專利名稱：帶有負載功率顯示的智能惡性負載識別與保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有電能與功率計量、惡性負載功率顯示、阻性惡性負載識另IJ，并帶有聲光報警及保護功能的裝置，屬惡性負載識別與保護裝置。
背景技術：
目前，在一些學校和工廠中，學生和職工在宿舍內經常使用大功率的用電設備，使得電線過快老化或超負荷運行，從而給宿舍的用電安全帶來隱患甚至引發火災。目前，針對學生公寓及職工宿舍的安全用電問題，國內外已有一些相應的用電保護裝置，其主要功能是通過這些裝置在一定程度上限制用電設備的功率，然而這些用電保護裝置常常存在一定的缺陷如(I)對于某些用電設備，由于其啟動時功率要遠大于正常運行時的功率，這可能造成用電保護系統的誤動作；(2) —些用電保護裝置不能對負載的性質進行判斷，即無法 區分阻性負載、容性負載及感性負載，使得一些具有容性及感性的負載無法正常工作。(3)一些用電保護裝置在動作后，需要人工對系統進行復位，從而浪費了人力資源，同時帶來了使用上的不便，從而限制了此裝置的大規模應用。(4) 一些用電保護裝置在設定完門限功率后無法進行調節，這給裝置在不同場合及情況下的應用帶來了不便。
發明內容本實用新型的目的在于克服上述技術中存在的不足之處，提供一種應用范圍廣、設計合理、功能強大的惡性負載識別與保護裝置。為了達到上述目的，本實用新型采用的技術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，用于實時采集負載的電流和電壓，所述的比較單元由比較模塊LM339 U2及門限功率設置電位器RP2組成，用于判斷負載的性質，并判斷負載是否為惡性負載，當負載為惡性時輸出惡性負載識別信號，電能計量單元由電能計量模塊AD7755U1和光電轉換模塊TLP521-2U5組成，用于計算負載消耗的電能并以脈沖的形式輸出，控制單元由單片機控制模塊STC12C2052U3和繼電器Kl組成，用于控制用電系統電源的通或斷，同時將負載消耗的電能送入顯示系統進行顯示，聲光報警單元由發光二極管D4、蜂鳴器SPEAKER和三極管Q5組成，當識別出惡性負載后，該系統啟動聲光報警提示，顯示單元由四位數碼管MT05641BR U4及其驅動器Q6 Q9組成，在惡性負載情況下顯示惡性負載的功率。本實用新型的優點是(I)本實用新型能夠對負載的性質進行判斷，即能夠判斷負載為容性、阻性或感性，只有當負載的有功功率超過設定的門限功率時，該裝置才啟動報警和保護功能；(2)本實用新型能夠對用電設備啟動時造成的負載過大與惡性負載進行判別，從而有效避免系統的誤動作；(3)本實用新型在惡性負載移除后能夠自動對系統進行復位，恢復系統供電，有效節約了人力成本；(4)本實用新型能夠連續調節惡性負載的門限功率，并且對于不同的應用環境門限功率可重新設置，因此使用更為方面，應用范圍更廣。

圖I是本實用新型原理框圖；圖2是本實用新型功率比較單元LM339模塊電路原理圖；圖3是本實用新型電能計量單元AD7755模塊電路原理圖；圖4是本實用新型控制單元STC12C2052模塊電路原理·[0014]圖5是本實用新型顯示單元MT05641BR模塊電路原理圖；圖6是本實用新型電路原理總圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施例作進一步詳細描述。由圖I-圖6可知，本實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，用于實時采集負載的電流和電壓，所述的比較單元2由比較模塊LM339U2及門限功率設置電位器RP2組成，用于判斷負載的性質，并判斷負載是否為惡性負載，當負載為惡性時輸出惡性負載識別信號，電能計量單元3由電能計量模塊AD7755U1和光電轉換模塊TLP521-2U5組成，用于計算負載消耗的電能并以脈沖的形式輸出，控制單元4由單片機控制模塊STC12C2052U3和繼電器Kl組成，用于控制用電系統電源的通或斷，同時將負載消耗的電能送入顯示系統進行顯示，聲光報警單元5由發光二極管D4、蜂鳴器SPEAKER和三極管Q5組成，當識別出惡性負載后，該系統啟動聲光報警提示，顯示單元由四位數碼管MT05641BR U4及其驅動器Q6 Q9組成，在惡性負載情況下顯示惡性負載的功率。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串聯在零線中用于測量負載電流并以電壓的方式輸出。所述的比較單元中芯片LM339經電阻R13與滑動變阻器RP2的中心端相連，且與光電耦合器TLP521-2設有信號通道，調節RP2滑動端的位置可以調整惡性負載的門限功率。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用于驅動蜂鳴器SPEAKER。所述的控制單元中的芯片STC12C2052 U3與TLP521-2設有信號通道，用于接收經光電耦合器TLP521-2隔離后的惡性負載識別信號和負載功率脈沖信號，芯片STC12C2052U3經8個限流電阻分別與4位數碼管MT05641BR U4相連。本實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和光電轉換模塊TLP521-2U5組成，控制單元由單片機控制模塊STC12C2052 U3和繼電器Kl組成，聲光報警單元由發光二極管D4、蜂鳴器SPEAKER和三極管Q5組成，顯示單元由四位數碼管MT05641BR U4及其驅動器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串聯在零線中用于測量負載電流并以電壓的方式輸出，Rl的一端經R3與AD7755 Ul的6腳相連，另一端與LM339 U2的9腳相連，并經R2與AD7755U1的5腳相連。比較單元中芯片LM339的3腳接+12V電源，7腳經電阻R13與滑動變阻器RP2的中心端相連，調節RP2滑動端的位置可以調整惡性負載的門限功率，比較單元中芯片LM339的13腳為惡性負載識別信號輸出端，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RlO和發光二極管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，用于調整AD7755 Ul的工作模式。聲光報警單元中的三極管Q5用于驅動蜂鳴器SPEAKER發出報警聲音，Q5的基極與控制器STC12C2052 U3的P3. O引腳相連，發光二極管D4的陽極經限流電阻R34接+5V電源，D4的陰極接控制器STC12C2052 U3的P3. O引腳。控制單元中的芯片STC12C2052 U3的20腳接+5V電源，6、7腳分別與TLP521-2的8腳和6腳相連，用于接收經光電耦合器TLP521-2隔離后的惡性負載識別信號和負載功率脈沖信號，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8個限流電阻分別與4位數碼管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的驅動器，Ql的基極經電阻R36接于芯片STC12C2052U3的2腳，繼電器Kl的1、2引腳串聯在火線中，當無惡性負載時，Kl的1、2腳導通，主電路保持供電狀態，當有惡性負載時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的發射極接+5V電源，集電極分別接數碼管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與負載相連接。本實用新型的工作原理為負載的電流和電壓經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判斷負載的性質，并將負載的有功功率與所設定的門限功率進行比較，當負載的有功功率大于所設定的門限功率時則認為負載為惡性負載，此時LM339的13腳輸出高電平作為惡性負載的識別信號,該信號經光電稱合器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部的計時器，如果計時器達到所設定的計時時間(如5秒或10秒)，惡性負載識別信號仍然存在，則認為此負載為惡性負載，而并非容性或感性負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Ql、Q2驅動后使繼電器Kl動作，切斷主電路電源，起到保護的目的，并且發光二極管D4點亮，蜂鳴器SPEAKER發出報警聲，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，通過計算得到此時負載的功率值，并將其送入顯示系統進行實時顯示。當控制單元模塊STC12C2052檢測到P3. 3腳惡性負載識別信號消失(即變為低電平)，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，系統復位，主電路通電，同時控制單元模塊STC12C2052繼續累計AD7755送入的脈沖數，并計算負載消耗的總功率，將其送入顯示單元進行顯示。通過調整滑動變阻器RP2可以改變所設定的門限功 率，從而使得本裝置能夠適用于不同場合及不同負載要求。
權利要求1.一種帶有負載功率顯示的智能惡性負載識別與保護裝置，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，用于實時采集負載的電流和電壓，所述的比較單元(2)由比較模塊LM339 U2及門限功率設置電位器RP2組成，用于判斷負載的性質，并判斷負載是否為惡性負載，當負載為惡性時輸出惡性負載識別信號，電能計量單元(3)由電能計量模塊AD7755 Ul和光電轉換模塊TLP521-2 U5組成，用于計算負載消耗的電能并以脈沖的形式輸出，控制單元(4)由單片機控制模塊STC12C2052 U3和繼電器Kl組成，用于控制用電系統電源的通或斷，同時將負載消耗的電能送入顯示系統進行顯示，聲光報警單元(5)由發光二極管D4、蜂鳴器SPEAKER和三極管Q5組成，當識別出惡性負載后，該系統啟動聲光報警提示，顯示單元由四位數碼管MT05641BR U4及其驅動器Q6 Q9組成，在惡性負載情況下顯示惡性負載的功率。
2.根據權利要求I所述的帶有負載功率顯示的智能惡性負載識別與保護裝置，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串聯在零線中用于測量負載電流并以電壓的方式輸出。
3.根據權利要求I所述的帶有負載功率顯示的智能惡性負載識別與保護裝置，其特征在于所述的比較單元中芯片LM339經電阻R13與滑動變阻器RP2的中心端相連，且與光電耦合器TLP521-2設有信號通道，調節RP2滑動端的位置可以調整惡性負載的門限功率。
4.根據權利要求I所述的帶有負載功率顯示的智能惡性負載識別與保護裝置，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用于驅動蜂鳴器SPEAKER。
5.根據權利要求I所述的帶有負載功率顯示的智能惡性負載識別與保護裝置，其特征在于所述的控制單元中的芯片STC12C2052 U3與TLP521-2設有信號通道，用于接收經光電耦合器TLP521-2隔離后的惡性負載識別信號和負載功率脈沖信號，芯片STC12C2052 U3經8個限流電阻分別與4位數碼管MT05641BR U4相連。
專利摘要本實用新型涉及一種惡性負載識別與保護裝置，特別是一種帶有負載功率顯示的智能惡性負載識別與保護裝置，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和光電轉換模塊TLP521-2 U5組成，控制單元由單片機控制模塊STC12C2052 U3和繼電器K1組成，本實用新型能夠有效判斷負載是否為惡性負載，避免系統的誤動作，在惡性負載移除后能夠自動對系統進行復位，且能夠連續調節惡性負載的門限功率，使用方便，應用范圍廣。
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 優先權日2012年8月9日
發明者范繼祥, 尹燕宗, 蔡琳, 張子銳 申請人:哈爾濱師范大學