CN113030559B - 一种探测器剩余电流检测方法 - Google Patents

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CN113030559B CN202110554489.7A CN202110554489A CN113030559B CN 113030559 B CN113030559 B CN 113030559B CN 202110554489 A CN202110554489 A CN 202110554489A CN 113030559 B CN113030559 B CN 113030559B
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Abstract

本发明公开了一种探测器剩余电流检测方法，克服了现有技术的采集误差大导致的漏电检测准确率低带来的安全问题，包括以下步骤：S1、探测器检测原始交流波形和输入电压Vin；S2、单片机模块进行多次采样，计算经过单片机模块ADC采样后的输出电压Vo；S3、将采样后的输出电压Vo输入预先设定的剩余电流检测模型得到待检测剩余电流Ic；S4、将剩余电流与预先设定的阈值进行比较，若剩余电流大于阈值则单片机模块进行漏电报警提示。本发明通过简单处理信号采样，检测原始交流波形通过将电压值代入检测模型得到电流值，电路简单易于实现，防止元器件差异性能导致采集误差，提高检测准确率和消防火灾***的安全监测性能。

Description

一种探测器剩余电流检测方法
技术领域
本发明涉及消防电气火灾监控技术领域，尤其是涉及一种探测器剩余电流检测方法。
背景技术
现有技术中对于剩余电流检测常用的处理方法是通全波整流、滤波、放大电路将剩余电流信号转换为适合单片机片处理的直流电压信号，这样会容易因元器件性能参数差异性造成采集误差。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的采集误差大导致的漏电检测准确率低带来的安全问题，提供一种探测器剩余电流检测方法，通过简单处理信号采样，检测原始交流波形，通过处理算法得电流值。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种探测器剩余电流检测方法，其特征是，包括以下步骤：
S1、探测器检测原始交流波形和输入电压Vin；
S2、单片机模块进行多次采样，计算经过单片机模块ADC采样后的输出电压Vo；
S3、将采样后的输出电压Vo输入预先设定的剩余电流检测模型得到待检测剩余电流Ic；
S4、将剩余电流与预先设定的阈值进行比较，若剩余电流大于阈值则单片机模块进行漏电报警提示。
本发明通过简单处理信号采样，检测原始交流波形通过将电压值代入检测模型得到电流值，电路简单易于实现，防止元器件差异性能导致采集误差，提高漏电报警的准确率，成本低。
作为优选，S2中计算步骤为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAA
其中，Vo为输出电压，Vin为输入电压，R5为电阻阻值，R4为电阻阻值。
作为优选，S3中剩余电流检测模型通过以下步骤构建：
S31、取n个连续周期采样后的输出电压Vo，去掉周期内的最大值和最小值；
S32、剩余值每个周期内取平均值得到若干个平均值V(i)，其中i为周期的排序数值，0＜i＜n；
S33、将若干个平均值V(i)与其对应的当时的剩余电流Ic(i)构建函数得到
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAA
将得到的每个周期内的平均值V(i)与其对应的当时的剩余电流Ic(i)代入得到检测系数k和检测常数b；
S34、利用检测系数k和检测常数b得到具体的剩余电流检测模型
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAA
，其中Ic为待检测剩余电流，Vo为当前输出电压。
作为优选，所述探测器包括：
漏电采样处理模块，用于检测原始交流波形并计算剩余电流；
单片机模块，用于进行漏电时的报警提示并实时采集漏电参数；
电源模块，用于降压为整个***供电；
电源模块分别与单片机模块和漏电采样处理模块连接，单片机模块还与漏电采样处理模块连接。
漏电采样处理模块对输入电压Vin进行处理，通过单片机ADC采样后计算输出电压Vo，进而得到剩余电流，单片机模块在剩余电流超过阈值时进行漏电报警提示，并实时采集设备漏电参数，提高检测准确率和消防火灾***的安全监测性能。
作为优选，漏电采样处理模块包括电容C4、电阻EM1、电阻EM2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C2、运算放大器U1A、电容C3、电阻R4、电阻R5和电容C1，电容C4一端与电阻EM1一端连接，电阻EM1另一端分别与电阻R1一端和电阻R3一端连接，电容C4另一端与电阻EM2一端连接，电阻R1另一端分别与电容C2一端和运算放大器U1A同向输入端连接，运算放大器U1A反向输入端分别与电阻R4一端和电阻R5一端连接，运算放大器U1A正电源端分别与电源VCC3.3V和电容C3一端连接，运算放大器U1A输出端分别与电阻R5另一端和电阻R2一端连接，电阻R2另一端与电容C1一端和mA_In端连接，电阻EM2另一端、电阻R3另一端、电容C2另一端、电阻R4另一端、电容C3另一端和运算放大器U1A负电源端均接地。
作为优选，单片机模块包括单片机U1、红外接收头D8、发光二极管LD1、发光二极管LD2、电阻R9、电阻R8、电容C9、电阻R6、电容C10、电阻R12、电感L2、电容C13、电容C11、电阻R14和电阻R18，电源VCC3.3V分别与电阻R9一端、电阻R8一端、电阻R12一端、电感L2一端、电容C10一端、单片机U1的Vin端和单片机U1的VCC端连接，电阻R9另一端与红外接收头D8的第一引脚连接，红外接收头D8的第三引脚分别与电阻R8一端和电容C9一端连接，电容C9另一端与红外接收头D8的第二引脚连接，单片机U1的RST端分别与电阻R12另一端和电容C11一端连接，单片机U1的VDDA端分别与电感L2另一端和电容C13一端连接，单片机U1的BTO端与电阻R6一端连接，单片机U1的RAD端与发光二极管LD1负极连接，发光二极管LD1正极与电阻R14另一端连接，单片机U1的L-out端与发光二极管LD2负极连接，发光二极管LD2正极与电阻R18另一端连接，单片机U1的CAD端为用于连接漏电采样处理模块的mA_In端，电容C10另一端、电阻R6另一端、电容C13另一端和电容C11另一端均接地。
作为优选，单片机U1型号为MBJ-ZD-BUS，红外接收头D8的型号为LF0038。
作为优选，电源模块包括保险丝F1、瞬态抑制二极管D5、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D6、二极管D7、二极管D8、电解电容C6、电容C7、电阻R444、电阻R111、降压芯片IC2、稳压芯片IC1、电感L1、二极管D4、电容C333、电解电容C111、电阻R222、电阻R555、稳压芯片IC1、电解电容C222、电阻R333和电容C444，LBUS+与保险丝F1一端连接，保险丝F1另一端分别与瞬态抑制二极管D5一端、电容C5一端、二极管D2正极和二极管D6负极连接，LBUS-分别与瞬态抑制二极管D5另一端、二极管D7负极和电容C8一端连接，二极管D2负极分别与二极管D3负极和二极管D1正极连接，二极管D1负极分别与电解电容C6正极、电容C7一端和降压芯片IC2的IN端连接，降压芯片IC2的EN端与电阻R444一端连接，降压芯片IC2的CS端与电阻R111一端连接，降压芯片IC2的SW端分别与电感L1一端和二极管D4负极连接，电感L1另一端分别与电源5V、电容C333一端、电解电容C111正极、电阻R222一端和稳压芯片IC1的第二引脚连接，电阻R222另一端与电阻R555一端连接，稳压芯片IC1第三引脚分别与电源VCC3.3V、电解电容C222正极、电阻R333一端和电容C444一端连接，二极管D6正极、二极管D7正极、电容C8另一端、电解电容C6负极、电容C7另一端、电阻R444另一端、二极管D4正极、电容C333另一端、电解电容C111负极、电阻R555另一端、电解电容C222负极、电阻R333另一端和电容C444另一端均接地。
作为优选，降压芯片IC2型号为XL4001，稳压芯片IC1型号为HT7133-1。
因此，本发明具有如下有益效果：本发明通过简单处理信号采样，检测原始交流波形通过将电压值代入检测模型得到电流值，电路简单易于实现，防止元器件差异性能导致采集误差，提高漏电报警的准确率，成本低，漏电采样处理模块对输入电压Vin进行处理，通过单片机ADC采样后计算输出电压Vo，进而得到剩余电流，单片机模块在剩余电流超过阈值时进行漏电报警提示，并实时采集设备漏电参数，提高检测准确率和消防火灾***的安全监测性能。
附图说明
图1是本实施例的流程图。
图2是本实施例探测器的结构框图。
图3是本实施例漏电采样处理模块的电路原理图。
图4是本实施例单片机模块的电路原理图。
图5是本实施例电源模块的电路原理图。
图中：1、漏电采样模块 2、单片机模块 3、电源模块。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例：
本实施例提供了一种探测器剩余电流检测方法，如图1、图3所示，包括以下步骤：
S1、探测器检测原始交流波形和输入电压Vin；
S2、单片机模块进行多次采样，计算经过单片机模块ADC采样后的输出电压Vo；
S2中计算步骤为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAA
其中，Vo为输出电压，Vin为输入电压，R5为电阻阻值，R4为电阻阻值。
S3、将采样后的输出电压Vo输入预先设定的剩余电流检测模型得到待检测剩余电流Ic；
剩余电流检测模型通过以下步骤构建：
S31、取n个连续周期采样后的输出电压Vo，去掉周期内的最大值和最小值；
S32、剩余值每个周期内取平均值得到若干个平均值V(i)，其中i为周期的排序数值，0＜i＜n；
S33、将若干个平均值V(i)与其对应的当时的剩余电流Ic(i)构建函数得到
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAA
将得到的每个周期内的平均值V(i)与其对应的当时的剩余电流Ic(i)代入得到检测系数k和检测常数b；
S34、利用检测系数k和检测常数b得到具体的剩余电流检测模型
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAA
，其中Ic为待检测剩余电流，Vo为当前输出电压，具体电路如图3所示。
本实施例中经过多次测量采样值进行试验得到的k=0.4422，b=-13.729，剩余电流检测模型：
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
S4、将剩余电流与预先设定的阈值进行比较，若剩余电流大于阈值则单片机模块进行漏电报警提示。
如图2所示，探测器包括漏电采样处理模块1，用于检测原始交流波形并计算剩余电流；
单片机模块2，用于进行漏电时的报警提示并实时采集漏电参数；
电源模块3，用于降压为整个***供电；
电源模块分别与单片机模块和漏电采样处理模块连接，单片机模块还与漏电采样处理模块连接。
如图3所示，漏电采样处理模块包括电容C4、电阻EM1、电阻EM2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C2、运算放大器U1A、电容C3、电阻R4、电阻R5、电容C1和交流输入端P1，交流输入端P1两端分别与电容C4两端连接，电容C4一端与电阻EM1一端连接，电阻EM1另一端分别与电阻R1一端和电阻R3一端连接，电容C4另一端与电阻EM2一端连接，电阻R1另一端分别与电容C2一端和运算放大器U1A同向输入端连接，运算放大器U1A反向输入端分别与电阻R4一端和电阻R5一端连接，运算放大器U1A正电源端分别与电源VCC3.3V和电容C3一端连接，运算放大器U1A输出端分别与电阻R5另一端和电阻R2一端连接，电阻R2另一端与电容C1一端和mA_In端连接，电阻EM2另一端、电阻R3另一端、电容C2另一端、电阻R4另一端、电容C3另一端和运算放大器U1A负电源端均接地。
漏电采样处理电路中，信号经过运算放大器U1A放大后，经mA_In给单片机U1采样，单片机U1通过Kpin控制检测开短路功能，单片机U1通过软件采样最高值，经过多次采样去掉最高值和最低值，取每个周期内的平均值作为输入变量。
如图4所示，单片机模块包括单片机U1、红外接收头D8、发光二极管LD1、发光二极管LD2、电阻R9、电阻R8、电容C9、电阻R6、电容C10、电阻R12、电感L2、电容C13、电容C11、电阻R14电阻R18，电源VCC3.3V分别与电阻R9一端、电阻R8一端、电阻R12一端、电感L2一端、电容C10一端、单片机U1的Vin端和单片机U1的VCC端连接，电阻R9另一端与红外接收头D8的第一引脚连接，红外接收头D8的第三引脚分别与电阻R8一端和电容C9一端连接，电容C9另一端与红外接收头D8的第二引脚连接，单片机U1的RST端分别与电阻R12另一端和电容C11一端连接，单片机U1的VDDA端分别与电感L2另一端和电容C13一端连接，单片机U1的BTO端与电阻R6一端连接，单片机U1的RAD端与发光二极管LD1负极连接，发光二极管LD1正极与电阻R14另一端连接，单片机U1的L-out端与发光二极管LD2负极连接，发光二极管LD2正极与电阻R18另一端连接，单片机U1的CAD端为用于连接漏电采样处理模块的mA_In端，电容C10另一端、电阻R6另一端、电容C13另一端和电容C11另一端均接地。
单片机U1型号为MBJ-ZD-BUS，红外接收头D8的型号为LF0038。
单片机U1采用高性能的ARM，Cortex-M0为内核的32位微控制器，最高工作频率为48MHz，发光二极管LD1作为***运行指示灯，发光二极管LD2在设备发生漏电时进行报警提示，实时采集设备漏电参数，输入电压、输出电压及剩余电流值等漏电参数，通过二总线进行反馈。
如图5所示，电源模块包括保险丝F1、瞬态抑制二极管D5、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D6、二极管D7、二极管D8、电解电容C6、电容C7、电阻R444、电阻R111、降压芯片IC2、稳压芯片IC1、电感L1、二极管D4、电容C333、电解电容C111、电阻R222、电阻R555、稳压芯片IC1、电解电容C222、电阻R333和电容C444，LBUS+与保险丝F1一端连接，保险丝F1另一端分别与瞬态抑制二极管D5一端、电容C5一端、二极管D2正极和二极管D6负极连接，LBUS-分别与瞬态抑制二极管D5另一端、二极管D7负极和电容C8一端连接，二极管D2负极分别与二极管D3负极和二极管D1正极连接，二极管D1负极分别与电解电容C6正极、电容C7一端和降压芯片IC2的IN端连接，降压芯片IC2的EN端与电阻R444一端连接，降压芯片IC2的CS端与电阻R111一端连接，降压芯片IC2的SW端分别与电感L1一端和二极管D4负极连接，电感L1另一端分别与电源5V、电容C333一端、电解电容C111正极、电阻R222一端和稳压芯片IC1的第二引脚连接，电阻R222另一端与电阻R555一端连接，稳压芯片IC1第三引脚分别与电源VCC3.3V、电解电容C222正极、电阻R333一端和电容C444一端连接，二极管D6正极、二极管D7正极、电容C8另一端、电解电容C6负极、电容C7另一端、电阻R444另一端、二极管D4正极、电容C333另一端、电解电容C111负极、电阻R555另一端、电解电容C222负极、电阻R333另一端和电容C444另一端均接地。
降压芯片IC2型号为XL4001，稳压芯片IC1型号为HT7133-1。
电源模块采用低压二总线的通信供电方式，经过降压后为整个***供电，其中，二极管D2、二极管D3、二极管D7和二极管D8组成整流部分，信号经过快速二极管D1、电容C6和电容C7滤波后给降压芯片IC2供电，经过降压芯片IC2降压后为***供电。
上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种探测器剩余电流检测方法，其特征是，包括以下步骤：
S1、探测器检测原始交流波形和输入电压Vin；
S2、单片机模块进行多次采样，计算经过单片机模块ADC采样后的输出电压Vo；
S2中计算步骤为：
Figure 7290DEST_PATH_IMAGE002
其中，Vo为输出电压，Vin为输入电压，R5为电阻阻值，R4为电阻阻值；
S3、将采样后的输出电压Vo输入预先设定的剩余电流检测模型得到待检测剩余电流Ic；
S3中剩余电流检测模型通过以下步骤构建：
S31、取n个连续周期采样后的输出电压Vo，去掉周期内的最大值和最小值；
S32、剩余值每个周期内取平均值得到若干个平均值V(i)，其中i为周期的排序数值，0＜i＜n；
S33、将若干个平均值V(i)与其对应的当时的剩余电流Ic(i)构建函数得到
Figure 658851DEST_PATH_IMAGE004
将得到的每个周期内的平均值V(i)与其对应的当时的剩余电流Ic(i)代入得到检测系数k和检测常数b；
S34、利用检测系数k和检测常数b得到具体的剩余电流检测模型
Figure 94381DEST_PATH_IMAGE006
，其中Ic为待检测剩余电流，Vo为当前输出电压；
S4、将剩余电流与预先设定的阈值进行比较，若剩余电流大于阈值则单片机模块进行漏电报警提示。
2.根据权利要求1所述的一种探测器剩余电流检测方法，其特征是，所述探测器包括：
漏电采样处理模块，用于检测原始交流波形并计算剩余电流；
单片机模块，用于进行漏电时的报警提示并实时采集漏电参数；
电源模块，用于降压为整个***供电；
电源模块分别与单片机模块和漏电采样处理模块连接，单片机模块还与漏电采样处理模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种探测器剩余电流检测方法，其特征是，漏电采样处理模块包括电容C4、电阻EM1、电阻EM2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C2、运算放大器U1A、电容C3、电阻R4、电阻R5和电容C1；
电容C一端与电阻EM1一端连接，电阻EM1另一端分别与电阻R1一端和电阻R3一端连接，电容C4另一端与电阻EM2一端连接；
电阻R1另一端分别与电容C2一端和运算放大器U1A同向输入端连接，运算放大器U1A反向输入端分别与电阻R4一端和电阻R5一端连接，运算放大器U1A正电源端分别与电源VCC3.3V和电容C3一端连接，运算放大器U1A输出端分别与电阻R5另一端和电阻R2一端连接；
电阻R2另一端与电容C1一端和mA_In端连接，电阻EM2另一端、电阻R3另一端、电容C2另一端、电阻R4另一端、电容C3另一端和运算放大器U1A负电源端均接地。
4.根据权利要求1或2所述的一种探测器剩余电流检测方法，其特征是，单片机模块包括单片机U1、红外接收头D8、发光二极管LD1、发光二极管LD2、电阻R9、电阻R8、电容C9、电阻R6、电容C10、电阻R12、电感L2、电容C13、电容C11、电阻R14和电阻R18；
电源VCC3.3V分别与电阻R9一端、电阻R8一端、电阻R12一端、电感L2一端、电容C10一端、单片机U1的Vin端和单片机U1的VCC端连接；
电阻R9另一端与红外接收头D8的第一引脚连接；
红外接收头D8的第三引脚分别与电阻R8一端和电容C9一端连接，电容C9另一端与红外接收头D8的第二引脚连接；
单片机U1的RST端分别与电阻R12另一端和电容C11一端连接，单片机U1的VDDA端分别与电感L2另一端和电容C13一端连接；
单片机U1的BTO端与电阻R6一端连接；
单片机U1的RAD端与发光二极管LD1负极连接；
发光二极管LD1正极与电阻R14另一端连接；
单片机U1的L-out端与发光二极管LD2负极连接，发光二极管LD2正极与电阻R18另一端连接；
单片机U1的CAD端为用于连接漏电采样处理模块的mA_In端，电容C10另一端、电阻R6另一端、电容C13另一端和电容C11另一端均接地。
5.根据权利要求4所述的一种探测器剩余电流检测方法，其特征是，单片机U1型号为MBJ-ZD-BUS，红外接收头D8的型号为LF0038。
6.根据权利要求2所述的一种探测器剩余电流检测方法，其特征是，电源模块包括保险丝F1、瞬态抑制二极管D5、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D6、二极管D7、二极管D8、电解电容C6、电容C7、电阻R444、电阻R111、降压芯片IC2、稳压芯片IC1、电感L1、二极管D4、电容C333、电解电容C111、电阻R222、电阻R555、稳压芯片IC1、电解电容C222、电阻R333和电容C444；
LBUS+与保险丝F1一端连接，保险丝F1另一端分别与瞬态抑制二极管D5一端、电容C5一端、二极管D2正极和二极管D6负极连接，LBUS-分别与瞬态抑制二极管D5另一端、二极管D7负极和电容C8一端连接；
二极管D2负极分别与二极管D3负极和二极管D1正极连接，二极管D1负极分别与电解电容C6正极、电容C7一端和降压芯片IC2的IN端连接；
降压芯片IC2的EN端与电阻R444一端连接，降压芯片IC2的CS端与电阻R111一端连接，降压芯片IC2的SW端分别与电感L1一端和二极管D4负极连接；
电感L1另一端分别与电源5V、电容C333一端、电解电容C111正极、电阻R222一端和稳压芯片IC1的第二引脚连接，电阻R222另一端与电阻R555一端连接；
稳压芯片IC1第三引脚分别与电源VCC3.3V、电解电容C222正极 、电阻R333一端和电容C444一端连接；
二极管D6正极、二极管D7正极、电容C8另一端、电解电容C6负极、电容C7另一端、电阻R444另一端、二极管D4正极、电容C333另一端、电解电容C111负极、电阻R555另一端、电解电容C222负极、电阻R333另一端和电容C444另一端均接地。
7.根据权利要求6所述的一种探测器剩余电流检测方法，其特征是，降压芯片IC2型号为XL4001，稳压芯片IC1型号为HT7133-1。
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