技术领域
[0001] 本实用新型涉及通断电控制技术领域，具体涉及一种智能通断电控制装置。
背景技术
[0002] 在工业生产、科学实验、产品测试等领域，正常会碰到需要对多个用电器时进行复杂的通断电状态控制。
[0003] 对于简单的通断电条件，可以使用时间继电器模
块进行控制，但最多只能实现2段通断电的条件，无法满足复杂的通断电循环的条件，而且时间继电器模块定时
精度较差，长时间使用会累计误差，造成定时不准。如果要满足复杂的通断电要求，目前可通过专业的可编程电源来实现，但是也存在以下不足：1.可编程电源在
输出电压或
电流时存在过冲现象，严重时可能会损坏被测产品，这是由于可编程电源在
自动调节电压和电流过程中，内部电压电流控制回路存在滞后现象，而这部分控制滞后时间的长短将直接影响电源输出过冲，如果内部控制滞后时间越久，实际输出过冲就越严重。2.一般的可编程电源不具备电源输出监控功能，无法对通断电情况进行实时监控，无法保存电源通断电历史曲线，无法满足实验室需要把通断电情况保存为原始数据的要求。3.目前一般的可编程电源最多只能输出4路，有些甚至只有1路，对于需控制的用电器数量较多、通断电要求不尽相同的情况下，则无法满足要求。4. 可编程电源价格比较昂贵。
发明内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是针对上述技术现状，提供一种智能通断电控制装置。
[0005] 本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0006] 一种智能通断电控制装置，包括线路板(1)，分别与所述线路板(1)电连接的输入电
接口(2)、
液晶显示屏(3)、按键输入盘(4)，按键输入盘(4)上设置多个用于系统时间设置和定时参数设置的输入按键(5)；所述线路板(1)包括主控芯片(6)，其特征在于，所述线路板(1)包括分别与所述主控芯片(6)电连接的电源模块、作为时间
信号发生器的时钟芯片、液晶显示模块、按键输入模块、负载输出模块；所述电源模块连接所述输入电接口(2)，所述液晶显示模块连接所述液晶显示屏(3)，所述按键输入模块连接所述按键输入盘(4)，所述负载输出模块包括至少1路连接有电磁继电器的终端为输出电接口(7)的输出
电路。
[0007] 在所述液晶显示屏(3)实时显示的系统运行参数，包括通道号、运行状态、当前段号、循环次数、每段剩余时间、每段运行时间、结束时间、通道监测电压。
[0008] 所述按键输入盘(4)的输入按键(5)采用4*4矩阵布置，共有16个按键，分为功能输入按键(5)和数字输入按键(5)。
[0009] 所述线路板(1)使用外接的5V直流电源供电，所述主控芯片(6)选用STM32F103ZET6，所述电源模块包括AMS1117-3.3稳压芯片，通过AMS1117-3.3稳压芯片转化为3.3V直流电压给主控芯片(6)供电；所述时钟芯片选用DS12C887+芯片；所述液晶显示模块选用LCD19264液晶显示模块。
[0010] 所述负载输出模块的每一路输出电路由包括电磁继电器、光耦、PNP型
三极管、LED发光
二极管的器件连接而成，当系统判断为通电状态时，STM32F103ZET6芯片相应IO口输出为低电平，光耦导通，
LED灯点亮，PNP型三极管处于饱和状态，电磁继电器吸合，输出电接口(7)通电；当通电定时到时，系统自动判断为断电状态，STM32F103ZET6芯片相应IO口输出为高电平，光耦不导通，LED灯熄灭，PNP型三极管处于截止状态，电磁继电器断开，输出电接口(7)断电。
[0011] 至少1路所述输出电路的输出电接口(7)连接固态继电器，由普通负载输出模块的电磁继电器常开触点控制固态继电器的
开关，以小电流控制大电流的方式，实现控制大功率终端用电器的通断。
[0012] 所述线路板(1)包括与所述主控芯片(6)电连接的电压采集模块与报警模块，分别与所述主控芯片(6)电连接。
[0013] 所述电压采集模块利用主控芯片(6)自带的多位ADC进行电压采集，通过主控芯片(6)自带ADC实现对所有通道的被测端用电器电压进行监控；所述报警模块包括蜂鸣器、LED
发光二极管、PNP型三极管，当系统处于异常或故障情况时，通过蜂鸣器和发光二极管进行声光报警。
[0014] 以上所述的智能通断电控制装置，包括机箱(8)，所述线路板(1)固定在机箱(8)内，所述输入电接口(2)、液晶显示屏(3)、按键输入盘(4)、输出电接口(7)分别设置在机箱(8)外表面。
[0015] 以上任一种智能通断电控制装置，所述线路板(1)包括与所述主控芯片(6)电连接的串口通信模块，所述串口通信模块包括CH340G芯片及外围电路，其外围电路终端设置有通讯端口(9)，实现本装置与PC电脑通信；在所述PC电脑界面实现对所述通断电控制装置的控制、实时监控、记录保存。
[0016] 与
现有技术相比，本实用新型智能通断电控制装置具有以下优点：1.本装置其实是可以智能调节通断时间的多路开关，本身并不提供电压或电流给产品，因此不会出现在输出电压或电流时存在过冲现象，可以有效的保护产品。2.本装置由于在电路设计上选用了专业的时钟芯片，定时精度非常高，极大的提高了试验的准确性和可信度。3.本装置可以满足复杂通断电逻辑时序要求，能够支持21段通断电时序，999次循环次数，基本上能够满足可靠性测试标准中对于产品通断电的要求。4.本装置优化了
人机交互界面，操作简单便捷，通过4*4
键盘输入试验参数，在液晶显示屏上可以显示当前时间、 通道号、运行状态、当前段号、循环次数、每段运行时间、每段剩余时间和结束时间信息。5.可以把不同的通断电试验条件存储为内置程序，保存在EEPROM芯片中，实现掉电不丢失参数信息的功能，极大的提高了试验的效率。6.本装置可以应用于交流或者直流负载，对于大电流、大功率的产品，本装置可以通过后级输出扩展模块，提高负载功率的承受能
力，以此满足大功率产品的测试需求。7.本装置采用STM32芯片自带的AD，通过采集电压，可实时监控产品的通断电情况，通过PC端上位机
软件，可实时显示被测样品通断电情况，并可随时保存为通断电历史曲线，满足试验需求。8.本装置最多能够同时提供8路独立的输出通道，能够满足数量众多的样品测试需求，极大的提高了试验效率，具有较高的实用性。9.本装置成本低廉，适合大批量生产，而且具有很强的通用性，适用于各种需通断电的场合，尤其适用于对
汽车电子产品进行可靠性试验的场合。
附图说明
[0017] 图1为本实用新型智能通断电控制装置
硬件构成示意图；
[0018] 图2为本实用新型智能通断电控制装置基本功能系统示意
框图；
[0019] 图3为本实用新型智能通断电控制装置程序运行示意框图；
[0020] 图4本实用新型智能通断电控制装置扩展功能系统示意框图；
[0021] 图5为主控芯片及其电连接接口示意图；
[0022] 图6为电源模块电路图；
[0023] 图7为时钟模块电路图；
[0024] 图8为液晶显示模块电路图；
[0025] 图9为按键输入模块电路图；
[0026] 图10为负载输出模块电路图；
[0027] 图11为后级负载输出扩展模块电路图；
[0028] 图12为电压采集模块电路图；
[0029] 图13 为报警模块电路图；
[0030] 图14为本实用新型智能通断电控制装置装箱状态示意图；
[0031] 图15为液晶显示屏显示界面示意图；
[0032] 图16为通断电情况监控示意图；
[0033] 图17为本实用新型智能通断电控制装置串口通信模块电路图；
[0034] 图18为上位机软件系统运行界面示意图；
[0035] 图19为上位机软件定时参数设置界面示意图；
[0036] 图20为上位机软件通断电曲线显示界面示意图。
具体实施方式
[0037] 以下以图1至图20所示，说明本实用新型的具体实施方式。
[0039] 一种智能通断电控制装置，如图1所示，包括线路板1，分别与线路板1电连接的输入电接口2、液晶显示屏3、按键输入盘4，按键输入盘4上设置多个用于系统时间设置和定时参数设置的输入按键5。
[0040] 如图2所示，线路板1包括主控芯片6，主控芯片6中植入主控软件，线路板1包括分别与主控芯片6电连接的电源模块、作为时间信号发生器的时钟芯片、液晶显示模块、按键输入模块、负载输出模块；电源模块连接输入电接口2，液晶显示模块连接液晶显示屏3，按键输入模块连接按键输入盘4，负载输出模块包括至少1路连接有电磁继电器的终端为输出电接口7的输出电路；主控软件为与相关硬件相对应的经模块化编程使各硬件电路模块协调工作的模块化程序，包括时钟模块程序、显示模块程序、按键输入模块程序、负载输出模块程序。
[0041] 主控芯片6选用高性能
单片机STM32F103ZET6，所以也称其为单片机 。如图5所示，单片机STM32F103ZET6作为主控芯片，采用LQFP封装，共144个引脚，Flash容量为512KB，RAM容量大小64KB，具有2个基本
定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA
控制器（共12个通道）、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口、1个FSMC接口和112个通用IO口，可见STM32F103ZET6单片
机芯片资源非常丰富，单片机STM32F103ZET6最小系统电路主要有复位电路、晶振电路、启动模式设置电路等组成。
[0042] 线路板1使用外接的5V直流电源供电。如图6所示，电源模块包括AMS1117-3.3稳压芯片，通过AMS1117-3.3稳压芯片转化为3.3V直流电压给主控芯片6供电。
[0043] 液晶显示模块电路图如图8所示，选用LCD19264液晶显示模块，其具有8位标准
数据总线、6条控制线MCU接口功能，并有专用的指令集，通过它的192×64点阵，可显示各种字符及图形。它的工作电压范围较宽,可选择3.3V到5V，并带有
温度补偿功能,能够适应各地区
工作温度的差异。本装置将系统运行状态参数均显示在LCD19264液晶屏上，具有显示信息丰富、清晰明了等优点。
[0044] 时钟模块电路图如图7所示，时钟芯片选用DS12C887+芯片选用DS12C887+芯片作为时间信号发生芯片，DS12C887+是一款高精度时钟日历芯片，采用COMS技术制成，它能够计算出秒、分、小时、星期、日期、月、年七种日历信息并带闰年补偿，芯片自带
晶体振荡器和锂
电池，在没有外部电源的情况下可工作10年，本装置将DS12C887+芯片产生的时间信号作为时间源，所有的通断电定时都是基于DS12C887+芯片产生的，具有精度高、工作稳定可靠等优点。由于DS12C887+芯片定时精度非常高，所以本发明智能通断电控制装置的具有较高的定时准确性和可信度。
[0045] 如图15所示，在液晶显示屏3实时显示的系统运行参数，包括通道号、运行状态、当前段号、循环次数、每段剩余时间、每段运行时间、程序结束时间、通道监测电压。
[0046] 如图1、或14所示，按键输入盘4的输入按键5采用4*4矩阵布置，共有16个按键，分为功能输入按键5和数字输入按键5。按键输入模块电路图如图9所示，主控软件的通过按键输入模块程序对按键设定信息进行扫描采集，进行系统时间设置和定时参数设置、保存和读取通道配置信息。
[0047] 按照以上硬件配置，本发明智能通断电控制装置能够同时提供8路独立的输出通道，一般场合足够用了。当然，可按用户实际需要配置输出通道的路数。负载输出模块的每一路输出电路如图10所示，由包括电磁继电器、光耦、PNP型三极管、LED发光二极管的器件连接而成，当系统判断为通电状态时，STM32F103ZET6芯片相应IO口输出为低电平，光耦导通，LED灯点亮，PNP型三极管处于饱和状态，电磁继电器吸合，输出电接口7通电；当通电定时到时，系统自动判断为断电状态，STM32F103ZET6芯片相应IO口输出为高电平，光耦不导通，LED灯熄灭，PNP型三极管处于截止状态，电磁继电器断开，输出电接口7断电。
[0048] 由于普通负载输出模块最大可以承受10A的交流或直流电流，当被控制的用电器为大电流、大功率产品时，存在瞬间电流过大导致继电器损坏的问题，本发明在普通输出模块的输出电路
基础上，通过添加后级负载输出扩展模块，来解决这种问题。后级负载输出扩展模块电路图如图11所示，智能通断电控制装置输出电路的输出电接口7连接固态继电器，由普通负载输出模块的电磁继电器常开触点控制固态继电器的开关，以小电流控制大电流的方式，实现控制大功率终端用电器的通断。固态继电器后再另行输出电接口7供大电流、大功率用电器连接。
[0049] 线路板1包括与主控芯片6电连接的电压采集模块与报警模块，分别与主控芯片6电连接，主控
软件包括相对应的电压采集模块程序与报警模块程序。电压采集模块电路图如图12所示，电压采集模块利用主控芯片6自带的多位ADC进行电压采集，主控芯片6自带的ADC是多位逐步逼近型模拟数字转换器，具有多个通道，测量多个外部和2个内部信号源，通过主控芯片6自带ADC实现对所有通道的被测端用电器电压进行监控。报警模块电路图如图13所示，报警模块包括蜂鸣器、LED发光二极管、PNP型三极管，当系统处于异常或故障情况时，通过蜂鸣器和发光二极管进行声光报警。
[0050] 主控软件运行示意框图如图3所示，系统开启后，首先是系统初始化阶段，系统稳定后，系统就开始键盘扫描，按设定要求经过键盘输入设置参数，参数设置完成后即可按启动按键使系统运行，期间系统会自动检测参数设置是否符合系统设置要求范围与参数设置完整，否则不能启动系统运行，并在液晶显示屏3界面上提示相关状态信息，要求调整参数设置或继续完善参数设置，起到提示参数设置，并提示启动系统运行。系统运行后，会不断计算各路独立的输出通道的当前段结束时间，当到了当前段结束时间，继电器就立即动作；如当前段为通电状态段，当到了当前段结束时间，继电器就立即动作变为断电状态段；反之，如当前段为断电状态段，当到了当前段结束时间，继电器就立即动作变为通电状态段。
计算各路独立的输出通道的当前段结束时间，具体为不断读取当前时间，判断设定定时是否
线束，如否，继续读取当前时间，如是，则下一段定时开启，同时继电器动作；直至本循环设定的所有时间段结束。此时，还要判断设定的循环次数是否线束，如否，进入下一次循环；
如是，结束运行。图16为通断电情况监控示意图。
[0051] 按照以上硬件配置，本发明智能通断电控制装置能够满足复杂通断电逻辑时序要求，能够同时提供8路独立的输出通道，能够支持21段通断电时序，999次循环次数，基本上能够满足复杂的通断电状态控制要求。如果，如果还不够用，只要将主控软件与相关硬件升级即可。
[0052] 如图14所示，可为本发明智能通断电控制装置设置一个机箱8，线路板1固定在机箱8内，输入电接口2、液晶显示屏3、按键输入盘4、输出电接口7分别设置在机箱8外表面。
[0053] 实施例二
[0054] 本实施例二是在沿用实施例一方案基础上的升级方案，可实现USB转串口功能，通过串口通信模块，使本发明智能通断电控制装置具备与PC电脑端通信的能力，在PC端上位机软件界面上可以实现控制、实时监控、记录保存等功能。
[0055] 线路板1包括与主控芯片6电连接的串口通信模块，主控软件还包括串口通信模块程序；串口通信模块包括CH340G芯片及外围电路，其外围电路终端设置有通讯端口9，通讯端口9可采用USB接口或串行接口，实现本装置与PC电脑通信。串口通信模块电路图如图17所示，图4 为经扩展功能的本实施例二系统框图。在PC电脑安装主控软件相对应的上位机软件，在PC电脑的上位机软件界面实现对通断电控制装置主控软件相对应的控制、实时监控、记录保存。
[0056] 将装置通过USB线与PC机连接后，打开智能逻辑通断仪上位机软件，上位机软件运行界面如图18所示，选择正确的串口号和波特率后，点击“打开串口”按键，仪器与PC机开始通信，在时间显示一栏显示当前时间，可以在软件的时间设置栏输入时间参数，点击“设置时间”按键后调整当前时间；点击“开启定时”按键后装置开始运行，此时在系统界面一栏，可以实时显示系统的运行状态，包括通道号、运行状态、当前段号、当前循环次数、总段数、总循环次数、段剩余时间、段运行时间、开始时间和结束时间信息，可以随时点击“关闭定时”按键来停止运行。
[0057] 在定时参数设置界面可以设置通断电逻辑时序参数，可以输入段数、每段的定时时间、开关状态，点击“设置定时参数”按键把设置好的参数传输到装置中，点击“保存配置”、“读取配置”按键可以保存和读取参数，定时参数设置界面如图19所示。
[0058] 在软件的通断电曲线显示界面中，可以显示实时的通断电历史曲线，具体如图20所示，可以通过点击“保存曲线”按键，把曲线以图片格式存储在PC机上，方便曲线的存储、拷贝。
[0059] 下面以本发明智能通断电控制装置，通道数为8个，用于汽车电子产品进行可靠性试验为例，说明其具体运行过程：
[0060] 1. 首先由4*4矩阵键盘设置好系统的当前时间并保存，STM32F103ZET6单片机通过不断读取DS12C887+芯片的时间值，在液晶显示屏3上显示系统的当前时间。
[0061] 2. 通过4*4矩阵键盘设置试验所需的通道号、通断电定时参数，包括段数、循环次数、每段的通断电时间等，可以把不同的通断电试验条件存储为内置程序，保存在EEPROM芯片中，实现掉电不丢失参数信息的功能。具体设置界面如下：
[0062] 3.按下“运行”功能按键后，STM32F103ZET6单片机对设置的通断电定时参数进行分析和处理，计算出每一段的定时开始时间和结束时间，以及总循环的结束时间，通STM32F103ZET6单片机读取DS12C887+芯片的当前时间值与定时结束时间进行比对，当每段的定时结束时，根据设置的参数，系统会自动判断通断电状态。
[0063] 4. 由负载输出模块对样品实现有规律的电路通断循环，当系统判断为通电状态时，STM32F103ZET6芯片相应IO口输出为低电平，光耦导通，LED灯点亮，PNP型三极管处于饱和状态，继电器吸合，被测产品则通电；当通电定时到时，系统自动判断为断电状态，STM32F103ZET6芯片相应IO口输出为高电平，光耦不导通，LED灯熄灭，PNP型三极管处于截止状态，继电器断开，被测产品则断电。
[0064] 5.通过电压采集模块，对被测产品施加的电压进行分压，由ADC转化为实际的电压值。当系统处于异常或故障情况时，例如系统运行为通电状态，但是产品实际未通电运行，此时报警模块会进行声光报警，提示试验人员，系统自动记录出现异常的时间。
[0065] 6. 在液晶显示屏3上，可以实时显示系统运行参数，包括通道号、运行状态、当前段号、循环次数、每段剩余时间、每段运行时间、程序结束时间、通道监测电压等信息。
[0066] 7. 通串口通信模块与上位机进行通信，将系统运行参数实时传输给电脑端，上位机软件通过分析处理这些数据，实时监控样品通断电的情况。此外还可以通过上位机软件设置时间参数、通断电定时参数，配置、保存程序，并传输到单片机的EEPROM中。
[0067] 8. 通过对8个通道单独进行设置，可以实现8路负载输出的功能。
[0068] 9. 在系统的运行过程中，可以通过“暂停”、“停止”等功能按键暂停或者停止试验。
