專利名稱：工頻檢測集中告警儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于控制公用電話網(wǎng)的總配線架工頻侵入告警設(shè)備。
本實用新型的技術(shù)解決方案一種工頻檢測集中告警儀，其特征在于它由電傳感器、帶通濾波放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D和單片機MCU組成，電傳感器為電壓或電流傳感器，它設(shè)置在被測主干電纜上，電傳感器的輸出接帶通濾波放大器的輸入，帶通濾波放大器的輸出接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的輸入，A/D的輸出接單片機MCU的輸入輸出端，MCU的輸出通過接口電路與位于總配線架上的集中信號處理器的信號輸入接口相連，MCU的時鐘信號輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的時鐘信號控制輸入端。
本實用新型可同時進行電流和電壓的判斷，而且對電壓和電流量進行量化，根據(jù)軟件來正確判斷是否有危險的工頻電加在用戶線路上。本實用新型能將所有的總配線架上每一列的工頻告警信號全部集中到中心設(shè)備上，而且基本上沒有誤告警現(xiàn)象和不告警現(xiàn)象，可靠性和準確性大大提高。


圖1是本實用新型的原理框圖。
圖2是本實用新型的一種具體電原理框圖。
圖3是本實用新型的電原理圖。
具體實施方式
如圖1，本實用新型的工頻檢測集中告警儀由電傳感器、帶通濾波放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D和單片機MCU組成，電傳感器為電壓或電流傳感器，它設(shè)置在被測主干電纜上，電傳感器的輸出接帶通濾波放大器的輸入，帶通濾波放大器的輸出接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的輸入，A/D的輸出接單片機MCU的輸入輸出端，MCU的輸出通過接口電路(型號可為RS-485)與位于總配線架上的集中信號處理器的信號輸入接口(型號為RS-485)相連，MCU的時鐘信號輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的時鐘信號控制輸入端。
本實用新型的電傳感器可以是電壓傳感器，也可是電流傳感器，它們可以根據(jù)需要單獨設(shè)置，也可混合設(shè)置。
電壓傳感器可由兩塊扁平電纜構(gòu)成(扁平電纜即為現(xiàn)有計算機數(shù)據(jù)傳輸排線剪成一段一段構(gòu)成)，它們夾持在被測主干電纜外表上，即構(gòu)成電壓傳感器。電流傳感器可由帶環(huán)狀磁芯的線圈構(gòu)成，它套裝在被測主干電纜外圍即構(gòu)成電流傳感器。
如圖2，本實用新型的電傳感器最好采用并列的電流傳感器和電壓傳感器，它們分別設(shè)置在被測主干電纜上，它們的輸出分別通過各自的整形放大電路接多路開關(guān)(型號可為4051)的輸入，多路開關(guān)的輸出接帶通濾波放大電路的輸入，帶通濾波放大電路的輸出通過整流電路(用于波形轉(zhuǎn)換)接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的輸入，A/D的輸出接單片機MCU的輸入輸出端，MCU的輸出端一路接多路開關(guān)的控制端，另一路通過接口電路接集中信號處理器的信號輸入接口，還有一路通過光電隔離器亦接集中信號處理器的信號輸入接口，配線架上保安單元的告警輸出信號FS通過光電隔離器接單片機MCU的輸入端，MCU的輸入輸出端還接有電可擦除存貯器(型號可為AT24C01)和地址撥碼開關(guān)，MCU的時鐘信號輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的時鐘信號控制輸入端。
以一根被測主干電纜上的工頻檢測集中告警儀為例，如圖3，在該主干電纜上設(shè)有一個電壓傳感器J0和一個電流傳感器J1，電壓傳感器J0的輸出接電壓整形放大器，該電壓整形放大器可由運放U6A、U6B、U6C，電阻R2、R32、R33、R34、R35，雙向二極管D6，電容C2、C12構(gòu)成，它的輸入從U6A和U6B的同相輸入端引出接電壓傳感器J0的輸出，它的輸出從U6C的輸出端引出通過第二級放大器U6D接多路開關(guān)U7。其中，C2、C12、R2、D6組成信號調(diào)理電路，濾除高頻干擾信號及尖脈沖；R32、R33、R34、R35、運放U6A、U6B、U6C構(gòu)成差動放大電路，對微弱的電壓感應(yīng)信號放大，抑制共模干擾。電阻R40、R41、R42，電位器VD2，運放U6D組成反向比例電路，通過調(diào)節(jié)VD2可對信號進行適當(dāng)放大。
電流傳感器J1的輸出接電流整形放大器，該電流整形放大器可由運放U1D，電阻R1、R24、R25、R26、R16，電位器VD1，電容C1、C1 1、C5，雙向二極管D5構(gòu)成，它的輸入從U1D的反相輸入端引出，通過電阻R24接電流傳感器J1的輸出，其輸出從U1D的輸出端引出接多路開關(guān)U7。其中，C1、C11、R1、D5組成信號調(diào)理電路，濾除高頻干擾信號及尖脈沖；R24、R26、VD1以及運放U1D構(gòu)成反向比例放大電路，通過調(diào)節(jié)VD1可對信號進行適當(dāng)放大；C5、R16阻容電路具有隔直作用，可抑制放大電路的級間電壓漂移。
多路開關(guān)U7可采用型號為CD4051集成電路，它的輸入端X0、X1分別與電流整形放大器的輸出和電壓整形放大器的輸出相連，它的輸出從其X腳引出接帶通濾波放大器，它的控制端從其A、B、C腳引出接單片機MCU。多路開關(guān)U7用來對電壓整形放大器和電流整形放大器兩個通道的工頻電壓信號和工頻電流信號進行切換。
帶通濾波放大器由運放U1A，電阻R3-R7、R20，電容C3、C4、C6構(gòu)成，它的輸入從U1A的同相輸入端引出通過串接的電容C4和電阻R3接多路開關(guān)U7的輸出端X腳，它的輸出從U1A的輸出端引出通過整流電路接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D。其中，R3、R4、R5、R6、R7、R20、C3、C4、U1A組成二階帶通濾波電路，其中心頻率為50HZ。
整流電路可由運放U1B、U1C，電阻R8-R13，二極管D1-D4構(gòu)成，它的輸入從U1B的反相輸入端和U1 C的同相輸入端引出接帶通濾波放大器的輸出即運放U1A的輸出端，它的輸出從U1B和U1C的輸出端引出分別通過正向二極管D3和D2合并后接A/D轉(zhuǎn)換器。上述整流電路為一精密整流電路，對信號進行波形變換。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D(U5)可采用型號為TLC549集成電路，它為8位串行A/D轉(zhuǎn)換芯片，其內(nèi)部含采樣保持電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的輸入從其AIN腳引出接整流電路的輸出，它的輸出接單片機MCU。
單片機MCU(U2)可采用型號為AT89C52集成電路，MCU的輸入輸出端P11、P12分別與A/D轉(zhuǎn)換器U5的數(shù)據(jù)輸出端D0和片選端CS相連，MCU的時鐘信號輸出端從其P10腳引出接U5的時鐘信號控制輸入端CLK，MCU的輸入輸出端P15、P16、P17接多路開關(guān)U7的控制端A、B、C，MCU的串行輸入輸出端RXD、TXD接485接口電路U4，該485接口電路U4可采用型號為MAX487集成電路，它的輸入輸出端分別從其R腳和D腳引出接MCU的RXD和TXD端，U4的輸出端從其A、B腳引出與位于總配線架上的集中信號處理器的信號輸入接口相連。接口電路U4，電阻R29、R30、R31組成485通訊電路，MAX487芯片可掛接127個接點，R31為終端匹配電阻。
MCU的輸入輸出端T0、T1分別與光電耦合器OP1、OP2的輸入相連，OP1、OP2的輸出分別通過各自的放大三極管N1、N2接集中信號處理器的信號輸入接口。其中，光電耦合器OP1、OP2，電阻R14、R15、R21、R22、R27、R28、R37、R38，三極管N1、N2組成兩路告警輸出電路，OP1、OP2作光電隔離，R14、R15、R27、R28為上拉電阻，R21、R22、R37、R38為限流電阻，N1、N2用來增加驅(qū)動能力。MCU的輸入輸出端P20、P21、P22接電可擦除存貯器U8(型號可為AT24C01)，用于存儲數(shù)據(jù)。MCU的輸入輸出端P00-P07接地址撥碼開關(guān)U3，撥碼開關(guān)U3和排阻R19構(gòu)成地址設(shè)置電路。MCU的輸入端INTO接光電耦合器OP3的輸出，OP3的輸入與總配線架上對應(yīng)列保安單元的告警輸出端相連。其中，光電耦合器OP3和電阻R18、R36組成FS告警信號采樣電路，OP3起光電隔離作用，R18為上拉作用，R36為限流作用。
單片機MCU外接的電容C7、電阻R23實現(xiàn)對單片機系統(tǒng)的上電復(fù)位，晶振Y1、電容C9、C10連接于單片機MCU的PIN20(X2)和PIN21(X1)之間，提供系統(tǒng)的是時鐘。單片機MCU(U2)主要實現(xiàn)以下功能(1)、控制A/D芯片(U5)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及計算處理U2通過P10(PIN2)、P11(PIN3)、P12(PIN4)等引腳與控制U5，實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，并對采集的數(shù)據(jù)進行計算處理，判斷其是否達到告警狀態(tài)。
(2)、與芯片U8(AT24C01)之間進行數(shù)據(jù)讀寫通過P20(SDA)、P21(SCL)、P22(SDA)等引腳與U8進行串行通訊，以存儲和讀取系統(tǒng)的各種參數(shù)，實現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置、更改。
(3)與芯片U4(MAX487)進行數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)通訊功能
通過PIN11(RXD)、PIN13(TXD)、PIN5(P13)與U4進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)與信號集中處理器的數(shù)據(jù)通訊，并由R19、U3進行地址設(shè)置，實現(xiàn)多機通訊功能。
此外，本實用新型中，電容CS1、CS2、CS3、CS4，電阻R43，發(fā)光二極管D7為電源濾波及電源指示電路。
本實用新型的工作過程是，通過電流傳感器J1取得電流信號并加以放大，再通過50HZ帶通濾波器加以濾波，進入A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量，送入到單片機MCU中，同樣，電壓信號通過電壓傳感器J0取得信號，放大后通過50HZ濾波，A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機MCU中，單片機MCU進行數(shù)字處理，判斷后，通過RS485總線，將每一列單元的是否有工頻侵入信號送到一個集中器，集中器通過PSTN或DDN或TCP/IP等各種傳輸路徑送到中心控制臺。
本實用新型中，電流傳感器輸出的信號先通過阻容電路進行信號調(diào)理，經(jīng)模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)后進行濾波放大，由于系統(tǒng)要檢測的是50HZ信號，因此采用的濾波電路為二階帶通濾波。信號經(jīng)濾波放大后為小于+/-5V的交流信號，系統(tǒng)采用的A/D轉(zhuǎn)換器為單電源的，所以信號經(jīng)精密整流后變換為0-5V的信號，接到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。由于電壓傳感器輸出的信號是工頻電壓的空間輻射信號，其強度較弱，在信號濾波放大前，先進行差動放大。模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)用來選擇電壓傳感器通道和電流傳感器通道。單片機MCU對模擬量信號進行采樣，通過A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)過計算處理后，進行判斷。系統(tǒng)含有一個485接口，將信號送到集中器，同時系統(tǒng)也可通過兩路開關(guān)量作告警信號輸出。為提高判斷的正確性，系統(tǒng)同時引入主干電纜的列告警信號(FS動作信號)作協(xié)同分析。
本實用新型的軟件系統(tǒng)對電流傳感器的信號、電壓傳感器的信號進行采集、計算處理后，作告警判斷。如電壓、電流信號均小于告警限且無FS動作信號，則表明當(dāng)前狀態(tài)為正常狀態(tài)，無工頻入侵；如電流信號大于告警限，此時也出現(xiàn)FS動作信號，則表明當(dāng)前有強工頻入侵，立即告警；如電流信號大于告警限而無FS動作信號，則可能是工頻電流累加的，對于每一對用戶線其工頻信號很小，為防止是干擾信號，系統(tǒng)進行延時濾除，如果延時一段時間后，電流信號仍大于告警限，則發(fā)告警信號，根據(jù)檢測到的信號的大小不同作不同時間的延時；同樣，對于電壓信號如果大于告警限，則也進行延時濾除干擾信號，延時時間到仍大于告警限則發(fā)告警信號。
權(quán)利要求1.一種工頻檢測集中告警儀，其特征在于它由電傳感器、帶通濾波放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D和單片機MCU組成，電傳感器為電壓或電流傳感器，它設(shè)置在被測主干電纜上，電傳感器的輸出接帶通濾波放大器的輸入，帶通濾波放大器的輸出接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的輸入，A/D的輸出接單片機MCU的輸入輸出端，MCU的輸出通過接口電路與位于總配線架上的集中信號處理器的信號輸入接口相連，MCU的時鐘信號輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的時鐘信號控制輸入端。
2.按權(quán)利要求1所述的工頻檢測集中告警儀，其特征在于電傳感器或是電壓傳感器，或是電流傳感器，它們或單獨設(shè)置，或混合設(shè)置。
3.按權(quán)利要求1所述的工頻檢測集中告警儀，其特征在于所述電壓傳感器由兩塊扁平電纜構(gòu)成，它們夾持在被測主干電纜外表上；電流傳感器由帶環(huán)狀磁芯的線圈構(gòu)成，它套裝在被測主干電纜外圍。
4.按權(quán)利要求1所述的工頻檢測集中告警儀，其特征在于并列的電流傳感器和電壓傳感器分別設(shè)置在被測主干電纜上，它們的輸出分別通過各自的整形放大電路接多路開關(guān)的輸入，多路開關(guān)的輸出接帶通濾波放大電路的輸入，帶通濾波放大電路的輸出通過整流電路接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的輸入，A/D的輸出接單片機MCU的輸入輸出端，MCU的輸出端一路接多路開關(guān)的控制端，另一路通過接口電路接集中信號處理器的信號輸入接口，還有一路通過光電隔離器亦接集中信號處理器的信號輸入接口，配線架上保安單元的告警輸出信號FS通過光電隔離器接單片機MCU的輸入端，MCU的輸入輸出端還接有電可擦除存貯器和地址撥碼開關(guān)，MCU的時鐘信號輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的時鐘信號控制輸入端。
5.按權(quán)利要求1所述的工頻檢測集中告警儀，其特征在于在該主干電纜上設(shè)有一個電壓傳感器J0和一個電流傳感器J1，電壓傳感器J0的輸出接電壓整形放大器，該電壓整形放大器可由運放U6A、U6B、U6C，電阻R2、R32、R33、R34、R35，雙向二極管D6，電容C2、C12構(gòu)成，它的輸入從U6A和U6B的同相輸入端引出接電壓傳感器J0的輸出，它的輸出從U6C的輸出端引出通過第二級放大器U6D接多路開關(guān)U7；電流傳感器J1的輸出接電流整形放大器，該電流整形放大器可由運放U1D，電阻R1、R24、R25、R26、R16，電位器VD1，電容C1、C11、C5，雙向二極管D5構(gòu)成，它的輸入從U1D的反相輸入端引出，通過電阻R24接電流傳感器J1的輸出，其輸出從U1D的輸出端引出接多路開關(guān)U7；多路開關(guān)U7的輸入端X0、X1分別與電流整形放大器的輸出和電壓整形放大器的輸出相連，它的輸出從其X腳引出接帶通濾波放大器，它的控制端從其A、B、C腳引出接單片機MCU；帶通濾波放大器由運放U1A，電阻R3-R7、R20，電容C3、C4、C6構(gòu)成，它的輸入從U1A的同相輸入端引出通過串接的電容C4和電阻R3接多路開關(guān)U7的輸出端X腳，它的輸出從U1A的輸出端引出通過整流電路接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D；整流電路由運放U1B、U1C，電阻R8-R13，二極管D1 D4構(gòu)成，它的輸入從U1B的反相輸入端和U1C的同相輸入端引出接帶通濾波放大器的輸出即運放U1A的輸出端，它的輸出從U1B和U1C的輸出端引出分別通過正向二極管D3和D2合并后接A/D轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的輸入從其AIN腳引出接整流電路的輸出，它的輸出接單片機MCU；單片機MCU的輸入輸出端P11、P12分別與A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端D0和片選端CS相連，MCU的時鐘信號輸出端從其P10腳引出接U5的時鐘信號控制輸入端CLK，MCU的輸入輸出端P15、P16、P17接多路開關(guān)U7的控制端A、B、C，MCU的串行輸入輸出端RXD、TXD分別接485接口電路U4的輸入輸出端R腳和D腳，U4的輸出端從其A、B腳引出與位于總配線架上的集中信號處理器的信號輸入接口相連；MCU的輸入輸出端T0、T1分別與光電耦合器OP1、OP2的輸入相連，OP1、OP2的輸出分別通過各自的放大三極管N1、N2接集中信號處理器的信號輸入接口；MCU的輸入輸出端P20、P21、P22接電可擦除存貯器U8；MCU的輸入輸出端P00-P07接地址撥碼開關(guān)U3；MCU的輸入端INTO接光電耦合器OP3的輸出，OP3的輸入與總配線架上對應(yīng)列保安單元的告警輸出端相連。
專利摘要本實用新型涉及一種用于控制公用電話網(wǎng)的總配線架工頻侵入告警設(shè)備，它由電傳感器、帶通濾波放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D和單片機MCU組成，電傳感器為電壓或電流傳感器，它設(shè)置在被測主干電纜上，電傳感器的輸出接帶通濾波放大器的輸入，帶通濾波放大器的輸出接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的輸入，A/D的輸出接單片機MCU的輸入輸出端，MCU的輸出通過接口電路與位于總配線架上的集中信號處理器的信號輸入接口相連，MCU的時鐘信號輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的時鐘信號控制輸入端。本實用新型可同時進行電流和電壓的判斷，而且對電壓和電流量進行量化，根據(jù)軟件來正確判斷是否有危險的工頻電加在用戶線路上。本實用新型基本上沒有誤告警現(xiàn)象和不告警現(xiàn)象，可靠性和準確性大大提高。
文檔編號H04Q1/18GK2572692SQ02283979
公開日2003年9月10日 申請日期2002年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月29日
發(fā)明者侯長永 申請人:蘇州維運科技有限公司