一种电机过流或堵转的纯硬件保护装置及其电动晾衣架的制作方法

本实用新型涉及一种电机过流或堵转的纯硬件保护装置及其电动晾衣架。

背景技术：

电动晾衣架在使用过程中会出现电机过流如挂载过重、甚至是堵转如钢丝绳乱绕导致电机无法继续转动这两种情况出现，当这两种情况出现时，晾衣架必须停止工作以避免出现事故，例如电机起火。市面现有的电动晾衣架控制部分对这两种异常情况的处理，通常是用中控单片机MCU用软件的方式进行判断，并通过软件的中断程序以停止对电机的驱动来完成的，原理为：在电动机回路中串联一个0.1欧姆左右的高精度取样电阻，将电动机的电流转换成电压，并送到MCU的一个I/O数据口，MCU的程序对该电压数据进行分析和判断，当程序认为电流超其设定的危险阈值时，启动中断程序，以中断MCU对电机的驱动。这种保护是MCU程序附带的一种功能。

现有的MCU软件保护存在以下问题：1、保护失效；当MCU软件出现紊乱或 BUG时，有可能导致中断保护程序没启动，导致保护失效。经过反复测试发现，该失效率为5-12％；2、过流保护点精度低；3、取样电阻不能取值太小，否则取样电压太小，因杂波干扰导致MCU软件判断准确率下降，如果取样电阻太大又导致其温升过快提升，出现温漂，同样导致精度下降。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种电机过流或堵转的纯硬件保护装置及其电动晾衣架，其克服了背景技术所存在的不足。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种电机过流或堵转的纯硬件保护装置，其特征在于：它包括取样和转换模块、信号处理模块、模数转换模块和中心控制模块；取样和转换模块连接信号处理模块，信号处理模块连接模数转换模块，模数转换模块连接中心控制模块；

取样和转换模块将电流转换为电压信号并将该电压信号传送至信号处理模块；信号处理模块将采集到的电压信号进行放大并将放大后的电压信号传送至模数转换模块；模数转换模块将放大处理后的电压模拟信号进行模数转换成电压数字信号并将该数字信号传送至中心控制模块；中心控制模块通过数字信号之高低电平以控制继电器常开触点之通断进而控制电机之持续或停止转动。

一较佳实施例之中，取样和转换模块包括取样电阻R1，取样电阻R1之一端连接电机B1负极、另一端连接电源负极；信号处理模块包括运算放大器U1D，其正负极输入端分别与取样电阻R1之两端相连接，其输出端连接模数转换模块之输入端。

一较佳实施例之中，模数转换模块包括比较器U1A，另设有用于提供预设之阈值的基准源模块，其负极输入端与基准源模块输出端相连接，其正极输入端与信号处理模块输出端相连接。

一较佳实施例之中，还包括信号锁定模块，它连接模数转换模块和中心控制模块，当中心控制模块控制电机停止转动时，它为中心控制模块提供持续的驱动电压以使电机保持停止状态。

一较佳实施例之中，还包括将放大后的电压信号进行滤波的信号过滤模块，它包括滤波电容C1，滤波电容C1两端分别与信号处理模块输出端和接地端相连接。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案之二是：一种应用所述的一种电机过流或堵转的纯硬件保护装置的电动晾衣架，其特征在于：电动晾衣架包括升降杆部分和控制升降杆升降的电路部分，电路部分包括该纯硬件保护装置。

由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

该保护装置完全由硬件组成，从取样、电流信号向电压信号转换、电压信号放大、模拟信号转换为数字信号、以及保护性的关断，整个链条都是由电子线路来完成，没有经过中控单片机MCU，即没有软件参与，从而使其可靠度大大提升，也就是在软件保护之外又多了一项纯硬件防护网。经过反复测试，未发现失效情况出现。从而大大提高了晾衣架的使用安全性，降低了安全隐患。

同时，电机过流保护点精度非常高，而且可靠；且，该装置可以采用更低阻值的取样电阻，减少电阻的发热量，减少温漂、提高可靠性。

附图说明

图1为取样和转换模块、信号处理模块、信号过滤模块的连接示意图。

图2为取样和转换模块中电压与电流的函数关系示意图。

图3为模数转换模块的示意图。

图4为模数转换模块的逻辑关系示意图。

图5为基准源模块示意图。

图6为信号处理模块中V1和V2的函数关系示意图。

图7为信号锁定模块示意图。

图8为中心控制模块示意图。

图9为该装置的结构框图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

参照图1至图9，一种电机过流或堵转的纯硬件保护装置，它包括取样和转换模块、信号处理模块、模数转换模块和中心控制模块；取样和转换模块连接信号处理模块，信号处理模块连接模数转换模块，模数转换模块连接中心控制模块。

取样和转换模块将电流转换为电压信号并将该电压信号传送至信号处理模块；本实施例中，取样和转换模块包括取样电阻R1，取样电阻R1之一端连接电机B1负极、另一端连接电源负极。该取样和转换模块输出端的电压为-V1。

信号处理模块将采集到的电压信号进行放大并将放大后的电压信号传送至模数转换模块；本实施例中，信号处理模块包括运算放大器U1D，其正负极输入端分别与取样电阻R1之两端相连接，其输出端连接模数转换模块之输入端。本实施例中，该信号处理模块还包括电阻R2、电阻R3、电阻R44和电阻R5,电阻 R2两端分别与电源负极、电阻R3相连接，电阻R3两端分别与运算放大器U1D 负极输入端、电阻R5相连接，电阻R44两端分别与电机负极和运算放大器U1D 正极输入端相连接，电阻R5另一端为该信号处理模块之输出端，该输出端为放大后的电压信号V2。

本实施例中，该装置还包括将放大后的电压信号进行滤波的信号过滤模块，它包括滤波电容C1，滤波电容C1两端分别与信号处理模块输出端和接地端相连接。

模数转换模块将放大处理后的电压模拟信号进行模数转换成电压数字信号并将该数字信号传送至中心控制模块；本实施例中，模数转换模块包括比较器 U1A，另设有用于提供预设之阈值的基准源模块，其负极输入端与基准源模块输出端相连接，其正极输入端与信号处理模块输出端相连接。

本实施例中，模数转换模块还包括二极管D12、电阻R7和滤波电容C3，二极管D12之输入端与比较器U1A之输出端相连接，二极管D12之输出端与电阻 R7相连接，电阻R7另一端与滤波电容C3相连接，滤波电容C3另一端与接地端相连接，电阻R7另一端为该模数转换模块之输出端，该输出端电压为V3。

中心控制模块通过数字信号之高低电平以控制继电器常开触点之通断进而控制电机之持续或停止转动。

本实施例中，中心控制模块包括单片机U2、NPN三极管Q4、NPN三极管Q3、继电器K1，单片机U2之电机驱动端口与NPN三极管Q4之集电极、NPN三极管 Q3之基极相连接，NPN三极管Q4之基极与模数转换模块之输出端相连接，NPN 三极管Q4之发射极与接地端相连接，继电器K1之线圈输出端与NPN三极管Q3 之集电极相连接，继电器K1之常开触点输出端与电机B1之正极相连接，NPN三极管Q3之发射极与电源负极相连接。

本实施例中，中心控制模块还包括电阻R10，电阻R10一端与单片机U2之电机驱动端口相连接，电阻R10另一端与NPN三极管Q4之集电极、NPN三极管 Q3之基极相连接。

本实施例中，该装置还包括信号锁定模块，它连接模数转换模块和中心控制模块，当中心控制模块控制电机停止转动时，它为中心控制模块提供持续的驱动电压以使电机保持停止状态。

本实施例中，所述信号锁定模块包括PNP三极管Q2、NPN三极管Q1、稳压二极管ZD2、电阻R15和电阻R16，电阻R15两端分别与电源和PNP三极管Q2 之发射极相连接，稳压二极管之输入端与模数转换模块之输出端相连接，稳压二极管之输出端与PNP三极管Q2之集电极、电阻R16之一端、NPN三极管Q1之基极相连接，NPN三极管Q1之集电极与PNP三极管Q2之基极相连接，NPN三极管Q1之发射极与电阻R16之另一端、接地端相连接，稳压二极管之输出端与NPN 三极管Q4之基极相连接。

该装置的工作原理为：

以取样电阻R1＝0.05欧姆为例，过流保护点取值为I＝3A时，过流点取样电压V1为0.15V，见图1的电路图和图2的函数关系。

取样电压V1经过信号处理模块和信号过滤模块，其放大后的电压V2＝2.5V，如图3和图6所示。

信号处理模块放大的电压V2是个连续变化的模拟量，需要转换成0或1的数字量信号V3，设定电压0V为“0”当量，设定+5V为“1”当量。

当信号处理模块送来的放大信号达到预设的阈值+2.5V基准并超过时，也即，电机过流或者堵转时，比较器U1A启动，其输出端由原来的“0”，即低电平信号(0V)，转换为“1”，即高电平信号(+5V)，并将该信号V3送到中心控制模块，见图3、图4所示。此时，NPN三极管Q4导通，并将单片机U2之电机驱动端口高电平强行拉低为0V的低电平，NPN三极管Q3之基极电压为0V从而截止，继电器K1之常开触点打开，继电器停止工作，电机驱动被关闭，电机停止工作。

当电机过流或堵转时，本装置启动并将单片机U2的第16脚高电平输出通过三极管Q4拉地，使得三极管Q3停止工作，继电器K1停止工作，电机的回路被切断，电机线圈无电流通过。一旦电机电源被切断，则取样电阻R1上面通过的电流变为零，此时该装置也自动停止工作，三极管Q4停止工作，则三极管Q3 基极恢复单片机U2对其高电平驱动，继电器K1再次导通，电机回路再次恢复导通，但是，此时由于过流或堵转故障还没有被解除，取样电阻R1上的取样信号再次达到保护点，再次启动本装置电路，这样的情况会反复发生，从而产生振荡。为避免此状况发生，加入了信号锁定模块。

信号锁定模块工作原理：该电路在信号V3(+5V)来过之后，通过4.3V的稳压二极管ZD2，使NPN型三极管Q1的基极有0.5-0.7V的驱动电压，使其导通，而Q1的导通则启动了PNP型三极管Q2的导通，三极管Q2的导通实际是把VCC 电源再引到三极管Q1之基极，因此，即使信号V3消失了，三极管Q1之基极仍有VCC电源通过电阻R15和电阻R16分压后传递过来的基极驱动电压，而这个电压也可以一直传递给三极管Q4,这样一来，只要VCC电压不消失，本装置电路的锁定就不解除。

当信号处理模块送来的放大信号未达到预设的阈值+2.5V基准时，也即，电机正常工作时，比较器U1A不启动，其输出端始终保持为0V，也即V3信号为 0V，三极管Q4不工作，单片机U2的第16脚始终为高电平输出，三极管Q3导通，继电器之常开触点为闭合状态，保证电机B1正常工作。

应用该装置的电动晾衣架，它包括升降杆部分和控制升降杆升降的电路部分，电路部分包括该纯硬件保护装置。该纯硬件保护装置不仅用于电动晾衣架，它可应用于设置有电机的电路上以保护电机，如按摩机芯、电风扇等小家电上，不以此为限。

该保护装置完全由硬件组成，从取样、电流信号向电压信号转换、电压信号放大、模拟信号转换为数字信号、以及保护性的关断，整个链条都是由电子线路来完成，没有经过单片机MCU，即没有软件参与，从而使其可靠度大大提升，也就是在软件保护之外又多了一项纯硬件防护网。经过反复测试，未发现失效情况出现。从而大大提高了晾衣架的使用安全性，降低了安全隐患。

同时，电机过流保护点精度非常高，而且可靠；且，该装置可以采用更低阻值的取样电阻，减少电阻的发热量，减少温漂、提高可靠性。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。