電力采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電力采集系統(tǒng)，包括電源電路、電壓采樣電路、電流采樣電路、脈沖輸出電路、存儲(chǔ)電路、SOC芯片、電壓濾波電路和電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路；三相交流電中的A相、B相和C相中的電壓信號(hào)分別經(jīng)由電壓濾波電路再通過電壓采樣電路與SOC芯片的ADC端口連接；三相交流電中的A相、B相和C相中的電流信號(hào)分別經(jīng)由電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路再通過電流采樣電路與SOC芯片的ADC端口連接；該SOC芯片還分別與脈沖輸出電路和存儲(chǔ)電路連接；電源電路為SOC芯片、脈沖輸出電路和存儲(chǔ)電路提供電源。本實(shí)用新型的硬件電路設(shè)計(jì)精簡，集成度佳，成本低，易維護(hù)。本實(shí)用新型的計(jì)量精度能達(dá)到國網(wǎng)1級(jí)，且具有良好的市場前景。
【專利說明】電力米集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電力采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在國家電網(wǎng)的電力采集系統(tǒng)設(shè)備中，專變采集終端(或集中器)都需具備交流采樣的功能，即實(shí)時(shí)采集線路上電壓、電流、功率、相位等信息。目前的采集終端都是采用一個(gè)管理MCU加一個(gè)計(jì)量芯片的方案。由于管理MCU對(duì)當(dāng)前接入的三相交流電信息需通過串口從一個(gè)獨(dú)立的計(jì)量芯片獲取，集成度差；此外，需同時(shí)維護(hù)兩個(gè)MCU，電路上設(shè)計(jì)復(fù)雜，物料成本聞。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種集成度高且易維護(hù)的電力采集系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型提供的這種電力采集系統(tǒng)，包括電源電路、電壓采樣電路、電流采樣電路、脈沖輸出電路、存儲(chǔ)電路、SOC芯片、電壓濾波電路和電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路；三相交流電中的A相、B相和C相中的電壓信號(hào)分別經(jīng)由電壓濾波電路再通過電壓采樣電路與所述SOC芯片的ADC端口連接；三相交流電中的A相、B相和C相中的電流信號(hào)分別經(jīng)由電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路再通過電流采樣電路與所述SOC芯片的ADC端口連接；該SOC芯片還分別與脈沖輸出電路和存儲(chǔ)電路連接；電源電路為所述SOC芯片、脈沖輸出電路和存儲(chǔ)電路提供電源。
[0005]所述電壓濾波電路包括分壓電阻模塊、電壓互感器PT和π型濾波電路；交流電的A相或B相或C相電壓信號(hào)通過分壓電阻模塊傳至電壓互感器PT的一次側(cè)端口，N相電壓信號(hào)也傳至電壓互感器PT的一次側(cè)端口 ；電壓互感器PT的二次側(cè)端口將降壓后的電壓信號(hào)通過η型濾波電路傳至所述電壓采樣電路。所述電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路包括η型濾波電路；交流電的A相或B相或C相電流信號(hào)經(jīng)過電流互感器CT輸出再通過π型濾波電路傳至所述電流采樣電路。所述SOC芯片采用型號(hào)為MK60DN512的MCU芯片。所述電源電路包括系統(tǒng)電源電路和基準(zhǔn)參考源電路。所述系統(tǒng)電源電路包括型號(hào)為LM38692的DC/DC芯片，用于提供3.3V電源信號(hào)。所述基準(zhǔn)參考源電路包括型號(hào)為LMV711MV的運(yùn)算放大器芯片和型號(hào)為XC6203P33PR的DC/DC芯片，用作提供交流采樣的基準(zhǔn)參考源信號(hào)。
[0006]本實(shí)用新型采用SOC芯片方案替代了現(xiàn)有的計(jì)量芯片+MCU技術(shù)方案，硬件電路設(shè)計(jì)精簡，集成度佳，成本低，易維護(hù)。本實(shí)用新型的計(jì)量精度能達(dá)到國網(wǎng)I級(jí)，技術(shù)定位具有前瞻性，且具有良好的市場前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本實(shí)用新型的應(yīng)用示意圖。
[0008]圖2是本實(shí)用新型的功能模塊圖。
[0009]圖3是本實(shí)用新型的電壓濾波電路圖。[0010]圖4是本實(shí)用新型的電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路圖。
[0011]圖5是本實(shí)用新型的電壓采樣電路圖。
[0012]圖6是本實(shí)用新型的SOC芯片電路圖。
[0013]圖7是本實(shí)用新型的脈沖輸出電路圖。
[0014]圖8是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路圖。
[0015]圖9是本實(shí)用新型的EEPROM電路圖。
[0016]圖10是本實(shí)用新型的校表切換接口電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，本實(shí)用新型對(duì)用戶用電信息進(jìn)行采集，通過GPRS與主站通信；并可直接對(duì)交流三相交流電的電壓和電路進(jìn)行采樣。
[0018]如圖2所示，本實(shí)用新型包括電源電路、電壓采樣電路、電流采樣電路、脈沖輸出電路、存儲(chǔ)電路、SOC芯片、電壓濾波電路和電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路。三相交流電中的A相、B相和C相中的電壓信號(hào)分別經(jīng)由電壓濾波電路再通過電壓采樣電路與SOC芯片的ADC端口連接；三相交流電中的A相、B相和C相中的電流信號(hào)分別經(jīng)由電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路再通過電流采樣電路與SOC芯片的ADC端口連接；該SOC芯片還分別與脈沖輸出電路和存儲(chǔ)電路連接；電源電路為SOC芯片、脈沖輸出電路和存儲(chǔ)電路提供電源。
[0019]如圖3所示，電壓濾波電路包括分壓電阻電路、電壓互感器PT和π型濾波電路。分壓電阻電路包括8個(gè)彼此串聯(lián)相接的分壓電阻。
[0020]以C相電路為例，分壓電阻電路包括電阻R24、電阻R25、電阻R26、電阻R27、電阻R28、電阻R29、電阻R30和電阻R31，這些電阻彼此串聯(lián)相接。
[0021]C相的型濾波電路包括電容C19、電感L7和電容C20。N相的π型濾波電路包括電容C22、電感L8和電容C21。
[0022]C相電壓信號(hào)VC通過分壓電阻電路與電壓互感器PT的3腳連接；Ν相電壓信號(hào)VN與電壓互感器PT的I腳連接；該電壓互感器PT的4腳和2腳之間接有瞬態(tài)放電管V39 ；其4腳還通過瞬態(tài)放電管V27接地；并通過C相的型濾波電路接地；該4腳還通過C相的η型濾波電路與電壓采樣電路連接，用于傳遞濾波電壓正信號(hào)VCP;該電壓互感器PT的2腳還通過瞬態(tài)放電管V16接地；并通過N相的型濾波電路接地；該2腳還N相的型濾波電路與電壓采樣電路連接，用于傳遞濾波電壓負(fù)信號(hào)VCN。
[0023]三相交流電中A相和B相的電壓信號(hào)均可采用上述相同電路結(jié)構(gòu)的電壓濾波電路。
[0024]如圖4所示，電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路包括電流互感器CT、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路和η型濾波電路。首先將三相交流電中的電流信號(hào)進(jìn)行電流轉(zhuǎn)電壓的轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行后續(xù)處理。
[0025]以C相電路為例，其電流正信號(hào)端Ji型濾波電路包括電容C34、電感L14和電容C33 ;其電流負(fù)信號(hào)端型濾波電路包括電容C31、電感L13和電容C32。
[0026]C相的電流信號(hào)經(jīng)過電流互感器CT后得到C相電流正信號(hào)ICP和電流負(fù)信號(hào)ICN ；電流正信號(hào)ICP接入端和電流負(fù)信號(hào)ICN接入端之間接有瞬態(tài)放電管V45。電流正信號(hào)ICP接入端通過瞬態(tài)放電管V42接地，該接入端還通過π型濾波電路接地；該接入端還通過該η型濾波電路與電流采樣電路的輸入端連接，用于傳遞濾波后電流正信號(hào)BICP。電流負(fù)信號(hào)ICN接入端通過瞬態(tài)放電管V34接地，該接入端還通過型濾波電路接地；該接入端還通過該η型濾波電路與電流采樣電路的輸入端連接，用于傳遞濾波后電流負(fù)信號(hào)BICN。
[0027]三相交流電中A相和B相的電壓信號(hào)均可采用上述相同電路結(jié)構(gòu)的電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路。
[0028]如圖5所示，電壓采樣電路包括π型濾波電路和采樣電阻。
[0029]以C相為例，電壓正信號(hào)VCP接入端Ji型濾波電路包括電容C4、電感L4和電容C6。電壓負(fù)信號(hào)VCN接入端型濾波電路包括電容C248、電感L39和電容C247。
[0030]由電壓濾波電路傳出的濾波電壓正信號(hào)VCP通過型濾波電路濾波接地，同時(shí)通過該π型濾波電路濾波再經(jīng)由采樣電阻R70與SOC芯片的A⑶端口的56腳連接，用于傳遞C相電壓信號(hào)VA;由電壓濾波電路傳出的濾波電壓負(fù)信號(hào)VCN通過π型濾波電路濾波接地，同時(shí)通過該η型濾波電路濾波再與SOC芯片的ACD管腳連接，用于傳遞C相電壓參考信號(hào)VREF。電壓正信號(hào)VCP接入端經(jīng)由Ji型濾波電路中的電感L4串聯(lián)電阻R76與另一π型濾波電路中的電感L39的輸出端連接。
[0031]本實(shí)用新型采用高精度電阻進(jìn)行采樣，采樣后的模擬信號(hào)直接進(jìn)入SOC芯片進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。摒棄了現(xiàn)有方案的通過計(jì)量芯片獲取后再傳至MCU的方式，提高了集成度。
[0032]三相交流電中A相和B相的電壓信號(hào)均可采用上述相同電路結(jié)構(gòu)的電壓采樣電路。
[0033]如圖6所示，本實(shí)用新型采用Freescale公司的型號(hào)為MK60DN512的MCU芯片；其運(yùn)行頻率可達(dá)144Μ，且具有非常豐富的資源，如存儲(chǔ)、串口、定時(shí)器等，同時(shí)因其強(qiáng)大的AD外圍功能，可對(duì)三相電壓電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣處理。
[0034]本實(shí)用新型采用集成度高的通用小主板設(shè)計(jì)，集成了 FLASH和SDRAM，具有更好的適用性和可移植性。
[0035]如圖7所示，脈沖輸出電路包括若干高速光耦。本實(shí)用新型的SOC芯片通過輸出脈沖信號(hào)，供試驗(yàn)臺(tái)體校表驗(yàn)表使用。高速光耦起隔離保護(hù)作用。
[0036]本實(shí)用新型的存儲(chǔ)電路包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和EEPROM電路及校表切換接口。
[0037]如圖8所示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路采用256M的大容量FLASH，保持終端的采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的管理采用具備平滑磨損和掉電保護(hù)的Tiny文件系統(tǒng)。
[0038]如圖9所示，EEPROM電路采用2K的EEPROM存儲(chǔ)校表數(shù)據(jù)，讀寫次數(shù)大于10萬次，有效壽命20年。
[0039]如圖10所示，EEPROM的寫保護(hù)口采取獨(dú)特設(shè)置，必須從端口進(jìn)行短接才能寫入數(shù)據(jù)，可防止產(chǎn)品運(yùn)行過程中的誤操作，導(dǎo)致計(jì)量偏差。
[0040]本實(shí)用新型的電源電路包括系統(tǒng)電源電路和基準(zhǔn)參考源電路。系統(tǒng)電源電路包括型號(hào)為LM38692的DC/DC芯片，用于提供3.3V電源信號(hào)?；鶞?zhǔn)參考源電路包括型號(hào)為LMV711MV的運(yùn)算放大器芯片和型號(hào)為XC6203P33PR的DC/DC芯片，用作提供交流采樣的基
準(zhǔn)參考源信號(hào)。
【權(quán)利要求】
1.一種電力采集系統(tǒng)，包括電源電路、電壓采樣電路、電流采樣電路、脈沖輸出電路和存儲(chǔ)電路，其特征在于:該終端還包括SOC芯片、電壓濾波電路和電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路；三相交流電中的A相、B相和C相中的電壓信號(hào)分別經(jīng)由電壓濾波電路再通過電壓采樣電路與所述SOC芯片的ADC端口連接；三相交流電中的A相、B相和C相中的電流信號(hào)分別經(jīng)由電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路再通過電流采樣電路與所述SOC芯片的ADC端口連接；該SOC芯片還分別與脈沖輸出電路和存儲(chǔ)電路連接；電源電路為所述SOC芯片、脈沖輸出電路和存儲(chǔ)電路提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力采集系統(tǒng)，其特征在于:所述電壓濾波電路包括分壓電阻模塊、電壓互感器PT和π型濾波電路；交流電的A相或B相或C相電壓信號(hào)通過分壓電阻模塊傳至電壓互感器PT的一次側(cè)端口，N相電壓信號(hào)也傳至電壓互感器PT的一次側(cè)端口 ；電壓互感器PT的二次側(cè)端口將降壓后的電壓信號(hào)通過π型濾波電路傳至所述電壓采樣電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力采集系統(tǒng)，其特征在于:所述電流-電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路包括η型濾波電路；交流電的A相或B相或C相電流信號(hào)經(jīng)過電流互感器CT輸出再通過η型濾波電路傳至所述電流采樣電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力采集系統(tǒng)，其特征在于:所述SOC芯片采用型號(hào)為MK60DN512 的 MCU 芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力采集系統(tǒng)，其特征在于:所述電源電路包括系統(tǒng)電源電路和基準(zhǔn)參考源電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力采集系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)電源電路包括型號(hào)為LM38692的DC/DC芯片，用于提供3.3V電源信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力采集系統(tǒng)，其特征在于:所述基準(zhǔn)參考源電路包括型號(hào)為LMV711MV的運(yùn)算放大器芯片和型號(hào)為XC6203P33PR的DC/DC芯片，用作提供交流采樣的基準(zhǔn)參考源信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01R22/10GK203688663SQ201420007137
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】李宇峰, 席田玉 申請(qǐng)人:長沙威勝信息技術(shù)有限公司