基于載波通信的低壓柜電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了基于載波通信的低壓柜電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，包括電源模塊和依次連接的采樣模塊、信號(hào)處理模塊、CPU模塊與顯示存儲(chǔ)模塊；所述采樣模塊通過(guò)載波模塊與低壓柜的低壓電力線通信；所述載波模塊由電力線接口信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路集成，所述驅(qū)動(dòng)電路包括調(diào)制解調(diào)芯片；所述CPU模塊包括PIC單片機(jī)芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及數(shù)據(jù)寄存單元，所述信號(hào)處理模塊包括ARM處理器與有源低通濾波器，可以極大節(jié)約外圍電路，實(shí)現(xiàn)高效集成功能。本實(shí)用新型集測(cè)量、監(jiān)控和保護(hù)于一身，可通過(guò)載波通信接口與低壓柜的低壓電力線構(gòu)成智能化的信息監(jiān)控保裝置，具有較高的工業(yè)使用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】基于載波通信的低壓柜電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及低壓柜電能參數(shù)監(jiān)測(cè)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及基于載波通信的低壓柜電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前市面上的電能參數(shù)監(jiān)測(cè)裝置往往存在很多缺陷:主芯片不僅需要負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)處理，同時(shí)也要實(shí)現(xiàn)通訊及人機(jī)交互等功能，負(fù)擔(dān)較重，往往以犧牲電能參數(shù)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的實(shí)時(shí)性和精確性為代價(jià)；電能參數(shù)監(jiān)測(cè)功能比較單一，無(wú)法滿足對(duì)電能參數(shù)綜合評(píng)估的需要，實(shí)用性差；通訊方式單一，具體應(yīng)用中在某些特殊監(jiān)測(cè)點(diǎn)不利于實(shí)現(xiàn)電能參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)，同時(shí)也不能自行處理信號(hào)，所以在智能性與實(shí)用性方面還有待提高。
[0003]申請(qǐng)為200820170703.9的實(shí)用新型提供一種基于雙CPU的分布式電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，包括信號(hào)調(diào)理電路模塊、AD采樣電路模塊、PIC單片機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊、ARM上位管理機(jī)模塊、電力線載波通信模塊和液晶顯示模塊；AD采樣電路實(shí)現(xiàn)對(duì)6通道電力信號(hào)的同步采樣；利用專用的HPI主機(jī)口實(shí)現(xiàn)PIC單片機(jī)模塊與ARM模塊間的高速數(shù)據(jù)傳輸；ARM模塊采用WINCE作為操作系統(tǒng)和軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)；電力線載波通信模塊用以實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信。本裝置可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、精確的電能質(zhì)量測(cè)量與分析，并具有友好便捷的管理與交互界面，適用于單點(diǎn)式的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)或者分布式的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0004]申請(qǐng)為201120530199.0的實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于雙CPU的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，包括用于采集轉(zhuǎn)換外部三相電壓電流信號(hào)的數(shù)據(jù)采集模塊、用于對(duì)采集轉(zhuǎn)換的信息按電能質(zhì)量指標(biāo)分析計(jì)算的數(shù)據(jù)處理分析模塊、雙口 RAM、外圍控制模塊、CPLD電路模塊、外圍模塊，所述外圍模塊包括用于存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、用于上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的通訊模塊和用于顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的顯示模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊、雙口 RAM、外圍控制模塊、CPLD電路模塊依次相連，所述CPLD電路模塊分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、通訊模塊、顯示模塊相連；所述數(shù)據(jù)處理分析模塊和外圍控制模塊內(nèi)分別具有各自獨(dú)立的CPU芯片。本實(shí)用新型可提高對(duì)電能參數(shù)的監(jiān)測(cè)能力。
[0005]然而，這些電能參數(shù)監(jiān)測(cè)裝置一方面，在功能與智能化上，仍有進(jìn)步空間，完全可以實(shí)現(xiàn)自診斷、故障記錄、數(shù)據(jù)通信等多種功能的綜合運(yùn)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供基于載波通信的低壓柜電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，具有自診斷、故障記錄、數(shù)據(jù)通信等多種功能，為電能參數(shù)解析與故障分析提供便利，且具有較高的可靠性。
[0007]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的所采用的技術(shù)方案是:基于載波通信的低壓柜電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，包括電源模塊和依次連接的采樣模塊、信號(hào)處理模塊、CPU模塊與顯示存儲(chǔ)模塊，所述電源模塊分別與所述信號(hào)處理模塊、所述CPU模塊連接；所述采樣模塊包括電壓互感器與零序電流互感器，所述采樣模塊通過(guò)載波模塊與低壓柜的低壓電力線通信。
[0008]所述CPU模塊包括PIC單片機(jī)芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及數(shù)據(jù)寄存單元，所述信號(hào)處理模塊包括ARM處理器與有源低通濾波器。
[0009]所述載波模塊由電力線接口信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路集成，所述驅(qū)動(dòng)電路包括調(diào)制解調(diào)芯片。
[0010]所述顯示存儲(chǔ)模塊包括數(shù)碼顯示單元，所述數(shù)碼顯示單元分別連接串行通信接口、人機(jī)接口單元和存儲(chǔ)器。
[0011]所述數(shù)碼顯示單元包括數(shù)據(jù)設(shè)定面板及LED顯示面板。
[0012]所述數(shù)據(jù)設(shè)定面板包括若干個(gè)數(shù)據(jù)輸入按鈕及指令按鈕。
[0013]所述電源模塊包括光伏陣列板，所述光伏陣列板連接蓄電池。
[0014]本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)裝置的信號(hào)采集是依托由調(diào)制解調(diào)芯片為核心的載波模塊，從低壓電力線采集電壓與電流信號(hào)，與采樣模塊連接的電力線端口采用串行接口模式，接口連接調(diào)制解調(diào)芯片的多路數(shù)據(jù)控制及數(shù)據(jù)收發(fā)引腳，如數(shù)據(jù)收發(fā)TxD、RxD，模式控制RxTx、REG_DATA，時(shí)鐘控制CLR/T等，實(shí)現(xiàn)采樣信號(hào)的收發(fā)。
[0015]監(jiān)測(cè)裝置處理器核心為PIC單片機(jī)芯片與ARM處理器，是通過(guò)電壓和電流互感器采集低壓電力線的電壓和電流信號(hào)，得到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器處理輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，PIC單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換的結(jié)果，并以電能參數(shù)性能指標(biāo)為基礎(chǔ)，完成電壓、電流、功率等相應(yīng)的運(yùn)算；再由ARM通過(guò)串口通信向PIC單片機(jī)發(fā)送命令，PIC單片機(jī)回送測(cè)量的數(shù)據(jù)及運(yùn)算結(jié)果；同時(shí)，通過(guò)PIC單片機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)等同于漏電繼電器的漏電電流檢測(cè)功能，漏電信號(hào)的檢測(cè)由零序電流互感器來(lái)完成，它可將檢測(cè)到的被保護(hù)線路的漏電電流轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)的交流電壓信號(hào)，再通過(guò)信號(hào)整流、放大和濾波得到一個(gè)直流電壓，配合相應(yīng)的控制電路來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行回路，以實(shí)現(xiàn)切斷保護(hù)線路供電電源的控制目的；ARM處理器上移植嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度，通過(guò)以太網(wǎng)上傳到上位機(jī)，并且通過(guò)觸摸屏人機(jī)交互界面在本地顯示。監(jiān)測(cè)裝置采用雙處理器結(jié)構(gòu)，通過(guò)32位ARM處理器和PIC單片機(jī)芯片構(gòu)成主從式并行處理系統(tǒng)，由ARM處理器完成對(duì)各種外設(shè)的管理和通信，PIC單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集運(yùn)算，兩種芯片的優(yōu)勢(shì)都可以得到充分發(fā)揮，工作效率高。
[0016]本裝置的零序電流互感器采用高性能的坡莫合金作為鐵芯的磁性材料，特點(diǎn)是在弱磁場(chǎng)下有較高的導(dǎo)磁率，這一特性超過(guò)普通硅鐵鐵芯甚至鐵氧體磁芯，以確保電流互感器輸出在一定的范圍內(nèi)具有良好的線性。影響系統(tǒng)可靠性的因素主要是線路工頻奇數(shù)倍諧波電流，故信號(hào)處理模塊采用一組有源低通濾波器，該濾波器主要濾去奇次諧波交流分量，然后進(jìn)行交直流變換處理，以確保電能參數(shù)監(jiān)測(cè)裝置的正確動(dòng)作。
[0017]CPU作為繼電器的核心部件，包括PIC單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及數(shù)據(jù)寄存單元，是整個(gè)系統(tǒng)的中央處理單元，系統(tǒng)的取指、判斷、執(zhí)行都由它完成，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片是對(duì)采樣后經(jīng)過(guò)信號(hào)處理的電流信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)PIC單片機(jī)的處理需要；數(shù)據(jù)寄存單元主要是指FLASHROM，用來(lái)存儲(chǔ)封裝在PIC單片機(jī)中的子程序代碼，在運(yùn)行過(guò)程中不能更改。顯示存儲(chǔ)模塊包括數(shù)碼顯示單元、串行通信接口、人機(jī)接口單元和存儲(chǔ)器，數(shù)碼顯示單元用來(lái)顯示線路漏電流和系統(tǒng)跳閘的延時(shí)時(shí)間，主要由數(shù)碼驅(qū)動(dòng)電路和LED數(shù)顯構(gòu)成，串行通信接口是采用MAX頂公司的MAX422擴(kuò)展出串行通信口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能；人機(jī)接口電路主要完成保護(hù)整定值及系統(tǒng)延時(shí)跳閘時(shí)間的設(shè)定，是依托PIC單片機(jī)而連接擴(kuò)展的控制面板，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU組件數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)整定，存儲(chǔ)器采用帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM，用來(lái)保存用戶數(shù)據(jù)，運(yùn)行過(guò)程中可以改變，可以實(shí)現(xiàn)自行記錄的作用，并可以通過(guò)端口對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。電源模塊上設(shè)置光伏陣列板，光伏陣列板連接蓄電池，可以通過(guò)太陽(yáng)能供源，從而增加系統(tǒng)的持續(xù)性和綠色環(huán)保。
[0018]可編程微處理器包括數(shù)據(jù)寄存器，可以通過(guò)人機(jī)接口與顯示器、數(shù)據(jù)設(shè)定面板連接，接收數(shù)據(jù)設(shè)定面板所輸入的整定值數(shù)據(jù)，并放入可編程微處理器的數(shù)據(jù)寄存器，方便可編程微處理器的數(shù)據(jù)處理子程序進(jìn)行算法采樣時(shí)調(diào)用。其中，可編程微處理器程序包括主程序、中斷服務(wù)子程序、定時(shí)中斷服務(wù)子程序、數(shù)據(jù)處理子程序，均可以采用C語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，并封裝于可編程微處理器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中方便直接調(diào)用。其中，系統(tǒng)主程序主要完成端口、定時(shí)器、常量、變量及其他量的初始化工作；中斷服務(wù)子程序主要根據(jù)數(shù)據(jù)寄存器的溢出位狀態(tài)，判斷數(shù)據(jù)是否溢出，如溢出則轉(zhuǎn)入中斷入口子程序；定時(shí)中斷服務(wù)子程序主要完成定時(shí)中斷采樣任務(wù)，I ms進(jìn)行I次處理，每回連續(xù)6次采樣，采樣結(jié)果存入指定內(nèi)存單元；數(shù)據(jù)處理子程序主要完成求數(shù)據(jù)平均值，進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，從而確定準(zhǔn)確測(cè)量值；數(shù)據(jù)設(shè)定面板中的數(shù)據(jù)輸入按鈕，包括‘0’至‘9’十個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字輸入鍵，指令按鈕包括有報(bào)警設(shè)定、停機(jī)設(shè)定、返回、確認(rèn)、開(kāi)/關(guān)機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)等。
[0019]本實(shí)用新型的電能參數(shù)監(jiān)測(cè)裝置構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、運(yùn)算和處理，便于控制，選擇性和配合性好，集測(cè)量、監(jiān)控和保護(hù)于一身，可通過(guò)通信接口與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成智能化的監(jiān)控保護(hù)與信息管理系統(tǒng)，具有較高的工業(yè)使用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示:基于載波通信的低壓柜電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，包括電源模塊I和依次連接的采樣模塊2、信號(hào)處理模塊3、CPU模塊與顯示存儲(chǔ)模塊5，電源模塊I分別與信號(hào)處理模塊3、CPU模塊連接；采樣模塊2包括電壓互感器11與零序電流互感器12，采樣模塊通過(guò)載波模塊19與低壓柜的低壓電力線20通信；CPU模塊包括PIC單片機(jī)芯片6、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片7及數(shù)據(jù)寄存單元8，信號(hào)處理模塊3包括ARM處理器9與有源低通濾波器10 ;載波模塊19由電力線接口信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路集成，驅(qū)動(dòng)電路包括調(diào)制解調(diào)芯片；顯示存儲(chǔ)模塊包括數(shù)碼顯示單元，數(shù)碼顯示單元分別連接串行通信接口 14、人機(jī)接口單元15和存儲(chǔ)器16 ;數(shù)碼顯示單元包括數(shù)據(jù)設(shè)定面板17及LED顯示面板18 ;數(shù)據(jù)設(shè)定面板包括若干個(gè)數(shù)據(jù)輸入按鈕及指令按鈕；電源模塊包括光伏陣列板13，光伏陣列板連接蓄電池4。
[0022]為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的快速性，調(diào)制解調(diào)芯片可選用ST7538載波芯片，，其功能引腳與各電路元件構(gòu)成信號(hào)接收通路與信號(hào)發(fā)送通路；可選擇PIC單片機(jī)3207芯片作為采樣模塊的核心處理器，芯片的晶振可達(dá)40MHz，采用3.3V低電源電壓，具有32K字的flash，2.5K的RAM，64K字程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)；具有40個(gè)獨(dú)立可編程通用I/O ;串口通信模塊(SCI)、2個(gè)事件管理器EVA和EVB;具有5個(gè)外部中斷，分別為電源驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷、復(fù)位中斷、不可屏蔽中斷等。由于其內(nèi)置的10位A/D轉(zhuǎn)換模塊無(wú)法滿足電能參數(shù)分析的需要，需要外接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，在外部擴(kuò)充16位精度的6通道同步ADS8364芯片來(lái)進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，提升采樣精度。
[0023]ARM處理器可以采用S3C1440芯片，這是一款基于ARM920T核的處理器，采用16/32位RISC處理器，具有外部存儲(chǔ)器控制器，IXD控制器，4通道DMA控制器，三通道UART，2通道SPI，2路全速USB主設(shè)備芯片，可以移植LINUX系統(tǒng)和建立WEB服務(wù)器。
[0024]在本實(shí)用新型中，PIC單片機(jī)主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和計(jì)算，包括電能參數(shù)參數(shù)檢測(cè)和漏電電流檢測(cè)，實(shí)時(shí)響應(yīng)ARM的控制命令，并將采集數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果發(fā)送給ARM，軟件開(kāi)發(fā)可以在PIC單片機(jī)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS上采用匯編和C語(yǔ)言混合編程實(shí)現(xiàn)；ARM執(zhí)行整個(gè)系統(tǒng)的管理和控制，向PIC單片機(jī)發(fā)出控制命令，要求傳回各種數(shù)據(jù)和信息，人機(jī)交互部分用于實(shí)現(xiàn)智能化的菜單式人機(jī)界面，方便管理人員查詢監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以嵌入式Iinux為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用C和C++語(yǔ)言對(duì)WEB服務(wù)器和QT等應(yīng)用程序完成開(kāi)發(fā)。
[0025]監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)完成后，可以利用380V的三相電壓對(duì)其進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，觸摸屏顯示電能監(jiān)測(cè)及漏電電流監(jiān)控主畫(huà)面，數(shù)據(jù)設(shè)定面板中的數(shù)據(jù)輸入按鈕，包括‘0’至‘9’十個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字輸入鍵，指令按鈕包括有報(bào)警設(shè)定、停機(jī)設(shè)定、返回、確認(rèn)、開(kāi)/關(guān)機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)等，自動(dòng)檢測(cè)主要設(shè)定是每隔10S，數(shù)據(jù)自動(dòng)刷新一次，間隔時(shí)間可以通過(guò)阿拉伯?dāng)?shù)字面板進(jìn)行設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)自診斷、故障記錄、數(shù)據(jù)通信等多種功能，為電能參數(shù)解析與故障分析提供便利，且具有較高的可靠性。
【權(quán)利要求】
1.基于載波通信的低壓柜電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:包括電源模塊和依次連接的采樣模塊、信號(hào)處理模塊、CPU模塊與顯示存儲(chǔ)模塊，所述電源模塊分別與所述信號(hào)處理模塊、所述CPU模塊連接；所述采樣模塊包括電壓互感器與零序電流互感器，所述采樣模塊通過(guò)載波模塊與低壓柜的低壓電力線通信。
2.如權(quán)利要求1所述的電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述CPU模塊包括PIC單片機(jī)芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及數(shù)據(jù)寄存單元，所述信號(hào)處理模塊包括ARM處理器與有源低通濾波器。
3.如權(quán)利要求1所述的電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述載波模塊由電力線接口信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路集成，所述驅(qū)動(dòng)電路包括調(diào)制解調(diào)芯片。
4.如權(quán)利要求1所述的電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述顯示存儲(chǔ)模塊包括數(shù)碼顯示單元，所述數(shù)碼顯示單元分別連接串行通信接口、人機(jī)接口單元和存儲(chǔ)器。
5.如權(quán)利要求4所述的電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述數(shù)碼顯示單元包括數(shù)據(jù)設(shè)定面板及LED顯示面板。
6.如權(quán)利要求5所述的電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)設(shè)定面板包括若干個(gè)數(shù)據(jù)輸入按鈕及指令按鈕。
7.如權(quán)利要求1所述的電能參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述電源模塊包括光伏陣列板，所述光伏陣列板連接蓄電池。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK204241591SQ201420726644
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】魏韜, 何新好 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司周口供電公司