电气火灾监控探测器电路

本申请是名为《电气火灾监控探测器电路》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2017年07月25日，申请号为201710611435.3。

技术领域

发明涉及探测器领域，具体涉及电气火灾监控探测器电路。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

电气火灾监控设备由一台计算机作为主控上位机，配合防火漏电报警系统终端、剩余电流探测器和若干带分励脱扣功能的断路器，通过二总线连接到主控上位机，通过应用软件组成一个完整的防火漏电报警系统；主控机具有巡检、监控、声音报警、打印及查询系统等多种功能，完成智能化的管理；该系统采用集散控制方案，一台微型计算机可以监控512台防火漏电系统终端；防火漏电系统终端能够独立工作，可以通过系统终端现场查看用电的各项参数。

但是现有的电气火灾监控设备会配有气体传感器用于对有毒有害气体的感应，配有烟雾传感器对产生烟雾进行感应，配有温度传感器对温度值和温度变化的速率进行感应，其并不对自身的设备进行检测，一旦电气火灾监控设备自身发生故障，就容易出现误报或者漏报现象，导致火灾误报或者发生火灾却没有报警，出现重大损失。

发明内容

本发明的目的是提供电气火灾监控探测器电路，设置在电气火灾监控设备中，用于对自身的设备进行检测，防止出现意外造成损失。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：电气火灾监控探测器电路，包括：

电源模块，连接至负载线路并将其电源转换后提供给中央处理运算单元模块、信号采集单元、人机对话单元和通讯模块用电；

信号采集单元，通过电流互感器采集负载线路的电流信号，再经过隔离、放大和滤波处理送入与其连接的中央处理运算单元模块；

中央处理运算单元模块，接收信号采集单元模块传输的信息并进行分析处理以及判断，实现电气火灾探测器的实时故障电流信息和预警、报警、控制信息显示及声光报警功能；

通信模块，将中央处理运算单元模块的数据传输至监控设备，用于实现发现故障的及时报警；

人机对话单元，连接至中央处理运算单元模块，用于方便用户直接查看火灾监控探测器运行状态及进行参数设置；

控制输出模块，设置在与负载线路上的开关连接的分励脱扣器和中央处理运算单元模块之间，用于输出报警保护信号和脱扣输出信号，驱动与其连接的分励脱扣器动作控制负载线路上的开关；

所述通信模块包括信号发送电路、发送接收处理电路和防浪涌保护电路；所述防浪涌保护电路包括上位机连接模块(J2)、双向浪涌二极管(TVS1)、第十二电阻(R12)、整流桥(DD1)；所述上位机连接模块(J2)通过第一通讯总线(L1)连接第十二电阻(R12)的一端，所述上位机连接模块(J2)通过第二通讯总线(L2)连接至双向浪涌二极管(TVS1)的另一端，所述第十二电阻(R12)的一端连接双向浪涌二极管(TVS1)的一端；所述双向浪涌二极管(TVS1)的一端还连接至整流桥(DD1)的第一输入端，其另一端则连接至整流桥(DD1)的第二输入端，所述整流桥(DD1)的第三输出端则连接VL-电源，所述整流桥(DD1)的第四输出端则连接VL+电源；所述防浪涌保护电路通过双向浪涌二极管TVS1进行防浪涌保护，并且通信模块中设置有第一光耦UP1、第二光耦UP2、第三光耦UP3、第三光耦UP4构成光耦隔离，且上位机通过发送第二通讯通讯24V电平控制信号。

优选地，所述电源模块包括负载连接模块、保护滤波电路、AC/DC模块和DC/DC电路；所述负载连接模块的第二、三端连接至保护滤波电路，所述负载连接模块的第一端则连接至地线，所述保护滤波电路再连接至AC/DC模块的交流输入端，所述AC/DC模块的输出端则连接至DC/DC电路用于转换电源。

优选地，所述保护滤波电路包括保险丝、压敏电阻、热敏电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述保险丝的一端连接至负载连接模块的第三端，所述保险丝的另一端连接至压敏电阻的一端，所述压敏电阻的另一端连接至负载连接模块的第二端，所述压敏电阻的一端还连接至第一电容的一端，所述压敏电阻的另一端还连接至第一电容的另一端，所述第一电容的一端连接第二电容的一端，所述第一电容的另一端还连接至第三电容的一端，所述第三电容的一端还连接至AC/DC模块的第二交流输入端，所述第二电容的一端还连接至热敏电阻的一端，所述热敏电阻的另一端则连接至AC/DC模块的第一交流输入端，所述负载连接模块的第一端、第三电容的另一端和第二电容的另一端都接地线。

优选地，所述DC/DC电路包括第一二极管、第一电感、稳压芯片、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容；所述第四电容的一端连接至AC/DC模块的VCC输出端，所述第四电容的另一端则连接至AC/DC模块的GND端，所述第四电容的一端还连接第一二极管的负极，所述第一二极管的负极还连接至第一电感的第一端口，所述第一电感的第二端口则连接至第五电容的一端，所述第一电感的第三端口则连接至第六电容的一端，所述第六电容的一端还连接有+5V电源，所述第六电容的一端还连接第七电容的一端，所述第七电容的一端还连接至稳压芯片的输入端，所述稳压芯片的输出端则连接第八电容的一端，所述第八电容的一端还连接至VDD电源，所述第四电容的另一端、第一二极管的正极、第五电容的另一端、第六电容的另一端、第七电容的另一端、稳压芯片的GND端和第八电容的另一端都接GND。

优选地，所述信号采集单元包括电流互感器、至少一个隔离保护电路和与隔离保护电路连接的电流采样模块；所述隔离保护电路包括第三电阻、第三光耦、第一电阻、第二电阻、第九电容、第一钳位二极管；所述电流互感器采样连接至负载线路采样其的剩余电流和过电流，并连接至第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端则连接至第三光耦的第二端，所述第三光耦的第一端则连接VDD电源，所述第三光耦的第四端则连接VCC电源，所述第三光耦的第三端则连接第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端则连接第二电阻的一端，所述第二电阻的一端还连接第九电容的一端，所述第二电阻的另一端还连接至第九电容的另一端，所述第九电容的一端还连接至第一钳位二极管的一端，所述第九电容的另一端则连接至第一钳位二极管的另一端；所述第一钳位二极管的两端则连接至电流采样模块。

优选地，所述电流采样模块包括第一运放、第二运放、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第十电容；所述第一钳位二极管的一端连接至第二运放的同相输入端，所述第一钳位二极管的另一端则连接至第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端则连接至第二运放的反相输入端，所述第七电阻的一端还连接至第六电阻的一端，所述第六电阻的一端还连接至第十电容的另一端，所述第二运放的反相输入端还连接第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端还连接至第二运放的输出端，所述第二运放的输出端连接至第一运放的同相输入端，所述第六电阻的另一端还连接至第一运放的反相输入端，所述第一运放的反相输入端还连接第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接至第一运放的输出端，所述第一运放的输出端连接至第十电容的一端，所述第十电容的一端还连接至中央处理运算单元模块。

优选地，所述中央处理运算单元模块采用24FJ32GA002单片机，其为PIC24系列的16bit单片机，有16个可编程I/O口，ProgramFlash Memory 32KB,RAMsize8K；所述人机对话单元设置显示器用于实时检测受控回路电流运行参数，还设置键盘用于实现人机对话的输入功能，还设置LED指示灯用于指示电气火灾监控探测装置运行状态，设置蜂鸣器用于提示电气火灾监控探测装置报警状态。

优选地，所述接收处理电路包括第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容、第四光耦、第五光耦、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管；所述第二二极管的正极连接VL+电源，所述第十一电容的另一端连接VL-电源，所述第二二极管的负极则连接至第十三电阻的一端，所述第十三电阻的另一端则连接第十一电容的一端，所述第十三电阻的另一端连接至第十四电阻的一端，所述第十四电阻的一端还连接至第一三极管的集电极，所述第十四电阻的另一端则连接第一三极管的基极，所述第十四电阻的另一端还连接第十二电容的一端，所述第一三极管的基极还连接至第三二极管的负极，所述第十二电容的另一端还分别连接至第十一电容的另一端和第三二极管的正极，所述第三二极管的正极还连接至第十三电容的另一端，所述第十三电容的一端还连接至第一三极管的发射极，所述第一三极管的发射极还连接至第十七电阻的一端，所述第二二极管的正极还连接至第十五电阻的一端，所述第十五电阻的另一端则连接至第六二极管的正极，所述第六二极管的负极则连接至第三三极管的基极，所述第十五电阻的一端还连接至第四二极管的正极，所述第四二极管的负极连接第五二极管的负极，所述第五二极管的负极则连接第十六电阻的一端，所述第十六电阻的另一端则接VL-电源，所述第五二极管的正极则连接第十七电阻的另一端，所述第十七电阻的另一端还连接至第二三极管的基极，所述第二三极管的发射极还连接第十七电阻的一端，所述第二三极管的集电极则连接至第十九电阻的一端，所述第十九电阻的另一端则连接第四光耦的第一端，所述第三三极管的集电极连接第十八电阻的一端，所述第十八电阻的另一端则连接第七二极管的负极，所述第七二极管的负极还连接至第四光耦的第二端，所述第三三极管的发射极连接至第五光耦的第一端，所述第十三电容的另一端还连接至第七二极管的正极，所述至第七二极管的正极连接至第五光耦的第二端；所述第四光耦的第四端则连接第二十电阻的一端，所述第二十电阻的另一端接VDD电源，所述第二十电阻的一端还连接第十四电容的一端，所述第十四电容的另一端和第四光耦的第三端都接地，所述第十四电容的一端还连接至中央处理运算单元模块；所述第五光耦的第四端连接VDD电源，所述第五光耦的第三端则连接至第二十一电阻的一端，所述第二十一电阻的一端还连接第十五电容的一端，所述第十五电容的另一端和第二十一电阻的另一端都接地；所述第十五电容的一端还连接至中央处理运算单元模块。

优选地，所述信号发送电路包括第一光耦、第二光耦、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻，其用于将通信模块中的VL电源和VDD电源隔离；所述第一光耦的第一端连接第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端接VDD电源，所述第一光耦的第二端和第二光耦的第二端都连接至中央处理运算单元模块，所述第一光耦的第三端和第二光耦的第三端都接VL-电源，所述第二光耦的第一端连接第九电阻的一端，所述第九电阻的另一端接VDD电源，所述第一光耦的第四端连接第十电阻的一端，所述第十电阻的另一端连接第十一电阻的一端，所述第十一电阻的一端还连接VL+电源，所述第十一电阻的另一端连接至第二光耦的第四端。

本发明通过信号采集单元采集负载线路中的剩余电流和过电流，并进过放大滤波处理后送入中央处理运算单元模块分析处理，并判断检测的电流信息是否异常，实现电气火灾探测器的实时故障电流信息和预警、报警、控制信息显示；并且设置有LED指示灯和蜂鸣器，保证声光报警的功能。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：1)信号采集单元采样负载线路的剩余电流和过电流，并经过放大滤波处理，加强采取数据的准确性；2)中央处理运算单元模块对检测和接收到的数据信息进行判断、分析和处理，实现电气火灾探测器的实时故障电流信息和预警、报警、控制信息显示；3)控制输出用于输出报警保护信号和脱扣输出信号，驱动与其连接的分励脱扣器动作控制负载线路上的开关，增加其安全性；4)通信模块通过二总线通讯方式将电弧信号数据实时传输，保证其报警的及时性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电气火灾监控探测器电路的示意图。

图2为本发明的电源模块的示意图。

图3为本发明的信号采集单元中的隔离保护电路的示意图。

图4为本发明的信号采集单元中的电流采样模块的示意图。

图5为本发明的通信模块中的信号发送电路的示意图。

图6为本发明的通信模块中的接收处理电路的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施方式中，电源模块为AC220V/DC5V电路，其将负载线路中的负载用电通过保险丝RF1、压敏电阻RV1、热敏电阻NTC、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3组成的保护滤波电路的保护滤波后，再进入AC/DC模块将负载用电的AC220V交流电转换为DC5V电源，DC5V电源用于提供给采集单元用电，DC5V电源还需经过第一二极管D1、第一电感L1、稳压芯片P1、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8组成的DC/DC电路，将DC5V电源转换为DC3.3V电源用于中央处理运算单元模块、人机对话单元和通信模块供电。

本实施方式中，信号采集单元通过电流互感器分别采样负载线路中的剩余电流和过电流，电流互感器采集到的电流信息通过第三光耦UP3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第九电容C9、第一钳位二极管DS1组成的隔离保护电路的处理送入电流采样模块，电流采样模块包括第五电阻R5、第七电阻R7、第二运放US2组成的运算放大电路以及第一运放US1、第四电阻R4、第十电容C10组成的放大滤波电路，经过隔离保护电路处理后的电流信息经过运算放大电路进行信号放大后再进入放大滤波电路进行放大滤波处理，然后再送入中央处理运算单元模块进行分析处理。

本实施方式中，第二电阻R2为采样电阻，电路中设置有两个隔离保护电路和两个电流采样模块。

本实施方式中，中央处理运算单元模块中采用24FJ32GA002单片机，它是PIC24系列的16bit单片机，有16个可编程I/O口，Program Flash Memory 32KB,RAMsize8K；单片机将检测和接收到的信息进行判断、分析和处理，实现电气火灾探测器的实时故障电流信息和预警、报警、控制信息显示及声光报警功能；单片机接收到信号采集单元采集并处理后的电流信息，判断电流是否异常，如有异常，则发出声光警报，控制输出切断电路，将故障信息传输到上位机。

本实施方式中，设置与中央处理运算单元模块连接的人机对话单元用于方便用户清晰直观地查看电气火灾监控探测器运行状态及进行参数设置，系统设置了LCD全中文液晶显示器，能够实现实时监测受控回路电流运行参数；设置键盘很好地完成人机对话的输入功能；设置LED指示灯指示电气火灾监控探测器运行状态；设置蜂鸣器提示电气火灾探测装置报警状态；当有报警时，电气火灾监控探测器发出火灾报警声信号提醒工作人员及时解决处理，此信号能手动消除，当再有报警信号输入时，火灾报警声信号能再次启动，并予保持，直至电气火灾监控探测装置复位。

本实施方式中，当采样故障电流信息超过中央处理运算单元模块内设定的值时，设置在与负载线路上的开关连接的分励脱扣器和中央处理运算单元模块之间的控制输出模块输出报警保护信号和脱扣输出信号，驱动与其连接的分励脱扣器动作，使得负载线路上的开关脱开；所述控制输出模块为开关型继电器，触点容量为250V AC/5A。

本实施方式中，通信模块通过自定义的二总线通讯方式将电弧信号等数据实时传送到电气火灾监控设备；如发现了故障电流，可实现及时报警；上位机连接上位机连接模块J2，通过第一通讯总线L1和第二通讯通讯L2发送0V、24V电平控制信号，控制信号经过接收处理电路后再送入中央处理运算单元模块分析处理用于控制监控探测器。

本实施方式中，中央处理运算单元模块发送数据信号通过通信模块中的信号发送电路处理，以电流的方式与上位机通讯。

本实施方式中，通信模块中的防浪涌保护电路通过双向浪涌二极管TVS1进行防浪涌保护，并且通信模块中设置有第一光耦UP1、第二光耦UP2、第三光耦UP3、第三光耦UP4构成光耦隔离，且上位机通过发送第二通讯通讯L224V电平控制信号，24V高电压电平的通讯方式使得探测器和主机通讯稳定，防电磁干扰能力强。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。