智能电路设计与制作十篇

智能电路设计与制作篇1

【关键词】智能控制;湿敏传感器;步进电机;防雨

1.引言

随着硬件设计技术的发展各种智能控制技术应运而生，很多工具都开始智能化，而市场上却没有一种智能防雨工具，人们会经常因不在家使挂在阳台上的衣服淋湿或者因为没有及时的采取防雨措施蒙受经济损失[1，2]。为了解决此问题，方便人们的日常生活，设计了一种智能防雨装置。该智能防雨装置主要包括防雨布、卷轴、直流电机、感湿装置以及供电装置。晴天，该智能防雨装置利用太阳能蓄电池蓄电，防雨布卷起;下雨时，湿敏传感器输出信号，促使步进电机工作，放下防雨布，实现智能防雨功能。目前有相关文献提出智能防雨系统的设计，大都以单片机或者嵌入式芯片为控制中心，通过编程加载到控制中心，控制硬件电路来实现智能防雨的功能，系统较复杂，且易出现故障[3，4]。本文旨在设计出一种只需要做简单的硬件电路设计即能实现智能防雨的功能，且性能可靠，电路稳定。

2.设计流程

为了实现智能防雨的功能，该防雨帘包括防雨布、卷轴、直流电机、感湿装置以及供电装置。由于湿敏电阻具有遇水阻值显著增大的特性，因此选用湿敏电阻作为智能防雨帘的传感器。湿敏传感器的工作原理是利用覆盖在基片上的一层感湿材料膜在遇到水时电阻率和电阻值发生变化来反映湿度的变化，因此湿敏传感器的输出信号很微弱，要想利用该信号激励后续电路，必须对其进行放大。要想自动控制防雨布实现防雨，必须有能够控制其自动运动的器件，因此想到直流电机，因为直流电机具有良好的线性特性，能够用给定的信号控制其旋转固定的角度，且运行精度高。为了使该装置符合人们的使用要求，设计该防雨布围绕卷轴成适宜窗户的卷轴窗帘，直流电机与卷轴相连以带动卷轴转动，该感湿装置与该直流电机相连，以于感测到一定湿度时，由该供电装置供电，驱动该直流电机旋转，带动该防雨布伸展开。[5，6]

具体设计框图如图1电路示意图所示。该感湿装置包括湿敏传感器、第一放大器模块及第二放大器模块，该湿敏传感器与四个电阻构成电桥，并连接于该第一放大器模块，以于该湿敏传感器阻值变大超过设定值时，该第一放大器模块输出低电平变为高电平，该高电平输出至该第二放大器模块，经该第二放大器模块放大并全波整流为直流电压信号，驱动该直流电机旋转。该供电装置包括太阳能电池、蓄电池及升压型直流变换器，通过该太阳能电池对该蓄电池充电，并通过该升压型直流变换器升压为电路需要的工作电压。太阳能电池经一充电电流限制电阻和防止电流反向流通的二极管对该蓄电池充电。感湿装置通过第一电阻与该供电装置连接，以设定该湿敏传感器的电流。

感湿装置为湿敏传感器SM，湿敏传感器SM与R8、R9、R10、R11构成电桥，并连接于第一放大器模块11，R1用于设定湿敏传感器SM的电流，正常时电桥处于平衡状态，直流电机不工作，降雨时，湿敏传感器SM阻值变大超过设定值，第一放大器模块11输出低电平变为高电平，该高电平输出至第二放大器模块12，经第二放大器模块12放大并全波整流为直流电压信号，驱动直流电机M旋转，带动防雨布，将其伸展开，实现智能防雨功能[7，8]。供电装置采用太阳能电池作为整个电路的电源。

3.硬件电路设计

本发明利用湿敏电阻与水接触时阻值显著增大的特性，通过硬件电路的设计实现有雨时，电机自动旋转，伸开防雨卷帘，实现智能防雨的目的。具体电路图如图2智能防雨装置电路图所示。

图1 智能防雨帘电路示意图

工作原理结合图2如下所述。湿敏传感器SM与R8、R9、R10、R11构成电桥，常用的电阻电桥有R1用于设定传感器的电流。电桥是通过比较法测量模拟信号一种常见的测量电路或者测量仪器，电桥包括单臂电桥和双臂电桥，测量中等阻值电阻要设置好。电桥在测量较大阻值的电阻时，一般采用高电阻电桥或兆欧表;而在测量较小阻值的电阻时，一般采用双臂电桥（开尔文电桥）。电桥由于准确度高、稳定性好，被广泛用于自动调节、电磁测量和自动控制中。最基本的直流单臂电桥即惠斯登单臂电桥。正常时电桥处于平衡状态，电机不工作，降雨时，SM阻值变大超过设定值，1A输出低电平变为高电平，经2A放大并全波整流为直流电压信号，驱动直流电机M旋转，带动防雨帘，将其伸展开，实现智能防雨功能。太阳能电池作为电路的电源，太阳能电池的电压（2V/250mA）经R5和VD1对蓄电池BT充电，R5为充电电流限制电阻，VD1为防止电流反向流通的二极管。MAX757是常见的DC/DC直流稳压芯片，因此采用MAX757作为升压型直流变换器，它将蓄电池BT的1.2V电压升压为5.3V作为电路的工作电压，其输出电压由R6设定，图示R1的驱动电压为5.3V。

4.具体实施方式

防雨布围绕卷轴设计成适宜窗户的卷轴窗帘，直流电机与卷轴相连，由供电装置供电，带动卷轴转动，伸开或卷起防雨布，供电装置为太阳能电池，安置于窗户外沿可光照到的地方即可;感湿装置放置于窗户外沿，其与直流电机相连，以于感测到一定湿度时，驱动直流电机旋转，带动防雨布将其伸展开，实现智能防雨。

5.总结

本文提出了以一种智能防雨帘的设计思路和方法，主要是利用湿敏电阻具有遇水阻值显著增大的特性，将其作为感湿装置，设计了主要包括雨布、卷轴、直流电机、感湿装置以及供电装置几部分的智能防雨装置。实现了天晴时，能自己蓄电，下雨时，能自动打开雨布防雨的功能。该装置只是做简单硬件电路的设计，需要的元器件也都是常见廉价的电子元器件，且能够用太阳能电磁进行蓄电供电，适应现代智能家居的要求，能够很好的方便人们的生活。

参考文献

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[2]李萍，龚小鹏，徐鸥.防误新技术的展望及应用[J].电力安全技术，2012，12（14）：25-29.

[3]胡进.智能家居系统中家庭安防预警子系统的研究与实现[D].电子科技大学，2012.

[4]李鸿.几种智能家居网络控制系统方案的分析与比较[J].现代电子技术，2010，3（15）：18-22.

[5]蒋明明.基于STM32的低端智能家居控制系统研制[D].西安交通大学，2012.

[6]陈致远，朱叶承，周卓泉，祝磊.一种基于STM32的智能家居控制系统[J].电子技术应用，2012，38（9）：138-141.

[7]赵宇.嵌入式智能家居监控系统研究与设计[D].东北大学，2009.

[8]王继罗.嵌入式智能家居控制系统的设计和实现[D].哈尔滨工业大学，2013.

智能电路设计与制作篇2

关键词：110kV智能变电站；电气设计；设计方案

中图分类号：F407文献标识码： A

1 智能变电站概述

1.1 定义

智能变电站，主要是利用现代化的智能设备，通过相应的组合和处理，实现变电站信息的数字化、通信平台的网络化以及信息共享标准化，并自动对电力网络的运行信息进行采集、测量、控制、保护以及检测等，同时，可以根据实际工作的需要，对输配电网进行实时控制、在线决策分析、协同互动等功能，实现与周边变电站的交流互动的。智能变电站作为一种新兴的变电站形式，是在数字化变电站的基础上发展和演变而来的，可以实现变电站系统的自动化和智能化，是智能电网运行和控制的关键。

1.2 基本结构

一般情况下，智能变电站是依据IEC61850标准的规定进行构建的，从物理结构划分，可以分为智能化一次设备和网络化二次设备，从系统功能结构划分，可以分为站控层、间隔层和过程层。站控层的功能主要是对变电站现场设备的监控和管理，同时可以实现设备之间的信息交互，主要由监控系统、保护信息管理系统、火灾报警系统、防误闭锁系统等组成；间隔层设备包括计量设备、测控设备等接入其他智能设备的规约转换设备，其主要作用在于对线路、变压器等设备的保护；过程层设备主要有变压器、断路器等一次设备以及相应的智能组件和智能电子设备，可以完成相应矢量的采集以及控制命令符的发送等一次设备的相应功能。

2 智能变电站的设计要点

110kV智能变电站设计，其基本设计要点在于：

2.1 智能化一次设备的选择

首先，110kV智能变电站由于实际工作的需要，在主变侧，采用的是电子式互感器，主要使用光纤作为信号的传输元件，采用胶结的方式对磁光玻璃与光纤进行连接，相对来说，维护周期较短，而闭环控制技术也保证了其自身的精准度和较大的动态范围。其他一次设备可以保持原有设备不变，同时使用智能终端作为一次设备的智能化接口，实现电力系统的运行要求。

其次，对于110kV电力系统中的配电装置，使用中置式真空开关柜，由于其各出线的保护测控装置统一安装在各自的开关柜上，因此，只需要在主变低压侧外配置智能终端即可，不需要在每个出线柜上都进行配置。

2.2 构建网络构架

组网形式使用高速以太网络，可以确保系统的数据传输速率不低于100Mb/s，同时使所有设备都具有对应的通信接口，且支持IEC61850规约。

按照逻辑功能，可以将网络划分为过程层、站控层和间隔层三个部分。

对于站控层而言，其网络拓扑采用单星型结构。对于110kV电力网络，使用常规工业级的工作组网络交换设备，形成站控层单以太网；而对于GOOSE控制网，可以采用IEC61850规约要求的工业级网络交换设备，相应的设备必须支持GOOSE技术。

过程层网络可以分为GOOSE网和采样数据网，从物理特性方面看，两者之间相互独立，其网络结构为星型拓扑。针对系统保护双重化的特殊要求，要确保相应的过程层网络为双重化配置。在对网络进行构建时，为了保证电力系统的安全，要满足继电保护的相关要求，坚持双重化配置的两个过程层网络完全独立的原则。

3 智能变电站的设计方案

结合某智能变电站的设计，对其设计方案进行分析。

3.1 工程概况

该变电站属于全户内终端变电站，设计电压等级为110kV，目前拥有50MVA变压器1台，设计规划为2台，拥有1回110kV出线，12回10kV出线，为单母分段。整个变电站规模相对较小，仅建设有1个生产综合小楼，10kV线路采用开关柜设备，而110kV使用GIS组合电器。

3.2 智能化一次设备

要根据智能变电站的设计和应用要求，在满足可靠性、经济性的前提下，运用相应的方法，对智能化一次设备进行适当选择，同时配置对应的传感器、智能终端等功能模块，将常规一次设备转换为智能一次设备。

首先，对主变压器的智能化改造。利用智能化终端设备，可以实现对主变中性点隔离开关、有载调压开关等设备的管理和控制以及对主变压器电量、油中溶解气体的特征量的监测分析实现。

其次，在对110kV进线侧和内桥测进行智能化改造时，可以使用罗氏线圈电子式电流电压互感器，针对主变10kV的进线间隔，需要配置罗氏线圈电子式电流互感器；对于出线间隔，考虑到性价比的因素，可以选择常规的互

感器。

最后，智能开关的设置。10kV采用安装在就地开关柜的多功能装置，实现保护、测控和计量功能，而110kV通过对断路器状态信息的采集、分析和监测，实现对断路器的控制和管理。同时，可以采用统一的在线监测系统，通过电缆，实现信号的传输，将传感器的信号与间隔智能单元进行连接，实现在线数据信息采集和状态监测，保证系统的稳定和安全。

3.3选择电气主结线方式

变电站电气主接线是变电站电气设计过程的首要部分，同时也是电力系统的重要环节之一。变电站电气主接线连接着各种高压电器，负责接受和分配高压设备的电能，反映各种设备的相互作用、连接方式和各回路间的相互关系，是变电站电气部分重要组成。变电站电气主接线的性能直接影响着变电站的运行过程的可靠性、灵活性，并对电力输变过程的配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择等方面的作用有决定性的影响。

线路D变压器组接线是最简单主接线方式。高压配电装置只配置2个设备单元，接线简单清晰，占地面积小，送电线路故障时南送电端变电所出线断路器跳闸。当1台主变或一条线路故障退出运行，只需在变电所低压侧作转移负荷操作，就能确保100%负荷正常用电，且不影响相邻变电所的运行。内桥接线是终端变电所最常用的主接线方式。其高压侧断路器数量较少，线路故障操作简单、方便，系统接线清晰，保护配置整定简单。当送电线路发生故障时，只需断开故障线路的断路器，对其它回路的正常运行不造成影响。因此，对于地方电网中110kV终端变电所，如主变容量不能满足N-l要求，采用内桥主接线方式有利于提高系统供电可靠性。

4 结语

110kV智能变电站的电气设计应本着具体问题具体分析的原则，根据智能变电站在电力系统中的地位和作用、负荷性质、出线回路数、设备特点、周围环境及变电站规划容量等条件和具体情况，在满足供电可靠性、功能性、具有一定灵活性的前提下尽量优化设计方案，精选设计手段。总之，智能变电站相比于传统变电站，有着巨大的优势，可以有效保证电力系统的稳定和安全。相关设计人员应该加强重视，积极推动智能变电站的发展和普及。

参考文献

[1] 吴罡，李琳，李翔.110kV智能变电站设计方案初探[J].江苏电机工程，2011，30（2）：31-35.

[2]杨建平.110kV智能变电站设计与建设实例[J].电力科学与技术学报，2012年06月，第27卷第2期.

智能电路设计与制作篇3

电工电子实习，亦称电子工艺实习，是高校开设的公共基础实训课程，涉及专业较多，在工科专业人才培养中占有重要地位。随着国家的发展转型，业界对人才的需求，已从学术型人才转向工程型人才，[1-3]传统的技能培训模式已不能适应新形势下人才培养的需要，教学改革势在必行。现代工程教育模式为集中性实践教学环节的改革带来了先进理念，[4-6]根据CDIO理念改革电工电子实习平台，模块化的方案设计和教学设计非常关键，围绕能力的培养，从科研成果转化为教学内容入手，结合项目驱动法和最新的虚拟仿真技术，进行实习内容的组织和教学设计，采用模块化设计，将工程案例与实习课程具体特点结合，在保障技能训练的基础上，强化系统性的工程能力培养，重点提升了学生的自主学习能力、设计开发能力和应用创新水平。

一、教学设计

智能车作为创意机器人设计的参考原型，是高校进行跨学科创新的典型工程案例，也是实现课赛结合的理想主题，在各类赛事和学科创新活动中获得了较多成果。CDIO理念下的电工电子实习教学改革，将智能车成果转化为教学内容，依据教学需要进行模块化设计，完成教学适配，[7]以智能车主题贯通实习教学的各个环节，增加了课外自学内容，结合虚拟仿真开发技术，使学生在实践中循序渐进，具备安全用电、电子制作、电子设计与应用创新的各项能力，实现了系统性的工程能力培养目标。教学设计方案见表1，下面从安全用电、电子制作、电子设计、进阶引导四个方面进行介绍。

表1 CDIO理念下的电工电子实习教学设计

实习模块 主要内容 智能车工程案例 能力目标 适用范围

安全用电 用电常识、用电规范

照明电路、室内配电 电源模块 安全用电技能

看图接线能力 必做

动力线路、PLC自动化 驱动模块 信息获取利用能力 选做

电子制作 焊接、调试、装配 循迹模块 电子制作技能

分析解决问题能力 必做

电子设计 PCB设计、制板、焊接、调试 车灯模块 设计开发能力 选做

电路仿真、整车调试 显示模块、整车 工程系统能力 电类

进阶引导 实习总结、扩展应用、编程 MCU模块及扩展 自主学习能力

应用创新能力 电类

1.安全用电

学生具备安全用电常识和解决日常用电问题的能力，是电工电子实习的最低要求。安全用电是工程实践的基础，须克服心理障碍，熟悉用电常识与操作规范，防患于未然，主要内容有安全用电常识、常用工具的使用、单相电路、三相电路。需要注意强弱电、交直流的结合对照，做好与后续实习内容的关联，融会贯通，培养学生的信息获取与利用能力。

单相电路侧重培养安全用电技能和看图接线能力，主要内容是照明用电和室内配电实训，了解交流市电的使用，在此基础上加入智能车直流电源课外自学内容。电源作为电子产品系统的供配电部分，是系统调试和故障多发的重点区域，也是安全用电和电路检修的关键环节，智能车电源模块使用了7.2V电池，对外供电采用双电源，7.2V直接为显示模块、循迹模块和驱动模块供电，变换为5V电压后为MCU模块供电，初学者容易接错电源，造成元器件烧坏或者人体烧伤，须提示安全用电。

三相电路侧重培养看图接线能力和信息获取与利用能力，有动力用电和PLC自动化两个实训项目，主要内容是电机的继电控制和PLC电气自动化，在此基础上通过智能车的驱动模块了解直流继电器及直流电机的控制，了解H桥驱动原理，智能车的驱动模块用于运动控制，通过两路控制信号分别对开关管和继电器进行控制，以实现电机的速度、转向等动作。达林顿管驱动电机进而控制速度、晶体管驱动继电器进而控制行进方向。因为该部分属选作内容，内容较多，比较实用，有助于培养学生的信息获取与利用能力。

2.电子制作

学生具备课外科技制作的能力，是电工电子实习的最低培养目标。电子制作包含仪器的使用、元器件的识读检测、焊接工艺、电路调试和整机装配五个部分。其中仪器的使用和元器件的识读要结合焊接具体电路来教学，尊重学生在实训中的主体地位，边讲边操作，考虑学生信息的获取与利用能力和效率，有的放矢避免泛泛而谈。

焊接工艺是电子制作的基本功，主要内容有立方体的焊接、万用板的焊接、印刷电路板的焊接和拆焊练习，其中立方体的焊接是焊接基础，采用“准备-加热-加锡-去锡-去烙铁”五步训练法教学，要求学生握持烙铁要稳，养成焊前对烙铁头和引脚进行预处理的习惯，避免虚焊；万用板的焊接推荐引脚直连法或者用单支线，训练实例为智能车电源模块，要求学生养成“先检测，再焊接，焊前预布局”的习惯；印刷电路板的焊接训练实例为智能车循迹模块，学生通过印刷电路板的焊接对PCB结构和标识有一个初步的了解，为后续设计PCB奠定基础。

通电调试前，使用万用表对照原理图检测电路，发现元件焊反或焊错的，须进入拆焊环节，拆焊可用热风机或加锡拆焊法，均匀预热避免长时间加热某个焊点，以免焊盘脱落；调试时沿电流方向依次检测，查找虚焊或问题元件，掌握离线检测电路的方法。通过智能车循迹模块掌握运放的典型应用和运放电路在线调试的方法，初步具备依据电路原理进行调试分析与解决问题的能力。电子制作教学环节，学生多为初学者，要求指导老师“多演示、多巡视、多指导、严验收”，拆焊练习属于选作内容，方便学有余力的同学自我提升。

3.电子设计

电子设计是是工程型人才培养的关键，是电工电子实习的重点内容，直接关系到培养学生的自主学习能力、设计开发能力和工程系统能力培养质量，主要内容包含电路仿真、原理图绘制、电路板设计、电路板制作和整车调试。电路仿真是进行电子设计与验证的便捷途径，学生通过Multisim电子电路设计与仿真软件，仿真智能车车灯模块或显示模块，分析电路原理，了解集成运放电路典型应用与调试技巧，掌握电路设计的可行性仿真分析和虚拟仪器在电路验证中的应用，为后续电路板设计奠定基础。

使用Altium Designer 绘制电路原理图，或进行原理图修改，是进行电路板设计的前提，应注意易读性和效率，学生在绘制智能车车灯模块原理图的过程中，要提前发放元器件，自然而然地了解软件界面、元件与封装。Altium Designer 进行PCB电路板设计之前，利用前面焊接的循迹模块PCB成品，使学生对PCB电路板有个感性认识，然后通过刚绘制的车灯模块原理图快速上手，初步掌握PCB设计流程和使用技巧，布置一些课外内容，例如布局原则、布线技巧、批量修改和机电匹配、帮助学生迅速掌握软件[8]，提高自主学习能力。

通过热转印工艺，了解印刷电路板制作流程，每个环节建议设置简短提醒，完成车灯模块PCB的制作，在读懂电路原理的基础上独立完成焊接与调试。

最后是整车调试环节。利用已制作并调试成功的五个模块，配上智能车底座和单片机最小系统板成品，要求学生分组完成整车调试，通过检测跑道（或地图）的黑线来自动调整小车前进的方向，使小车不脱离黑线跑完全程，从而实现小车的自动循迹，提高学生的工程系统能力和团队合作能力，通过对电子设计因果的反思总结，提高学生的设计开发能力。

4.进阶引导

进阶指导是实习课程的课外拓展，是课外创新的新起点。实习课程结束后，进行一次完整的梳理总结，便于知识结构的系统化，利于后续的课外创新实践。围绕智能车工程案例，总结单片机电路，梳理电子技术知识的典型应用；科普单片机编程和控制算法，引导学生以智能车为原型，进行创意智能车/机器人的扩展设计与创新，组织学生参加相关赛事，提升学生的应用创新能力。

二、成效

电工电子实习是校级公共实践平台，教研组根据现代工程教育理念，采用“分批次多层次多模块”的方式，逐步推进教学改革，满足了各个专业的需要。通过模块化设计的智能车，实现了已学电子技术与后续单片机课程的对接；以单片机电路梳理电子技术典型应用，打通了实习教学各模块和环节，从传统的技能培养成功过渡到系统性的能力培养，提高了人才培养水平。制作的“电工电子实习课件（CDIO版）_跟我学做智能车”系列课件，在2014校多媒体教育课件大赛中获奖，根据5个专业的教学测试，以及教学问卷反馈，完善了教学设计，取得了阶段成果。

在此基础上，探索了课赛结合教学模式（图2）。智能车项目的模块化设计，考虑了与后续赛事的对接与关联，预留了MCU编程、创意设计和硬件扩展等内容，把智能车成功打造为学生未来工程实践的创新起点和参考范例，打通了实习与课外创新环节，引导学生提前进入了课外创新阶段，通过组织学生参加智能车、机器人和飞行器等赛事，以竞赛带动学生参加课外创新活动，提高了学生的工程能力和就业竞争力。

智能电路设计与制作篇4

（1.常州森隆电力科技有限公司，江苏常州213014；2.上海电力实业有限公司，上海200001；3.国网上海市电力公司，上海200122；4.上海南华兰陵实业有限公司，上海201111）

摘要：介绍一种智能开关设备电动系统的设计方案，设计硬件采用严格逻辑控制电路、电机正反转电路来对智能开关设备实现可靠的控制，采用校准过流电压电路来适应不同规格电机，采用RS 485数字通信接口电路，通信协议符合现场总线标准来实现系统组网构成分布式远程电动控制系统。软件采用冗余逻辑分析处理算法实现控制逻辑，从而可靠的实现对智能开关设备的本地及远程控制。在此分别从硬件和软件方面阐述了智能开关设备电动控制系统的设计方案。

关键词 ：智能开关设备；电动控制系统；电动底盘控制；电动接地刀控制

中图分类号：TN702?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）16?0156?04

收稿日期：2015?02?25

0 引言

随着工业化、现代化及信息技术发展，更多的新兴技术被引入到中低压开关设备中，为满足开关柜产品数字化、智能化、网络化需求，实现开关设备无人化运行，更可靠的保护人身安全，中压移开式开关设备主开关手车及接地开关电动操作系统得到了越来越广泛的应用[1]。

智能开关设备电控控制系统在标准断路器手车和接地刀闸开关基础上增加一套独立智能化操作机构，智能开关电动控制操作机构需要稳定可靠的硬件软件控制系统支持以满足电力系统五防要求。

所谓电力系统“五防”是指：

（1）防止误分、误合断路器；

（2）防止带负荷拉合隔离开关；

（3）防止带电挂接地线（或接地刀闸）；

（4）防止带接地线合隔离开关；

（5）防止误入带电间隔。

电力系统“五防”装置中除了防止误分、误合断路器之外，其他“四防”均要求强制闭锁[2]。因此智能开关设备电动控制系统也必须符合电力系统五防功能，从而防止误操作开关设备，确保开关设备安全可靠运行。为确保能准确对开关设备进行符合五防要求的可靠控制，防止和杜绝电网事故的发生，研发一种可靠的智能开关设备电动控制系统成为热门的研究课题。

智能开关设备电动控制系统作为开关设备控制的智能化，网络化是实现电力系统中智能化不可缺少的重要一部分，安全可靠性要求高，发展智能开关设备电动控制系统具有非常重要的实际工程意义和巨大市场价值。

1 控制系统总体设计

针对智能开关设备的电动控制系统主要为电动底盘车控制断路器进出控制及电动接地刀控制接地刀闸分合控制，从而实现了智能开关设备的底盘车电动控制及接地刀闸电动控制，电动控制系统具备完整的电气和机械闭锁的同时还具有过载保护功能。电动控制系统带MODBUS 通信接口支持远程控制功能，可组网构成分布式控制系统。控制系统采用模块化的结构，分为智能开关设备电动控制装置、电动底盘车控制单元模块、电动接地刀控制单元模块等，系统框图如图1所示。

2 硬件设计

为了实现上述电动控制功能，控制模块硬件分为电源硬件电路、人机交互硬件电路、RS 485 通信接口电路、主CPU控制电路、电动控制逻辑电路和电机正反转电路等。本文主要以具体实现电动控制的硬件电路来阐述。

2.1 主CPU控制电路

主CPU 控制电路采用STC12C4052为主控制芯片，电路如图2所示，其中ED0为停止位/分闸位限位行程开关输入，ED1 为工作位/合闸位限位行程开关输入，HAND 为手动优先信号输入，LOCK 为闭锁信号输入，MI 过载过流信号输入，IO0 为前进/合刀闸控制输出，IO1为后退/分刀闸控制输出，TXD，RXD，DE为RS 485控制收发及方向控制引脚。主控制器通过检测这些输入引脚状态来得到当前底盘车/接地刀的位置状态，闭锁状态，过载过流状态，主控制器接收本地按键或RS 485发过来的控制命令的同时结合这些状态量来驱动输出引脚IO0和IO1实现对底盘车/接地刀的控制功能。

2.2 电动控制逻辑电路

电动控制逻辑电路是实现电动控制五防联锁的关键电路，如图3所示。该电路原理主要通过高速逻辑芯片SN74HC04D（非门）及SN74HC08D（与门）搭建的逻辑电路，通过主控制芯片输出的控制信号IO0及IO1结合MI过载过流信号，LOCK 闭锁信号，HAND 手动优先信号，ED0，ED1底盘车/接地刀的位置信号的逻辑来实现可满足五防联锁功能的可靠的控制动作。该电路具体实现的逻辑功能如图4 所示。由逻辑电路可得RRUN=!HAND & !LOCK & IO1 & !IO0 & MI & ED1，即在非手动优先状态下，满足闭锁条件同时无过载过流信号且ED0无前进限位且ED1有后退限位信号则可以实现通过输入信号IO0=0&IO1=1 来实现输出信号RUN=0&RRUN=1的可靠输出控制后退功能，前进控制功能按逻辑关系同理。

2.3 电机正反转电路

电动控制功能本质上就是通过12 V 继电器控制220 V电机正反转功能。具体实现电路如图5所示。当RUN=1 且RRUN=0 时，D10 二极管导通，K1 继电器吸合，K1的9脚接到5脚，12脚接到8脚，HALL_OUT为220 V+流进MOTO1 电机正级经过电机后负极MOTO2 流出到220 V-，这样构成回路实现电机正转功能从而实现电动控制前进/合刀闸功能；当RRUN=1且RUN=0时，D11二极管导通，K2 继电器吸合，K2 的9 脚接到5 脚，12 脚接到8 脚，HALL_OUT为220 V+流进MOTO2电机负极经过电机后正极MOTO1流出到220 V-，这样构成回路实现电机反转功能从而实现电动控制后退/分刀闸功能。由图4电动控制逻辑电路逻辑功能可以得到可靠的RUN 及RRUN的输出信号，不可能同时出现RUN=1且RRUN=1的情况。

3 软件设计

由上述电动控制任务功能描述可得知，控制系统软件主要为根据获取到的底盘车位置状态/接地刀闸位置状态、过载保护状态、闭锁状态结合接收到本地或远程的控制命令来对底盘车实现进出控制，对接地刀闸实现分合闸控制功能。

3.1 主程序设计

电动控制系统软件按图6所示流程进行，系统初始化，硬件资源初始化后，主循环软件通过输入I/O口线检测手动优先信号、闭锁信号、过载过流信号、底盘车/接地刀的位置信号等结合本地按键操作或远程RS 485发来的控制命令操作来实现对底盘车或接地刀电动控制操作。

3.2 底盘车推进程序设计

底盘车推进软件采用冗余逻辑分析处理算法，软件流程如图7所示，软件通过检测过载过流信号、闭锁信号、底盘车位置信号、电机当前状态来实现对底盘车的推进控制一系列逻辑控制时序，首先启动电机进行推进过程直到底盘车到工作位置后再进行电机解锁处理，电机解锁完成后再进行电机停转处理，通过这一系列控制时序来完成电动控制底盘车推进电动操作。其他电动控制操作如电动控制底盘车退出操作、电动控制接地刀闸分闸操作、电动控制接地刀闸合闸操作程序流程与底盘车推进程序流程一致。

4 系统试验测试

4.1 联锁及机械寿命试验

在正常条件和额定工作电压下，在配有电动控制装置的智能开关柜上进行联锁及机械寿命试验。按设计的机械闭锁和电气联锁要求进行联锁试验，测试下来具备可靠电气联锁且具备过载保护功能，智能柜电动控制底盘车前进、后退、急停；控制接地刀闸分闸、合闸、急停功能正常，电动操作过程中没有发生误操作现象，电动控制准确性100%，整柜机械结构无明显变形。试验数据如表1所示。

4.2 EMC型式试验

设计的开关设备电动控制装置通过了上海电气输配电试验中心有限公司的EMC 型式试验，试验项目如表2所示。试验结果合格并取得了试验报告。

5 结语

综上所述，本文分别从硬件及软件设计方面简述了智能开关设备电动控制系统的设计方案，并且经过系统试验测试满足实际工程应用要求。智能开关设备电动控制系统集成了底盘车本地/远程控制功能，接地刀闸本地/远程控制功能，具备智能五防功能、完备电气和机械闭锁功能、过载保护功能，操作上可以根据用户需求选择就地控制操作或远程控制操作。电动控制装置上还具备手动优先开关，可以在电动不可靠的情况下选择手动优先控制底盘车及接地刀闸。该系统抗干扰能力强，联锁可靠，可以显著提高电力控制系统的安全可靠性，降低电力事故的可能性和人员财产损失，促进电力设备自动化水平提高。

参考文献

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[8] 孟艳清，赵宏伟，邹育霖.基于ARM的开关柜智能监控装置研究[J].高压电器，2014，50（3）：29?35.

作者简介：徐恺（1984—），男，江西抚州人，中级工程师，项目研发主管。主要从事智能电力设备硬件软件研发及管理工作。

智能电路设计与制作篇5

关键词：低压电气；智能化；总线技术

1.低压电气的概述

低压电气也称低压电器，低压电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。控制电器按其工作电压的高低，以交流1200V、直流1500V为界，可划分为高压控制电器和低压控制电器两大类。总的来说，低压电器可以分为配电电器和控制电器两大类，是成套电气设备的基本组成元件。在工业、农业、交通、国防以及人们用电部门中，大多数采用低压供电，因此电器元件的质量将直接影响到低压供电系统的可靠性。常用的低压电器有刀开关、转换开关、自动开关、熔断器、接触器、继电器和主令电器等。

2.低压电气智能化

2.1智能化低压配电系统

智能化低压配电系统由低压开关设备具有通信功能的智能化元件经数字通信与计算机系统网络连接，实现变电站低压开关设备运行管理的自动化、智能化。系统可实现数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制、保护定值管理、事件记录与告警、故障分析、各类报表及设备维护信息管理等功能。针对低压电气系统直接面向控制终端，设备多、分布广，而且现场条件复杂，系统本身及设备频繁操作、故障脱扣等产生的强电磁及谐波干扰等特点，智能化监控系统应能实现面向对象的操作模式，具有强抗干扰能力，主要控制功能由设备层智能化元件完成，形成网络集成式全分布控制系统，以满足系统运行的实时、快速及可靠性的要求。系统中的低压智能化元件就其功能而言总体上可分为：电能质量监测、开关保护与控制及电动机控制等。由于现场总线技术的应用，系统中智能化元件可不依赖计算机网络而独立运行，极大地提高系统运行的实时性和可靠性，满足低压电器设备运行管理的需要及工厂生产过程控制的要求。

2.2现场总线技术

现场总线是应用在生产现场、在微处理器测控设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字式多点通信的底层网络。20世纪80年代中期，随着微处理器技术和网络技术的发展，DCS系统4～20mA的模拟量传输方式逐渐被数字网络传输方式所取代，现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS），迅速发展并在自动化领域得到广泛应用。FCS既是一个开放式通信网络，又是一种全分布式控制系统。它作为智能设备的联系纽带，把挂在总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本的控制、计算、参数设置、报警、显示、监控及系统管理等综合自动化功能。在FCS中，各种部件用通信网络连接起来，数据传输采用总线方式，系统信号的传输完全数字化。系统内不存在严格意义上的主控部件，资源共享，各智能化部件可以不依赖计算机而独立运行。FCS完全淘汰了4～20mA的模拟量传输方式，减少了大量的现场敷线；FCS的控制调节过程在现场部件，有效地提高了系统控制的实时性和可靠性，并避免了系统因主机故障而陷入瘫痪。

3.智能化低压电气设计的保护应用

3.1智能系统配置

智能箱变采用的智能型元器件应配置电源、接口器件、通信介质、控制设备（上位机、智能仪表等）以满足智能化的要求。智能箱变为：采用Profibus-DP标准的、开放型的现场总线技术将具有通讯能力的元器件（从站）与之连接，从而实现主站通过总线对开关、电网的远程测量、调节、控制、通讯；或采用智能控制仪对高低压侧进行本地或远程的测量、调节、控制、通讯。智能化低压配电系统由低压开关设备具有通信功能的智能化元件经数字通信与计算机系统网络连接，实现变电站低压开关设备运行管理的自动化、智能化。系统可实现数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制、保护定值管理、事件记录与告警、故障分析、各类报表及设备维护信息管理等功能。针对低压电气系统直接面向控制终端，设备多、分布广，而且现场条件复杂，系统本身及设备频繁操作、故障脱扣等产生的强电磁及谐波干扰等特点，智能化监控系统应能实现面向对象的操作模式，具有强抗干扰能力，主要控制功能由设备层智能化元件完成，形成网络集成式全分布控制系统，以满足系统运行的实时、快速及可靠性的要求。

3.2交流接触器动态过程弹跳控制的研究

交流接触器是一种广泛用于电动机控制、电气传动以及自动化控制领域中的电器设备。以往接触器动态控制的研究中，对于触头和铁心闭合状态的检测有多种方法，如通过检测触头或衔铁的速度、位移等方法，判断触头和铁心的闭合状态。现通过对吸合过程中线圈电流进行检测，来实现交流接触器动态过程控制，从而改善动态过程特性，达到减少动态过程弹跳、节能的目的。譬如，在铁路电气，中低压接触器以及测试接触器触头弹跳的应用上，由电源模块、驱动模块、控制回路模块、微控制器等组成。电源部分为驱动模块和控制器供电；微控制器为驱动模块提供控制信号；控制回路控制电磁线圈的供电，并测量线圈电流作为反馈信号，为动态控制提供依据，吸合时刻的检测利用线圈电流积分的方法来实现。将动态过程进行分段调整，以电流积分法检测吸合时刻作为调整的标志。

3.3道路照明设计中的应用

一是在办公区路灯灯具选择时，应该首先考虑利用系数较高的照明灯具，对灯的配光进行合理地选择，将块板式作为首选。二是在选择灯具时，不应该选择附件多的灯具，而应该尽可能选用没有任何附件的照明灯具，确保所选的灯具具有较高的保持率。三是从灯具防护来看，且等级至少不能低于IP44。布灯的方式多种多样，都应遵循节能的原则：可以进行单侧、中央、交错和对称等形式的布灯。四是在电信路灯中，一般采用的是高8-10杆，灯具之间的距离为30米到40米。在主干道，一般进行两侧对称布灯，在次干道则使用单侧布灯方式，试车跑道一般用交错布灯的方式，停车场则课设计为35米飞蝶形高杆灯。对于路灯位置的设置，主要是考虑到不能对正常通车造成影响为宜。如下图所设计的电信路灯照明简单实用的LED灯电路设计图，功率只有1W左右，工作电流只有15mA，在提高亮度的同时又节约电能。

总之，把计算机技术和网络技术应用在低压电气领域，必然会给这个产业带来巨大的变化，这就要求我们这些相关从业人员，要解放思想，要有创新意识。接受新技术和应用好新技术把提高效率作为工作的重心来抓，不断探索从而创造出更多智能化的产品。

参考文献：

智能电路设计与制作篇6

关键词：电力系统；电力开关柜；智能控制器；设计与应用

1 电力开关柜的智能控制器简述

电力开关柜的智能控制器，是采用智能化技术，如计算机技术、电力电子（通讯）技术、数据处理技术等对电力开关柜的控制器进行改进，从而优化控制器的性能，使其达到自动化、智能化调控的目的，同时提高控制器运行的可靠性、安全性与经济性。

通常，电力开关柜的智能控制器主要是由中心检测处理模块、LED 显示模块、保护模块、功能模块等部分组成。它通过对电力系统中电流、电压等信号的监测以及对相关数据信号的处理、传递等，达到系统自动化调控、故障保护等目的。对比传统的电力开关柜控制器，它具有如下优势：（1）由于计算机技术、数字技术等先进技术的应用，电力开关柜的智能控制器内部电路以集成电路为主，并将计量、保护、控制、记录等功能集于一体，并通过数字信号将通讯信息传递，实现功能集成化、数字化；（2）技术人员事先编制好相关调控程序，并通过计算机等相关软件的智能化功能，设置智能化功能单元进行过电流的保护，并与环网中保护模块进行动态配合，以实现对电力系统的智能化调控，从而达到在发生故障时起到应急调控与保护作用的目的；（3）电力开关柜的智能控制器的体积大幅度减小，在保证智能化功能的基础上呈现小型化体积模式，同时，控制器的结构以模块为表现形式，所以其功能（监测、保护、自检等）的发挥更加可靠、安全，促使电力开关柜的智能控制器的形式向着标准化，系统向着网络化、分散化等方向发展，促进电力系统运行经济效益的提升。

2 电力开关柜的智能控制器的设计原理

电力开关柜的智能控制器是电力系统断路器上的保护装置，也是核心的控制装置，所以，技术人员需要全面考虑电力开关柜的智能控制器的智能化调控、保护等功能，对以上两个方面进行优化设计，从而实现电力开关柜的智能控制器的自动监测、智能操作、主动保护等功能。

1）对电力开关柜的智能控制器自动监测功能的设计，需要利用传感器的灵敏性，对系统的电流、电压等信号参数的变化进行有效感应，并通过设定好的程序，在以上信号参数的变化超出标准范围时候，尤其是对各个环节的特征信号，进行有效的监测与反馈，正确判定自身系统是否在安全性、可靠性状态下运行。图1 是自动监测单元结构设计的原理。

2）对电力开关柜的智能控制器智能操作功能的设计是依托计算机技术、数据处理技术等，主要通过相关软件对信息数据进行接收与处理，从而有目的地选择相关操作过程，促使电力开关柜的智能控制器对自身运行状态进行智能化判断，并作出相应的操作。图2 是智能操作单元结构的设计原理。

3 电力开关柜的智能控制器应用现状

随着技术人员对电力开关柜的智能控制器研究的不断深入，其在实践中的应用效果也越来越明显，对电力系统的发展起到重要的促进作用。在此，笔者将针对电力开关柜的智能控制器在电力系统中的应用现状进行探讨。

3. 1 电力开关柜的智能控制器自动监测功能的发挥

自动监测是电力开关柜的智能控制器的主要功能，它主要监测电力系统以下几个方面：

1）电路器作为电力系统的重要元件，一旦其内部构件出现故障，将在不同程度上影响电力系统供电的质量与效率。因此，在短路器上加装电力开关柜的智能控制器，可以对断路器的触头磨损量、磁场结构、流经电流大小、开关次数等进行自动监测，从而通过对以上数据信息的处理与分析，判断断路器的运行状态与使用寿命，为断路器与电力系统安全有效运行提供助力。

2）除了电压、电流之外，电力系统运行中的重要参数还有电容，电容出现不稳定变化，也将导致断路器的异常运行，影响电力系统的供电质量。因此，运用电力开关柜的智能控制器可以对分闸电容与合闸电容进行有效监测，并实施相应应急操作，以保证断路器电容的有效性。

3） 电力开关柜的智能控制器还能够对自身进行自我监测，即是在控制器某一构件出现异常情况的时候，控制器的智能自检模块将发挥作用，对相应芯片与通信回路进行有效检测，从而找到故障点，为技术人员的检修提供条件。

3. 2 电力开关柜的智能控制器智能操作功能的发挥

控制器的职能操作功能主要是通过操作模块与自动监测功能模块相配合来实现的，自动监测中对电力系统中断路电路、合闸电压、电容水平等参数进行监控。在发现异常情况后，将发出警报，控制器的中心检测处理模块将发出对应的操作指令，进行智能化的操作，如，调整断路器的同步关合次数，尽量保证同步性与准确性，降低系统空载概率，保护断路器与电力系统的安全运行，保证电力系统相关设备元件的使用性能，延长使用寿命。

4 电力开关柜的智能控制器的发展方向

在国外，电力开关柜的控制器初步进入智能化阶段是在上个世纪80 年代。随着计算机技术、网络通讯技术、电力电子技术、抗干扰技术、传感技术等的发展，电力开关柜的智能控制器也得到空前发展。我国技术人员对电力开关柜的智能控制器的设计与应用研究还处于初级发展阶段，但是相信，在技术人员不断创新研究思想、提高技术水平的基础上，必将促进电力开关柜的智能控制器进一步发展。具体说，未来，我国技术人员将着重在以下领域进行深入研究，以促进电力开关柜的智能控制器性能的优化与充分发挥，进而提高电力系统运行的安全性、可靠性以及经济性。

1） 目前，我国电力开关柜的智能控制器依然采用通用CPU、单片机等元件，这种控制器的成本高，而且电路复杂，不利于控制器性能的优化。因此，为了更好地提高电力开关柜的智能控制器的性能，设计人员应该注重研究开发专用集成电路，并注重控制器抗干扰性能的提高，以使其运行安全性、可靠性、适应性都得到大幅度的提高，从而降低产品成本，提高经济效益。

2）电力开关柜的智能控制器的主要技术是计算机技术与网络通讯技术，因此，相关网络控制软件的开发也是极其重要的，必须在提高控制器硬件质量的同时，强化网络控制软件的开发力度，以优化人际接口环节。

3）在电力系统中，除了电力开关柜控制器之外，还有很多其他功能元件，因此，实现电力开关柜控制器的智能化发展，还应该注重对其相关配套元件的研究，以使其能够配合智能化控制器的运转，完善系统，简化操作，提高电力系统的运行效率。

智能电路设计与制作篇7

摘 要：文章介绍了基于单片机的电蚊香智能插座的设计，系统采用STC系列单片机作为主控器，通过人体红外传感器检测周围环境，根据传感器返回的状态来确定插座的工作模式。同时系统采用蓝牙通信模块与Android手机建立通信，通过手机终端上的App软件设定插座的工作模式。

关键词：智能插座 单片机 人体红外 蓝牙通信 Android手机

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）08（c）-0015-02

在夏季蚊虫增多，大多数市民都会选用电蚊香来驱蚊。电蚊香器分为电热片蚊香器和电热液体蚊香器两种，都是利用发热元件的恒温作用使药物缓慢释放，挥发出气体从而灭蚊驱蚊。

通过调研发现，人们无论是使用电热片蚊香还是电热液体蚊香都会出现忘记拔电源插座这种情况，从而造成电能浪费和极大的安全隐患。该文设计的智能插座从实际应用出发，采用Android手机进行多种工作模式智能控制，从而降低了人们在使用过程中的安全隐患。

1 系统硬件电路设计

智能插座整个系统硬件电路由电源电路、主控电路、时钟电路、继电器电路、人体红外传感器电路以及蓝牙通信模块电路组成。系统总体框图如图1所示。

（1）电源电路。电源电路是将220 V交流市电通过AC-DC模块直接转换成直流5 V电压，为整个系统供电。该设计采用HLK-PM01超小型AC-DC隔离开关电源模块，输入电压90～240 Vac，输出电压5 V，电流500 mA，且体积小，适合安装在插座内部。

（2）主控电路。该系统采用的是STC12C2052单片机作为主控，其内部资源有256字节的SRAM、两个定时器、一个UART串口、15个I/O口，内带EEPROM，支持SPI下载。最小系统电路图如图2所示，主要由时钟电路和复位电路组成。

（3）时钟电路。时钟电路为这个系统提供日历时间，采用的是DS1302时钟芯片，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。采用SPI总线驱动方式，工作时必须外接时钟振荡电路，具体电路如图3所示。

（4）继电器控制电路。由于单片机I/O口不能直接控制220 V 交流电，所以采用了继电器的控制方法，以完成弱电控制强电的功能。电路采用PNP型三极管作为驱动，当单片机端口输出低电平时三极管导通，继电器接通，反之继电器断开。

（5）人体红外模块及蓝牙模块。该设计采用的HC-SR501人体红外感应模块，是由热释电红外开关BISS0001配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成的被动式红外开关，7 m内有效，可调节延时，触发方式可选，输出为逻辑电平，可以直接接入单片机 I/O口；串口通信采用HC-05蓝牙模块，此模块工作电压3.6～6 V，使用时直接与单片机的RXD、TXD相连即可，且设置简单，可通过AT指令进行工作模式、传输波特率、初始密码等设置。

2 系统软件设计

整个系统软件设计包括两个部分：一是单片机部分软件设计，主要实现对人体红外传感器的监测，继电器控制，时钟读取以及串口通信等功能；另一部分是手机端Android程序设计，实现插座的参数设置以及工作模式切换等功能。

2.1 单片机功能程序设计

单片机程序功能，通过蓝牙串口通信将手机发送的指令数据进行解析，然后执行相应的功能程序。智能插座主要有以下4个工作模式：定时模式、智能模式、一般模式、记录模式。

单片机程序是在keil开发环境中，采用C语言进行编写的。程序流程图如图4所示。

2.2 手机Android程序设计

手机端软件采用App Inventor开发设计，与传统的代码编程不一样，App Inventor采用的是图形化积木式的拖拽组件来进行编程。开发环境简单，采用浏览器在线开发，无需安装开发环境；组件模块丰富，直接使用；开发过程简单，可以采用离线调试的方法，即将软件打包生成apk在Android设备上安装；也可以采用在线调试，Android设备通过WiFi连接到局域网中，使用AI伴侣进行连接。编程时，先进行组件设计，然后再进行逻辑设计。手机App程序设计如图5所示。

3 结语

在实践中使用该智能插座后，整个系统能正常工作，可以通过手机端进行相应参数的设置、读取，各种工作模式正常切换。通过该智能插座的使用，有效地节约了电能，降低了火灾发生的可能性。

参考文献

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智能电路设计与制作篇8

【关键词】智能化开关柜；结构；功能；方案

智能化开关柜的概念“智能化开关柜”与计算机技术、数据处理技术、传感器技术、网络通信技术、电力电子技术等的发展密切相关，是一个不断发展的概念。智能化开关柜作为基本元件，是电网运行自动化、工厂自动化(FA)、过程控制自动化(PA)、智能大厦等自动化系统的组成基础，由此形成的供电系统是自动化供电系统，即智能化供电系统。

一、智能化开关设备的发展

1.智能化低压开关设备380V、660V的智能化断路器是目前比较成熟的产品，具有一定程度的智能化。其智能控制单元可以包括以下功能。

(1)监测电网的运行状况。

(2)监控负载：当运行电流超过整定值时，可按反时限特性发出。

(3)故障记忆功能：记住断路器分断时的状态。

(4)自诊断功能：当分断次数或温度超过设定值时，可发出报警信号。目前，相对低压设备本体而言，具有上述功能的智能控制器价格比较昂贵，大多数生产厂家都将各功能分开，制成相应模块，用户可根据需要自由选择。根据对用户的调查，“监控负载”是最感兴趣的功能。

2.智能化高压开关设备(110kV及以上)高压开关设备(110kV及以上)的智能化近年也有了很大的发展。带有智能单元的SF。气体绝缘全封闭组合电器(简称GIS)，已经在很多变电站投入使用。出于运行环境的考虑，目前高压开关设备的智能单元仍局限于收集各种信号，通过接口与变电站微机监控系统进行通信，以及实现GIS内的断路器与其同一间隔内的隔离开关、接地开关、故障关合接地开关的可靠联锁。

二、智能化开关柜的特点

智能化开关柜是在常规开关柜上安装一个控制/保护智能单元，利用计算机技术、网络通信技术和现代传感器技术，实现测量、计量、保护、控制、记录、显示、通信、开关柜状态在线监视与故障诊断。

开关柜应具有与变电站监控系统、变电站综合自动化系统或智能配电系统进行通信的功能。将开关柜控制／保护智能单元的通信接口与上位计算机相连，应用现场总线技术，可组成分布式、网络化的智能配电系统。

智能化开关柜技术目前尚处于研究开发与应用初期阶段，有些技术难点尚未很好地解决，特别是开关柜在线监测的传感器技术有一定难度。目前，能达到应用水平的智能化开关柜主要是开关柜二次功能的微机化替代常规的二次设备。

三、智能化开关柜的结构

目前的智能化开关柜主要是用以微处理器为核心的控制/保护智能单元(或称为分布式自动装置)取代传统二次回路，并配备相应管理系统软件的开关设备。其共同点是用微机完全替代常规二次设备。它简化了二次接线，提高了安全可靠性能，易维护，功能强；具有通信接口，为实现变电站综合自动化和无人值班提供了基础。

控制/保护智能单元一般都以单片微机为核心，加上模拟量输入通道、开关量输入通道、脉冲量输入通道、开关量输出通道、液晶显示屏幕、操作键、通信接口以及电源等。

1.模拟量输人通道

直接与一次电流互感器TA(0—5A)和电压互感器TV(0—100V)接口。电流电压变换采用专用高性能的小TA、小TV，强电的电流0—5A、电压0—100V通过小TA和小TV转换成0—5V电压信号(或4—20mA电流信号)，通过低通滤波器和采样保持器，送人A/D转换器。采用交流采样技术，利用合适的算法算出电压、电流的初相角、幅值及频率，派生计算出P、Q和功率因数等参数。

2.开关量输入通道

采用光电隔离等抗干扰技术，来监视开关柜各种位置信号及断路器状态信号、操动机构储能信号及操作闭锁信号。

3.脉冲量输入通道

采用光电隔离等抗干扰技术，供脉冲电度表电度计量用。

4.开关量输出通道

采用光电隔离技术供断路器分、合闸操作用，并具有控制回路断线操作、操作电源失电信号的发生功能。

四、智能化开关柜的基本功能

1.测量功能。

(1)电网电压；

(2)线路电流；

(3)有功功率、无功功率、功率因素、电网频率等；

(4)有功电度计量、无功电度计量。

2.保护功能。

(1)线路保护速断、过电流、接地、重合闸、低频等保护。

(2)电力电容器保护速断、过电流、接地、过电压、低电压、不平衡电压、不平衡电流等保护。

3.信号断路器分、合闸位置；小车(高压开关柜)或抽屉单元(低压开关柜)位置信号；弹簧操动机构储能状态；接地开关分、合位置；闭锁信号、重合闸闭锁；闭锁控制回路失电及断线等。

4.控制断路器的分合闸控制。

5.故障录波记录故障前后2s(可选)内各相电压、线路电流、零序电流波形，并具有读出功能。正确读出每一时刻的幅值及相互关系。

6.远动通过通信网络，实现遥测、遥信、遥控、遥调“四遥，功能。

五、智能化开关柜的设计方案

1.硬件系统总体结构

智能化开关柜是在常规开关柜上安装一个控制/保护智能单元。控制/保护智能单元由单片机系统、模拟量数据采集系统、开关量输入朋出、串行通信接口、硬件时钟与自复位、人机对话及电源等模块组成。

单片微处理器(单片机)系统是控制／保护智能单元的核心，它由CFU和砌M、EPROM、E2PROM等扩展芯片构成。

对于智能型开关柜，可采用8位或16位的单CPU结构，国内目前大都采用16位CPU。由于测量和保护的数值计算量大，并要记录故障发生前后的波形，所以外扩一片RAM 6264。E2PROM 2817A用于存放保护定值和装置运行控制字等信息，可就地或远程调整修改。

2.模拟量输入通道

控制/保护智能单元要采集的信息包括交流模拟量和开关量。模拟信号来自电流互感器(TA)和电压互感器(TV)，但这些互感器的二次电流和电压量不能适应模数变换器(ADC)的输入范围要求，故需对它们进行变换。同时，智能单元还要与强电系统隔离。模拟量输入通道原理框图如图1所示。

隔离变换和电压的形成一般采用各种中间变换器来实现。但是，常规的变换器体积较大，控制/保护智能单元通常要使用多个这类变换器，这对于要安装在开关柜仪表门上和开关设备小间隔内的智能单元来说，显然体积太大。可以采用一种微型互感器。对于电流测量的隔离变换与电压形成采用微型电流互感器。微型电流互感器小巧轻便，能直接焊接在印制电路板上；全树脂密封，隔离度高；输入电流范围一般为0-60A，输出电流范围一般为0-60mA。用于保护的微型电流互感器与测量用互感器的要求不一样，前者的输入电流是电网故障电流。电网故障电流是一种暂态量，不仅数值大，而且含有非周期分量。这就要求互感器在承受额定电流10-20倍瞬时冲击电流时不饱和，波形不发生畸变。保护用微型电流互感器可在输出端并联一个电阻即可把电流输出信号转换为电压信号。模拟量输入电路的采样保持、多路开关和模数转换环节可采用一块电子芯片，它是单电源、多量程，有多路输人带内部采样／保持和多路开关、时钟、基准电压的数据采集系统，转换时间很短。采用电子芯片能大大简化电路。

3.开关量输入/输出电路

开关量输入包括两类，一类是断路器等开关元件的辅助触点和继电器的接点状态，以检测这些设备的工作状态(开还是合)；另一类是智能单元装置本身的一些接点状态，例如开关量输出回路的继电器的接点和装置面板上的切换开关的状态。开关量输出包括断路器跳闸出口以及信号出口信号。

4.通信接口电路

控制/保护智能单元应有通信接口，可采用RS一485。RS一485为半双工通信，其最大通信距离为1200m，此时的数据传输速率为100kbit/s；如果通信距离为120m，则数据传输速率可达到1 Mbit/s。

为了简化通信机制，智能电器与系统机之间的通信可采用只有2条信号线的最简型连接。系统机(PC机)一方只使用标准RS一232C接口上的4个引脚：串行输入RXD、串行输出TXD、数据终端准备好DTR和请求发送信号RTS。系统接口电路，整个通信系统可由单片机部分、RS一232/RS一485接口转换部分和系统Pc机构成。单片机输出的1TL逻辑电平通过光电隔离后，可由MAX485芯片转换为RS一485电平，再由RS一232/RS一485光电隔离接口转换器转换为RS一232电平，输入PC的RS一232接口，反之亦然。

总之，随着科学技术的发展，开关柜智能操控装置功能将更加强大，它将更以一体化布局配套于开关柜，简化开关柜的面板设计，美化面板布局。除具有动态模拟指示、带电显示及闭锁、温湿度显示及其控制、验电核相、二次回路电压值显示、人体感应带电提示及柜内照明、语音防误提示、时间日期显示、远方/就地操作、远程通信等功能外，还将具有电力综合参数测量功能，测量参数为：三相电压、三相电流、功率因数、有功功率计量、无功功率计量等功能，使开关柜进一步智能化、网络化、数字化。

参考文献

[1]段明江.高压智能开关柜的前景[J].广东科技2011(08).

[2]郑晓津.数字集成化与低压成套开关设备[J].太原科技,2010(06).

[3]黄锐,胡毅亭,马炳烈,陈网桦.开关柜内部电弧故障产生力和热的计算模型[J].爆炸与冲击,2009(02).

[4]刘军.10kV开关柜、环网柜引进中有关绝缘方面问题[J].甘肃科技,2008(16).

智能电路设计与制作篇9

关键词： 智能印章机； MCU； 电机驱动； 数据存储

中图分类号： TN720?34； TH212 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）20?0142?03

0 引 言

在银行、政府、学校等机构存在大量文件需要盖章，当需要盖章文件数量过大时则需要消耗大量的人力和时间，本文中设计的智能印章机能明显缩短印章时间并且节约大量人力，满足日常办公所需。并且具有手动设置功能，可通过手动设置盖章的延时时间，和盖章的数量本文设计的智能印章机控制电路的主要组成部分由：供电电路、电机驱动电路、传感器电路、数据存储电路、数据显示电路、手动控制电路组成。

1 工作原理

智能印章机盖章的工作原理是通过安装在机器底部的光电传感器检测是否有纸张的信号来开启单片机对电机的控制，通过一系列的传动结构带动印章运动完成盖章动作[1]。盖章动作前可以通过手动控制面板对盖章数量、盖章延时进行调节。同时在印章机工作时，印章机所盖的纸张数会被数据存储电路记录，通过手动设置的数量和盖章延时数据都会被存储下来。总的系统框图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 稳压电路设计

在控制电路部分需给由单片机组成的控制电路和传感器电路同时供电。所选用的是LM7805三端集成稳压器和滤波电容组成电源电路，为整个控制系统提供稳定的电压，如图2所示。

2.2 电机驱动电路

电机采用24 V的直流电机，驱动芯片L298N是ST公司生产的一种高电压大电流电机驱动芯片[2]，主要特点是工作电压高，输出电流大，瞬间峰值可达3 A，采用标准逻辑电平信号控制，INPUT1和INPUT2是单片机控制电机的两个输入端，OUTPUT1和OUTPUT2是两个输出端，分别与电极正负相连，由于使用的电机是线圈式的，在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状态会形成很大的反向电流，所以在电路中要加入二极管在产生反向电流时进行泄流保护。驱动电路如图3所示。

2.3 数据存储电路

数据存储电路主要功能是存储印章次数和用户设置，硬件电路采用的芯片是24C08，是一个8 Kb串行电可擦除

PROM，内部写周期最大为5 ms，具有页写能力，每页分别为[3]16 B。

2.4 传感器电路

在整个印章机控制系统中，传感器对运动的控制起到了关键作用[4]，例如RAD20CM对射式红外光电开关对纸张的感应使电机开始运动，其电路组成如图4所示，由光敏NPN三极管和单片机P1_11引脚组成，当纸张遮住发射端光源时，接收端的光敏三极管将光信号转化成点信号传到单片机P1_11引脚，如图5所示。

电机位置的控制是采用的红外对射槽型限位开关GK102，其电路如图6所示，在整个控制系统中有2个限位开关，以控制电机的上极限位置和下极限位置，保证正常的工作行程。

3 软件设计

该系统程序设计采用C语言编程，在Keil4软件中进行开发，主程序的流程图如图7所示。

当启动智能印章机后，单片机首先读取存储芯片24C08里的用户设置数据，包括盖章数目，盖章延时等，接着等待放入纸张，当有纸张放入后，光电传感器将接收到的信号传送给单片机，单片机通过对驱动芯片L298N的控制来实现电机下行盖章动作，同时扫描下限位光电开信号，当印章到达下限位时电机停止转动，并且按照用户设定的延时时间与纸张充分接触，完成盖章后返回上限位位置。至此完成一个盖章周期。

4 结 语

该智能印章机控制系统以STC89C52为控制核心，通过传感器电路和电机驱动电路对印章的运动实现智能控制。具有操作简单，使用方便等优点。该系统已经生产成产品，应用到各办公环境中，并取得良好的经济效益。

参考文献

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[3] 颜晓河，董玲娇，苏绍兴.光电传感器的发展及应用[J].电子工业专用设备，2006（1）：59?62.

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[5] 史仪凯.电工电子技术[M].北京：科学出版社，2011.

[6] 张俊谟.单片机的发展与应用[J].电子制作，2007（8）：4?6.

[7] 王君.单片机原理及控制技术[M].北京：机械工业出版社，2010.

[8] 张天鹏，徐磊.L298N控制直流电机正反转[J].工业设计，2011（3）：78?89.

智能电路设计与制作篇10

【关键词】低压配电；智能化；监控系统；分析

一、低压配电智能化监控系统的概述

随着社会的进步与计算机技术的成熟，传统的低压配电系统已不适应于时展对于低压配电系统智能化与安全性的要求。日新月异的计算机技术为其系统的稳定性与微处理器的技术上的运用提供可靠的保障，于是业内开始有人尝试将智能低压计算机机监控装置运用到低压配电监控中，希望借此技术实现对远程运行的设备进行实时监控的目的，无数事实证明，低压配电智能化监控系统得到了有效地运用，最大程度地实现了分散式监控，确保了低压供电的安全性，降低了巡检人员的巡检工作量。纵观当前市场上对低压配电智能化监控系统的运用情况，大多数的低压配电智能化监控系统都是建立在SCADA系统的基础上，再进行的创新与改进。这种系统可满足一般的监控需求，但是对于低压电力系统本身的特点，所以，目前还没有一种可以称为“金标准”的低压配电智能化监控系统，该系统可改善的空间仍较大。低压配电智能化监控系统中各元件所具备的功能有电动机控制、开关控制、电力质量监测等。事实上，该系统中的大多数原件都属于智能化原件。在实际运用中，智能化元件可根据自身的特点运行而不必完全依赖于计算机，这样可以保障低压配电智能化监控系统在运行过程中的有效性，满足控制过程的需求。

二、现行的低压配电智能化监控模式

2.1建立于PLC和普通断路器的智能监控模式[1]

该模式主要是通过PLC的接口使低压配电系统中的配电总量全部汇总于PLC，PLC再将配电总量上传到远程监控点，实行远程操作来控制断路器。这种监控模式的特点是PLC接口处的开关量的输出口与输入口，可有效抗击干扰，控制方式较为灵活，该智能模式的弊端是装置时的接线工作较为复杂，较易出现故障，而且模拟量的采集较为困难，因此，成本相对要高出许多。

2.2 建立于智能断路器的监控模式

该类型的智能监控模式就是将智能断路器与智能脱扣器相结合，实现对欠压、接地、长（短）延时与瞬时过流的保护作用，智能型断路器可对电压、电流、有功（无功）功率、频率等参数的状态和信息进行实时、有效的显示。可通过通信接口将数据上传给远程计算机，或是接受远程计算机和远程控制中心发送的控制指令。该智能模式的主要特点是进行数据采集，并将采集到的数据进行控制与保护并集合于断路器内，使断路器的性能得到了提升，但是该模式所涉及到的产品的造价均较高，监控系统较为分散。

2.3 基于数字智能仪表与普通断路器的监控模式[2]

该智能监控模式主要针对SOE事件及模拟数据进行记录，记录时通过计算机网络进行相关的信息监控：1.通过数字智能仪表将各种数据传送至远程的通信处理系统；2.接受远程处理系统的操作，在操作中可开闭断路器，而且断路器可接收经数字智能仪表传递过来的操作命令。该监控模式的特点为可将数字智能仪表与监控体系灵活有效地结合，充分的体现了分散式监控的特点，该智能监控系统的弊端就是涉及的模块相对繁多，数据的采集较易出现一定的重复率，并且故障的发生率较高，该智能监控模式的成本也相对较高。

三、低压配电智能化监控模式的优化设计

由于低压配电监控系统与网络通信及微处理技术有着密切的联系。近年来，随着一些新技术的运用，低压配电监控系统也得到了相应的改善。在对现有的低压配电监控系统的基础上进行总结，提出一种建立于DSP技术的新型低压智能化监控系统的设计方案。

3.1 新型低压智能化监控系统的设计方案

新型低压智能化监控系统主要由开关量输入与输出模块、人机接口单元（MMI）、数据采样单元（ADC）、二次变换器（PT/CT）、事故打印模块及数据处理单元（DSP微处理器）六个部分所组成。

3.1.1 二次变换器

二次变换器主要职责是将低压系统传送来的高电压电流转换成微机测控系统采样所需的低电压信号，再传输给微处理器（DSP）和数据采集单元进行数据采集与分析，而二次变换器中电压互感器（PT）和电流互感器（CT）的传送精准度直接影响着其后的结果。新型低压智能化监控系统中的二次变换器的技术指标需达到以下标准：额定状态下，对于电压和电流的测量精度大于0.12%，在短路大电流或含有直流分量的情况下，变换器不饱和，波形稳定， 保证20倍额定电会流下的误差

3.1.2数据采集单元

数据采集为32路同步数据采集通道同时采样，分时转换的方式，其中A/D转换芯片为LTC1608芯片，其分辨率达16位，转换率500ksps。在进行数据采样时，模拟信号首先通过一阶RC低通滤波器、采样保持器，再通过多路模拟开关传输到数据缓存区域。进行数据转换时，使用DSP内部定时器，定时启动32路同步采样系统采样，在AD转换结束时中断响应，由寄存器对多路模拟值逐次采样。

3.1.3数据处理单元

数据处理单元是基于TMS320VC33芯片研发的。数据处理单元的主要硬件为含有34K@32位的高速SRAM、256K@32位高速RAM、16K@8位EEPROM、1M@8位NVRAM及片外扩展128K@8位EPROM的芯片[3]。TMS320VC33芯片为32位的高性能CPU，其具有高速浮点运算能力；锁相环时钟发生器，其工作频率可达60MHz，可简化I/O、存储器的接口；对外部器件的控制较为灵活；装置初始值固定于板内的EEPROM，可及时修改，便于对程序的调试。

3.1.4 人机接口（MMI）

人机接口智能终端较富人性化，在低压配电监控系统及操作者间的信息交换扮演着关键角色。操作者不但可以通过MMI快捷地对设备进行操作，而且可以根据MMI模块的提示信息迅速地对低压配电系统的运行状态进行准确的判断。本次探讨的新型低压智能化监控系统的MMI模块是基于RCM2000芯片研发的。

3.1.5 微型打印机

这里所指的微型打印机采用的是智能点阵感热式并行打印机，而非击打式打印机。打印机内部有一片C51单片机控制打印头，打印机与DSP的通信可通过拔插短路块进行切换。

四、结语

总而言之，科技的进步与创新永不会停止，那就意味着低压配电智能化监控系统也会随着科学技术的进步而进步，前文所提及的建立于DSP技术基础上开发的新型低压配电智能化监控系统可最大程度的适应于当前环境对低压配电监控的需求，可彻底取代以往的RTU装置，有效的提升了网络化对于低压配电智能化监控系统的适用性，为生产与生活带来更大的便利。

参考文献：

[1]戎俊康.浅析智能变电站建设对继电保护工作的新要求[J].中国电力教育.2011 （36）