阅读说明：本技术 线路负载及故障检测装置及方法 (Line load and fault detection device and method ) 是由 何金波 何金涛 肖洁 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种线路负载及故障检测装置,主要包括单片机、正弦信号发生器、采样电路、多路转换电路、有效值转换电路、A/D转换电路,蜂鸣器报警装置和液晶显示器构成,单片机连接蜂鸣器报警装置和液晶显示器,单片机还连接多路转换电路,多路转换电路连接采样电路和有效值转换电路,采样电路连接正弦信号发生器,有效值转换电路连接A/D转换电路,A/D转换电路连接单片机。本发明能实时检测负载电压判断负载开路、短路故障并进行报警,能准确的自动测量电阻电容电感值,并稳定显示,相对误差小于%5,测量时间不大于5s。(The invention relates to a line load and fault detection device, which mainly comprises a single chip microcomputer, a sinusoidal signal generator, a sampling circuit, a multi-path conversion circuit, an effective value conversion circuit and an A/D conversion circuit, wherein the buzzer alarm device and a liquid crystal display are formed, the single chip microcomputer is connected with the buzzer alarm device and the liquid crystal display, the single chip microcomputer is also connected with the multi-path conversion circuit, the multi-path conversion circuit is connected with the sampling circuit and the effective value conversion circuit, the sampling circuit is connected with the sinusoidal signal generator, the effective value conversion circuit is connected with the A/D conversion circuit, and the A/D conversion circuit is connected with the single chip microcomputer. The invention can detect the load voltage in real time, judge the open circuit and short circuit faults of the load and give an alarm, can accurately and automatically measure the inductance value of the resistor and the capacitor, stably display the inductance value, and has the relative error less than 5 percent and the measurement time not more than 5 seconds.)

线路负载及故障检测装置及方法

技术领域

本发明属于电网线路监测技术领域，涉及一种基于单片机智能控制的线路负载及故障检测装置，特别应用于低压，中压稳压源电路，主要实现模块与电力部分包括ICL7650高精度运算放大器、AD637整流有效值转换模块组成的采样电路，PCF8591A/D模数转换模块以及STC8952RC型号单片机等，所涉及的技术领域主要由单片机控制技术，数电、模电处理技术等。

背景技术

目前国内的故障指示器需经过严格的检定之后才能为维修人员指明故障所在地，才能及时恢复无故障区段的供电，才能节约大量的工作时间减少停电时间和停电范围，还没有专门的线路故障检测装置，一般也只是通过控制220V或380V线路的通断，负载大小来简单检测故障指示器的好坏，对故障检测器具体什么值动作，持续多长时间动作等详细指标都无法测试，而且只能手工操作。

发明内容

本发明目的是提供一种自动化程度较高的线路负载及故障检测装置，可以安装在由低压、中压稳压源控制的电路中，用于指示故障电流通路的装置。一旦线路发生短路，蜂鸣器就会发生警报，巡线人员可借助指示器上的红色报警显示，迅速确定故障区段、分支、及故障点。此装置改变了过去盲目寻线，查找故障区段的落后方法，具有更高的可靠性和即时性，大大提高了效率以及安全性。

本发明采用的技术方案是：一种线路负载及故障检测装置，主要包括单片机、正弦信号发生器、采样电路、多路转换电路、有效值转换电路、A/D转换电路，蜂鸣器报警装置和液晶显示器构成，单片机连接蜂鸣器报警装置和液晶显示器，单片机还连接多路转换电路，多路转换电路连接采样电路和有效值转换电路，采样电路连接正弦信号发生器，有效值转换电路连接A/D转换电路，A/D转换电路连接单片机。

进一步的，所述单片机采用STC8592RC芯片。

进一步的，所述液晶显示器采用LCD1602液晶屏。

进一步的，所述A/D转换电路采用PCF8591A/D模数转换模块。

进一步的，所述正弦信号发生器采用AD8950DDS装置，由AD8950DDS产生可调频率的正弦信号。

进一步的，所述有效值转换电路采用AD637整流有效值转换模块。

进一步的，所述多路转换电路采用ICL7650高精度运算放大器。

本发明还公开了一种线路负载及故障检测方法：对于故障检测主要由电源提供驱动，接着对待测负载进行电压采样，而对于负载检测，主要由AD8950DDS装置产生不同频率的信号，而产生的频率由单片机来控制，经过ICL7650高精度运放和AD637整流也就是有效值转换之后对待测负载进行电压采样，通过PCF8591A/D模数转换模块传给单片机，然后由单片机进行逻辑运算数据处理，通过LCD1602液晶屏显示待测元件值。若采样到的电压为5V，则表示线路断路，若为0V，则表示短路，两种情况都会报警，对于负载的测量，采用电压比例法通过相应换算即可得出元器件的值。

本发明优点：

①准确的自动测量电阻电容电感值，并稳定显示，相对误差小于％5，测量时间不大于5s，大大节省时间成本，提高效率；

②使用单片机控制DDS产生正弦信号；

③通过电感电容的幅频特性来自动识别电感电容的类型。

附图说明

图1是系统工作原理结构图；

图2是PCF8591AD模数转换模块原理图；

图3是多路转换电路、有效值转换电路原理图；

图4是正弦信号发生电路原理图；

图5是故障检测报警电路原理图；

图6是报警模块程序设计流程图；

图7是测量元件工作流程图。

具体实施方式

为便于理解，下面结合附图和实施例进一步详细阐明本发明。

线路负载及故障检测装置的结构如图1所示，主要包括单片机、正弦信号发生器、采样电路、多路转换电路、有效值转换电路、A/D转换电路，蜂鸣器报警装置和液晶显示器构成，单片机连接蜂鸣器报警装置和液晶显示器，单片机还连接多路转换电路，多路转换电路连接采样电路和有效值转换电路，采样电路连接正弦信号发生器，有效值转换电路连接A/D转换电路，A/D转换电路连接单片机。

单片机采用STC8592RC芯片，液晶显示器采用LCD1602液晶屏。

A/D转换电路采用PCF8591A/D模数转换模块，如图2所示。

正弦信号发生器采用AD8950DDS装置，由AD8950DDS产生可调频率的正弦信号，电路原理如图4所示。如图3所示，有效值转换电路采用AD637整流有效值转换模块，多路转换电路采用ICL7650高精度运算放大器。有效值转换电路、多路转换电路和采样电路的采样电阻一起构成了采样部分。

线路负载及故障检测主要过程是：对于故障检测主要由电源提供驱动，接着对待测负载进行电压采样，而对于负载检测，主要由AD8950DDS装置产生不同频率的信号，而产生的频率由单片机来控制，经过ICL7650高精度运放和AD637整流也就是有效值转换之后对待测负载进行电压采样，通过PCF8591A/D模数转换模块传给单片机，然后由单片机进行逻辑运算数据处理，通过LCD1602液晶屏显示待测元件值。若采样到的电压为5V，则表示线路断路，若为0V，则表示短路，两种情况都会报警，对于负载的测量，采用电压比例法通过相应换算即可得出元器件的值。

故障报警过程为：通过采样电路对电压进行采样，然后使用PCF8591A/D模数转换模块将电压值传送给单片机。单片机对电压进行判定，从而做出对于故障的判定，并显示在LCD1602液晶屏上。若短路或断路，蜂鸣器报警装置同时会发出蜂鸣声报警，如图6所示。

测量元件值过程为：整体思路我们都是采用电压比例发测量电阻、电容和电感，其主要原理为：在电测电阻R_X与标准电阻R串联电路中中加一直流电压，通过AD转换器采样到待测电阻上的电压 U_RX理论计算公式为：

在测量电感和电容时，由于他们是电抗元件，故我们需要加入正弦交流信号去测量，同样我们采用电压比例法,其中电容的计算过程为：

w＝2πf，

这样我们便可得到：

电感的计算过程为：

X_L=jwL

于是得到：

其中，w-角频率；

X_C-容抗；

X_L-感抗；

C-电容量；

L-电感量。

我们由DDS正弦发生信号的频率f，便可测出电感电容值，但根据说明需要自动检测，所以我们得在测之前就得先判断负载是哪种类型，我们可以用单片机控制产生连续不同频率的正弦波，根据不同负载的频率特性，电压的稳定，升高，下降这一过程，就可以自动判断出属于电阻、电感和电容的哪一种。

本发明线路负载及故障检测装置主要5V稳压电源供电，由AD8950DDS产生可调频率的正弦信号，通过由ICL7650高精度运算放大器、AD637整流有效值转换模块组成的采样电路，PCF8591A/D模数转换模块将采样到的电压值送给STC8952RC型号单片机进行逻辑运算数据处理，通过LCD1602液晶屏显示，能实时检测负载电压判断负载开路、短路故障并进行报警，能准确的自动测量电阻电容电感值，并稳定显示，相对误差小于％5，测量时间不大于5s。

以上仅为本发明的优选实施例，在本发明宗旨上的简单变化均属于本发明的保护范围之内。