專利名稱：帶有負(fù)載功率顯示的智能惡性負(fù)載識別與保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有電能與功率計量、惡性負(fù)載功率顯示、阻性惡性負(fù)載識另IJ，并帶有聲光報警及保護(hù)功能的裝置，屬惡性負(fù)載識別與保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
目前，在一些學(xué)校和工廠中，學(xué)生和職工在宿舍內(nèi)經(jīng)常使用大功率的用電設(shè)備，使得電線過快老化或超負(fù)荷運(yùn)行，從而給宿舍的用電安全帶來隱患甚至引發(fā)火災(zāi)。目前，針對學(xué)生公寓及職工宿舍的安全用電問題，國內(nèi)外已有一些相應(yīng)的用電保護(hù)裝置，其主要功能是通過這些裝置在一定程度上限制用電設(shè)備的功率，然而這些用電保護(hù)裝置常常存在一定的缺陷如(I)對于某些用電設(shè)備，由于其啟動時功率要遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時的功率，這可能造成用電保護(hù)系統(tǒng)的誤動作；(2) —些用電保護(hù)裝置不能對負(fù)載的性質(zhì)進(jìn)行判斷，即無法 區(qū)分阻性負(fù)載、容性負(fù)載及感性負(fù)載，使得一些具有容性及感性的負(fù)載無法正常工作。(3)一些用電保護(hù)裝置在動作后，需要人工對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，從而浪費(fèi)了人力資源，同時帶來了使用上的不便，從而限制了此裝置的大規(guī)模應(yīng)用。(4) 一些用電保護(hù)裝置在設(shè)定完門限功率后無法進(jìn)行調(diào)節(jié)，這給裝置在不同場合及情況下的應(yīng)用帶來了不便。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)中存在的不足之處，提供一種應(yīng)用范圍廣、設(shè)計合理、功能強(qiáng)大的惡性負(fù)載識別與保護(hù)裝置。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是包括信號采集單元、比較單元、電能計量單元、控制單元、聲光報警單元和顯示單元，所述的信號采集單元由電壓采樣電阻R5、RPl和電流采樣電阻Rl組成，用于實(shí)時采集負(fù)載的電流和電壓，所述的比較單元由比較模塊LM339 U2及門限功率設(shè)置電位器RP2組成，用于判斷負(fù)載的性質(zhì)，并判斷負(fù)載是否為惡性負(fù)載，當(dāng)負(fù)載為惡性時輸出惡性負(fù)載識別信號，電能計量單元由電能計量模塊AD7755U1和光電轉(zhuǎn)換模塊TLP521-2U5組成，用于計算負(fù)載消耗的電能并以脈沖的形式輸出，控制單元由單片機(jī)控制模塊STC12C2052U3和繼電器Kl組成，用于控制用電系統(tǒng)電源的通或斷，同時將負(fù)載消耗的電能送入顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示，聲光報警單元由發(fā)光二極管D4、蜂鳴器SPEAKER和三極管Q5組成，當(dāng)識別出惡性負(fù)載后，該系統(tǒng)啟動聲光報警提示，顯示單元由四位數(shù)碼管MT05641BR U4及其驅(qū)動器Q6 Q9組成，在惡性負(fù)載情況下顯示惡性負(fù)載的功率。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是(I)本實(shí)用新型能夠?qū)ω?fù)載的性質(zhì)進(jìn)行判斷，即能夠判斷負(fù)載為容性、阻性或感性，只有當(dāng)負(fù)載的有功功率超過設(shè)定的門限功率時，該裝置才啟動報警和保護(hù)功能；(2)本實(shí)用新型能夠?qū)τ秒娫O(shè)備啟動時造成的負(fù)載過大與惡性負(fù)載進(jìn)行判別，從而有效避免系統(tǒng)的誤動作；(3)本實(shí)用新型在惡性負(fù)載移除后能夠自動對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，恢復(fù)系統(tǒng)供電，有效節(jié)約了人力成本；(4)本實(shí)用新型能夠連續(xù)調(diào)節(jié)惡性負(fù)載的門限功率，并且對于不同的應(yīng)用環(huán)境門限功率可重新設(shè)置，因此使用更為方面，應(yīng)用范圍更廣。

圖I是本實(shí)用新型原理框圖；圖2是本實(shí)用新型功率比較單元LM339模塊電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型電能計量單元AD7755模塊電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型控制單元STC12C2052模塊電路原理·[0014]圖5是本實(shí)用新型顯示單元MT05641BR模塊電路原理圖；圖6是本實(shí)用新型電路原理總圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。由圖I-圖6可知，本實(shí)用新型包括信號采集單元I、比較單元2、電能計量單元3、控制單元4、聲光報警單元5和顯示單元6，所述的信號采集單元I由電壓采樣電阻R5、RP1和電流采樣電阻Rl組成，用于實(shí)時采集負(fù)載的電流和電壓，所述的比較單元2由比較模塊LM339U2及門限功率設(shè)置電位器RP2組成，用于判斷負(fù)載的性質(zhì)，并判斷負(fù)載是否為惡性負(fù)載，當(dāng)負(fù)載為惡性時輸出惡性負(fù)載識別信號，電能計量單元3由電能計量模塊AD7755U1和光電轉(zhuǎn)換模塊TLP521-2U5組成，用于計算負(fù)載消耗的電能并以脈沖的形式輸出，控制單元4由單片機(jī)控制模塊STC12C2052U3和繼電器Kl組成，用于控制用電系統(tǒng)電源的通或斷，同時將負(fù)載消耗的電能送入顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示，聲光報警單元5由發(fā)光二極管D4、蜂鳴器SPEAKER和三極管Q5組成，當(dāng)識別出惡性負(fù)載后，該系統(tǒng)啟動聲光報警提示，顯示單元由四位數(shù)碼管MT05641BR U4及其驅(qū)動器Q6 Q9組成，在惡性負(fù)載情況下顯示惡性負(fù)載的功率。所述的信號采集單元中R5的一端與火線相連，另一端經(jīng)滑動變阻器RPl和電阻R14分別與AD7755 Ul及LM339 U2相連。電阻Rl串聯(lián)在零線中用于測量負(fù)載電流并以電壓的方式輸出。所述的比較單元中芯片LM339經(jīng)電阻R13與滑動變阻器RP2的中心端相連，且與光電耦合器TLP521-2設(shè)有信號通道，調(diào)節(jié)RP2滑動端的位置可以調(diào)整惡性負(fù)載的門限功率。所述的電能計量單元中芯片AD7755 Ul與短路跳線S5 SI的中心端相連接，用于調(diào)整AD7755 Ul的工作模式，所述的聲光報警單元中的三極管Q5用于驅(qū)動蜂鳴器SPEAKER。所述的控制單元中的芯片STC12C2052 U3與TLP521-2設(shè)有信號通道，用于接收經(jīng)光電耦合器TLP521-2隔離后的惡性負(fù)載識別信號和負(fù)載功率脈沖信號，芯片STC12C2052U3經(jīng)8個限流電阻分別與4位數(shù)碼管MT05641BR U4相連。本實(shí)用新型由信號采集單元、比較單元、電能計量單元、控制單元、聲光報警單元和顯示單元組成。信號采集單元由電壓采樣電阻R5、RPl,電流采樣電阻Rl組成，比較單元由比較模塊LM339U2及門限功率設(shè)置電位器RP2組成，電能計量單元由電能計量模塊AD7755 Ul和光電轉(zhuǎn)換模塊TLP521-2U5組成，控制單元由單片機(jī)控制模塊STC12C2052 U3和繼電器Kl組成，聲光報警單元由發(fā)光二極管D4、蜂鳴器SPEAKER和三極管Q5組成，顯示單元由四位數(shù)碼管MT05641BR U4及其驅(qū)動器Q6 Q9組成。信號采集單元中R5的一端與火線相連，另一端經(jīng)滑動變阻器RPl和電阻R14分別與AD7755 Ul的8腳及LM339 U2的4、5腳相連。電阻Rl串聯(lián)在零線中用于測量負(fù)載電流并以電壓的方式輸出，Rl的一端經(jīng)R3與AD7755 Ul的6腳相連，另一端與LM339 U2的9腳相連，并經(jīng)R2與AD7755U1的5腳相連。比較單元中芯片LM339的3腳接+12V電源，7腳經(jīng)電阻R13與滑動變阻器RP2的中心端相連，調(diào)節(jié)RP2滑動端的位置可以調(diào)整惡性負(fù)載的門限功率，比較單元中芯片LM339的13腳為惡性負(fù)載識別信號輸出端，該腳接光電稱合器TLP521-2的3腳。電能計量單元中芯片AD7755 Ul的1、2腳接+5V電源，22腳為脈沖輸出端CF，經(jīng)RlO和發(fā)光二極管DO與TLP521-2的I腳相連，芯片AD7755U1的12 16腳與短路跳線S5 SI的中心端相連接，用于調(diào)整AD7755 Ul的工作模式。聲光報警單元中的三極管Q5用于驅(qū)動蜂鳴器SPEAKER發(fā)出報警聲音，Q5的基極與控制器STC12C2052 U3的P3. O引腳相連，發(fā)光二極管D4的陽極經(jīng)限流電阻R34接+5V電源，D4的陰極接控制器STC12C2052 U3的P3. O引腳?？刂茊卧械男酒琒TC12C2052 U3的20腳接+5V電源，6、7腳分別與TLP521-2的8腳和6腳相連，用于接收經(jīng)光電耦合器TLP521-2隔離后的惡性負(fù)載識別信號和負(fù)載功率脈沖信號，芯片 STC12C2052 U3 的 P3. I (3 腳)、Ρ3· 4 (8 腳)、Ρ3· 5 (9 腳)和 Ρ3·7(11 腳)經(jīng)4個限流電阻分別與Q6 Q9的基極相連，芯片STC12C2052 U3的12 19腳經(jīng)8個限流電阻分別與4位數(shù)碼管MT05641BR U4的I 5、7、10、11腳相連。控制單元中的繼電器Kl的5腳接+12V電源，4腳接三極管Q2的集電極，三極管Q1、Q2為繼電器Kl的驅(qū)動器，Ql的基極經(jīng)電阻R36接于芯片STC12C2052U3的2腳，繼電器Kl的1、2引腳串聯(lián)在火線中，當(dāng)無惡性負(fù)載時，Kl的1、2腳導(dǎo)通，主電路保持供電狀態(tài)，當(dāng)有惡性負(fù)載時Kl動作，Kl的1、2腳斷開，主電路斷電。顯示單元中三極管Q6 Q9的發(fā)射極接+5V電源，集電極分別接數(shù)碼管MT05641BRU4 的 6、8、9、12 腳。圖3中插座Jl與交流220V電源相連接，插座J2與負(fù)載相連接。本實(shí)用新型的工作原理為負(fù)載的電流和電壓經(jīng)信號采集單元采集后送入比較單元模塊LM339的5、6和9腳，比較單元模塊LM339判斷負(fù)載的性質(zhì)，并將負(fù)載的有功功率與所設(shè)定的門限功率進(jìn)行比較，當(dāng)負(fù)載的有功功率大于所設(shè)定的門限功率時則認(rèn)為負(fù)載為惡性負(fù)載，此時LM339的13腳輸出高電平作為惡性負(fù)載的識別信號,該信號經(jīng)光電稱合器TLP521-2隔離后送入控制單元模塊STC12C2052的P3. 3腳，控制單元模塊STC12C2052收到此信號后啟動其內(nèi)部的計時器，如果計時器達(dá)到所設(shè)定的計時時間(如5秒或10秒)，惡性負(fù)載識別信號仍然存在，則認(rèn)為此負(fù)載為惡性負(fù)載，而并非容性或感性負(fù)載啟動引起的短時功率過載，此時控制單元模塊STC12C2052的2腳輸出低電平控制指令，該指令經(jīng)Ql、Q2驅(qū)動后使繼電器Kl動作，切斷主電路電源，起到保護(hù)的目的，并且發(fā)光二極管D4點(diǎn)亮，蜂鳴器SPEAKER發(fā)出報警聲，啟動聲光報警提示；與此同時，控制單元記錄此時由電能計量模塊AD7755送入的脈沖數(shù)，通過計算得到此時負(fù)載的功率值，并將其送入顯示系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時顯示。當(dāng)控制單元模塊STC12C2052檢測到P3. 3腳惡性負(fù)載識別信號消失(即變?yōu)榈碗娖?，且保持一定時間后(如I分鐘)，其控制端2腳輸出高電平，繼電器Kl釋放，系統(tǒng)復(fù)位，主電路通電，同時控制單元模塊STC12C2052繼續(xù)累計AD7755送入的脈沖數(shù)，并計算負(fù)載消耗的總功率，將其送入顯示單元進(jìn)行顯示。通過調(diào)整滑動變阻器RP2可以改變所設(shè)定的門限功 率，從而使得本裝置能夠適用于不同場合及不同負(fù)載要求。
權(quán)利要求1.一種帶有負(fù)載功率顯示的智能惡性負(fù)載識別與保護(hù)裝置，包括信號采集單元(I)、比較單元(2)、電能計量單元(3)、控制單元(4)、聲光報警單元(5)和顯示單元(6)，其特征在于所述的信號采集單元(I)由電壓采樣電阻R5、RPl和電流采樣電阻Rl組成，用于實(shí)時采集負(fù)載的電流和電壓，所述的比較單元(2)由比較模塊LM339 U2及門限功率設(shè)置電位器RP2組成，用于判斷負(fù)載的性質(zhì)，并判斷負(fù)載是否為惡性負(fù)載，當(dāng)負(fù)載為惡性時輸出惡性負(fù)載識別信號，電能計量單元(3)由電能計量模塊AD7755 Ul和光電轉(zhuǎn)換模塊TLP521-2 U5組成，用于計算負(fù)載消耗的電能并以脈沖的形式輸出，控制單元(4)由單片機(jī)控制模塊STC12C2052 U3和繼電器Kl組成，用于控制用電系統(tǒng)電源的通或斷，同時將負(fù)載消耗的電能送入顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示，聲光報警單元(5)由發(fā)光二極管D4、蜂鳴器SPEAKER和三極管Q5組成，當(dāng)識別出惡性負(fù)載后，該系統(tǒng)啟動聲光報警提示，顯示單元由四位數(shù)碼管MT05641BR U4及其驅(qū)動器Q6 Q9組成，在惡性負(fù)載情況下顯示惡性負(fù)載的功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有負(fù)載功率顯示的智能惡性負(fù)載識別與保護(hù)裝置，其特征在于所述的信號采集單元中R5的一端與火線相連，另一端經(jīng)滑動變阻器RPl和電阻R14分別與AD7755 Ul及LM339 U2相連，電阻Rl串聯(lián)在零線中用于測量負(fù)載電流并以電壓的方式輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有負(fù)載功率顯示的智能惡性負(fù)載識別與保護(hù)裝置，其特征在于所述的比較單元中芯片LM339經(jīng)電阻R13與滑動變阻器RP2的中心端相連，且與光電耦合器TLP521-2設(shè)有信號通道，調(diào)節(jié)RP2滑動端的位置可以調(diào)整惡性負(fù)載的門限功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有負(fù)載功率顯示的智能惡性負(fù)載識別與保護(hù)裝置，其特征在于所述的電能計量單元中芯片AD7755 Ul與短路跳線S5 SI的中心端相連接，用于調(diào)整AD7755 Ul的工作模式，所述的聲光報警單元中的三極管Q5用于驅(qū)動蜂鳴器SPEAKER。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有負(fù)載功率顯示的智能惡性負(fù)載識別與保護(hù)裝置，其特征在于所述的控制單元中的芯片STC12C2052 U3與TLP521-2設(shè)有信號通道，用于接收經(jīng)光電耦合器TLP521-2隔離后的惡性負(fù)載識別信號和負(fù)載功率脈沖信號，芯片STC12C2052 U3經(jīng)8個限流電阻分別與4位數(shù)碼管MT05641BR U4相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種惡性負(fù)載識別與保護(hù)裝置，特別是一種帶有負(fù)載功率顯示的智能惡性負(fù)載識別與保護(hù)裝置，包括信號采集單元、比較單元、電能計量單元、控制單元、聲光報警單元和顯示單元，其中信號采集單元由電壓采樣電阻R5、RP1，電流采樣電阻R1組成，比較單元由比較模塊LM339 U2及門限功率設(shè)置電位器RP2組成，電能計量單元由電能計量模塊AD7755 U1和光電轉(zhuǎn)換模塊TLP521-2 U5組成，控制單元由單片機(jī)控制模塊STC12C2052 U3和繼電器K1組成，本實(shí)用新型能夠有效判斷負(fù)載是否為惡性負(fù)載，避免系統(tǒng)的誤動作，在惡性負(fù)載移除后能夠自動對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，且能夠連續(xù)調(diào)節(jié)惡性負(fù)載的門限功率，使用方便，應(yīng)用范圍廣。
文檔編號G01R22/10GK202735383SQ20122040298
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者范繼祥, 尹燕宗, 蔡琳, 張子銳 申請人:哈爾濱師范大學(xué)