全 情况时给出提示包括直接提醒用户的声光报警和供其他电路使用出错信 号。本实用新型所采用的技术方案为一种零火线极性检测和接地电阻测试装置由5部分组成(参见图1): 一， 电源部分，用于为其他4部分提供电源；二，转换部分，用于在一个测试周 期内需完成接地通断转换、测试电压选择转换、放电电流选择转换，此部分 受单片机控制完成这些转换；三，测量部分，用于以精密电阻分压为单片机 提供满足其量程的电压范围；四，单片机，控制和数据处理单元；五，输入、 输出部分，此部分输出检测结果，输入启动、停止等信号。转换部分、测量部分、单片机、输入、输出部分，这几部分以单片机为 核心，在程序的控制下协调工作，完成测试，输出检测结果单片机通过输 出口控制转换部分的四个继电器的开关通断实现电压、电流、接地选择；测 量部分电路负责将输入交流电压整流、滤波、分压后输入到单片机的A/D输 入口；输入、输出部分接收外电路信号输入单片机，通过单片机的输出口输 出检测结果。所述单片机通过输出口单片机的管脚14控制转换部分继电器一、管脚 13控制继电器二、管脚11控制继电器三、管脚12控制继电器四的开关导通 和断开。单片机的管脚18、 19连接于测量部分的电 路。
所述单片机通过输出口单片机的管脚2、 3、 5、 6、 IO连接于输入、输 出部分。
所述转换部分包括开关二极管一、继电器一、开关二极管二、继电器二、 三极管一、电阻一、电阻二、继电器三、开关二极管三、三极管二、电阻三、 电阻四、三极管三、电阻五、电阻六、继电器四、开关二极管四、电阻七、 电阻八和三极管四，所述开关二极管一并联于继电器一两端，三极管三的集 电极连接于继电器一，开关二极管二并联于继电器二两端，三极管一的集电 极连接于继电器二，开关二极管三并联于继电器三两端，三极管二的集电极 连接于继电器三，开关二极管四并联于继电器四两端，三极管四的集电极连 接于继电器四。
所述测量部分包括整流二极管一、整流二极管二、精密电阻一、精密电阻 二电解电容一、精密电阻三、精密电阻四、电解电容二电阻九、电阻十， 精密电阻五，开关二极管五、瓷片电容一、精密电阻六、精密电阻七、开关 二极管六、瓷片电容二、精密电阻八，所述整流二极管一通过精密电阻一连 接于滤波电路电解电容一、精密电阻三，再通过电阻十连接到单片机的管脚 18，整流二极管二通过精密电阻二连接于滤波电路电解电容二、精密电阻四， 再通过电阻九连接到单片机的管脚19，精密电阻六、精密电阻七串联接地， 开关二极管六、瓷片电容二串联接地，开关二极管六正极接在精密电阻六、 精密电阻七之间，负极接到单片机的16脚，精密电阻五、精密电阻八串联 接地，开关二极管五、瓷片电容一串联接地，开关二极管五正极接在精密电阻五、精密电阻八之间，负极接到单片机的17脚。
所述输入、输出部分包括电阻十二、电阻十三、发光二极管一、发光二极 管二、蜂鸣器、光耦一、光耦二；单片机的管脚2连接于蜂鸣器，管脚5、 3、 6通过电阻十三连接于发光二极管一、发光二极管二的两端，管脚2连接于 蜂鸣器，管脚10、 15连接于光耦一、光耦二。
所述单片机型号使用S3F9454。
有益效果
a) 测试安全，测量接地电阻时对地输出电压小于36V、电流小于8mA。
b) 检测块速， 一次检测时间小于12秒，在非检测时间断开测试回路，对 地电流为零，避免对供电系统产生影响。
c) 创新的两种电流检测法，配合单片机软件计算处理，使接地电阻测试稳 定，有较好的抗干扰性。
d) 检测全面。对供电系统易出现的零火线极性接反和接地电阻过大可同时
e) 以单片机为控制核心，除自带声、光提示外，还带有和其他控制系统的 接口电路可以为其他电路提供检测结果，接收其他电路的命令(启动、停 止等信号)。
图1是本实用新型的零火线极性检测和接地电阻测试装置的电路组成图。 图2是本实用新型的零火线极性检测和接地电阻测试装置的电路组成详细 图。
具体实施方式
图1是本实用新型的零火线极性检测和接地电阻测试装置的电路组成 图。由5部分组成 一，电源部分，为其他4部分提供电源。二，转换部分， 在一个测试周期内需完成接地通断转换、测试电压选择转换、放电电流选择 转换，此部分受单片机控制完成这些转换。三，测量部分，以精密电阻分压 为单片机提供满足其量程的电压范围。四，单片机，控制和数据处理单元。 五，输入、输出部分，此部分输出检测结果，输入启动、停止信号。
图中转换部分、测量部分、单片机、输入、输出部分。这几部分以单片 机为核心，在程序的控制下协调工作，完成测试，输出检测结果单片机通
过输出口控制转换部分的四个继电器26、 28、 32、 40的开关通断实现电压、 电流、接地选择；测量部分电路负责将输入交流电压整流、滤波、分压后输 入到单片机的A/D输入口；输入、输出部分接收外电路信号输入单片机，通 过单片机的输出口输出检测结果。
图2是本实用新型的零火线极性检测和接地电阻测试装置的电
路组成详细图。图中标号含义如下
1、火线接口 2、零线接口 3、地线接口 4、变压器5、整流二极管 6、整流二极管7、整流二极管8、整流二极管9、电解电容10、瓷 片电容11、三端稳压器12、电解电容13、瓷片电容14 、电阻 15、整流二极管16、整流二极管17、精密电阻18、精密电阻 19、 电解电容20、精密电阻 21、精密电阻22、电解电容23、电阻 24、电阻25、开关二极管26、继电器27、开关二极管28、继电器29、 三极管30、电阻31、电阻32、继电器33、开关二极管34、三极 管35、电阻36、电阻 37、三极管38、电阻 39、电阻 40、继 电器41、开关二极管 42、电阻 43、电阻44 、精密电阻 45、三极管 46、开关二极管47、瓷片电容48、精密电阻 49、 精密电阻50、开关二极管51、瓷片电容52、精密电阻53、电阻
954、瓷片电容 55、单片机56、电阻 57、发光二极管 58、发光 二极管59、蜂鸣器60、光耦 61、光耦
电路的工作过程详细说明如下
零火线极性检测和接地电阻测试电路通过接线端1、 2、 3与供电系统连 接，接线端1、 2端进入220V交流经变压器4降压，在变压器4的次级5—6 输出IOV交流再经整流二极管5、 6、 7、 8、电解电容9、瓷片电容10、三 端稳压器11、电解电容12、瓷片电容13整流、滤波、稳压得到5V直流为 本电路提供工作电源。在5V电源稳定后，单片机完成初始化进入工作状态。 单片机首先接通继电器26，使供电系统地与单片机电源联通，经一段时间稳 定后对经整流二极管15、整流二极管16、精密电阻17、精密电阻18、电 解电容19、精密电阻20、精密电阻21、电解电容22、电阻23、电阻24 网络整流、分压、滤波后产生的两路电压测量，这两路电压是由火线、零线 对地电压按比例降压得到的，通过对这两路电压值进行测量、计算、分析判 定零、火线极性。在零、火线极性正确情况下进入接地电阻测试程序，首先 根据上一步测量的零线电压值来选择对地放电电压如果零线对地电压大于 12V，接通继电器28和继电器32,用零线电压对地放电来测量对地电阻，如 果零线电压小于12V，则将变压器4次级另一绕组3-4输出的交流12V电压 叠加在零线电压上对地放电，具体执行步骤是接通继电器28释放继电器32。 两种放电电流是通过控制继电器40来实现的，在继电器40断开时只通过电 阻48、 49网络放电，在继电器40接通时通过电阻48、 49和电阻44、 52并 联网络放电，这两种网络放电电流值都被单片机测量保存，单片机通过对两 种不同电阻网络放电的电流值的比较，求出接地电阻值。至此， 一个测试周 期完成，释放所有继电器，输出测试结果a) 零线、火线检测正确时通过，接反时红色LED 57闪烁，蜂鸣器59 每5秒短鸣3声，光耦61输出连续信号。
b) 接地电阻测试接地电阻小于设定值时通过，LED 58亮绿色。接地 电阻大于设定值时报错，LED 57亮红色，蜂鸣器59每5秒长鸣1声。光耦 61输出100Hz方波信号。
在整个测试期间从光耦60输入连续时间大于20mS的信号，则退出测试 程序，所有电路复位。在非测试状态，从光耦60输入100Hz方波信号连续 12波形个以上，则电路重新进行一次测试。
权利要求1、一种零火线极性检测和接地电阻测试装置，由5部分组成一，电源部分；二，转换部分；三，测量部分；四，单片机；五，输入、输出部分；其特征在于，单片机通过输出口控制转换部分的四个继电器一(26)、二(28)、三(32)、四(40)的通断实现电压、电流、接地选择；测量部分的电路负责将输入交流电压整流、滤波、分压后输入到单片机的A/D输入口；输入、输出部分接收外电路信号输入单片机，通过单片机的输出口输出检测结果。
2、 根据权利要求1所述的零火线极性检测和接地电阻测试装置，其特征在 于，所述单片机通过输出口单片机的管脚14控制转换部分继电器一 (26)、 管脚13控制继电器二 (28)、管脚11控制继电器三(32)、管脚12控制继 电器四(40)的开关导通和断开。
3、 根据权利要求1所述的零火线极性检测和接地电阻测试装置，其特征在 于，所述单片机通过A/D输入口单片机的管脚18、 19连接于测量部分的 电路。
4、 根据权利要求1所述的零火线极性检测和接地电阻测试装置，其特征在 于，所述单片机通过输出口单片机的管脚2、 3、 5、 6、 IO连接于输入、 输出部分。
5、 根据权利要求1或2所述的零火线极性检测和接地电阻测试装置，所述 转换部分包括开关二极管一 (25)、继电器一 (26)、开关二极管二 (27)、 继电器二 (28)、三极管一 (29)、电阻一 (30)、电阻二 (31)、继电器三(32)、 开关二极管三(33)、三极管二 (34)、电阻三(35)、电阻四(36)、三极管三(37)、电阻五(38)、电阻六(39)、继电器四(40)、开关二极管四(41)、 电阻七(42)、电阻八(43)和三极管四(45)，其特征在于，所述开关二极 管一 (25)并联于继电器一 (26)两端，三极管三(37)的集电极连接于继 电器一 (26)，开关二极管二 (27)并联于继电器二 (28)两端，三极管一 (29)的集电极连接于继电器二 (28)，开关二极管三(33)并联于继电器 三(32)两端，三极管二 (34)的集电极连接于继电器三(32)，开关二极 管四(41)并联于继电器四(40)两端，三极管四(45)的集电极连接于继 电器四(40)。
6、根据权利要求1或3所述的零火线极性检测和接地电阻测试装置，所述 测量部分包括整流二极管一 (15)、整流二极管二 (16)、精密电阻一 (17)、 精密电阻二 (18)、电解电容一 (19)、精密电阻三(20)、精密电阻四(21)、 电解电容二 (22)、电阻九(23)、电阻十(24)，精密电阻五(44)，开关二 极管五(46)、瓷片电容一 (47)、精密电阻六(48)、精密电阻七(49)、开 关二极管六(50)、瓷片电容二 (51)、精密电阻八(52)，其特征在于，所 述整流二极管一(15)通过精密电阻一(17)连接于滤波电路电解电容一(19)、 精密电阻三(20)，再通过电阻十(24)连接到单片机的管脚18，整流二极 管二 (16)通过精密电阻二 (18)连接于滤波电路电解电容二 (22)、精密 电阻四(21)，再通过电阻九(23)连接到单片机的管脚19，精密电阻六(48)、 精密电阻七(49)串联接地，开关二极管六(50)、瓷片电容二 (51)串联 接地，开关二极管六(50)正极接在精密电阻六(48)、精密电阻七(49) 之间，负极接到单片机的16脚，精密电阻五(44)、精密电阻八(52)串联 接地，开关二极管五(46)、瓷片电容一 (47)串联接地，开关二极管五(46)正极接在精密电阻五(44)、精密电阻八(52)之间，负极接到单片机的17 脚。
7、 根据权利要求1或4所述的零火线极性检测和接地电阻测试装置，所述 输入、输出部分包括电阻十二 (53)、电阻十三(56)、发光二极管一 (57)、 发光二极管二 (58)、蜂鸣器(59)、光耦一 (60)、光耦二 (61);其特征在 于，单片机的管脚2连接于蜂鸣器(59)，管脚5、 3、 6通过电阻十三(56) 连接于发光二极管一 (57)、发光二极管二 (58)的两端，管脚2连接于蜂 鸣器(59)，管脚IO、 15连接于光耦一 (60)、光耦二 (61)。
8、 根据权利要求1所述的零火线极性检测和接地电阻测试装置，其特征在 于，所述单片机型号使用S3F9454。
专利摘要本实用新型提供一种零火线极性检测和接地电阻测试装置。本实用新型要解决的技术问题是安全、测量接地电阻，技术要点如下由5部分组成一、电源部分；二、转换部分；三、测量部分；四、单片机；五、输入、输出部分，此部分输出检测结果，输入启动、停止信号。本实用新型的零火线极性检测和接地电阻测试装置；测试安全；检测块速；检测全面。以单片机为控制核心，除自带声、光提示外，还带有和其他控制系统的接口电路可以为其他电路提供检测结果，接收其他电路的命令(启动、停止等信号)。
文档编号G01R27/20GK201293815SQ20082011494
公开日2009年8月19日 申请日期2008年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者夏运明 申请人:深圳龙多电子科技有限公司