專利名稱：電源環(huán)境監(jiān)測終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)無人值班通訊站，特別是對微波通訊基站的交、直流電源以及基站內(nèi)溫度、濕度進(jìn)行自動監(jiān)控、并上傳至主站服務(wù)器的微電腦自動監(jiān)測設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，電力系統(tǒng)的無人值班通訊站、特別是山區(qū)的微波通訊基站的電源系統(tǒng),通常采用的是220V交流供電作為主電源、48V蓄電池作為后備電源，當(dāng)外部交流供電消失后將自動地切換到蓄電池供電。在實(shí)際運(yùn)行中，由于缺乏遠(yuǎn)程預(yù)警，交流電源消失將造成直流蓄電池長時間供電而引起電池深度放電損壞，直至直流電源欠電造成通訊網(wǎng)絡(luò)中斷才能引起中心站值班人員的注意，從而給企業(yè)的正常工作造成影響，并帶來經(jīng)濟(jì)損失。中國移動、中國聯(lián)通公司的通訊基站，已經(jīng)大范圍地采用了監(jiān)測終端，能將基站的工作狀態(tài)，集中到中心站進(jìn)行監(jiān)測。但由于這些監(jiān)測終端面向的用戶需求差異較大，移動、聯(lián)通更多的是對于通訊信道狀態(tài)的監(jiān)測，且每個監(jiān)測終端所監(jiān)測的信道數(shù)量較大，其終端的價格也較高。它不是針對電力系統(tǒng)無人值班通訊站電源工作狀態(tài)的監(jiān)測及預(yù)警而設(shè)計(jì)，不能解決通訊站電源系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種電源環(huán)境監(jiān)測終端，以對無人值班通訊基站中交、直流電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及基站內(nèi)環(huán)境溫度、濕度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。
本新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種電源環(huán)境監(jiān)測終端，包括單片機(jī)，LCD顯示器以及上傳信息至主站服務(wù)器的通訊模塊，其特征是還具有，
交流濾波整流及其信號調(diào)理電路三相交流電分別順次經(jīng)Lcn型濾波器、
三相橋式整流器處理后、再經(jīng)互感器和采樣電阻進(jìn)行幅值調(diào)整；
直流濾波及其信號調(diào)理電路5路直流電分別經(jīng)電容濾波器處理后、再經(jīng)分
壓電阻進(jìn)行幅值調(diào)整；
采樣電路由上述信號調(diào)理電路來的交、直流信號分別經(jīng)單8路模擬開關(guān)、以及跟隨器處理后輸出；
電壓測量芯片接受采樣電路來的信號，對其進(jìn)行有效值測量，其結(jié)果輸出 至所述單片機(jī)；
溫度傳感器與單片機(jī)連接； 濕度傳感器與單片機(jī)連接。
本新型采用單片機(jī)技術(shù)監(jiān)測交流電壓、直流電壓，同時測量現(xiàn)場的環(huán)境溫度、 濕度，利用中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)定時將監(jiān)測終端的測量數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測主站， 當(dāng)測量數(shù)據(jù)越限時主動上報(bào)告警信息。數(shù)據(jù)傳輸通道也可以支持以太網(wǎng)絡(luò)或 RS232方式。
本新型的有益效果是
1、 專門針對無人值班通訊基站交、直流電源系統(tǒng)的監(jiān)控問題而設(shè)計(jì)，能實(shí) 時將基站內(nèi)交、直流電源的工作狀況以及環(huán)境溫度、濕度等數(shù)據(jù)上傳至主站服務(wù) 器，使基站設(shè)備處于正常工作狀態(tài)之中，保持通信網(wǎng)絡(luò)暢通。
2、 由于本實(shí)用新型的目的明確，在設(shè)計(jì)時就考慮到了終端的成本問題，最 終開發(fā)出來的電源環(huán)境監(jiān)測終端相對具有較大的成本優(yōu)勢。


圖l是本新型的電原理框體圖； 圖2是圖1所示交流濾波(整流)電路圖； 圖3是圖1所示直流濾波電路圖4是圖1所示交流、直流濾波后的信號調(diào)理電路圖5是圖1所示電壓測量芯片的采樣電路圖6是濕度傳感器電路圖7是溫度傳感器電路圖8是圖1所示單片機(jī)的電路圖9是以太網(wǎng)接口電路圖10是GPRS通信電路圖11是LCD屏幕段碼信息圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出，本新型包括單片機(jī)，LCD顯示器以及上傳信息至主站服務(wù)器的通訊模塊，其特征是還具有，交流濾波整流及其信號調(diào)理電路三相交流電分
別順次經(jīng)Lcn型濾波器、三相橋式整流器處理后、再經(jīng)互感器和采樣電阻進(jìn)行
幅值調(diào)整；直流濾波及其信號調(diào)理電路5路直流電分別經(jīng)電容濾波器處理后、 再經(jīng)分壓電阻進(jìn)行幅值調(diào)整；采樣電路由上述信號調(diào)理電路來的交、直流信號 分別經(jīng)單8路模擬開關(guān)、以及跟隨器處理后輸出；電壓測量芯片接受采樣電路 來的信號，對其進(jìn)行有效值測量，其結(jié)果輸出至所述單片機(jī)；溫度傳感器與單 片機(jī)連接；濕度傳感器與單片機(jī)連接。參見圖2圖3圖4，電壓測量芯片型號 為CS5460A;每一單相交流濾波整流及其信號調(diào)理電路組成為電容XC11—端
以及環(huán)形共模電感FD1的抽頭1均接于該相線，F(xiàn)D1的抽頭2接于電容XC21 一端后，再接至三相橋式整流器的一個相電壓輸入端，XC11和XC21的另一端 均接于零線，F(xiàn)D1的抽頭7接于零線、抽頭8接至三相橋式整流器的接地電壓輸 入端，三相橋式整流器的信號輸出端接于互感器T3初級線圈的抽頭1， T3初級 線圈的抽頭3串聯(lián)電阻R31后接地，T3次級線圈的抽頭2、抽頭4之間串接有 采樣電阻R32，抽頭2接至采樣電路；每一路直流濾波及其信號調(diào)理電路組成為 直流正極接地，電容XC1串接在直流正、負(fù)極之間，直流負(fù)極串接分壓電阻R21 后接至采樣電路。每一單相交流濾波整流及其信號調(diào)理電路中，還具有兩個呈串 聯(lián)設(shè)置的環(huán)形共模電感FD2、 FD3， FD2的抽頭1接于環(huán)形共模電感FD1的抽頭2， FD3的抽頭2接于三相橋式整流器的一個相電壓輸入端，且三相橋式整流器的相 電壓輸出端上還串接有共模電感L12。環(huán)形共模電感FD1、 FD2、 FD3的電感量分 別為5mH、 1.5mH、 15mH;共模電感L12的電感量為20mH;電容XCll、 XC21、 XC1 均為0.1 u K/275V;分壓電阻R21為120KQ 。每一單相交流濾波整流及其信號調(diào) 理電路中，相線與零線之間串接有起防雷保護(hù)作用的壓敏電阻MYG1;每一路直 徑濾波及其信號調(diào)理電路中，直流正、負(fù)極之間串接有起防雷保護(hù)作用的壓敏電 阻MYGll。參見圖5，采樣電路組成為來自三相交流電的信號分別接于單八路 模擬開關(guān)CD4051B輸入端，CD4051B輸出端接于跟隨器0P07的3腳，0P07的2 腳接地，OP07的6腳串接電阻R26后接于電壓測量芯片CS5460A的16腳；來自 直流電的5路信號分別接至單八路模擬開關(guān)CD4051B輸入端，CD4051B輸出端接 于跟隨器0P07的3腳，0P07的2腳接地，0P07的6腳接于CS5460A的9腳。參 見圖8，單片機(jī)型號為MSP430F449;電壓測量芯片CS5460的5、 23、 6、 7、 19腳分別接于單片機(jī)的84、 96、 97、 2、 95腳。參見圖6圖7，濕度傳感器組成為-傳感器HS1101串接在集成塊7555的6腳與地之間，集成塊7555的3腳串接電 阻R51后接于單片機(jī)MSP430F449的85腳；溫度傳感器的型號為DS18B20， DS18B20 的2腳接于單片機(jī)MSP430F449的65腳。參見圖9，通訊模塊為用于利用以太網(wǎng) 絡(luò)與主站服務(wù)器連接的嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊ZNE-10T， ZNE-10T與單片機(jī)串口連接。 參見圖10，通訊模塊為MC55, MC55與單片機(jī)連接。
交、直流輸入電壓經(jīng)過防雷和濾波處理后，交流電壓經(jīng)過限流電阻、互感器、 采樣電阻，然后送至電子切換開關(guān)；直流電壓經(jīng)過分壓電阻采樣后，送至電子切 換開關(guān)。電壓測量采用CS5460A芯片，依次從電子切換開關(guān)取得被測信號，并將 測量結(jié)果送至主CPU。主CPU采用Ti公司16位單片機(jī)MSP430F449，溫度傳感 器采用DALLAS公司的DS18B20單線式數(shù)字傳感器，濕度傳感器采用法國Humirel 公司的HS1101并進(jìn)行誤差校正。測量結(jié)果通過主CPU的段碼顯示輸出至專門設(shè) 計(jì)的128段位的LCD屏，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)仫@示功能和人機(jī)交互。電源環(huán)境監(jiān)測終端測量 到的交流電壓、直流電壓、溫度、濕度及告警信息，通過GPRS方式、或者以太 網(wǎng)絡(luò)、或者直接采用RS232方式，上傳至監(jiān)測系統(tǒng)的主站服務(wù)器，并在出現(xiàn)異常 時通過短信息主動提示運(yùn)行維護(hù)人員，實(shí)現(xiàn)電源環(huán)境監(jiān)測的遠(yuǎn)程預(yù)警功能。
1、 交流濾波電路(含整流)
交流濾波電路如附圖2所示，采用3只14K681的氧化鋅壓敏元件(壓敏電 阻)實(shí)現(xiàn)防雷保護(hù)起用；安規(guī)電容XCll、 XC12、 XC13、 XC21、 XC22、 XC23及環(huán) 型共模電感FD1、 FD2、 FD3組成三相交流濾波器，實(shí)現(xiàn)電磁兼容EMI，其中FD1、 FD2、 FD3的參數(shù)值通過電磁兼容試驗(yàn)確定為5mH、 1. 5mH、 15mH左右；8只硅整 流二極管組成三相橋式整流電路，以確保輸入的三相交流電源在兩組斷線時(可 以是零相斷線)仍然可以有直流整流電壓輸出；整流后的直流電壓再次經(jīng)過一只 20mH的共模電感L12以強(qiáng)化抗電磁兼容的能力，輸出的電壓+V經(jīng)過后面的開關(guān) 電源回路產(chǎn)生+5.0V直流電壓供裝置工作所需，電解電容C3、 C3A串聯(lián)以滿足耐 壓要求。
2、 直流濾波電路
直流輸入電源的濾波就相對簡單多了，考慮到5組直流被測量都是48V、且 正極共地，因此采用了壓敏電阻14K151進(jìn)行防雷，磁珠和安規(guī)電容進(jìn)行濾波后，再進(jìn)行信號的幅值調(diào)整，參見附圖3。
3、 信號調(diào)理
信號調(diào)理的目的是將被測量的交流電壓、直流電壓的幅值限幅在CS5460A 的測量范圍內(nèi)，同時確保信號的不失真。直流測量電壓的信號幅值調(diào)整采用電阻 分壓方式，交流測量電壓的信號幅值調(diào)整采用互感器和采樣電阻，如附圖4所示。 所有電阻都是精度0.1%的精密電阻。
4、 采樣回路
如附圖5所示，5路直流輸入信號經(jīng)U21模擬開關(guān)和U13跟隨器、3路交流 輸入信號經(jīng)U30模擬開關(guān)和U31跟隨器，分別進(jìn)入CS5460A進(jìn)行有效值測量，然 后單片機(jī)通過SPI總線讀取測量數(shù)據(jù)。單片機(jī)循環(huán)控制U21和U30的輸入端來 選擇8路輸入信號的其中之二， ICL7660轉(zhuǎn)換-5V為U13、 U31提供工作電源。
5、 溫度/濕度傳感器
如附圖6所示，濕度測量采用HS1101傳感器，通過測量頻率方式和HS1101 的濕度-頻率特性，得到濕度值。精密電阻R50、 R52、 R53采用上圖所示的參數(shù) 時，U12必須采用Harris品牌的7555。
溫度測量采用DS18B20單線式溫度傳感器，測量的數(shù)據(jù)直接送至單片機(jī)進(jìn)行 處理(參見圖7，溫度傳感器采用了2只， 一只用于監(jiān)測裝置的內(nèi)部溫度，另一 只通過裝置的端子排接口，與外部的溫度傳感器連接，連接是采用專用的屏蔽電 纜)。
6、 主CPU電路 參見附圖8。
主CPU采用Ti公司MSP430F449，裝置上電時由U27 (SP708S)產(chǎn)生上電復(fù) 位信號，使單片機(jī)開始進(jìn)入正常工作狀態(tài)；U20采用鐵電存儲器，型號為 FM31256S，用于存貯運(yùn)行參數(shù)及相關(guān)設(shè)置參數(shù)；U6型號為AT24C32N用于存貯 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并有硬件寫保存跳線J1，當(dāng)J1短接時才能向U6中寫入數(shù)據(jù)，完成 裝置的交流電壓、直流電壓、濕度的校準(zhǔn)后應(yīng)將J1斷開使U6處于寫保護(hù)狀態(tài)， 以免單片機(jī)程序跑飛或單片機(jī)受干擾時將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)改寫，增加裝置的可靠性。U24 為時鐘日歷芯片，型號為HT1381，為單片機(jī)提供日期和時間信息。
MSP430F449自身帶有4X40段位的輸出，與專門設(shè)計(jì)的4X32段位的LCD屏配合，進(jìn)行測量信息的顯示輸出，包括時間、直流電壓、交流電壓、溫度、濕 度及各種狀態(tài)信息。同時，通過跳線選擇，可以采用GPRS、以太網(wǎng)、RS232方式 與主站服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。主站的IP地址、端口、通訊方式等設(shè)置信息，可 以通過MSP430F449的RS232接口進(jìn)行設(shè)置。
裝置上電時，首先進(jìn)行自檢，然后采用巡檢方式，測量并顯示裝置時間、5 組直流電壓、3組交流電壓、2組溫度、l組濕度，同時根據(jù)設(shè)置的主站IP地址、 端口和通訊方式，將測量數(shù)據(jù)定時上傳到主站服務(wù)器，并接受主站服務(wù)器的指令。 當(dāng)測量數(shù)據(jù)越限時，主動上報(bào)告警代碼和測量數(shù)據(jù)。主站系統(tǒng)除在應(yīng)用程序的界 面彈出告警信息窗口外，也按照終端裝置設(shè)置的責(zé)任人的信息，發(fā)送短信息進(jìn)行 報(bào)警提示。
7、 以太網(wǎng)接口
采用ZNE-200T嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊，實(shí)現(xiàn)串口與以太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。通過 通訊方式的跳線選擇，可將裝置利用以太網(wǎng)絡(luò)與主站服務(wù)器連接，參見附圖9。
8、 GPRS通訊電路
參見附圖IO， GPRS模塊采用MC55 (西門子公司的一款GPRS通訊模塊)，并 通過跳線進(jìn)行通訊方式的選擇。
9、 顯示回路及LCD屏
LCD屏的顯示信息(圖11)的規(guī)劃，而顯示驅(qū)動回路直接采用了 MSP430F449 的內(nèi)置段碼顯示功能。
權(quán)利要求1、一種電源環(huán)境監(jiān)測終端，包括單片機(jī)，LCD顯示器以及上傳信息至主站服務(wù)器的通訊模塊，其特征是還具有，交流濾波整流及其信號調(diào)理電路三相交流電分別順次經(jīng)LC∏型濾波器、三相橋式整流器處理后、再經(jīng)互感器和采樣電阻進(jìn)行幅值調(diào)整；直流濾波及其信號調(diào)理電路5路直流電分別經(jīng)電容濾波器處理后、再經(jīng)分壓電阻進(jìn)行幅值調(diào)整；采樣電路由上述信號調(diào)理電路來的交、直流信號分別經(jīng)單8路模擬開關(guān)、以及跟隨器處理后輸出；電壓測量芯片接受采樣電路來的信號，對其進(jìn)行有效值測量，其結(jié)果輸出至所述單片機(jī)；溫度傳感器與單片機(jī)連接；濕度傳感器與單片機(jī)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述電源環(huán)境監(jiān)測終端，其特征是所述電壓測量芯片 型號為CS5460A;每一單相交流濾波整流及其信號調(diào)理電路組成為電容XC11一端以及環(huán)形共模電感FD1的抽頭1均接于該相線，F(xiàn)D1的抽頭2接于電容XC21 一端后，再接至三相橋式整流器的一個相電壓輸入端，XC11和XC21的另一端均 接于零線，F(xiàn)D1的抽頭7接于零線、抽頭8接至三相橋式整流器的接地電壓輸入 端，三相橋式整流器的信號輸出端接于互感器T3初級線圈的抽頭1， T3初級線 圈的抽頭3串聯(lián)電阻R31后接地，T3次級線圈的抽頭2、抽頭4之間串接有采樣 電阻R32，抽頭2接至采樣電路；每一路直流濾波及其信號調(diào)理電路組成為直流正極接地，電容XC1串接在 直流正、負(fù)極之間，直流負(fù)極串接分壓電阻R21后接至采樣電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述電源環(huán)境監(jiān)測終端，其特征是所述每一單相交流 濾波整流及其信號調(diào)理電路中，還具有兩個呈串聯(lián)設(shè)置的環(huán)形共模電感FD2、 FD3， FD2的抽頭1接于環(huán)形共模電感FD1的抽頭2， FD3的抽頭2接于三相橋式 整流器的一個相電壓輸入端，且三相橋式整流器的相電壓輸出端上還串接有共模 電感L12。 -
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述電源環(huán)境監(jiān)測終端，其特征是所述環(huán)形共模電感 rai、 FD2、 FD3的電感量分別為5mH、 1.5mH、 15mH;共模電感L12的電感量為20mH;電容XCll、 XC21、 XC1均為0. 1 u K/275V;分壓電阻R21為120KQ 。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述電源環(huán)境監(jiān)測終端，其特征是所述每一單相交流 濾波整流及其信號調(diào)理電路中，相線與零線之間串接有起防雷保護(hù)作用的壓敏電 阻MYG1;每一路直徑濾波及其信號調(diào)理電路中，直流正、負(fù)極之間串接有起防 雷保護(hù)作用的壓敏電阻MYG11 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述電源環(huán)境監(jiān)測終端，其特征是所述采樣電路組成 為來自三相交流電的信號分別接于單八路模擬開關(guān)CD4051B輸入端，CD4051B 輸出端接于跟隨器0P07的3腳，0P07的2腳接地，0P07的6腳串接電阻R26 后接于電壓測量芯片CS5460A的16腳；來自直流電的5路信號分別接至單八路 模擬開關(guān)CD4051B輸入端，CD4051B輸出端接于跟隨器0P07的3腳，OP07的2 腳接地，OP07的6腳接于CS5460A的9腳。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 6任一權(quán)利要求所述電源環(huán)境監(jiān)測終端，其特征是所 述單片機(jī)型號為MSP430F449;電壓測量芯片CS5460的5、 23、 6、 7、 19腳分別 接于單片機(jī)的84、 96、 97、 2、 95腳。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述電源環(huán)境監(jiān)測終端，其特征是所述濕度傳感器組 成為傳感器HS1101串接在集成塊7555的6腳與地之間，集成塊7555的3腳 串接電阻R51后接于單片機(jī)MSP430F449的85腳;溫度傳感器的型號為DS18B20， DS18B20的2腳接于單片機(jī)MSP430F449的65腳。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述電源環(huán)境監(jiān)測終端，其特征是所述通訊模塊為用 于利用以太網(wǎng)絡(luò)與主站服務(wù)器連接的嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊ZNE-200T， ZNE-200T與單 片機(jī)串口連接。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述電源環(huán)境監(jiān)測終端，其特征是所述通訊模塊為 MC55， MC55與單片機(jī)連接。
專利摘要一種電源環(huán)境監(jiān)測終端，包括單片機(jī)，LCD顯示器以及上傳信息至主站服務(wù)器的通訊模塊，還具有交流濾波整流及其信號調(diào)理電路、直流濾波及其信號調(diào)理電路、采樣電路、電壓測量芯片、溫度傳感器以及濕度傳感器。它對微波通訊基站的交、直流電源以及基站內(nèi)溫度、濕度進(jìn)行自動監(jiān)控、兼上傳至主站服務(wù)器，使基站設(shè)備在監(jiān)測狀態(tài)下運(yùn)行，保持通訊網(wǎng)絡(luò)暢通，具有工作穩(wěn)定可靠、成本低的優(yōu)勢。
文檔編號G01N27/04GK201290068SQ20082006519
公開日2009年8月12日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者云 張 申請人:四川省電力公司