基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制器電路及其控制方法
2023-11-06 04:28:32 3
專利名稱：基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制器電路及其控制方法
技術領域：
本發明涉及電力系統防誤閉鎖技術領域，尤其涉及一種應用於發電廠或者變電站等為防止誤操作而使用的基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制器電路及其控制方法。
背景技術：
在電力系統中，被廣泛應用的五防電腦鑰匙、皆是移動式工作並採用的是蓄電池充電供給方式。為了保證工作時有足夠電能，滿足設備操作的需要或者銷售利益，廠家對蓄電池都是採用強充轉浮充的控制方式。容易測量，不論充電處於哪個段落，只要不取電源，被充電器都將高於常態溫度，這說明有以下幾個不利因素一是被充電器處在高於常規溫度狀態，存在不間斷地充電，使蓄電池長期熱飽和，必然老化衰減加快，壽命大幅縮短，由此必然給工作造成影響；同時，更換電池或重購儀器，會造成更多的經濟損失。二是耗能，當蓄電池缺電時，大電流主充和短時間小電流浮充是需要的，但在充滿電後不中斷電源，仍然保持長期浮充，由於浮充電流佔主充電流的10 %以上，即仍有幾瓦至幾十瓦的電能在損耗。三是廢舊電池對環境的影響，因為所用電池常為鎘、鎳、鉛、鋰等重金屬和氫氧化鉀等電解液製成，這些物質在大自然中對水源和土壤都會造成嚴重汙染，並藉助糧食蔬菜進入人體，對人類與人類生存環境造成重大影響。發明人鑑於上述的問題，開展了「通訊網絡五防電腦鑰匙充電控制器」的設計研製工作，以期能夠改變充電方式，減少蓄電池的老化廢棄速度，延長現有電腦鑰匙的使用壽命。
發明內容
本發明的目的是針對現有五防電腦鑰匙充電存在的問題，提供一種不論使用與否，蓄電池出現缺電狀態，都能準確判斷和及時充電，在無操作任務時，蓄電池既要保證具有額定電量，又要儘可能多的處於冷機狀態；充電完成後，能夠自動跳閘斷電的充電控制器電路；本發明的另一目的是提供五防電腦鑰匙充電控制器電路的控制使用方法。實現本發明目的之技術措施是這樣的一種基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制器電路，設置在充電控制器內；充電控制器內設有電腦鑰匙蓄電池電量判斷電路1，電話線路採集及電源分支電路2、電壓採樣比較電路3、脈動振蕩電路4、通訊線路充電控制電路5及通訊中斷後的充電自保持電路6 ;其中，
電話線路採集及電源分支電路2的第一輸入端①、第二輸入端②分別與電話接線盒的端頭連接以獲取工作電源和操作指令信號，其電源分支電路2輸出端經第六電阻R6分支與電壓採樣比較電路3的第二運算放大器IC3連接，電壓採樣比較電路3的第二運算放大器IC3輸出端6通過第十四電阻R14、微積分電容C3、第四可調電位器W4與通訊線路充電控制電路5的第三電晶體BG3連接，通訊線路充電控制電路5包括第十三電阻Rl3、第十四電阻R14、微積分電容C3、第四可調電位器W4、第五可調電位器W5、第三電晶體BG3、第四電晶體BG4、繼電器J2、J3，其中，第三、第四電晶體BG3、BG4的集電極與繼電器J2、J3的一端相連，J2、J3的另一端與穩壓器WY2輸出的正電源相連，BG3、BG4的射極與第五可調電位器W5的一端相連，W5的另一端與電話線輸入端②相連；所述的J3常開結點J3-1閉合,將可控娃KG送來的脈動式電流經插座CZ2至CZl送給電腦鑰匙蓄電池充電。所述的電腦鑰匙蓄電池電量判斷電路1，包括第一集成運算放大器IC1、第一電晶體BGl、第二電晶體BG2、第一電位器Wl、第一穩壓二極體WYl、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、繼電器J1、通訊輸入插座CZ1。所述的電話線路採集及電源分支電路2，包括開關K1，保險管BX，二極體D1，第五電阻R5、第六電阻R6，濾波電容Cl，第二穩壓二極體WY2。所述電壓採樣比較模塊3，包括第九電阻R9、第十電阻R10、第i^一電阻R11、第十二電阻R12，第二運算放大器IC3，第三穩壓二極體WY3;第二運算放大器IC3的輸入端3與第六電阻R6分支連接。所述脈動振蕩電路4包括集成塊IC2、第二電容C2、第八電阻R8、第二電位器W2構 成環形多諧振蕩器，通過輸入端點14、輸出端點7與電話線路採集及電源分支電路2連接，通過雙向二極體D2與可控矽KG連接。進一步，所述基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制電路的控制方法，其特徵是，該方法包括如下步驟
(1)經過其中通訊線路充電控制電路5第四電晶體BG4射極上第五可調電位器W5的阻值調整，能夠完成專一和公用通話線路兩種形式的判別；
(2)如果需要選擇充電頻率，則改變阻容參數可實現頻率粗調，旋轉脈動振蕩電路4第二電位器W2完成頻率細調；經振蕩產生200Hz的脈衝頻率，送給雙向二極體D2，進而接通可控矽KG的控制極，並依振蕩波形的高低電平控制可控矽KG的通斷，即形成脈動式充電電流；
(3)在得到充電操作指令，通訊線路充電控制電路3和5中IC3導通，繼電器J2啟動，常開結點J2-1閉合，經第十五電阻R15接通正電壓，使電晶體BG3、BG4繼續導通，形成自保持電路。解決操作人員指令發布完畢，放下手機或者座機話筒，信號中斷，IC3截止輸出後，仍能繼續充電的問題。本發明的優點與有益效果表現在
1、現有的五防電腦鑰匙蓄電池充電，必須是在得到調度中心下達的操作指令後進行，無論五防電腦鑰匙蓄電池有無充足電源，都可採用座機或手機撥號形式，發出充電信號，強行補充電能。儘管有缺電快充設置，但在充滿電截止待機中，蓄電池仍有自動洩露現象，甚至進入了應該充電的臨近狀態時，也需要充電。所以，本發明在操作人員進行工作準備和前往現場的路途中，發出充電指令信號，再作一次電能補充，是一種雙保險的舉措；
2、本發明能夠完成專一和公用通話線路兩種形式的判別。若電話機只做五防電腦鑰匙蓄電池充電專用，則發送的信號即為直接充電控制指令，得到指令後，可匯集脈動式充電電流對蓄電池直接充電；若是使用公用電話機，可進行信號識別處理，篩選出充電控制信號。3、本發明使五防電腦鑰匙蓄電池不論使用與否，一旦蓄電池出現缺電狀態，都能準確判斷和及時充電；在無操作任務時，蓄電池既保證了具有額定電量，又儘可能多的處於冷機狀態；充電完成後，能夠自動跳閘斷電。4、本發明減少了五防電腦鑰匙蓄電池的老化廢棄速度，延長了現有電腦鑰匙的使用壽命。尤其是直接從話機線路中獲取工作電源的方法，電話盒線端不連話機，當有撥音信號到達時，電壓亦有明顯升降變化，足以做信號採集，同時也減少了投資。
圖I是所述五防電腦鑰匙充電控制器電路框圖。圖2至2-1是所述五防電腦鑰匙充電控制器電路示意圖。圖3是所述五防電腦鑰匙充電控制器電路電壓積分變化曲線圖。圖4是本發明一實施例即電腦鑰匙安裝在充電控制器機盒中的示意圖。圖中符號與數字表示
I、電腦鑰匙蓄電池電量判斷電路，2、電話線路採集及電源分支電路，3、電壓採樣比較·電路，4、脈動振蕩電路，5、通訊線路充電控制電路，6、五防電腦鑰匙，7、五防電腦鑰匙充電機盒，①第一輸入端，②第二輸入端；開關K1、K2，保險BX，集成運算放大器IC1、IC3，六非門集成塊IC2，穩壓二極體WYl、WY3，三端穩壓器WY2，電晶體BGl. 3，電晶體BG2. 4，發光管Fgl-4，輸入、輸出插座CZ1、CZ2，繼電器J1-J4，整流管D1，電容Cl，電容C2、C3，電位器W1、W2、W5，可控矽 KG，電阻 R1-R15。具體實施內容
結合附圖與實施例對本發明做進一步地說明。參見圖I、圖2、圖3、圖4可知，本發明以PCB形式設置在充電控制器內，充電控制器在五防電腦鑰匙充電機盒裡，五防電腦鑰匙與其充電機盒是接插件關係。包括電腦鑰匙蓄電池電量判斷電路1，電話線路採集及電源分支電路2、電壓採樣比較電路3、脈動振蕩電路4、通訊線路充電控制電路5以及通訊中斷後的充電自保持電路。其中，電話線路採集及電源分支電路2的第一輸入端①、第二輸入端②端頭從電話接線盒中引接而來，經開關Kl控制，保險管BX保護，二極體Dl半波整流，然後分兩個方向使用。一個方向是經第五電阻R5降壓，濾波電容Cl濾波，三端穩壓器WY2穩壓，作為直流工作電源；另一個方向經第六電阻R6，作為通訊網絡對電腦鑰匙充電投切的識別、控制電路用。更具體的，即電話線路採集及電源分支電路2的第一輸入端①、第二輸入端②分別與電話接線盒的端頭連接以獲取工作電源和操作指令信號，其電源分支電路2輸出端經第六電阻R6分支與電壓採樣比較電路3的第二運算放大器IC3連接，運算放大器IC3採用型號UA741。電壓採樣比較電路3的第二運算放大器IC3輸出端6通過第十四電阻R14、微積分電容C3、第四可調電位器W4與通訊線路充電控制電路5的第三電晶體BG3連接，通訊線路充電控制電路5包括第十三電阻R13、第十四電阻R14、微積分電容C3、第四可調電位器W4、第五可調電位器W5、第三電晶體BG3、第四電晶體BG4、繼電器J2、J3，其中，第三、第四電晶體BG3、BG4的集電極與繼電器J2、J3的一端相連，J2、J3的另一端與三端穩壓器WY2輸出的正電源相連，BG3.BG4的射極與第五可調電位器W5的一端相連，第五可調電位器W5的另一端與電話線輸入端②相連；所述的J3常開結點J3-1閉合，將可控矽KG送來的脈動式電流經插座CZ2至CZl送給電腦鑰匙蓄電池充電。所述電壓採樣比較模塊3，包括第九電阻R9、第十電阻R10、第i^一電阻R11、第十二電阻R12，第二運算放大器IC3，第二穩壓二極體WY3;第二運算放大器IC3的輸入端3與第六電阻R6分支連接。第二穩壓二極體WY3採用規格1N4621/3. 6V。在圖2_1中，當第一輸入端①、第二輸入端②端子從電話接線盒中引接的信號，經第六電阻R6分支連接到電壓採樣比較電路中，疊加在第九電阻R9與第十電阻RlO的分壓值上，傳送給第二運算放大器IC3的同相輸入端第3腳；IC3的反相輸入端2腳接有第二穩壓二極體WY3，將電壓穩定在4V，起基準比較判斷作用。無發送通訊指令時，IC3第3腳的電壓V3低於2腳的電壓V2，IC3保持截止狀。有充電指令到來時，第一輸入端①、第二輸入端②端頭引入電壓從43伏升至50V，經第六電阻R6分壓，將轉換為V3大於V2，且V3 > 5V的門檻電壓值，IC3啟動翻轉，其6腳輸出高電平。圖2-1中所示脈動振蕩電路4包括集成塊IC2、第二電容C2、第八電阻R8、第二電位器W2構成環形多諧振蕩器，通過輸入端點14、輸出端點7與電話線路採集及電源分支電路2連接，通過雙向二極體D2與可控矽KG連接；集成塊IC2為74LS04六非門邏輯電路，第二電位器W2規格型號為X-W IkQ。由於直流不能直接充電，所以將電源做逆變處理形成脈動電流。要形成脈動須進行頻率振蕩，結合專家系統及經驗，高頻適宜快充，低頻有利電荷排列，穩定性更強，故我們做了 200Hz的中低頻頻率選擇。改變阻容參數則可實現頻率粗調，旋轉第二多圈電位器W2將完成頻率細調。經振蕩產生200Hz的脈衝頻率，送給雙向二 極管D2，進而接通可控矽KG的控制極，並依振蕩波形的高低電平控制KG的通斷，即形成脈動式充電電流。需要說明的是五防電能鑰匙型號不同，工作電壓設置有別，即充電電壓也不一樣。對此，在5 IOV間，我們對第三電位器W3進行調整，這樣便能滿足不同五防鑰匙的參數配合。圖2所示的電腦鑰匙蓄電池電量判斷電路1，包括第一集成運算放大器IC1、第一電晶體BG1、第二電晶體BG2、第一電位器W1、第一穩壓二極體WY1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、繼電器J1、通訊輸入插座CZ1。第一集成運算放大器ICl也採用UA741 ;第一電晶體BGl採用9014、第二電晶體BG2採用8550 ;第一電位器Wl採用規格X-W IkQ，第一穩壓二極體WYl採用規格1N4621/3. 6V，繼電器Jl採用規格HK23F-5V/2A。由振蕩器產生的脈動電流經可控矽陰極傳送給輸出插座CZ2的第1、2針，根據繼電器的啟動情況，決定那條支路接通。輸出插座CZ2的脈動充電電流又經電纜線傳送給另一側的輸入插座CZl的I或2對應針腳。此時若被判斷缺電，繼電器Jl常開接點Jl-I接通蓄電池EcJf CZ2至CZl針腳I送來的脈動電流接通，對蓄電池立即進行充電。當電池Ec的電量充滿時，被比較判斷確認後，第一集成運算放大器轉為截止，繼電器Jl常開結點Jl-I關斷，充電結束。所述的電話線路採集及電源分支電路2，包括開關K1，保險管BX，二極體D1，第五電阻R5、第六電阻R6，濾波電容Cl，三端穩壓器WY2 ;三端穩壓器WY2採用WY78型，依電腦鑰匙電壓高低確定具體型號。本電路與電話線配套使用，經測量，電話線路待機狀態有43V電壓，當呼叫信號到來時，上升到50V，電壓差值足以做信號判斷。同時本發明所有元件工作和充電電流綜合一起也在mA級，用電量非常微弱，並與話務管理部門共同測試驗證，對通訊線路不會造成任何影響的情況下，做了在電話線路上直接索取信號和工作電源的兩用設計。這樣，無需作220V等外接電源的設置和配備，也減少了儀器中降壓變壓器等設施，既方便工作，又降低費用。本發明所述的基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制電路的控制方法，其步驟包括經過通訊線路充電控制電路5的第四電晶體BG4射極上第五可調電位器W5的阻值調整，能夠完成專一和公用通話線路兩種形式的判別。其中第五可調電位器W5有特別作用，這是一種巧妙和獨到的設計。其原理簡述如下
I)當充電器至於單一專用的電話線路狀態時，可把第四可調電位器W4電阻調為O值，即第四電晶體BG4的射極直接接地，此時第三電晶體BG3、第四電晶體BG4的門檻電壓僅為
I.2V。當手機或座機接通電路發出充電指令時，只需響三次左右鈴聲，電容C3積分電壓便會達到和超過門檻值，即U BG3彡I. 2V，第三電晶體BG3、第四電晶體BG4將會導通，啟動繼電器J2、J3。其中J3常開結點J3-1閉合，將可控矽來的脈動電流經插座CZ2-CZ1送給電腦鑰匙蓄電池充電。這樣，通過三次響鈴，約5秒時間，即避開了瞬間衝擊，又判斷出確切信號，將充電指令轉化為實際充電行為。2)當充電器至於公用的電話線路狀態時，把第五電位器W5電阻值從小往IkQ方向調節，將電晶體BG4的射極基準電壓提高到2. 8V,使BG3、BG4的門檻電壓變為
2.8 + I. 2 = 4 (V)·
即升高到4V。當手機或座機接通話機，發出充電指令時，不會象專用線路那樣較快啟動，而是要經過電壓積分，相對緩慢的過程，用以作與其他通話信號的比較區別。積分過程是
第一，電話撥通，堅持響完，一般鈴聲在10餘次，時間在15秒左右，此時電容器C3充電，Uc3數值如積分式，電壓從O 5V積累變化
Ubg3=Uc3=I /RC J0 Uc3dt
電壓積分變化曲線如圖3所示圖3中曲線I是在第一次撥通電話，IC3輸出高電平，電容電壓U C3作充電積累，從O值a點開始，經過15秒左右，Uc3達到全電壓5V的60%，如圖中b點。此時鈴聲結束，因無人接聽，其他人在短時間內不太可能重撥，由此放機，IC3返回截止。IC3截止後，6腳輸出低電平，Ura轉為經電阻R14、R13微分放電，圖示曲線I中從b點向d點下降，至回到O值電壓。整個過程控制電路不啟動。第二，操作者則知道，在第一次響鈴結束後，立即重撥(為避免撥號撞車和遇他人重撥，重撥次數可增加，原理相同，於此僅以第一次重撥為例作介紹)。如圖3中曲線2，在幾秒鐘重撥的間隔時間內，電容器C3的電壓U。4亦會短時微分放電，降低約10%的幅值，即回到2. 5V的c點。因重撥，IC3又重新輸出高電平，電容器將會在餘留的c點基礎上向e點5V滿電壓繼續積分充電。在此過程中，電壓值會達到
U BG3 = U C3 ^ 4 (V)
超過門檻電壓，複合管BG3、BG4導通，啟動繼電器J3，常開結點J3-1接通脈動電路，實施五防鑰匙的充電工作。圖4示意了本發明所在電腦鑰匙安裝在充電控制器機盒中的裝配圖。圖中6是所述的五防電腦鑰匙，7是充電機盒。五防電腦鑰匙6充電時需要平放在充電機盒7內，兩者是接插件關係。由於鑰匙與充電機盒是緊配合，取拿不便，故中間開有圓弧孔，便於手指嵌著鑰匙放取，以之解決。通過本通訊網絡五防電腦鑰匙充電控制器的應用，除缺電快充和操作前通訊網絡發送充電指令外，基本不充電，實現多數時間處於冷機狀態，減少熱飽和老化影響，由此將大幅度延長電腦鑰匙使用壽命，達到設計目的。
權利要求
1.一種基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制器電路，設置在充電控制器內，其特徵是，充電控制器內設有電腦鑰匙蓄電池電量判斷電路(1)電話線路採集及電源分支電路；(2 )電壓採樣比較電路；(3 )脈動振蕩電路；(4 )通訊線路充電控制電路；(5 )及通訊中斷後的充電自保持電路；其中， 電話線路採集及電源 分支電路2的第一輸入端①、第二輸入端②分別與電話接線盒的端頭連接以獲取工作電源和操作指令信號，其電源分支電路(2)輸出端經第六電阻R6分支與電壓採樣比較電路(3 )的第二運算放大器IC3連接，電壓採樣比較電路(3 )的第二運算放大器IC3輸出端6通過第十四電阻R14、微積分電容C3、第四可調電位器W4與通訊線路充電控制電路(5)的第三電晶體BG3連接，通訊線路充電控制電路(5)包括第十三電阻R13、第十四電阻R14、微積分電容C3、第四可調電位器W4、第五可調電位器W5、第三電晶體BG3、第四電晶體BG4、繼電器J2、J3，其中，第三、第四電晶體BG3、BG4的集電極與繼電器J2、J3的一端相連，J2、J3的另一端與三端穩壓器WY2輸出的正電源相連，第三、第四電晶體BG3、BG4的射極與第五可調電位器W5的一端相連,其W5的另一端與電話線輸入端②相連；所述的J3常開結點J3-1閉合，將可控矽KG送來的脈動式電流經插座CZ2至CZl送給電腦鑰匙蓄電池充電。
2.根據權利要求I所述的基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制電路，其特徵是，所述電腦鑰匙蓄電池電量判斷電路(1)，包括第一集成運算放大器IC1、第一電晶體BG1、第二電晶體BG2、第一電位器Wl、第一穩壓二極體WYl、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、繼電器J1、通訊輸入插座CZ1。
3.根據權利要求I所述的基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制電路，其特徵是，所述電話線路採集及電源分支電路(2)、包括開關K1，保險管BX，二極體D1，第五電阻R5、第六電阻R6，濾波電容Cl，第二穩壓二極體WY2。
4.根據權利要求I所述的基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制電路，其特徵是，所述電壓採樣比較模塊(3)包括第九電阻R9、第十電阻R10、第i^一電阻R11、第十二電阻R12，第二運算放大器IC3，第二穩壓二極體WY3;第二運算放大器IC3的輸入端3與第六電阻R6分支連接。
5.根據權利要求I所述的基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制電路，其特徵是，所述脈動振蕩電路(4)包括集成塊IC2、第二電容C2、第八電阻R8、第二電位器W2構成環形多諧振蕩器，通過輸入端點14、輸出端點7與電話線路採集及電源分支電路(2)連接，通過雙向二極體D2與可控矽KG連接。
6.根據權利要求I所述的基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制電路的控制方法，其 特徵是，該方法步驟如下 (1)經過其中通訊線路充電控制電路(5)第四電晶體BG4射極上第五可調電位器W5的阻值調整，能夠完成專一和公用通話線路兩種形式的判別； (2)如果需要選擇充電頻率，則改變阻容參數可實現頻率粗調，旋轉脈動振蕩電路(4)第二電位器W2完成頻率細調；經振蕩產生200Hz的脈衝頻率，送給雙向二極體D2，進而接通可控矽KG的控制極，並依振蕩波形的高低電平控制可控矽KG的通斷，即形成脈動式充電電流； (3 )在得到充電操作指令，通訊線路充電控制電路(3 )和(5 )中第二運算放大器IC3導通，繼電器J2啟動，常開結點J2-1閉合，經第十五電阻R15接通正電壓，使電晶體BG3、BG4繼續導通，形成自保持電路；解決操作人員指令發布完畢，放下手機或者座機話筒，信號中斷，第 二運算放大器IC3截止輸出後，仍能繼續充電的問題。
全文摘要
本發明提供基於通訊網絡的五防電腦鑰匙充電控制器電路及其控制方法，涉及電力系統防誤閉鎖技術領域。電話線路採集及電源分支電路2第一輸入端①、第二輸入端②分別與電話接線盒端頭連接以獲取工作電源和操作指令信號；經過本發明幾種電路的調節，尤其是通訊線路充電控制電路5電晶體BG4射極上可調電位器W5的阻值調整，能夠完成專一和公用通話線路兩種形式的判別，能將可控矽KG送來的脈動電流經插座CZ2至CZ1給電腦鑰匙蓄電池充電。蓄電池出現缺電狀態時，能準確判斷和及時充電；在無操作任務時，蓄電池既保證具有額定電量，又儘可能多的處於冷機狀態；充電完成後，能夠自動跳閘斷電；並提供了充電控制器電路控制使用方法。
文檔編號H02J7/00GK102904316SQ20121041803
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者張偉, 魏文偉, 陳淑英, 鍾芬, 馮鵬 申請人:四川省電力公司內江電業局, 國家電網公司