一种智能一体化预付费开关.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104242225 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104242225 A (21)申请号 201410485144.0 (22)申请日 2014.09.22 H02H 3/06(2006.01) G07F 15/06(2006.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 国网河北省电力公司 国网河北省电力公司辛集市供电分 公司 (72)发明人 潘旭 李军 师朴 王磊 丁文军 张文武 王超飞 魏鹏飞 张业 李燕 (74)专利代理机构 石家庄众志华清知识产权事 务所(特殊普通合伙) 13123 代。

2、理人 张明月 (54) 发明名称 一种智能一体化预付费开关 (57) 摘要 本发明公开了一种智能一体化预付费开关， 包括电源供电电路、 微控制器以及分别与微控制 器电连接的显示电路、 电流传感器、 零序互感器、 通讯电路及控制电路 ； 所述微控制器为单片机 PIC18F ； 所述通讯电路为 RS485 通讯电路， 包括 RS-485 收发器芯片， RS-485 收发器芯片通过串行 通信接口与微控制器相连接。本发明公开的智能 一体化预付费开关， 通过微控制器与显示电路、 电 流传感器、 零序传感器、 控制电路进行动作控制， 集成了短路、 过流、 过载、 过欠压、 漏电保护等多种 功能， 还可以通。

3、过通讯电路与计算机进行连接， 实 现工作人员的远程控制， 体积小、 可靠性高、 使用 方便。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104242225 A CN 104242225 A 1/1 页 2 1. 一种智能一体化预付费开关， 其特征在于 ： 包括电源供电电路、 微控制器以及分别 与微控制器电连接的显示电路、 电流传感器、 零序互感器、 通讯电路、 控制电路， 电源供电电 路分别与微控制器、 显示电路、 电流传感器、 零序互感器。

4、、 通讯电路、 控制电路连接并供电 ； 所述微控制器为单片机 PIC18F ； 所述显示电路包括数码管、 限流电阻以及四个三极管 ； 所述数码管通过限流电阻与所 述微控制器的输出端口相连 ； 所述电流传感器包括分别与三相电源进行单相连接的三个传感器 ； 传感器输出电压信 号至微控制器的第二模数转换口、 第三模数转换口以及第四模数转换口 ； 所述零序互感器与三相电源分别连接， 零序互感器的输出端与微控制器的第五模数转 换口相连， 零序互感器检测到的漏电信号由电阻 R29 转换为电压信号并经放大后送入微控 制器的模数转换口 ； 所述通讯电路为 RS485 通讯电路， 通讯电路包括 RS-485 收。

5、发器芯片， 所述 RS-485 收发 器芯片通过串行通信接口与微控制器相连接 ； 所述控制电路包括分闸电路和合闸电路 ； 所述分闸电路的分闸信号来自微控制器的 第四输出端口， 分闸信号经电阻、 三极管放大后连接到继电器 K2 并控制继电器的脱扣器动 作 ； 所述合闸电路的合闸信号来自微控制器的第五输出端口， 合闸信号经电阻、 三极管放 大后连接到继电器 K1 和合闸电机 ； 来自微控制器的第五输出端口。 权 利 要 求 书 CN 104242225 A 2 1/3 页 3 一种智能一体化预付费开关 技术领域 0001 本发明涉及一种配电技术领域， 尤其涉及一种智能一体化预付费开关。 背景技术 。

6、0002 目前， 重合闸系统被广泛应用于供电设备， 已经延伸到预付费系统。 重合闸的及时 分闸和合闸可以有效地进行保护电路运行安全， 但是需要人工操作的重合闸系统， 需要工 作人员进行手动的分闸和合闸， 操作起来不够安全且不够方便。 0003 智能重合闸的原理是在漏电保护开关的基础上进行改进， 在漏电保护开关动作 后， 经过一定的延时进行自动重合闸， 恢复供电， 取代了原来的需要人工操作的重合闸系 统， 保证了用电设备的正常运行。 但是该类产品， 还需要一些断路器、 接触器的协调配合， 会 造成一定的不可靠性。 0004 现有的重合闸系统已从最先的供配电系统中开断和闭合正常线路以及开断故障 线。

7、路的作用发展到实现各种用电参数的测量及其保护、 报警等作用。但是目前重合闸的测 量结果只能在本地进行显示， 当操作人员需要对用电参数进行核准时， 必须到该重合闸所 在的地方， 进行核准， 操作不方便， 浪费人力， 可靠性不高。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题是提供一种智能一体化预付费开关， 以解决现有重合 闸可靠性低、 且不能远距离控制的问题。 0006 为解决上述技术问题， 本发明所采取的技术方案是 ： 一种智能一体化预付费开关， 包括电源供电电路、 微控制器以及分别与微控制器电连 接的显示电路、 电流传感器、 零序互感器、 通讯电路、 控制电路， 电源供电电路分别与微控制 器。

8、、 显示电路、 电流传感器、 零序互感器、 通讯电路、 控制电路连接并供电 ； 所述微控制器为 单片机 PIC18F ； 所述显示电路包括数码管、 限流电阻以及四个三极管 ； 所述数码管通过限流电阻与所 述微控制器的输出端口相连 ； 所述电流传感器包括分别与三相电源进行单相连接的三个传感器 ； 传感器输出电压信 号至微控制器的第二模数转换口、 第三模数转换口以及第四模数转换口 ； 所述零序互感器与三相电源分别连接， 零序互感器的输出端与微控制器的第五模数转 换口相连， 零序互感器检测到的漏电信号由电阻 R29 转换为电压信号并经放大后送入微控 制器的模数转换口 ； 所述通讯电路为 RS485 。

9、通讯电路， 通讯电路包括 RS-485 收发器芯片， 所述 RS-485 收发 器芯片通过串行通信接口与微控制器相连接 ； 所述控制电路包括分闸电路和合闸电路 ； 所述分闸电路的分闸信号来自微控制器的 第四输出端口， 分闸信号经电阻、 三极管放大后连接到继电器 K2 并控制继电器的脱扣器动 作 ； 说 明 书 CN 104242225 A 3 2/3 页 4 所述合闸电路的合闸信号来自微控制器的第五输出端口， 合闸信号经电阻、 三极管放 大后连接到继电器 K1 和合闸电机 ； 来自微控制器的第五输出端口。 0007 由于采用上述技术方案， 本发明所产生的有益效果在于 ： 本发明公开的智能一体化。

10、预付费开关， 通过微控制器与显示电路、 电流传感器、 零序传 感器、 控制电路进行动作控制， 集成了短路、 过流、 过载、 过欠压、 漏电保护等多种功能， 还可 以通过通讯电路与计算机进行连接， 实现工作人员的远程控制， 体积小、 可靠性高、 使用方 便。当费用不足时电闸会自动脱落， 当费用缴纳后会使电闸自动闭合送电。 附图说明 0008 图 1 是本发明公开的智能一体化预付费开关的结构连接示意图 ； 图 2 为图 1 所示智能一体化预付费开关中的微控制器的结构示意图 ； 图 3 为图 1 所示智能一体化预付费开关中的显示电路的结构示意图 ； 图 4 为图 1 所示智能一体化预付费开关中的电流。

11、传感器和零序互感器结构示意图 ； 图 5 为图 1 所示智能一体化预付费开关中的电源供电电路的结构示意图 ； 图 6 为图 1 所示智能一体化预付费开关中的通讯电路的结构示意图 ； 图 7 为图 1 所示智能一体化预付费开关中的分闸电路的结构示意图 ； 图 8 为图 1 所示智能一体化预付费开关中的合闸电路的结构示意图。 具体实施方式 0009 下面结合附图对本发明做进一步详细说明 ： 图 1 示出了本发明公开的智能一体化预付费开关的连接结构示意图， 包括 ： 微控制器、 显示电路、 电流传感器、 零序互感器、 电源供电电路、 通讯电路、 控制电路 ； 微控制器分别与 显示电路、 电流传感器、。

12、 零序互感器、 通讯电路、 控制电路连接， 电源供电电路还分别与显示 电路、 电流传感器、 零序互感器、 通讯电路、 控制电路连接并为它们进行供电 ； 所述微控制器 为单片机 PIC18F ； 所述通讯电路具体为 RS485 通讯电路。 0010 零序互感器检测线路是否漏电， 并将漏电检测信号送入微控制器 ； 电流传感器检 测线路的三相电流， 并将三相电流信号送入微控制器 ； 微控制器对漏电信号、 三相电流信号 进行数字化处理， 经分析计算后控制控制电路进行保护动作， 并通过显示电路进行显示， 还 可以通过 RS485 通讯电路与计算机进行通讯。 0011 图 2 为图 1 所示智能一体化预付。

13、费开关的微控制器的结构图， 如图 2 所示， 微控制 器 U8 为单片机 PIC18F， 电容 C11 接 U8 的第 6 脚 VCAP， 为微控制器 U8 内核电源滤波 ； 电容 C10 接 U8 的复位脚 （NRST） ， 为 U8 提供复位信号。 0012 图 3 为图 1 所示智能一体化预付费开关的显示电路的结构图， 如图 3 所示， 显示电 路由数码管 U1、 电阻 R5-R12、 R7、 R8、 R9、 R15， 三极管 T1、 T2、 T3、 T4 构成， 图 2 中微控制器 U8 的输出端口 PD0 PD4、 PE0 PE2 构成段选信号通过限流电阻 R5-R12 与数码管 U。

14、1 的 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP 段管脚相连 ； 三极管 T1、 T2、 T3、 T4 还分别和微控制器 U8 的 VDD 接口 相连。 0013 图 4 为图 1 所示智能一体化预付费开关的电流传感器和零序互感器的结构图， 如 图 4 所示， 电流传感器包括三个传感器 CT2、 CT3、 CT4， CT2、 CT3、 CT4 分别穿过 UC、 UB、 UA 三 说 明 书 CN 104242225 A 4 3/3 页 5 相电源， CT2、 CT3、 CT4 输出分别通过电阻 R51、 R52、 R53 转换为电压信号送入图 2 中的微控 制器 U8 的第二模数转换口 。

15、PB2、 第三模数转换口 PB3 以及第四模数转换口 PB4， 转换为数字 信号。微控制器 U8 将数字信号分析计算后通过控制电路执行保护动作。 0014 零序互感器由零序互感器CT1构成， CT1穿过UA、 UB、 UC三相电源， 当CT1感应出线 路的漏电信号， 该漏电信号通过电阻 R29 转换为电压信号， 电阻 R27、 R32、 R25、 R30、 R31、 电 容 C6 构成放大电路， 将漏电信号放大后送入图 2 中的微控制器 U8 的第五模数转换口 PB5， 将漏电信号转换为数字信号。 0015 图 5 为图 1 所示智能一体化预付费开关的电源供电电路的结构图， 如图 5 所示， 。

16、电 源供电电路由变压器 T10、 二极管 D1、 D2、 D3、 D4、 电解电容 C1、 C3、 C4、 C7、 三端稳压器 U3、 U4 构成。变压器 T10 初级接交流电源 UA 相、 UB 相， 次级通过二极管 D1、 D2、 D3、 D4 整流， 电解 电容 C1、 C3 滤波后形成正负 12V 电源， 正负 12V 电源经过三端稳压器 U3、 U4、 电解电容 C4、 C7 稳压成正负 5V 电源为各电路供电。 0016 图 6 为图 1 所示智能一体化预付费开关的通讯电路的结构图， 如图 6 所示， 所述通 讯电路具体为 RS485 通讯电路， RS485 通讯电路由集成的 RS。

17、-485 收发器芯片 U6（具体型号 可以为 MAX485） 构成， U6 的接收端 RX、 TX、 485CTL 与图 2 中的微控制器 U8 的端口 RX、 TX、 PD7连接， 微控制器U8可以通过RS485通讯电路与计算机进行通讯， 实现智能一体化预付费 开关的远程控制。U6 的 RX、 TX 为串行通信接口， 485CTL 作用是切换接收发送状态。 0017 本发明中， 图 1 所示智能一体化预付费开关的控制电路包括分闸电路和合闸电 路。 0018 所述分闸电路如图 7 所示， 分闸电路由电阻 R38、 R39、 R40、 R76、 三极管 T6、 T7、 继 电器 K2、 脱扣器 。

18、L1 构成 ； 分闸信号 OUT_OFF 通过 R38 与图 2 中所示的微控制器 U8 的第四 输出端口 PA4 连接。当需要分闸时， OUT_OFF 为高电平， 三极管 T6、 T7 导通， 继电器 K2 线包 得到 24V 电源， 继电器 K2 吸合， 脱扣器 L1 二端得到交流 UA、 UB 二相电源， 脱扣器动作推动 智能一体化预付费开关内部的机构分闸。 0019 所述合闸电路如图 8 所示， 由电阻 R43、 R61、 R41、 R42、 三极管 T8、 T9、 继电器 K1、 电 机 M1 构成 ； 合闸信号 OUT_ON 通过 R43 与图 2 中的微控制器 U8 的第五输出端。

19、口 PA5 连接。 当需要合闸时， OUT_ON 为高电平， 三极管 T8， T9 导通， 继电器 K1 线包得到 24V 电源， 继电器 K1 吸合， 电机 M1 二端得到交流 UA、 UB 二相电源， 电机 M1 转动推动智能一体化预付费开关 内部的机构合闸。 说 明 书 CN 104242225 A 5 1/4 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104242225 A 6 2/4 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 104242225 A 7 3/4 页 8 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 104242225 A 8 4/4 页 9 图 6 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 104242225 A 9 。