[发明专利]微型机继电保护实验板

权利要求书

1.微型机继电保护实验板，其特征在于：包括：电压采集电路、周期测量电路、电流采集电路、开关量输出回路、开关量输入电路、电源功能电路、单片机、按键功能电路、通信功能电路和显示模块，单片机采用STM32F103单片机；

电压采集电路采用电流型电压互感器实现电压变换，将大电压变为测量系统的小电压，采用LM358AD运放构成电压偏移电路，实现将传感器输出交流电压抬升为0V以上，采用采样保持芯片LF398实现电压电流同时采样；

周期测量电路用于对交流信号的周期进行测量，测量时，首先将交流信号变为方波，然后，测量方波周期，电路中VINI和VINN分别接电压采集回路中电压输入的两端，光电耦合器U4实现两侧电压的隔离，保证后边电路的安全，光耦输出后的电压经过运算放大器整形，输出一个上升和下降沿都很陡峭的方波，该方波的最大值为5V，而单片机为3.3V的，因此，通过R15和R52分压，将方波电压降低后送给单片机；单片机响应管脚下降沿中断，通过两次中断间的时间来计算信号的周期；

电流采集电路通过小型电流变换器实现的，电流变换器额定电流为5A/5mA，通过该变换器将大电流变为小电流，再通过电阻分压将电流变换为电压，

开关量输出电路中， K1为5V的继电器，有两组开关输出，一组用于反馈，通过光耦U8实现光电隔离；KZ1和KZ2两个管脚通过控制 Q1和Q2的导通来实现继电器的控制，当KZ1=1并且KZ2=0时Q1才能导通，从而光耦导通继电器吸合；U7用于检测继电器动作情况，继电器未动作时，光耦输入侧没有电流，光耦不导通，PB1反馈电压为高电平；继电器吸合时，光耦导通，FB1反馈电压为低电平；继电器线圈两端并联的D7用于释放掉继电器突然断电时其线圈存储的能量；

开关量输入电路用于检测断路器的跳闸情况，需要光电隔离以防止外部干扰的引入，其输入端串了两个100k电阻，允许外部输入开关量引入时的电压是220V直流， D67的作用是防止外部电压接反时损坏光耦；当外部开关接通，光耦导通，FB2返回电压为低电平，否则FB2为高电平，单片机通过读取FB2的管脚电压判断外部开关的闭合情况；发光二极管D4的作用是外部开关量输入的一个提示，使同学们在实验时能够更加直观了解外部开关闭合情况，J3和J5是两个辅助端子，短接这两个端子可以模拟外部开关量输入的情况，方便学生实验；

电源功能电路用于为整个装置提供电能；

通信功能电路利用的是单片机系统板的串口1，PA9和PA10，485接口芯片MAX485将串口TTL电平转换为485电平信号输出，MAX485与通信1口间通过三个光耦隔离，由于MAX485通信是半双工的形式，还需要一个R/D脚实现发送和接收的控制，所以控制端也通过一个光耦U87接收单片机管脚PB1的控制，485输出接口端并接的R74与485通信阻抗匹配；

显示模块采用的是12864点阵的LCD显示屏，该显示屏5V供电，通过串口控制分别接到单片机的PB8、PB9和PB7。

2.如权利要求1所述的微型机继电保护实验板，其特征在于：所述电压采集电路的高压侧电阻为两个100k电阻，J1短接可以实现电阻并联，在测量小电压时可以提高测量的精确度，低压侧并联电阻为1个100欧电阻和一个50欧电阻，通过短接J2可以实现两个电阻并联，不并联时可以提高输出电压，从而在测量小电压时提高测量精度，R9和C3实现电压信号的低通滤波，可调电阻R1和限流电阻R3部分实现采样保持器的零漂调整。

3.如权利要求1所述的微型机继电保护实验板，其特征在于：周期测量电路采用每周期采样12个点的采样频率，R8取100k的功率电阻，用于保护光耦，使流过光耦输入电流为2mA，D3的作用是保护光耦，避免其承受过大的反向电压，运算放大器的比较端所接电压为2.5V，当光耦导通时，反向端电压高，运放输出负电压，否则输出正电压，D2用于指示是否要电压信号输入，当光耦导通时运放输出负电压，发光二极管D2点亮。