专利名称：基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制器电路及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电力系统防误闭锁技术领域，尤其涉及一种应用于发电厂或者变电站等为防止误操作而使用的基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制器电路及其控制方法。
背景技术：
在电力系统中，被广泛应用的五防电脑钥匙、皆是移动式工作并采用的是蓄电池充电供给方式。为了保证工作时有足够电能，满足设备操作的需要或者销售利益，厂家对蓄电池都是采用强充转浮充的控制方式。容易测量，不论充电处于哪个段落，只要不取电源，被充电器都将高于常态温度，这说明有以下几个不利因素一是被充电器处在高于常规温度状态，存在不间断地充电，使蓄电池长期热饱和，必然老化衰减加快，寿命大幅缩短，由此必然给工作造成影响；同时，更换电池或重购仪器，会造成更多的经济损失。二是耗能，当蓄电池缺电时，大电流主充和短时间小电流浮充是需要的，但在充满电后不中断电源，仍然保持长期浮充，由于浮充电流占主充电流的10 %以上，即仍有几瓦至几十瓦的电能在损耗。三是废旧电池对环境的影响，因为所用电池常为镉、镍、铅、锂等重金属和氢氧化钾等电解液制成，这些物质在大自然中对水源和土壤都会造成严重污染，并借助粮食蔬菜进入人体，对人类与人类生存环境造成重大影响。发明人鉴于上述的问题，开展了“通讯网络五防电脑钥匙充电控制器”的设计研制工作，以期能够改变充电方式，减少蓄电池的老化废弃速度，延长现有电脑钥匙的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是针对现有五防电脑钥匙充电存在的问题，提供一种不论使用与否，蓄电池出现缺电状态，都能准确判断和及时充电，在无操作任务时，蓄电池既要保证具有额定电量，又要尽可能多的处于冷机状态；充电完成后，能够自动跳闸断电的充电控制器电路；本发明的另一目的是提供五防电脑钥匙充电控制器电路的控制使用方法。实现本发明目的之技术措施是这样的一种基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制器电路，设置在充电控制器内；充电控制器内设有电脑钥匙蓄电池电量判断电路1，电话线路采集及电源分支电路2、电压采样比较电路3、脉动振荡电路4、通讯线路充电控制电路5及通讯中断后的充电自保持电路6 ;其中，
电话线路采集及电源分支电路2的第一输入端①、第二输入端②分别与电话接线盒的端头连接以获取工作电源和操作指令信号，其电源分支电路2输出端经第六电阻R6分支与电压采样比较电路3的第二运算放大器IC3连接，电压采样比较电路3的第二运算放大器IC3输出端6通过第十四电阻R14、微积分电容C3、第四可调电位器W4与通讯线路充电控制电路5的第三晶体管BG3连接，通讯线路充电控制电路5包括第十三电阻Rl3、第十四电阻R14、微积分电容C3、第四可调电位器W4、第五可调电位器W5、第三晶体管BG3、第四晶体管BG4、继电器J2、J3，其中，第三、第四晶体管BG3、BG4的集电极与继电器J2、J3的一端相连，J2、J3的另一端与稳压器WY2输出的正电源相连，BG3、BG4的射极与第五可调电位器W5的一端相连，W5的另一端与电话线输入端②相连；所述的J3常开结点J3-1闭合,将可控娃KG送来的脉动式电流经插座CZ2至CZl送给电脑钥匙蓄电池充电。所述的电脑钥匙蓄电池电量判断电路1，包括第一集成运算放大器IC1、第一晶体管BGl、第二晶体管BG2、第一电位器Wl、第一稳压二极管WYl、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、继电器J1、通讯输入插座CZ1。所述的电话线路采集及电源分支电路2，包括开关K1，保险管BX，二极管D1，第五电阻R5、第六电阻R6，滤波电容Cl，第二稳压二极管WY2。所述电压采样比较模块3，包括第九电阻R9、第十电阻R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12，第二运算放大器IC3，第三稳压二极管WY3;第二运算放大器IC3的输入端3与第六电阻R6分支连接。所述脉动振荡电路4包括集成块IC2、第二电容C2、第八电阻R8、第二电位器W2构 成环形多谐振荡器，通过输入端点14、输出端点7与电话线路采集及电源分支电路2连接，通过双向二极管D2与可控硅KG连接。进一步，所述基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制电路的控制方法，其特征是，该方法包括如下步骤
(1)经过其中通讯线路充电控制电路5第四晶体管BG4射极上第五可调电位器W5的阻值调整，能够完成专一和公用通话线路两种形式的判别；
(2)如果需要选择充电频率，则改变阻容参数可实现频率粗调，旋转脉动振荡电路4第二电位器W2完成频率细调；经振荡产生200Hz的脉冲频率，送给双向二极管D2，进而接通可控硅KG的控制极，并依振荡波形的高低电平控制可控硅KG的通断，即形成脉动式充电电流；
(3)在得到充电操作指令，通讯线路充电控制电路3和5中IC3导通，继电器J2启动，常开结点J2-1闭合，经第十五电阻R15接通正电压，使晶体管BG3、BG4继续导通，形成自保持电路。解决操作人员指令发布完毕，放下手机或者座机话筒，信号中断，IC3截止输出后，仍能继续充电的问题。本发明的优点与有益效果表现在
1、现有的五防电脑钥匙蓄电池充电，必须是在得到调度中心下达的操作指令后进行，无论五防电脑钥匙蓄电池有无充足电源，都可采用座机或手机拨号形式，发出充电信号，强行补充电能。尽管有缺电快充设置，但在充满电截止待机中，蓄电池仍有自动泄露现象，甚至进入了应该充电的临近状态时，也需要充电。所以，本发明在操作人员进行工作准备和前往现场的路途中，发出充电指令信号，再作一次电能补充，是一种双保险的举措；
2、本发明能够完成专一和公用通话线路两种形式的判别。若电话机只做五防电脑钥匙蓄电池充电专用，则发送的信号即为直接充电控制指令，得到指令后，可汇集脉动式充电电流对蓄电池直接充电；若是使用公用电话机，可进行信号识别处理，筛选出充电控制信号。3、本发明使五防电脑钥匙蓄电池不论使用与否，一旦蓄电池出现缺电状态，都能准确判断和及时充电；在无操作任务时，蓄电池既保证了具有额定电量，又尽可能多的处于冷机状态；充电完成后，能够自动跳闸断电。4、本发明减少了五防电脑钥匙蓄电池的老化废弃速度，延长了现有电脑钥匙的使用寿命。尤其是直接从话机线路中获取工作电源的方法，电话盒线端不连话机，当有拨音信号到达时，电压亦有明显升降变化，足以做信号采集，同时也减少了投资。
图I是所述五防电脑钥匙充电控制器电路框图。图2至2-1是所述五防电脑钥匙充电控制器电路示意图。图3是所述五防电脑钥匙充电控制器电路电压积分变化曲线图。图4是本发明一实施例即电脑钥匙安装在充电控制器机盒中的示意图。图中符号与数字表示
I、电脑钥匙蓄电池电量判断电路，2、电话线路采集及电源分支电路，3、电压采样比较·电路，4、脉动振荡电路，5、通讯线路充电控制电路，6、五防电脑钥匙，7、五防电脑钥匙充电机盒，①第一输入端，②第二输入端；开关K1、K2，保险BX，集成运算放大器IC1、IC3，六非门集成块IC2，稳压二极管WYl、WY3，三端稳压器WY2，晶体管BGl. 3，晶体管BG2. 4，发光管Fgl-4，输入、输出插座CZ1、CZ2，继电器J1-J4，整流管D1，电容Cl，电容C2、C3，电位器W1、W2、W5，可控硅 KG，电阻 R1-R15。具体实施内容
结合附图与实施例对本发明做进一步地说明。参见图I、图2、图3、图4可知，本发明以PCB形式设置在充电控制器内，充电控制器在五防电脑钥匙充电机盒里，五防电脑钥匙与其充电机盒是接插件关系。包括电脑钥匙蓄电池电量判断电路1，电话线路采集及电源分支电路2、电压采样比较电路3、脉动振荡电路4、通讯线路充电控制电路5以及通讯中断后的充电自保持电路。其中，电话线路采集及电源分支电路2的第一输入端①、第二输入端②端头从电话接线盒中引接而来，经开关Kl控制，保险管BX保护，二极管Dl半波整流，然后分两个方向使用。一个方向是经第五电阻R5降压，滤波电容Cl滤波，三端稳压器WY2稳压，作为直流工作电源；另一个方向经第六电阻R6，作为通讯网络对电脑钥匙充电投切的识别、控制电路用。更具体的，即电话线路采集及电源分支电路2的第一输入端①、第二输入端②分别与电话接线盒的端头连接以获取工作电源和操作指令信号，其电源分支电路2输出端经第六电阻R6分支与电压采样比较电路3的第二运算放大器IC3连接，运算放大器IC3采用型号UA741。电压采样比较电路3的第二运算放大器IC3输出端6通过第十四电阻R14、微积分电容C3、第四可调电位器W4与通讯线路充电控制电路5的第三晶体管BG3连接，通讯线路充电控制电路5包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、微积分电容C3、第四可调电位器W4、第五可调电位器W5、第三晶体管BG3、第四晶体管BG4、继电器J2、J3，其中，第三、第四晶体管BG3、BG4的集电极与继电器J2、J3的一端相连，J2、J3的另一端与三端稳压器WY2输出的正电源相连，BG3.BG4的射极与第五可调电位器W5的一端相连，第五可调电位器W5的另一端与电话线输入端②相连；所述的J3常开结点J3-1闭合，将可控硅KG送来的脉动式电流经插座CZ2至CZl送给电脑钥匙蓄电池充电。所述电压采样比较模块3，包括第九电阻R9、第十电阻R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12，第二运算放大器IC3，第二稳压二极管WY3;第二运算放大器IC3的输入端3与第六电阻R6分支连接。第二稳压二极管WY3采用规格1N4621/3. 6V。在图2_1中，当第一输入端①、第二输入端②端子从电话接线盒中引接的信号，经第六电阻R6分支连接到电压采样比较电路中，叠加在第九电阻R9与第十电阻RlO的分压值上，传送给第二运算放大器IC3的同相输入端第3脚；IC3的反相输入端2脚接有第二稳压二极管WY3，将电压稳定在4V，起基准比较判断作用。无发送通讯指令时，IC3第3脚的电压V3低于2脚的电压V2，IC3保持截止状。有充电指令到来时，第一输入端①、第二输入端②端头引入电压从43伏升至50V，经第六电阻R6分压，将转换为V3大于V2，且V3 > 5V的门槛电压值，IC3启动翻转，其6脚输出高电平。图2-1中所示脉动振荡电路4包括集成块IC2、第二电容C2、第八电阻R8、第二电位器W2构成环形多谐振荡器，通过输入端点14、输出端点7与电话线路采集及电源分支电路2连接，通过双向二极管D2与可控硅KG连接；集成块IC2为74LS04六非门逻辑电路，第二电位器W2规格型号为X-W IkQ。由于直流不能直接充电，所以将电源做逆变处理形成脉动电流。要形成脉动须进行频率振荡，结合专家系统及经验，高频适宜快充，低频有利电荷排列，稳定性更强，故我们做了 200Hz的中低频频率选择。改变阻容参数则可实现频率粗调，旋转第二多圈电位器W2将完成频率细调。经振荡产生200Hz的脉冲频率，送给双向二 极管D2，进而接通可控硅KG的控制极，并依振荡波形的高低电平控制KG的通断，即形成脉动式充电电流。需要说明的是五防电能钥匙型号不同，工作电压设置有别，即充电电压也不一样。对此，在5 IOV间，我们对第三电位器W3进行调整，这样便能满足不同五防钥匙的参数配合。图2所示的电脑钥匙蓄电池电量判断电路1，包括第一集成运算放大器IC1、第一晶体管BG1、第二晶体管BG2、第一电位器W1、第一稳压二极管WY1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、继电器J1、通讯输入插座CZ1。第一集成运算放大器ICl也采用UA741 ;第一晶体管BGl采用9014、第二晶体管BG2采用8550 ;第一电位器Wl采用规格X-W IkQ，第一稳压二极管WYl采用规格1N4621/3. 6V，继电器Jl采用规格HK23F-5V/2A。由振荡器产生的脉动电流经可控硅阴极传送给输出插座CZ2的第1、2针，根据继电器的启动情况，决定那条支路接通。输出插座CZ2的脉动充电电流又经电缆线传送给另一侧的输入插座CZl的I或2对应针脚。此时若被判断缺电，继电器Jl常开接点Jl-I接通蓄电池EcJf CZ2至CZl针脚I送来的脉动电流接通，对蓄电池立即进行充电。当电池Ec的电量充满时，被比较判断确认后，第一集成运算放大器转为截止，继电器Jl常开结点Jl-I关断，充电结束。所述的电话线路采集及电源分支电路2，包括开关K1，保险管BX，二极管D1，第五电阻R5、第六电阻R6，滤波电容Cl，三端稳压器WY2 ;三端稳压器WY2采用WY78型，依电脑钥匙电压高低确定具体型号。本电路与电话线配套使用，经测量，电话线路待机状态有43V电压，当呼叫信号到来时，上升到50V，电压差值足以做信号判断。同时本发明所有元件工作和充电电流综合一起也在mA级，用电量非常微弱，并与话务管理部门共同测试验证，对通讯线路不会造成任何影响的情况下，做了在电话线路上直接索取信号和工作电源的两用设计。这样，无需作220V等外接电源的设置和配备，也减少了仪器中降压变压器等设施，既方便工作，又降低费用。本发明所述的基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制电路的控制方法，其步骤包括经过通讯线路充电控制电路5的第四晶体管BG4射极上第五可调电位器W5的阻值调整，能够完成专一和公用通话线路两种形式的判别。其中第五可调电位器W5有特别作用，这是一种巧妙和独到的设计。其原理简述如下
I)当充电器至于单一专用的电话线路状态时，可把第四可调电位器W4电阻调为O值，即第四晶体管BG4的射极直接接地，此时第三晶体管BG3、第四晶体管BG4的门槛电压仅为
I.2V。当手机或座机接通电路发出充电指令时，只需响三次左右铃声，电容C3积分电压便会达到和超过门槛值，即U BG3彡I. 2V，第三晶体管BG3、第四晶体管BG4将会导通，启动继电器J2、J3。其中J3常开结点J3-1闭合，将可控硅来的脉动电流经插座CZ2-CZ1送给电脑钥匙蓄电池充电。这样，通过三次响铃，约5秒时间，即避开了瞬间冲击，又判断出确切信号，将充电指令转化为实际充电行为。2)当充电器至于公用的电话线路状态时，把第五电位器W5电阻值从小往IkQ方向调节，将晶体管BG4的射极基准电压提高到2. 8V,使BG3、BG4的门槛电压变为
2.8 + I. 2 = 4 (V)·
即升高到4V。当手机或座机接通话机，发出充电指令时，不会象专用线路那样较快启动，而是要经过电压积分，相对缓慢的过程，用以作与其他通话信号的比较区别。积分过程是
第一，电话拨通，坚持响完，一般铃声在10余次，时间在15秒左右，此时电容器C3充电，Uc3数值如积分式，电压从O 5V积累变化
Ubg3=Uc3=I /RC J0 Uc3dt
电压积分变化曲线如图3所示图3中曲线I是在第一次拨通电话，IC3输出高电平，电容电压U C3作充电积累，从O值a点开始，经过15秒左右，Uc3达到全电压5V的60%，如图中b点。此时铃声结束，因无人接听，其他人在短时间内不太可能重拨，由此放机，IC3返回截止。IC3截止后，6脚输出低电平，Ura转为经电阻R14、R13微分放电，图示曲线I中从b点向d点下降，至回到O值电压。整个过程控制电路不启动。第二，操作者则知道，在第一次响铃结束后，立即重拨(为避免拨号撞车和遇他人重拨，重拨次数可增加，原理相同，于此仅以第一次重拨为例作介绍)。如图3中曲线2，在几秒钟重拨的间隔时间内，电容器C3的电压U。4亦会短时微分放电，降低约10%的幅值，即回到2. 5V的c点。因重拨，IC3又重新输出高电平，电容器将会在余留的c点基础上向e点5V满电压继续积分充电。在此过程中，电压值会达到
U BG3 = U C3 ^ 4 (V)
超过门槛电压，复合管BG3、BG4导通，启动继电器J3，常开结点J3-1接通脉动电路，实施五防钥匙的充电工作。图4示意了本发明所在电脑钥匙安装在充电控制器机盒中的装配图。图中6是所述的五防电脑钥匙，7是充电机盒。五防电脑钥匙6充电时需要平放在充电机盒7内，两者是接插件关系。由于钥匙与充电机盒是紧配合，取拿不便，故中间开有圆弧孔，便于手指嵌着钥匙放取，以之解决。通过本通讯网络五防电脑钥匙充电控制器的应用，除缺电快充和操作前通讯网络发送充电指令外，基本不充电，实现多数时间处于冷机状态，减少热饱和老化影响，由此将大幅度延长电脑钥匙使用寿命，达到设计目的。
权利要求
1.一种基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制器电路，设置在充电控制器内，其特征是，充电控制器内设有电脑钥匙蓄电池电量判断电路(1)电话线路采集及电源分支电路；(2 )电压采样比较电路；(3 )脉动振荡电路；(4 )通讯线路充电控制电路；(5 )及通讯中断后的充电自保持电路；其中， 电话线路采集及电源 分支电路2的第一输入端①、第二输入端②分别与电话接线盒的端头连接以获取工作电源和操作指令信号，其电源分支电路(2)输出端经第六电阻R6分支与电压采样比较电路(3 )的第二运算放大器IC3连接，电压采样比较电路(3 )的第二运算放大器IC3输出端6通过第十四电阻R14、微积分电容C3、第四可调电位器W4与通讯线路充电控制电路(5)的第三晶体管BG3连接，通讯线路充电控制电路(5)包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、微积分电容C3、第四可调电位器W4、第五可调电位器W5、第三晶体管BG3、第四晶体管BG4、继电器J2、J3，其中，第三、第四晶体管BG3、BG4的集电极与继电器J2、J3的一端相连，J2、J3的另一端与三端稳压器WY2输出的正电源相连，第三、第四晶体管BG3、BG4的射极与第五可调电位器W5的一端相连,其W5的另一端与电话线输入端②相连；所述的J3常开结点J3-1闭合，将可控硅KG送来的脉动式电流经插座CZ2至CZl送给电脑钥匙蓄电池充电。
2.根据权利要求I所述的基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制电路，其特征是，所述电脑钥匙蓄电池电量判断电路(1)，包括第一集成运算放大器IC1、第一晶体管BG1、第二晶体管BG2、第一电位器Wl、第一稳压二极管WYl、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、继电器J1、通讯输入插座CZ1。
3.根据权利要求I所述的基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制电路，其特征是，所述电话线路采集及电源分支电路(2)、包括开关K1，保险管BX，二极管D1，第五电阻R5、第六电阻R6，滤波电容Cl，第二稳压二极管WY2。
4.根据权利要求I所述的基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制电路，其特征是，所述电压采样比较模块(3)包括第九电阻R9、第十电阻R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12，第二运算放大器IC3，第二稳压二极管WY3;第二运算放大器IC3的输入端3与第六电阻R6分支连接。
5.根据权利要求I所述的基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制电路，其特征是，所述脉动振荡电路(4)包括集成块IC2、第二电容C2、第八电阻R8、第二电位器W2构成环形多谐振荡器，通过输入端点14、输出端点7与电话线路采集及电源分支电路(2)连接，通过双向二极管D2与可控硅KG连接。
6.根据权利要求I所述的基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制电路的控制方法，其 特征是，该方法步骤如下 (1)经过其中通讯线路充电控制电路(5)第四晶体管BG4射极上第五可调电位器W5的阻值调整，能够完成专一和公用通话线路两种形式的判别； (2)如果需要选择充电频率，则改变阻容参数可实现频率粗调，旋转脉动振荡电路(4)第二电位器W2完成频率细调；经振荡产生200Hz的脉冲频率，送给双向二极管D2，进而接通可控硅KG的控制极，并依振荡波形的高低电平控制可控硅KG的通断，即形成脉动式充电电流； (3 )在得到充电操作指令，通讯线路充电控制电路(3 )和(5 )中第二运算放大器IC3导通，继电器J2启动，常开结点J2-1闭合，经第十五电阻R15接通正电压，使晶体管BG3、BG4继续导通，形成自保持电路；解决操作人员指令发布完毕，放下手机或者座机话筒，信号中断，第 二运算放大器IC3截止输出后，仍能继续充电的问题。
全文摘要
本发明提供基于通讯网络的五防电脑钥匙充电控制器电路及其控制方法，涉及电力系统防误闭锁技术领域。电话线路采集及电源分支电路2第一输入端①、第二输入端②分别与电话接线盒端头连接以获取工作电源和操作指令信号；经过本发明几种电路的调节，尤其是通讯线路充电控制电路5晶体管BG4射极上可调电位器W5的阻值调整，能够完成专一和公用通话线路两种形式的判别，能将可控硅KG送来的脉动电流经插座CZ2至CZ1给电脑钥匙蓄电池充电。蓄电池出现缺电状态时，能准确判断和及时充电；在无操作任务时，蓄电池既保证具有额定电量，又尽可能多的处于冷机状态；充电完成后，能够自动跳闸断电；并提供了充电控制器电路控制使用方法。
文档编号H02J7/00GK102904316SQ20121041803
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者张伟, 魏文伟, 陈淑英, 钟芬, 冯鹏 申请人:四川省电力公司内江电业局, 国家电网公司