基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，其中，電壓互感器的輸出端連接在信號調(diào)理電路上；電流互感器的輸出端連接在信號調(diào)理電路上；鎖相環(huán)倍頻電路的輸入端與信號調(diào)理電路相連接，輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連接；A/D轉(zhuǎn)換電路的另一輸入端與信號調(diào)理電路相連接，輸出端與處理器相連接；處理器具有FPGA部分和ARM部分，F(xiàn)PGA部分主要用于對A/D轉(zhuǎn)換電路傳遞的各數(shù)字信號數(shù)據(jù)進行分析和計算得到電能質(zhì)量參數(shù)，ARM部分用于將電能質(zhì)量參數(shù)通過ZigBee無線通信電路傳遞給遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)器。本實用新型組網(wǎng)容易，覆蓋范圍大，傳輸無線監(jiān)測數(shù)據(jù)速度快，能夠?qū)崟r檢測用戶輸配電設(shè)備的電能質(zhì)量情況。
【專利說明】基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，屬于電能監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，電能質(zhì)量分布式監(jiān)測是智能電網(wǎng)所必需具備的基本功能之一，它不僅要能進行電能質(zhì)量的監(jiān)測，還要能便于將分散的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)器。目前，大部分電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備具有RS232、RS485的本地通信端口和以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)端口，還有一些帶有CAN總線端口，這些端口能夠解決監(jiān)測終端與上位機通信，或者接入到以太網(wǎng)和CAN總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測，但是要求用戶為大量分散的已有變配電設(shè)備專門架設(shè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，這對于用戶來講很不方便，造成覆蓋范圍小，組網(wǎng)難度比較大。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，它組網(wǎng)容易，覆蓋范圍大，傳輸無線監(jiān)測數(shù)據(jù)速度快，能夠?qū)崟r檢測用戶輸配電設(shè)備的電能質(zhì)量情況。
[0004]本實用新型解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:一種基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，它包括電壓互感器、電流互感器、信號調(diào)理電路、鎖相環(huán)倍頻電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和控制模塊，控制模塊包括實時時鐘電路、處理器和ZigBee無線通信電路，實時時鐘電路和ZigBee無線通信電路均連接在處理器上以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸；其中，電壓互感器，其輸出端連接在信號調(diào)理電路上，用于采集電網(wǎng)強電壓信號并將其轉(zhuǎn)換成弱電壓模擬信號同時傳遞給信號調(diào)理電路；電流互感器，其輸出端連接在信號調(diào)理電路上，用于采集電網(wǎng)強電流信號并將其轉(zhuǎn)換成弱電流模擬信號同時傳遞給信號調(diào)理電路；信號調(diào)理電路，用于將電壓互感器傳遞的弱電壓模擬信號和電流互感器傳遞的弱電流模擬信號進行濾波、放大和偏置處理符合要求后傳遞給A/D轉(zhuǎn)換電路；鎖相環(huán)倍頻電路，其輸入端與信號調(diào)理電路相連接，其輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連接，用于從信號調(diào)理電路中獲取整周期采樣信號并將其傳遞給A/D轉(zhuǎn)換電路；A/D轉(zhuǎn)換電路，其另一輸入端與信號調(diào)理電路相連接，其輸出端與處理器相連接，用于將信號調(diào)理電路傳遞的模擬信號和鎖相環(huán)倍頻電路傳遞的整周期采樣信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并將其傳遞給處理器；處理器，其具有FPGA部分和ARM部分，F(xiàn)PGA部分用于將時序控制命令傳遞給A/D轉(zhuǎn)換電路和用于對A/D轉(zhuǎn)換電路傳遞的各數(shù)字信號數(shù)據(jù)進行分析和計算得到電能質(zhì)量參數(shù)，ARM部分用于將電能質(zhì)量參數(shù)通過ZigBee無線通信電路傳遞給遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)器。
[0005]進一步，所述的控制模塊還包括存儲器模塊，存儲器模塊與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。
[0006]進一步，所述的控制模塊還包括SD卡存儲器，SD卡存儲器與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。[0007]進一步，所述的控制模塊還包括顯示電路模塊，顯示電路模塊與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。
[0008]進一步，所述的控制模塊還包括鍵鼠控制模塊，鍵鼠控制模塊與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。
[0009]進一步，所述的信號調(diào)理電路包括抗混疊濾波電路和偏置電路，所述的電壓互感器和電流互感器的輸出端均與抗混疊濾波電路的輸入端相連接，抗混疊濾波電路的輸出端與偏置電路的輸入端相連接。
[0010]進一步，所述的鎖相環(huán)倍頻電路為CMOS集成電路鎖相環(huán)⑶4046芯片。
[0011]更進一步，所述的ZigBee無線通信電路為CC2530芯片。
[0012]采用了上述技術(shù)方案后，本實用新型實現(xiàn)了 ZigBee網(wǎng)絡(luò)分布式在線監(jiān)測，覆蓋范圍大，在組網(wǎng)上較有線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)容易，傳輸無線監(jiān)測數(shù)據(jù)速度快，同時采用ARM+FPGA體系結(jié)構(gòu)處理器，利用其FPGA部分進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的控制和電能質(zhì)量參數(shù)計算，利用其ARM部分對電能質(zhì)量參數(shù)進行SD卡存儲和人機交互，減少了電能數(shù)據(jù)采集處理單元將電能質(zhì)量數(shù)據(jù)送給系統(tǒng)控制單元的數(shù)據(jù)傳輸硬件電路，降低了成本，達到了實時監(jiān)測的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置的原理框圖；
[0014]圖2為本實用新型的信號調(diào)理電路的原理框圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細(xì)的說明。
[0016]如圖1所示，一種基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，它包括電壓互感器、電流互感器、信號調(diào)理電路、鎖相環(huán)倍頻電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和控制模塊，控制模塊包括實時時鐘電路、處理器和ZigBee無線通信電路，實時時鐘電路和ZigBee無線通信電路均連接在處理器上以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸；其中，
[0017]電壓互感器，其輸出端連接在信號調(diào)理電路上，用于采集電網(wǎng)強電壓信號并將其轉(zhuǎn)換成弱電壓模擬信號同時傳遞給信號調(diào)理電路；
[0018]電流互感器，其輸出端連接在信號調(diào)理電路上，用于采集電網(wǎng)強電流信號并將其轉(zhuǎn)換成弱電流模擬信號同時傳遞給信號調(diào)理電路；
[0019]信號調(diào)理電路，用于將電壓互感器傳遞的弱電壓模擬信號和電流互感器傳遞的弱電流模擬信號進行濾波、放大和偏置處理符合要求后傳遞給A/D轉(zhuǎn)換電路；
[0020]鎖相環(huán)倍頻電路，其輸入端與信號調(diào)理電路相連接，其輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連接，用于從信號調(diào)理電路中獲取周期性電參量的整周期采樣信號并將其傳遞給A/D轉(zhuǎn)換電路；
[0021]A/D轉(zhuǎn)換電路，其另一輸入端與信號調(diào)理電路相連接，其輸出端與處理器相連接，用于將信號調(diào)理電路傳遞的模擬信號和鎖相環(huán)倍頻電路傳遞的整周期采樣信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并將其傳遞給處理器；
[0022]處理器，其具有FPGA部分和ARM部分，F(xiàn)PGA部分用于將時序控制命令傳遞給A/D轉(zhuǎn)換電路，從而實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換器時序控制，F(xiàn)PGA部分還用于對A/D轉(zhuǎn)換電路傳遞的各數(shù)字信號數(shù)據(jù)完成電能質(zhì)量的基波及諧波的幅值、頻率、相位、三相不平衡、電壓瞬變等參數(shù)分析和計算，得到電能質(zhì)量參數(shù)，ARM部分用于將電能質(zhì)量參數(shù)通過ZigBee無線通信電路傳遞給遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)器。ZigBee無線通信電路通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)通?目。
[0023]如圖1所示，控制模塊還包括存儲器模塊，存儲器模塊與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，作為ARM部分的內(nèi)存原件，可以使用DDR3。
[0024]如圖1所示，控制模塊還包括SD卡存儲器，SD卡存儲器與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，用來存儲采集到的信號以及電能質(zhì)量的基波及諧波的幅值、頻率、相位、三相不平衡、電壓瞬變等參數(shù)結(jié)果。
[0025]如圖1所示，控制模塊還包括顯示電路模塊，顯示電路模塊與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，顯示電路模塊可以是HDMI顯示電路，ARM部分還可以用來HDMI顯示控制，顯示電路模塊用來發(fā)射HDMI1.4和DVI1.0信號，支持所有高清電視視頻格式。
[0026]如圖1所示，控制模塊還包括鍵鼠控制模塊，鍵鼠控制模塊與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，ARM部分還用來進行鍵鼠控制，鍵鼠控制模塊使用USB控制端口作為USB OTG接口，支持USB鍵盤和鼠標(biāo)；
[0027]如圖2所示，信號調(diào)理電路包括抗混疊濾波電路和偏置電路，電壓互感器和電流互感器的輸出端均與抗混疊濾波電路的輸入端相連接，抗混疊濾波電路的輸出端與偏置電路的輸入端相連接?？够殳B濾波電路可以選用由0Ρ07芯片組成的RC低通抗混疊濾波器，偏置電路也可以由0Ρ07芯片組成，電壓互感器和電流互感器的信號送入由0Ρ07芯片組成的RC低通抗混疊濾波器，再由0Ρ07芯片構(gòu)成的偏置電路使該輸入A/D轉(zhuǎn)換器的雙極性交流信號轉(zhuǎn)換成單極性信號，0·Ρ07芯片為運算放大器。
[0028]鎖相環(huán)倍頻電路為CMOS集成電路鎖相環(huán)⑶4046芯片；ZigBee無線通信電路為CC2530芯片；電壓互感器可以采用SPT204B型號；電流互感器可以采用SCT254FK型號；A/D轉(zhuǎn)換器可以采用ADS8364芯片；處理器采用Xilinx XC7Z020芯片；實時時鐘電路可以采用DS1302芯片；顯示電路模塊可以采用ADV7511芯片；鍵鼠控制模塊可以采用TSUB1210芯片；存儲器模塊可以采用MT41J128M16HA芯片；SD卡存儲器可以采用TXS02612構(gòu)成。
[0029]本實用新型的工作原理如下:
[0030]本裝置通過電壓互感器將電網(wǎng)強電壓信號轉(zhuǎn)換成弱電壓模擬信號，通過電流互感器將電網(wǎng)強電流信號轉(zhuǎn)換成弱電流模擬信號，再經(jīng)過抗混疊濾波和偏置后送給鎖相環(huán)倍頻電路和A/D轉(zhuǎn)換器，鎖相環(huán)倍頻電路為A/D轉(zhuǎn)換器提供周期采樣信號，在處理器的FPGA部分時序控制下進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號送給FPGA部分，F(xiàn)PGA部分完成電能質(zhì)量的基波及諧波的幅值、頻率、相位、三相不平衡、電壓瞬變等參數(shù)計算，處理器的ARM部分進行SD卡存儲，并通過ZigBee將數(shù)據(jù)傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器，并且通過HDMI顯示與鍵鼠控制的配合實現(xiàn)本地顯示。
[0031]以上所述的具體實施例，對本實用新型解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，其特征在于:它包括電壓互感器、電流互感器、信號調(diào)理電路、鎖相環(huán)倍頻電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和控制模塊，控制模塊包括實時時鐘電路、處理器和ZigBee無線通信電路，實時時鐘電路和ZigBee無線通信電路均連接在處理器上以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸；其中，電壓互感器，其輸出端連接在信號調(diào)理電路上，用于采集電網(wǎng)強電壓信號并將其轉(zhuǎn)換成弱電壓模擬信號同時傳遞給信號調(diào)理電路；電流互感器，其輸出端連接在信號調(diào)理電路上，用于采集電網(wǎng)強電流信號并將其轉(zhuǎn)換成弱電流模擬信號同時傳遞給信號調(diào)理電路；信號調(diào)理電路，用于將電壓互感器傳遞的弱電壓模擬信號和電流互感器傳遞的弱電流模擬信號進行濾波、放大和偏置處理符合要求后傳遞給A/D轉(zhuǎn)換電路；鎖相環(huán)倍頻電路，其輸入端與信號調(diào)理電路相連接，其輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連接，用于從信號調(diào)理電路中獲取整周期采樣信號并將其傳遞給A/D轉(zhuǎn)換電路；A/D轉(zhuǎn)換電路，其另一輸入端與信號調(diào)理電路相連接，其輸出端與處理器相連接，用于將信號調(diào)理電路傳遞的模擬信號和鎖相環(huán)倍頻電路傳遞的整周期采樣信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并將其傳遞給處理器；處理器，其具有FPGA部分和ARM部分，F(xiàn)PGA部分用于將時序控制命令傳遞給A/D轉(zhuǎn)換電路和用于對A/D轉(zhuǎn)換電路傳遞的各數(shù)字信號數(shù)據(jù)進行分析和計算得到電能質(zhì)量參數(shù)，ARM部分用于將電能質(zhì)量參數(shù)通過ZigBee無線通信電路傳遞給遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，其特征在于:所述的控制模塊還包括存儲器模塊，存儲器模塊與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，其特征在于:所述的控制模塊還包括SD卡存儲器，SD卡存儲器與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，其特征在于:所述的控制模塊還包括顯示電路模塊，顯示電路模塊與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，其特征在于:所述的控制模塊還包括鍵鼠控制模塊，鍵鼠控制模塊與處理器的ARM部分相連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，其特征在于:所述的信號調(diào)理電路包括抗混疊濾波電路和偏置電路，所述的電壓互感器和電流互感器的輸出端均與抗混疊濾波電路的輸入端相連接，抗混疊濾波電路的輸出端與偏置電路的輸入端相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，其特征在于:所述的鎖相環(huán)倍頻電路為CMOS集成電路鎖相環(huán)CD4046芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置，其特征在于:所述的ZigBee無線通信電路為CC2530芯片。
【文檔編號】G01R31/00GK203405516SQ201320475337
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】楊銀忠, 宋偉, 賈中寧, 談發(fā)明, 陶為戈 申請人:江蘇理工學(xué)院