電動機保護裝置和控制晶片的製作方法
2024-04-03 19:25:05
本實用新型涉及電氣技術應用領域，具體而言，涉及一種電動機保護裝置和控制晶片。
背景技術：
隨著技術的發展，對低壓電動機保護器的要求越來越高。現有模數轉換AD的精度不夠高，模擬量測試不夠準確；設計原理不夠先進，裝置的成本較高。
其中，現有的低壓電動機保護裝置主要採用8位的單片機、16位工業微處理器、模擬採集一般使用12位AD。
針對目前的需求，由於使用8位單片機和16位工業處理器的處理能力不夠、保護動作速度慢，使用10位AD或者12位AD的方案轉換精度比較低，採集精度差的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
技術實現要素：
本實用新型實施例提供了一種電動機保護裝置和控制晶片，以至少解決由於使用8位單片機和16位工業處理器的處理能力不夠、保護動作速度慢，使用10位AD或者12位AD的方案轉換精度比較低，採集精度差的技術問題。
根據本實用新型實施例的一個方面，提供了一種控制晶片，包括：信號採集器、數據處理器和信號輸出控制器，其中，信號採集器，採集各個類型的電參數；數據處理器，與信號採集器電連接，用於計算電參數；信號輸出控制器，與數據處理器電連接，用於將電參數由數位訊號轉換為模擬信號。
可選的，信號採集器包括：輸入/輸出I/O接口和模/數轉換器ADC，其中，在各個類型包括模擬信號和/或數位訊號的情況下，模/數轉換器ADC，通過輸入/輸出I/O接口將接收到的各個類型的電參數由模擬信號轉換為數位訊號；其中，輸入/輸出I/O接口通過復用採集數位訊號。
可選的，信號輸出控制器包括：電壓比較器和數/模轉換器DAC，其中，電壓比較器，採集各個類型的電參數，用於依據電參數執行測頻；數/模轉換器DAC，與數據處理器電連接，用於對執行運算後的電參數由數位訊號轉換為模擬信號。
進一步地，可選的，數/模轉換器DAC還用於輸出轉變為模擬信號的電參數。
可選的，控制晶片還包括：內置時鐘RTC，其中，內置時鐘RTC，用於輸出連續時鐘信號。
根據本實用新型實施例的另一方面，還提供了一種電動機保護裝置，包括：控制晶片、人機接口HMI和存儲器，其中，人機接口HMI通過輸入/輸出I/O接口接入控制晶片，用於添加外接數據處理設備；存儲器通過輸入/輸出I/O接口接入控制晶片，用於存儲對應待處理電參數的運算規則；其中，控制晶片為上述一種控制晶片。
可選的，電動機保護裝置還包括：狀態指示燈，其中，狀態指示燈通過輸入/輸出I/O接口接入控制晶片，用於指示電動機的運行狀態、繼電器的運行狀態以及控制晶片的運行狀態中的一種或至少兩種的組合。
可選的，電動機保護裝置還包括：通信器，其中，通信器通過輸入/輸出I/O接口接入控制晶片，用於將控制晶片連接至網絡。
可選的，電動機保護裝置還包括：印刷電路板PCB，其中，印刷電路板PCB，用於承載控制晶片、人機接口HMI、存儲器、狀態指示燈和通信器。
可選的，人機接口HMI與外接數據處理設備連接，用於顯示控制晶片的數據執行狀態和運算結果，或，接收鍵入控制指令。
在本實用新型實施例中，通過信號採集器，採集各個類型的電參數；數據處理器，與信號採集器電連接，用於計算電參數；信號輸出控制器，與數據處理器電連接，用於將電參數由數位訊號轉換為模擬信號，達到了提升運算效率的目的，從而實現了提升運算精度降低生產成本的技術效果，進而解決了由於使用8位單片機和16位工業處理器的處理能力不夠、保護動作速度慢，使用10位AD或者12位AD的方案轉換精度比較低，採集精度差的技術問題。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：
圖1是根據本實用新型實施例的控制晶片的結構示意圖；
圖2是根據本實用新型實施例的一種控制晶片的結構示意圖；
圖3是根據本實用新型實施例的電動機保護裝置的結構示意圖；
圖4是根據本實用新型實施例的一種電動機保護裝置的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分的實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本實用新型保護的範圍。
需要說明的是，本實用新型的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本實用新型的實施例能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
本申請實施例涉及的技術名詞：
電可擦只讀存儲器：Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，簡稱EEPROM；
數字模擬轉換器：Digital to Analog Converter，簡稱DAC；
模擬數字轉換器：Analog to Digital Converter，簡稱ADC；
印製電路板：Printed Circuit Board，簡稱PCB；
實時時鐘：Real-Time Clock，簡稱RTC；
中央處理器：Central Processing Unit，簡稱CPU。
實施例一
根據本實用新型實施例，提供了一種控制晶片實施例，圖1是根據本實用新型實施例的控制晶片的結構示意圖，如圖1所示，該控制晶片包括：信號採集器12、數據處理器14和信號輸出控制器16，其中，
信號採集器12，採集各個類型的電參數；
數據處理器14，與信號採集器12電連接，用於計算電參數；
信號輸出控制器16，與數據處理器14電連接，用於將電參數由數位訊號轉換為模擬信號。
具體的，在本申請實施例中控制晶片以STM32F373為了進行說明，信號採集器12通過I/O接口接收各個類型的電參數，並對該電參數執行模式轉換，其中，本申請實施例中的各個類型的電參數包括：開關量輸入、電壓和/或電流輸入或4-20mA輸入中的一種或至少兩種的組合，這裡信號採集器12通過I/O接口將上述電參數由模擬信號轉換為數位訊號，以使得與該信號採集器12電連接的數據處理器14，依據該轉換後的數位訊號執行對應的運算；信號輸出控制器16可以依據業務需求，與信號採集器12通過I/O結構採集上述電參數中的電壓或電流輸入，依據電壓或電流執行測頻操作，或，通過與數據處理器14電連接，將數據處理器14運算完畢的數據結果，由數位訊號轉換為模擬信號輸出。
這裡本申請實施例提供的控制晶片可以適用於電動機保護方案，本申請實施例僅以上述為例進行說明，以實現本申請實施例提供的控制晶片為準，具體不做限定。
本實用新型實施例提供的控制晶片中，通過信號採集器，採集各個類型的電參數；數據處理器，與信號採集器電連接，用於對電參數執行運算；信號輸出控制器，與數據處理器電連接，用於轉變電參數的模式類型，達到了提升運算效率的目的，從而實現了提升運算精度降低生產成本的技術效果，進而解決了由於使用8位單片機和16位工業處理器的處理能力不夠、保護動作速度慢，使用10位AD或者12位AD的方案轉換精度比較低，採集精度差的技術問題。
具體的，圖2是根據本實用新型實施例的一種控制晶片的結構示意圖，如圖2所示，本申請實施例提供的控制晶片具體如下：
可選的，信號採集器12包括：輸入/輸出I/O接口和模/數轉換器ADC，其中，在各個類型包括模擬信號和/或數位訊號的情況下，模/數轉換器ADC，通過輸入/輸出I/O接口將接收到的各個類型的電參數由模擬信號轉換為數位訊號；其中，輸入/輸出I/O接口通過復用採集數位訊號。
具體的，本申請實施例中的信號採集器12可以為CPU內置的16位Sigma-DeltaADC，該ADC採集電壓信號、電流信號、4-20mA輸入。
可選的，信號輸出控制器16包括：電壓比較器和數/模轉換器DAC，其中，電壓比較器，採集各個類型的電參數，用於依據電參數執行測頻；數/模轉換器DAC，與數據處理器電連接，用於對執行運算後的電參數由數位訊號轉換為模擬信號。
具體的，本申請實施例中的信號輸出控制器16可以為通過內置的電壓比較器完成測頻處理；使用內置的DAC完成4-20mA的輸出。
進一步地，可選的，數/模轉換器DAC還用於輸出轉變為模擬信號的電參數。
可選的，控制晶片還包括：內置時鐘RTC，其中，內置時鐘RTC，用於輸出連續時鐘信號。
綜上，上述Sigma-delta轉換器又稱過採樣轉換器，它包含兩個基本電路：調製器和數字濾波器，支持差分輸入。這樣的處理方式使得其採集精度高、抗共模幹擾能力強，既能保持極高的電流電壓採集精度，又能輕鬆通過國家標準GB/T17626.3規定的射頻輻射電磁場抗擾度試驗。
RTC是低壓電動機保護裝置必備的功能，一般的實現方案是採用IIC通訊的時鐘晶片(如PCF8563等)，外置的RTC增加了成本並且佔用了PCB板面積，不利於把裝置做的很小，而本申請實施例提供的控制晶片使用內置RTC則無這樣的煩惱。
其中，在測頻時一般採用雙路差動比較器(如TI公司的LM293)實現，精度雖然可以，但是也增加了成本、佔用了PCB板面積。而本申請實施例提供的電壓比較器為內置的電壓比較器，既保證了測頻精度，又節省了成本、減少了PCB板面積。
如圖2所示，4-20mA輸出一般採用單通道、12位可編程電流輸出數模轉換器(如DAC7750、AD5410等)來實現，晶片與CPU通過SPI通訊，還要加以DCDC電源隔離，雖然精度不錯，但是成本高了很多。而本申請實施例提供的DAC為內置DAC，精度高、成本低很多、佔用PCB板面積更小很多。
由上可知，本申請實施例提供的控制晶片模/數AD轉換精度高、抗幹擾能力強。
實施例二
根據本實用新型實施例，提供了一種電動機保護裝置實施例，圖3是根據本實用新型實施例的電動機保護裝置的結構示意圖，如圖3所示，該電動機保護裝置包括：控制晶片32、人機接口HMI34和存儲器36，其中，
人機接口HMI34通過輸入/輸出I/O接口接入控制晶片32，用於添加外接數據處理設備；
存儲器36通過輸入/輸出I/O接口接入控制晶片32，用於存儲對應待處理電參數的運算規則；
其中，存儲器36主要有CPU內部的程序存儲器(FLASH)以及通過IO口外接的鐵電存儲器，其中內部的FLASH主要存儲程序，外接的鐵電存儲器存儲各種定值。
其中，控制晶片32可以為上述實施例一中圖1或圖2所示的一種控制晶片。
這裡對應實施例一中提供的控制晶片，本申請實施例提供的電動機保護裝置包括該控制晶片32，還包括HMI接口34，其中，依據該HMI接口34將外接數據處理設備接入控制晶片32，以使得能夠通過外接數據處理設備獲取該控制晶片32的運行狀態和運算結果，或，依據業務需求通過HMI接口34由外接數據處理設備向控制晶片32發送控制指令，這裡外接數據處理設備可以包括：顯示器和鍵盤、筆記本電腦、IPad、掌上商務、智能可穿戴設備等能夠通過HMI接口34接入改控制晶片32的外接數據處理設備。
本實用新型實施例提供的電動機保護裝置中，通過人機接口HMI通過輸入/輸出I/O接口接入控制晶片，用於添加外接數據處理設備；存儲器通過輸入/輸出I/O接口接入控制晶片，用於存儲對應待處理電參數的運算規則，達到了提升運算效率的目的，從而實現了提升運算精度降低生產成本的技術效果，進而解決了由於使用8位單片機和16位工業處理器的處理能力不夠、保護動作速度慢，使用10位AD或者12位AD的方案轉換精度比較低，採集精度差的技術問題。
具體的，圖4是根據本實用新型實施例的一種電動機保護裝置的結構示意圖，如圖4所示，本申請實施例提供的電動機保護裝置具體如下：
可選的，電動機保護裝置還包括：狀態指示燈37，其中，狀態指示燈37通過輸入/輸出I/O接口接入控制晶片32，用於指示電動機的運行狀態、繼電器的運行狀態以及控制晶片32的運行狀態中的一種或至少兩種的組合。
可選的，電動機保護裝置還包括：通信器38，其中，通信器38通過輸入/輸出I/O接口接入控制晶片32，用於將控制晶片32連接至網絡。
可選的，電動機保護裝置還包括：印刷電路板PCB，其中，印刷電路板PCB，用於承載控制晶片32、人機接口HMI34、存儲器36、狀態指示燈37和通信器38。
可選的，人機接口HMI34與外接數據處理設備連接，用於顯示控制晶片32的數據執行狀態和運算結果，或，接收鍵入控制指令。
綜上，結合實施例一和實施例二，如圖4所示，本申請實施例提供的電動機保護裝置中的控制晶片可以採用意法半導體公司的STM32F373晶片作為CPU，裝置採集10路開入量、6路繼電器、3路電壓、3路電流、1路4-20mA輸入、1路4-20mA輸出、內置時鐘RTC、內置電壓比較器等。
其中通過CPU的IO口採集10路開入量、控制6路繼電器；通過CPU內置的16位Sigma-Delta ADC採集電壓信號、電流信號、4-20mA輸入；通過內置的RTC來顯示時間；通過內置的電壓比較器完成測頻處理；使用內置的DAC完成4-20mA的輸出；使用IO口連接液晶和按鍵，全中文人機互動。
Sigma-delta轉換器又稱過採樣轉換器，它包含兩個基本電路：調製器和數字濾波器，支持差分輸入。這樣的處理方式使得其採集精度高、抗共模幹擾能力強，既能保持極高的電流電壓採集精度，又能輕鬆通過國家標準GB/T17626.3規定的射頻輻射電磁場抗擾度試驗。
RTC是低壓電動機保護裝置必備的功能，一般的實現方案是採用IIC通訊的時鐘晶片(如NXP公司的PCF8563等)，外置的RTC增加了成本並且佔用了PCB板面積，不利於把裝置做的很小，而本申請實施例中提供的控制晶片使用內置RTC則無這樣的煩惱。
測頻時一般採用雙路差動比較器(如TI公司的LM293)實現，精度雖然可以，但是也增加了成本、佔用了PCB板面積。而本申請實施例中提供的控制晶片使用了內置的電壓比較器，既保證了測頻精度，又節省了成本、減少了PCB板面積。
低壓電動機保護裝置的4-20mA輸出一般採用單通道、12位可編程電流輸出數模轉換器(如TI公司的DAC7750、ADI公司的AD5410等)來實現，晶片與CPU通過SPI通訊，還要加以DCDC電源隔離，雖然精度不錯，但是成本高了很多。而本申請實施例中提供的控制晶片使用的內置DAC，精度高、成本低很多、佔用PCB板面積更小很多。
上述本實用新型實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
在本實用新型的上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。
在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的技術內容，可通過其它的方式實現。其中，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如所述單元的劃分，可以為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，單元或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性或其它的形式。
所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。
另外，在本實用新型各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能單元的形式實現。
所述集成的單元如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本實用新型的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可為個人計算機、伺服器或者網絡設備等)執行本實用新型各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、移動硬碟、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。