专利名称：工频检测集中告警仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于控制公用电话网的总配线架工频侵入告警设备。
本实用新型的技术解决方案一种工频检测集中告警仪，其特征在于它由电传感器、带通滤波放大器、模数转换器A/D和单片机MCU组成，电传感器为电压或电流传感器，它设置在被测主干电缆上，电传感器的输出接带通滤波放大器的输入，带通滤波放大器的输出接模数转换器A/D的输入，A/D的输出接单片机MCU的输入输出端，MCU的输出通过接口电路与位于总配线架上的集中信号处理器的信号输入接口相连，MCU的时钟信号输出端接模数转换器A/D的时钟信号控制输入端。
本实用新型可同时进行电流和电压的判断，而且对电压和电流量进行量化，根据软件来正确判断是否有危险的工频电加在用户线路上。本实用新型能将所有的总配线架上每一列的工频告警信号全部集中到中心设备上，而且基本上没有误告警现象和不告警现象，可靠性和准确性大大提高。
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型的一种具体电原理框图。
图3是本实用新型的电原理图。
具体实施方式
如图1，本实用新型的工频检测集中告警仪由电传感器、带通滤波放大器、模数转换器A/D和单片机MCU组成，电传感器为电压或电流传感器，它设置在被测主干电缆上，电传感器的输出接带通滤波放大器的输入，带通滤波放大器的输出接模数转换器A/D的输入，A/D的输出接单片机MCU的输入输出端，MCU的输出通过接口电路(型号可为RS-485)与位于总配线架上的集中信号处理器的信号输入接口(型号为RS-485)相连，MCU的时钟信号输出端接模数转换器A/D的时钟信号控制输入端。
本实用新型的电传感器可以是电压传感器，也可是电流传感器，它们可以根据需要单独设置，也可混合设置。
电压传感器可由两块扁平电缆构成(扁平电缆即为现有计算机数据传输排线剪成一段一段构成)，它们夹持在被测主干电缆外表上，即构成电压传感器。电流传感器可由带环状磁芯的线圈构成，它套装在被测主干电缆外围即构成电流传感器。
如图2，本实用新型的电传感器最好采用并列的电流传感器和电压传感器，它们分别设置在被测主干电缆上，它们的输出分别通过各自的整形放大电路接多路开关(型号可为4051)的输入，多路开关的输出接带通滤波放大电路的输入，带通滤波放大电路的输出通过整流电路(用于波形转换)接模数转换器A/D的输入，A/D的输出接单片机MCU的输入输出端，MCU的输出端一路接多路开关的控制端，另一路通过接口电路接集中信号处理器的信号输入接口，还有一路通过光电隔离器亦接集中信号处理器的信号输入接口，配线架上保安单元的告警输出信号FS通过光电隔离器接单片机MCU的输入端，MCU的输入输出端还接有电可擦除存贮器(型号可为AT24C01)和地址拨码开关，MCU的时钟信号输出端接模数转换器A/D的时钟信号控制输入端。
以一根被测主干电缆上的工频检测集中告警仪为例，如图3，在该主干电缆上设有一个电压传感器J0和一个电流传感器J1，电压传感器J0的输出接电压整形放大器，该电压整形放大器可由运放U6A、U6B、U6C，电阻R2、R32、R33、R34、R35，双向二极管D6，电容C2、C12构成，它的输入从U6A和U6B的同相输入端引出接电压传感器J0的输出，它的输出从U6C的输出端引出通过第二级放大器U6D接多路开关U7。其中，C2、C12、R2、D6组成信号调理电路，滤除高频干扰信号及尖脉冲；R32、R33、R34、R35、运放U6A、U6B、U6C构成差动放大电路，对微弱的电压感应信号放大，抑制共模干扰。电阻R40、R41、R42，电位器VD2，运放U6D组成反向比例电路，通过调节VD2可对信号进行适当放大。
电流传感器J1的输出接电流整形放大器，该电流整形放大器可由运放U1D，电阻R1、R24、R25、R26、R16，电位器VD1，电容C1、C1 1、C5，双向二极管D5构成，它的输入从U1D的反相输入端引出，通过电阻R24接电流传感器J1的输出，其输出从U1D的输出端引出接多路开关U7。其中，C1、C11、R1、D5组成信号调理电路，滤除高频干扰信号及尖脉冲；R24、R26、VD1以及运放U1D构成反向比例放大电路，通过调节VD1可对信号进行适当放大；C5、R16阻容电路具有隔直作用，可抑制放大电路的级间电压漂移。
多路开关U7可采用型号为CD4051集成电路，它的输入端X0、X1分别与电流整形放大器的输出和电压整形放大器的输出相连，它的输出从其X脚引出接带通滤波放大器，它的控制端从其A、B、C脚引出接单片机MCU。多路开关U7用来对电压整形放大器和电流整形放大器两个通道的工频电压信号和工频电流信号进行切换。
带通滤波放大器由运放U1A，电阻R3-R7、R20，电容C3、C4、C6构成，它的输入从U1A的同相输入端引出通过串接的电容C4和电阻R3接多路开关U7的输出端X脚，它的输出从U1A的输出端引出通过整流电路接模数转换器A/D。其中，R3、R4、R5、R6、R7、R20、C3、C4、U1A组成二阶带通滤波电路，其中心频率为50HZ。
整流电路可由运放U1B、U1C，电阻R8-R13，二极管D1-D4构成，它的输入从U1B的反相输入端和U1 C的同相输入端引出接带通滤波放大器的输出即运放U1A的输出端，它的输出从U1B和U1C的输出端引出分别通过正向二极管D3和D2合并后接A/D转换器。上述整流电路为一精密整流电路，对信号进行波形变换。
模数转换器A/D(U5)可采用型号为TLC549集成电路，它为8位串行A/D转换芯片，其内部含采样保持电路，模数转换器A/D的输入从其AIN脚引出接整流电路的输出，它的输出接单片机MCU。
单片机MCU(U2)可采用型号为AT89C52集成电路，MCU的输入输出端P11、P12分别与A/D转换器U5的数据输出端D0和片选端CS相连，MCU的时钟信号输出端从其P10脚引出接U5的时钟信号控制输入端CLK，MCU的输入输出端P15、P16、P17接多路开关U7的控制端A、B、C，MCU的串行输入输出端RXD、TXD接485接口电路U4，该485接口电路U4可采用型号为MAX487集成电路，它的输入输出端分别从其R脚和D脚引出接MCU的RXD和TXD端，U4的输出端从其A、B脚引出与位于总配线架上的集中信号处理器的信号输入接口相连。接口电路U4，电阻R29、R30、R31组成485通讯电路，MAX487芯片可挂接127个接点，R31为终端匹配电阻。
MCU的输入输出端T0、T1分别与光电耦合器OP1、OP2的输入相连，OP1、OP2的输出分别通过各自的放大三极管N1、N2接集中信号处理器的信号输入接口。其中，光电耦合器OP1、OP2，电阻R14、R15、R21、R22、R27、R28、R37、R38，三极管N1、N2组成两路告警输出电路，OP1、OP2作光电隔离，R14、R15、R27、R28为上拉电阻，R21、R22、R37、R38为限流电阻，N1、N2用来增加驱动能力。MCU的输入输出端P20、P21、P22接电可擦除存贮器U8(型号可为AT24C01)，用于存储数据。MCU的输入输出端P00-P07接地址拨码开关U3，拨码开关U3和排阻R19构成地址设置电路。MCU的输入端INTO接光电耦合器OP3的输出，OP3的输入与总配线架上对应列保安单元的告警输出端相连。其中，光电耦合器OP3和电阻R18、R36组成FS告警信号采样电路，OP3起光电隔离作用，R18为上拉作用，R36为限流作用。
单片机MCU外接的电容C7、电阻R23实现对单片机系统的上电复位，晶振Y1、电容C9、C10连接于单片机MCU的PIN20(X2)和PIN21(X1)之间，提供系统的是时钟。单片机MCU(U2)主要实现以下功能(1)、控制A/D芯片(U5)实现数据采集及计算处理U2通过P10(PIN2)、P11(PIN3)、P12(PIN4)等引脚与控制U5，实现A/D转换，并对采集的数据进行计算处理，判断其是否达到告警状态。
(2)、与芯片U8(AT24C01)之间进行数据读写通过P20(SDA)、P21(SCL)、P22(SDA)等引脚与U8进行串行通讯，以存储和读取系统的各种参数，实现参数的设置、更改。
(3)与芯片U4(MAX487)进行数据交换实现通讯功能
通过PIN11(RXD)、PIN13(TXD)、PIN5(P13)与U4进行数据交换，实现与信号集中处理器的数据通讯，并由R19、U3进行地址设置，实现多机通讯功能。
此外，本实用新型中，电容CS1、CS2、CS3、CS4，电阻R43，发光二极管D7为电源滤波及电源指示电路。
本实用新型的工作过程是，通过电流传感器J1取得电流信号并加以放大，再通过50HZ带通滤波器加以滤波，进入A/D转换变成数字量，送入到单片机MCU中，同样，电压信号通过电压传感器J0取得信号，放大后通过50HZ滤波，A/D转换成数字量送入单片机MCU中，单片机MCU进行数字处理，判断后，通过RS485总线，将每一列单元的是否有工频侵入信号送到一个集中器，集中器通过PSTN或DDN或TCP/IP等各种传输路径送到中心控制台。
本实用新型中，电流传感器输出的信号先通过阻容电路进行信号调理，经模拟多路转换开关后进行滤波放大，由于系统要检测的是50HZ信号，因此采用的滤波电路为二阶带通滤波。信号经滤波放大后为小于+/-5V的交流信号，系统采用的A/D转换器为单电源的，所以信号经精密整流后变换为0-5V的信号，接到A/D转换器的输入端。由于电压传感器输出的信号是工频电压的空间辐射信号，其强度较弱，在信号滤波放大前，先进行差动放大。模拟多路转换开关用来选择电压传感器通道和电流传感器通道。单片机MCU对模拟量信号进行采样，通过A/D转换器变为数字信号，经过计算处理后，进行判断。系统含有一个485接口，将信号送到集中器，同时系统也可通过两路开关量作告警信号输出。为提高判断的正确性，系统同时引入主干电缆的列告警信号(FS动作信号)作协同分析。
本实用新型的软件系统对电流传感器的信号、电压传感器的信号进行采集、计算处理后，作告警判断。如电压、电流信号均小于告警限且无FS动作信号，则表明当前状态为正常状态，无工频入侵；如电流信号大于告警限，此时也出现FS动作信号，则表明当前有强工频入侵，立即告警；如电流信号大于告警限而无FS动作信号，则可能是工频电流累加的，对于每一对用户线其工频信号很小，为防止是干扰信号，系统进行延时滤除，如果延时一段时间后，电流信号仍大于告警限，则发告警信号，根据检测到的信号的大小不同作不同时间的延时；同样，对于电压信号如果大于告警限，则也进行延时滤除干扰信号，延时时间到仍大于告警限则发告警信号。
权利要求1.一种工频检测集中告警仪，其特征在于它由电传感器、带通滤波放大器、模数转换器A/D和单片机MCU组成，电传感器为电压或电流传感器，它设置在被测主干电缆上，电传感器的输出接带通滤波放大器的输入，带通滤波放大器的输出接模数转换器A/D的输入，A/D的输出接单片机MCU的输入输出端，MCU的输出通过接口电路与位于总配线架上的集中信号处理器的信号输入接口相连，MCU的时钟信号输出端接模数转换器A/D的时钟信号控制输入端。
2.按权利要求1所述的工频检测集中告警仪，其特征在于电传感器或是电压传感器，或是电流传感器，它们或单独设置，或混合设置。
3.按权利要求1所述的工频检测集中告警仪，其特征在于所述电压传感器由两块扁平电缆构成，它们夹持在被测主干电缆外表上；电流传感器由带环状磁芯的线圈构成，它套装在被测主干电缆外围。
4.按权利要求1所述的工频检测集中告警仪，其特征在于并列的电流传感器和电压传感器分别设置在被测主干电缆上，它们的输出分别通过各自的整形放大电路接多路开关的输入，多路开关的输出接带通滤波放大电路的输入，带通滤波放大电路的输出通过整流电路接模数转换器A/D的输入，A/D的输出接单片机MCU的输入输出端，MCU的输出端一路接多路开关的控制端，另一路通过接口电路接集中信号处理器的信号输入接口，还有一路通过光电隔离器亦接集中信号处理器的信号输入接口，配线架上保安单元的告警输出信号FS通过光电隔离器接单片机MCU的输入端，MCU的输入输出端还接有电可擦除存贮器和地址拨码开关，MCU的时钟信号输出端接模数转换器A/D的时钟信号控制输入端。
5.按权利要求1所述的工频检测集中告警仪，其特征在于在该主干电缆上设有一个电压传感器J0和一个电流传感器J1，电压传感器J0的输出接电压整形放大器，该电压整形放大器可由运放U6A、U6B、U6C，电阻R2、R32、R33、R34、R35，双向二极管D6，电容C2、C12构成，它的输入从U6A和U6B的同相输入端引出接电压传感器J0的输出，它的输出从U6C的输出端引出通过第二级放大器U6D接多路开关U7；电流传感器J1的输出接电流整形放大器，该电流整形放大器可由运放U1D，电阻R1、R24、R25、R26、R16，电位器VD1，电容C1、C11、C5，双向二极管D5构成，它的输入从U1D的反相输入端引出，通过电阻R24接电流传感器J1的输出，其输出从U1D的输出端引出接多路开关U7；多路开关U7的输入端X0、X1分别与电流整形放大器的输出和电压整形放大器的输出相连，它的输出从其X脚引出接带通滤波放大器，它的控制端从其A、B、C脚引出接单片机MCU；带通滤波放大器由运放U1A，电阻R3-R7、R20，电容C3、C4、C6构成，它的输入从U1A的同相输入端引出通过串接的电容C4和电阻R3接多路开关U7的输出端X脚，它的输出从U1A的输出端引出通过整流电路接模数转换器A/D；整流电路由运放U1B、U1C，电阻R8-R13，二极管D1 D4构成，它的输入从U1B的反相输入端和U1C的同相输入端引出接带通滤波放大器的输出即运放U1A的输出端，它的输出从U1B和U1C的输出端引出分别通过正向二极管D3和D2合并后接A/D转换器；模数转换器A/D的输入从其AIN脚引出接整流电路的输出，它的输出接单片机MCU；单片机MCU的输入输出端P11、P12分别与A/D转换器的数据输出端D0和片选端CS相连，MCU的时钟信号输出端从其P10脚引出接U5的时钟信号控制输入端CLK，MCU的输入输出端P15、P16、P17接多路开关U7的控制端A、B、C，MCU的串行输入输出端RXD、TXD分别接485接口电路U4的输入输出端R脚和D脚，U4的输出端从其A、B脚引出与位于总配线架上的集中信号处理器的信号输入接口相连；MCU的输入输出端T0、T1分别与光电耦合器OP1、OP2的输入相连，OP1、OP2的输出分别通过各自的放大三极管N1、N2接集中信号处理器的信号输入接口；MCU的输入输出端P20、P21、P22接电可擦除存贮器U8；MCU的输入输出端P00-P07接地址拨码开关U3；MCU的输入端INTO接光电耦合器OP3的输出，OP3的输入与总配线架上对应列保安单元的告警输出端相连。
专利摘要本实用新型涉及一种用于控制公用电话网的总配线架工频侵入告警设备，它由电传感器、带通滤波放大器、模数转换器A/D和单片机MCU组成，电传感器为电压或电流传感器，它设置在被测主干电缆上，电传感器的输出接带通滤波放大器的输入，带通滤波放大器的输出接模数转换器A/D的输入，A/D的输出接单片机MCU的输入输出端，MCU的输出通过接口电路与位于总配线架上的集中信号处理器的信号输入接口相连，MCU的时钟信号输出端接模数转换器A/D的时钟信号控制输入端。本实用新型可同时进行电流和电压的判断，而且对电压和电流量进行量化，根据软件来正确判断是否有危险的工频电加在用户线路上。本实用新型基本上没有误告警现象和不告警现象，可靠性和准确性大大提高。
文档编号H04Q1/18GK2572692SQ02283979
公开日2003年9月10日 申请日期2002年11月1日 优先权日2002年1月29日
发明者侯长永 申请人:苏州维运科技有限公司