一種基于arm平臺的智能漏電保護器處理電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路，包括：ARM控制器、人機界面模塊、電壓電流采集模塊、磁隔離通迅模塊、主控電源模塊、合分閘控制模塊和試跳控制模塊；所述人機界面模塊與ARM控制器連接，所述電壓電流采集模塊和主控電源模塊與ARM控制器的輸入端連接，所述磁隔離模塊、合分閘控制模塊和試跳控制模塊與所述ARM控制器的輸出端連接。本實用新型具有過載、短路、過壓、欠壓、缺相、漏電告警功能及手動、自動重合閘功能；有效的避免了目前市場的檢測死區(qū)問題，精度高，抗干擾能力強，檢測范圍可調，體積小的處理電路，在智能用電方面有很好的應用前景。
【專利說明】
-種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種安全用電領域的產品，主要是用來在設備發(fā)生漏電故障時W 及對有致命危險的人身觸電保護，具有過載和短路保護功能，可用來保護線路或電動機的 過載和短路，它的特定電擊波形識別功能對人身觸電危險提供間接接觸保護，把人身觸電 事故率和漏電保護器的誤動跳間率降至最低。保護用電的安全穩(wěn)定工作。
【背景技術】
[0002] 在國家電網公司提出"新農村、新電力、新服務"的農電發(fā)展新戰(zhàn)略，大力推進新 農村電氣化建設，加快建設堅強農村電網，不斷提高農網安全穩(wěn)定運行水平，建立規(guī)范的 社會供用電秩序。隨著國民經濟的迅速發(fā)展，對于人身安全的重視程度逐步加強，受國家 "十二五"政策傾向，漏電保護器市場需求量逐步放大，目前農網有幾十萬個低壓臺區(qū)，每條 出線回路均安裝漏電保護器，但農戶家中的低壓線路不能按期報廢更新、導線超期服役、絕 緣老化、泄露嚴重及雨季漏電致使漏電保護器不能正常投入，導致大部分漏保W塑殼斷路 器的方式運行，不能有效防止人身觸電，急需一種運行可靠，真正適合農網各種運行環(huán)境， 可W遠程實時監(jiān)控線路運行狀態(tài)，并根據線路運行數據及時排查隱患、實時調控斷路器的 保護參數的設備，W減少故障發(fā)生率，保障居民生產、生活用電。
[0003] 隨著農電管理體制的變更，電工人員的精減，管理轄區(qū)的擴大，再加上供電所對農 村低壓電網的管理延伸到家用電表，配電柜中剩余電流保護器由原村電工改為供電所管 理，導致電工的工作量加大，從而對漏電保護器的維護管理工作更加困難。
[0004] 目前市場上普遍采用剩余電流動作的保護方法在有些情況下存在漏電死區(qū)問題 保護的；如當觸電發(fā)生在泄漏最小的一相，漏電開關動作時，流過觸電者的電流將會超過幾 倍的額定漏電動作電流，因此出現觸電時靈敏度不高，或下雨時電網泄漏電流過大，漏電開 關無法投運等現象，在實際運行中，由于漏電保護器不動作引起的觸電傷亡事故屢見不鮮， 造成的影響非常大。觸電傷亡事故發(fā)生后，按國家標準和國際標準對漏電保護器進行檢驗， 其結果為各項指標符合標準，為合格產品；分析其原因主要是因為剩余電流保護方式在保 護原理上存在缺陷，有漏電保護動作死區(qū)，不能進行有效的漏電保護。 【實用新型內容】
[0005] 為了克服上述現有技術存在的問題，本實用新型提供一種基于ARM平臺的智能漏 電保護器處理電路。
[0006] 本實用新型采取的技術方案為：一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路， 其特征在于，包括;ARM控制器、人機界面模塊、電壓電流采集模塊、磁隔離通迅模塊、主控 電源模塊、合分間控制模塊和試跳控制模塊；所述人機界面模塊與ARM控制器連接，所述電 壓電流采集模塊和主控電源模塊與ARM控制器的輸入端連接，所述磁隔離模塊、合分間控 制模塊和試跳控制模塊與所述ARM控制器的輸出端連接。
[0007] 進一步地，所述人機界面模塊包括數碼顯示管、指示燈和輸入按鍵；所述顯示管為 Η段數碼驅動顯示管，與ARM控制器連接進行驅動顯示，所述輸入按鍵一端連接電源，另一 端接到ARM控制器的輸入端，所述指示燈的一端與ARM控制器的輸出端連接，另一端與5V 電源連接。
[0008] 進一步地，所述電壓電流采集模塊包括電壓采集模塊和電流采集模塊，所述電壓 采集模塊設置在輸入端Η相四線220VAC電源端，所述電流采集模塊設置還在輸入端Η相 線上，所述電壓采集模塊和電流采集模塊的輸出端連接ARM控制器。
[0009] 進一步地，所述磁隔離模塊包括磁隔離接收器、由電容巧2、巧5、C56組成的輸入 端退禪電路、W及由輸入電感F3和由電容巧3、C54組成的輸出端退禪電路，所述磁隔離接 收器與所述ARM控制器的輸出端連接。
[0010] 進一步地，所述主控電源模塊包括交流變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓電路，所述交 流變壓器的輸出端與整流濾波電路連接，所述整流濾波電路的輸出端連接穩(wěn)壓電路，所述 交流變壓器將輸入端的220V交流電壓轉換為輸出15V交流電壓，通過整流濾波電路輸出 24V直流電壓為脫扣器供電，通過12V穩(wěn)壓電路和5V穩(wěn)壓電路將24V直流電壓轉換為5V直 流電壓為主控電路供電。
[0011] 進一步地，所述合分間控制模塊包括合間繼電器、脫扣器和驅動電機，所述合間繼 電器通過Η極管與所述ARM控制器的輸出端連接，所述合間繼電器的控制端連接驅動電 機，所述脫扣器與所述合間繼電器的輸入端連接。
[0012] 進一步地，所述試跳控制電路包括漏電流檢測線圈和試跳線圈，漏電流檢測線圈 和試跳線圈的中間穿有ABCN Η相四線銅排。
[0013] 更進一步地，所述漏電流檢測線圈的面數為800面，所述試跳線圈的面數為200 面。
[0014] 本實用新型的有益效果為；本實用新型提供的基于ARM平臺的智能漏電保護器處 理電路工作負荷電流自動跟蹤調節(jié)，剩余電流動作值多檔可調；分斷時間有0. 3s和0. 5s可 調；具有過載、短路、過壓、欠壓、缺相、漏電告警功能及手動、自動重合間功能；適用于Η相 四線中性線直接接地的低壓電網作為總保護和二級保護，有效的避免了目前市場的檢測死 區(qū)問題，精度高，抗干擾能力強，檢測范圍可調，體積小的處理電路，在智能用電方面有很好 的應用前景。基于ARM平臺的智能漏電保護器還能夠實現遠程通訊，供電部口管理人員在 辦公室內，甚至任何地點獲取轄區(qū)內剩余電流保護器告警信息、遠程讀取保護器運行狀況、 遠程控制保護器的分合間等動作監(jiān)控，計算機還可W對剩余電流保護器的運行狀況進行統 計分析，并將輸出報表為管理部口決策提供有效信息。該系統將極大的方便新型智能漏電 保護器的運行管理、提高工作效率。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型提供的一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路結構圖；
[0016] 圖2為本實用新型提供的所述人機界面模塊結構圖；
[0017] 圖3為本實用新型提出的所述電壓采集模塊電路結構圖；
[0018] 圖4為本實用新型提出的所述電壓采集模塊電路結構圖；
[0019] 圖5為本實用新型提出的所述磁隔離通信模塊電路結構圖；
[0020] 圖6為本實用新型提出的所述主控電源模塊電路結構圖。
【具體實施方式】
[0021] W下結合附圖對本實用新型進行詳細的說明。
[0022] 參見圖1，為本實用新型提供的一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路結 構圖。
[0023] 如圖1所示，一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路，其特征在于，包括： ARM控制器、人機界面模塊、電壓電流采集模塊、磁隔離通迅模塊、主控電源模塊、合分間控 制模塊和試跳控制模塊；所述人機界面模塊與ARM控制器連接，所述電壓電流采集模塊和 主控電源模塊與ARM控制器的輸入端連接，所述磁隔離模塊、合分間控制模塊和試跳控制 模塊與所述ARM控制器的輸出端連接。
[0024] 本實用新型實施例中，通過采集電壓和電流實時信號經過該電路提升和放大轉換 處理后，送入到ARM控制器中進行處理，不需要其它外圍輔助電路，通過人機界面模塊對進 行輸入操作和顯示輸出，當檢測到有漏電流時，arm控制器能迅速通過脫扣器及時跳間，故 障消除時能通過驅動電機有效實現重合間，具有體積小，精度高，外界干擾小，適用電壓范 圍可調，可靠性高，安全性高W及電路簡單易實用。
[0025] 參見圖2為本實用新型提供的所述人機界面模塊結構圖。
[0026] 如圖2所示，所述人機界面模塊包括數碼顯示管、指示燈和輸入按鍵；所述顯示管 為Η段數碼驅動顯示管，與ARM控制器連接進行驅動顯示，所述輸入按鍵一端連接電源，另 一端接到ARM控制器的輸入端，所述指示燈的一端與ARM控制器的輸出端連接，另一端與5V 電源連接。
[0027] 本實用新型實施例中，人機界面模塊實現Η段數碼管驅動和顯示功能，能配合五 個按鍵和十一個發(fā)光二極管指示燈，能實時顯示當前實時電流和電壓值、漏電流值、跳間時 間和相關歷史記錄。
[002引數碼顯示管U8為共陽極Η位數碼管LG5631BH型號的數碼管，網絡MCU_LED_WG1、 MCU_LED_WG2、MCU_LED_WG3為MCU控制數碼管段選10,通過R57、R58、R59 Η個電阻限流 后輸出，經Η極管Q4、Q5、Q6 Η個ΡΝΡ型SS8550 Η極管放大，驅動數碼碼段S1、S2、S3引腳。 網絡 MCU_1^D_A、MCU_1^D_B MCU_1^D_C、MCU_1^D_D、MCU_1^D_E、MCU_1^D_F、MCU_1^D_G、 1抓_1^0_0?為]\〇]控制數碼管位選10，通過電阻1?60、1?61、1?62、1?63、1?64、1?65、1?66、1?67八 個限流電阻后直接輸出并驅動U8位選引腳。然后通過程序控制每位數字約W每砂20次掃 描顯示相關數值，即可完成顯示功能。5個鍵盤按鍵一端接電源，另一端通過4. 7K電阻和 電容接地同時接到ARM控制器輸入10,平常該10信號為0V低電平，當按下按鍵時該10為 5V高電平，從而觸發(fā)ARM控制器中斷，經過軟件除抖后，進入相應按鍵子程序。指示燈為發(fā) 光二極管實現，一端接arm控制器輸出10,另一端通過4. 7K電阻接至5V供電按鍵上，ARM 控制器不動作時，該10為高電平，發(fā)光二極管不工作，ARM控制器控制該10輸出低電平歸， 發(fā)光二極管有電流流過，并可持續(xù)發(fā)光，實現亮燈功能。通過數碼管、按鍵和指示燈實現簡 易人機交互界面。
[0029] 進一步地，所述電壓電流采集模塊包括電壓采集模塊和電流采集模塊，所述電壓 采集模塊設置在輸入端Η相四線220VAC電源端，所述電流采集模塊設置還在輸入端Η相 線上，所述電壓采集模塊和電流采集模塊的輸出端連接ARM控制器。
[0030] 參見圖3,為本實用新型提出的所述電壓采集模塊電路結構圖。
[003。 如圖3所示，電壓采集模塊對Η相四線220VAC電源的輸入端通過降壓和限流電 流，轉換為弱電壓信號后，抬高2. 5V基準電壓，將電壓信號范圍限定在0至5V內，再通過 ARM控制器采集和運算，取得實際電壓值，如果該電壓欠壓或過壓，會跳間并輸出告警信號。 2. 5V基準是通過TL431/ADR431輸出，通過電壓跟隨，供給電壓和電源采集部分作基準參考 電壓。電壓放大部分電路WA相為例，輸入VIN_N、VIN_A，經過R47和R51電壓偏置后輸入 運放，放大倍數為l+R42/R44=l+100K/9化約為2倍。放大后直接輸出給ARM控制器，通過 Root Mean Square (RMS)算法，取得電壓有效值并通過數碼管顯示出來。
[0032]其中 Root Mean Square (RMS)算法公式如下：
[003引
；N為測量次數，為第i次的測量值。
[0034] 參見圖4,為本實用新型提出的所述電流采集模塊電路結構圖。
[0035] 如圖4所示，所述電流采集模塊將輸入端A、B、C Η相通過電流互感器轉為小電流 信號，再通過采樣電阻轉為弱電壓信號；抬高2. 5V基準電壓，將該電壓信號范圍限定在0至 5V內，再通過ARM控制器采集和運算，取得實際交流值，如果該電流過流，會跳間并輸出告 警信號，電流放大部分W A相為例，輸入IA_IN，另一端接電，抬高2. 5V后輸入運放，放大倍 數為1+R16/R20=1+27K/10K約為3. 7倍。放大后直接輸出給ARM控制器，通過Root Mean Square (RMS)算法，取得電流有效值并通過數碼管顯示出來。
[0036] 參見圖5,為本實用新型提出的所述磁隔離通信模塊電路結構圖。
[0037] 所述磁隔離模塊包括磁隔離接收器、由電容巧2、巧5、C56組成的輸入端退禪電 路、W及由輸入電感F3和由電容巧3、C54組成的輸出端退禪電路，所述磁隔離接收器與所 述ARM控制器的輸出端連接。
[0038] 所述磁隔離接收器采用型號為ADM2582芯片，其內部集成隔離電源，通過磁隔離 模塊可把ARM控制器的TTL電平信號通過線圈磁隔離后轉為RS485信號，再由9pin、3. 81mm 間距的端子引出；輸入Vro_5和GND經隔離后輸出VCC_485和GND_485獨立電源，從ARM 控制器輸出的TTL電平與磁隔離接收器的發(fā)信號MCU_485_TXD引腳和收信號MCU_485_RXD 引腳連接，通過方向控制信號MCU_485_DIR進行控制，磁隔離接收器輸出隔離后差分信號 RS485_A和RS485_B。通過輸入退禪電路輸出退禪電路W及電感F3進行去噪，保護信號穩(wěn) 定性。
[0039] 參見圖6,為本實用新型提出的所述主控電源模塊電路結構圖。
[0040] 所述主控電源模塊包括交流變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓電路，所述交流變壓器 的輸出端與整流濾波電路連接，所述整流濾波電路的輸出端連接穩(wěn)壓電路，所述交流變壓 器將輸入端的220V交流電壓轉換為輸出15V交流電壓，通過整流濾波電路輸出24V直流電 壓為脫扣器供電，通過12V穩(wěn)壓電路和5V穩(wěn)壓電路將24V直流電壓轉換為5V直流電壓為 主控電路供電。
[0041] 本實用新型實施例中，主控電源部分從輸入端取220VAC交流電，通過交流變壓 器，輸出+15VAC、0VAC、-15VAC，再通過整流、濾波，輸出5VDC給主板供電，輸出24VDC給脫扣 器供電。網絡接口 P〇W_AC_+15V、P0W_AC_-15V為經過交流變壓器輸出的交流電，通過二極 管D1~D4四個1M007/1N5407整流為正半波信號，再通過電容C2、C3、C4、CIO、C11、C12濾 波為24VDC直流信號，供給脫扣器使用，再經過LM7812穩(wěn)壓管U1將電壓降壓穩(wěn)壓到12VDC， 再經過電容巧和電容C6濾波，二極管D3進行整流，通過LM7805穩(wěn)壓管U2將電壓降壓穩(wěn) 壓到5VDC，為主控板上的ARM控制器、人機界面進行供電。
[0042] 進一步地，所述合分間控制模塊包括合間繼電器、脫扣器和驅動電機，所述合間繼 電器通過Η極管與所述ARM控制器的輸出端連接，所述合間繼電器的控制端連接驅動電 機，所述脫扣器與所述合間繼電器的輸入端連接。
[0043] 本實用新型實施例中，合分間控制模塊通過控制電機實現合間并蓄能，分間時通 過控制驅動脫扣器，使之迅速有效脫扣分間，保證了即時分間的安全。ARM控制器的輸出端 通過Η極管控制的繼電器吸合來控制220VAC電機的供電，供電時間約28砂，電機旋轉一 周，蓄能并合間，脫扣器是一個24VDC的線圈，供電后，它產生的磁性吸引脫扣器脫扣，電機 合間時的勢能迅速釋放，致使間刀跳開分間。實現有效保護動作。
[0044] 進一步地，所述試跳控制電路，包括漏電流檢測線圈和試跳線圈，漏電流檢測線圈 和試跳線圈的中間穿有ABCN Η相四線銅排。
[0045] 本實用新型實施例中，當負載供電系統對大地有漏電流產生，大于5mA就能檢測 到，當大于200mA時需要立即跳間，訓方觸電事故；如果重合間不成功，即永久分間，直到重 啟檢修。
[0046] 進一步地，所述漏電流檢測線圈的面數為800面，所述試跳線圈的面數為200面。
[0047] 本實用新型實施例中，在日常檢修維護時，可通過測試試跳按鍵，ARM控制器給發(fā) 出指命，對200面線圈輸入15V交流工頻信號，此時800面線圈上會立刻感應到假的漏電信 號，本裝置會迅速分間，W驗證本裝置動作正常。
[0048] 本實用新型ARM平臺的智能漏電保護器處理電路具有體積小，精度高，外界干擾 小，適用電壓范圍可調，可靠性高，安全性高W及電路簡單易實用，完全達到智能用電系統 的安全保護作用，有很好的應用前景。
[0049] 基于ARM平臺的智能漏電保護器還能夠實現遠程通訊，供電部口管理人員在辦公 室內，甚至任何地點獲取轄區(qū)內剩余電流保護器告警信息、遠程讀取保護器運行狀況、遠程 控制保護器的分合間等動作監(jiān)控，計算機還可W對剩余電流保護器的運行狀況進行統計分 析，并將輸出報表為管理部口決策提供有效信息。該系統將極大的方便新型智能漏電保護 器的運行管理、提高工作效率。
[0050] W上對本實用新型進行了詳細介紹，但是本實用新型不限于上述實施方式，在本 領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可W在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各 種變化。不脫離本實用新型的構思和范圍可W做出許多其他改變和改型。應當理解，本實 用新型不限于特定的實施方式，本實用新型的范圍由所附權利要求限定。
【主權項】
1. 一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路，其特征在于，包括：ARM控制器、人機 界面模塊、電壓電流采集模塊、磁隔離通迅模塊、主控電源模塊、合分閘控制模塊和試跳控 制模塊；所述人機界面模塊與ARM控制器連接，所述電壓電流采集模塊和主控電源模塊與 ARM控制器的輸入端連接，所述磁隔離模塊、合分閘控制模塊和試跳控制模塊與所述ARM控 制器的輸出端連接。2. 根據權利要求1所述的一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路，其特征在于， 所述人機界面模塊包括數碼顯示管、指示燈和輸入按鍵；所述顯示管為三段數碼驅動顯示 管，與ARM控制器連接進行驅動顯示，所述輸入按鍵一端連接電源，另一端接到ARM控制器 的輸入端，所述指示燈的一端與ARM控制器的輸出端連接，另一端與5V電源連接。3. 根據權利要求1所述的一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路，其特征在于， 所述電壓電流采集模塊包括電壓采集模塊和電流采集模塊，所述電壓采集模塊設置在輸入 端三相四線220VAC電源端，所述電流采集模塊設置還在輸入端三相線上，所述電壓采集模 塊和電流采集模塊的輸出端連接ARM控制器。4. 根據權利要求1所述的一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路，其特征在于， 所述磁隔離模塊包括磁隔離接收器、由電容C52、C55、C56組成的輸入端退耦電路、以及由 輸入電感F3和由電容C53、C54組成的輸出端退耦電路，所述磁隔離接收器與所述ARM控制 器的輸出端連接。5. 根據權利要求1所述的一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路，其特征在于， 所述主控電源模塊包括交流變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓電路，所述交流變壓器的輸出端 與整流濾波電路連接，所述整流濾波電路的輸出端連接穩(wěn)壓電路，所述交流變壓器將輸入 端的220V交流電壓轉換為輸出15V交流電壓，通過整流濾波電路輸出24V直流電壓為脫扣 器供電，通過12V穩(wěn)壓電路和5V穩(wěn)壓電路將24V直流電壓轉換為5V直流電壓為主控電路 供電。6. 根據權利要求1所述的一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路，其特征在于， 所述合分閘控制模塊包括合閘繼電器、脫扣器和驅動電機，所述合閘繼電器通過三極管與 所述ARM控制器的輸出端連接，所述合閘繼電器的控制端連接驅動電機，所述脫扣器與所 述合閘繼電器的輸入端連接。7. 根據權利要求1所述的一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路，其特征在于， 所述試跳控制電路包括漏電流檢測線圈和試跳線圈，漏電流檢測線圈和試跳線圈的中間穿 有ABCN三相四線銅排。8. 根據權利要求7所述的一種基于ARM平臺的智能漏電保護器處理電路，其特征在于， 所述漏電流檢測線圈的匝數為800匝，所述試跳線圈的匝數為200匝。
【文檔編號】H02H3/02GK205429686SQ201520256434
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年4月24日
【發(fā)明人】吳旻, 劉進進, 袁堃, 張可, 余娟, 過其峰
【申請人】安徽南瑞繼遠電網技術有限公司