專利名稱：配變終端的制作方法
技術領域：
配變終端
技術領域：
本實用新型涉及安裝在配電變壓器附近，對配電變壓器的各項運行參數(shù)的 監(jiān)視、測量的遠方配變終端。背景技術：
現(xiàn)在電力局對大用電量客戶的管理一般是用一塊多功能電表對用電情況進 行計量，然后再用一個配變終端對多功能表的運行情況進行監(jiān)控，通過無線通 信網(wǎng)絡將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)到電力局的相關系統(tǒng)，局方就根據(jù)這些實時數(shù)據(jù)來判斷用 電現(xiàn)場的用電情況是否正常、用于計量的電表工作是否正常。這樣其實對配變 終端的性能要求是非常高的，因為它在這個系統(tǒng)中其實起到的是一個標準表和 監(jiān)測者的作用，而且相關的監(jiān)測數(shù)據(jù)要通過它傳輸?shù)綗o線通訊網(wǎng)絡，所以對它
的可靠性的要求是相當高的，特別是在計量芯片、GPRS通訊方面的要求都較高， 目前的配變終端計量精度較差、長時間運行不夠穩(wěn)定可靠、無功補償?shù)男Ч?好。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是解決現(xiàn)有技術中的問題，提出一種配變終端，能夠 提高計量精度，并能長時間穩(wěn)定可靠運行。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出了一種配變終端，包括三相計量芯片、 帶液晶驅(qū)動的功能處理芯片，三相計量芯片連接在功能處理芯片的輸入端，功 能處理芯片上還分別連接有脈沖輸出電路、LCD顯示電路、存儲器、紅外通訊電 路、RS485電路、帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片、GPRS通訊電路，所述三相計量芯片 采用AD73360L芯片，功能處理芯片采用STR710FZ2T6芯片。
作為優(yōu)選，所述存儲器采用24LC256I芯片。
作為優(yōu)選，所述功能處理芯片的輸入端還連接有按鍵輸入電路和逆相序檢
3測電路。
作為優(yōu)選，所述紅外通訊電路采用一根輸入線、 一根輸出38K波形的輸出
線、 一根輸出發(fā)送信號波形的三線控制電路。
作為優(yōu)選，所述RS485電路采用MAX13485芯片。 作為優(yōu)選，所述帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片采用DS3231芯片。 本實用新型的有益效果本實用新型電壓、電流經(jīng)取樣電路分別取樣后， 送入三相計量芯片進行處理，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送到功能處理芯片進行計算， 根據(jù)需要向存儲器存取數(shù)據(jù)，在LCD顯示電路的LCD液晶上顯示各項數(shù)據(jù)、通 過紅外通訊電路或RS485電路進行通訊傳輸。采用模塊化設計方法既可以自行 采集配電變壓器的各項電量參數(shù)，也可以通過RS485總線(或脈沖)采集用戶 現(xiàn)場電表的數(shù)據(jù)，或者通過RS485總線與其它配變終端或其它集中器設備級聯(lián)， 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，監(jiān)測并管理配電變壓器的供電情況。采用高精度計量芯片AD73360L， 使得電壓電流采樣分辨率大為提高，提高了配變終端的計量精度，并能夠長時 間穩(wěn)定可靠運行。
本實用新型的特征及優(yōu)點將通過實施例結(jié)合附圖進行詳細說明。

圖1是本實用新型配變終端的結(jié)構示意圖。
具體實施方式
參閱圖1，配變終端，包括三相計量芯片1、帶液晶驅(qū)動的功能處理芯片2， 三相計量芯片1連接在功能處理芯片2的輸入端，功能處理芯片2上還分別連 接有脈沖輸出電路3、 LCD顯示電路4、存儲器5、紅外通訊電路6、 RS485電路 7、帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片8、 GPRS通訊電路15，所述三相計量芯片1采用 AD73360L芯片，功能處理芯片2采用STR710FZ2T6芯片。所述功能處理芯片2 的輸入端還連接有按鍵輸入電路9和逆相序檢測電路10。電壓、電流經(jīng)取樣電 路分別取樣后，送入三相計量芯片1進行處理，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送到功能處 理芯片2進行計算。由于采用了專用的AD73360L芯片，使得電壓電流采樣分辨率大為提高，提高了配變終端的計量精度，并能夠長時間穩(wěn)定可靠運行。功能 處理芯片2用于分時計費和處理各種輸入輸出數(shù)據(jù)，通過串行接口將專用電能 芯片的數(shù)據(jù)讀出，并根據(jù)帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片8的實時時間和預先設定的時
段完成分時有功電能計量和最大需量計量功能，根據(jù)需要向存儲器5存取數(shù)據(jù)， 在LCD顯示電路4的LCD液晶上顯示各項數(shù)據(jù)、通過紅外通訊電路6或者RS485 電路7進行通訊傳輸，并完成運行參數(shù)的監(jiān)測，記錄存儲各種數(shù)據(jù)。同時利用 GPRS通訊電路完成用電現(xiàn)場各種參數(shù)的監(jiān)控，記錄存儲各種數(shù)據(jù)。
整個電路采用線性電源11及電池電路13通過電源管理電路12供電。采用 線性變壓器降壓方式，變壓器采用全密封方式，整潔可靠，同時由于后端功耗 很大，所以變壓器的輸出功率也是比較大。由于GPRS發(fā)射時的功耗非常之大， 可以達到1A之上，普通的穩(wěn)壓管根本不能輸出這樣的電流，所以選擇最大可以 輸出3A電流的LM2576 5. 0V作為穩(wěn)壓器件，5V電源供給計量部分外，通過 3. 3VLD0供給單片機和ARM等相關器件，通過LM29302輸出4. 2V左右供給GPRS 通訊模塊，采用LM29302的原因是模塊對電源的質(zhì)量要求比較高，尤其是紋波 要絕對的小，此外因為是將5V電源變換到4. 2V，而且4. 2V電源的功耗相當?shù)?大，可以達到1.6A左右，且在這樣的輸出電流情況下要求電壓的跌落要小于 400mA，跌落后的電壓值一定要大于3.3V的模塊最低工作電壓，所以選擇輸出 功率大，紋波小，低壓差的LM29302作為穩(wěn)壓輸出。由于終端在沒有外部電源 時只需要維持其正常工作3分鐘，讓其能夠?qū)⒆詈蟮南嚓P數(shù)據(jù)發(fā)到通信網(wǎng)路， 此后只需要保證時鐘的正常運行就可以了，我們設計用鎳氫充電電池保證沒有 外部電源后的3分鐘供電，用單節(jié)3.6V電池保證時鐘芯片DS3231的供電。有 外部電源且鎳氫電池電量不足時，通過電池充電控制芯片BQ2507對鎳氫電池進 行充電，充電過程可分為預充電、快速充電、補足充電和涓流充電4個階段。 在剛開始充電時采用小電流預充電，電池的端電壓上升較快，上升到1.2 V時 轉(zhuǎn)入快速充電，快速充電是用大電流充電， 一般采用1 C以上，電池的大部分 電能在這一階段恢復。為了保證電池充人100%的電能，還就加入補足充電過程，
5即當電池電壓達到4.2V后進入涓流浮充階段，對電池進行維護，以防止電池自 放電，充電速率一般為(1/30)C，蓄電池的充電電流通常用充電速率C表示，C 為蓄電池的額定容量。例如，用2A電流對1Ah電池充電，充電速率就是2C;同 樣地，用2A電流對500mAh電池充電，充電速率就是4C。我們將充電電池的輸 出端接到LM2576 5.0V的前端，在沒有外部電源時充電電池電源輸出提供整個 設備的電源。
所述存儲器5采用24LC256I芯片。24LC256I是美國Microchip公司的低 功耗CMOS串行EEPR0M，它是內(nèi)含32K x 8 (256K bit)存儲空間，具有工作電 壓寬(2.5 5.5V)、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于5ms)等 特點。24LC256I的1、 2、 3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址，第8 腳和第4腳分別為正、負電源，第5膽卩SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這 條雙向I2C總線串行傳送，第6腳SCL為串行時鐘輸入線，SDA和SCL都需要 和正電源間各接一個10K的電阻上拉，第7腳需要接地。24LC256I中帶有片內(nèi) 地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加l，以實現(xiàn)對 下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時 間， 一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。
所述紅外通訊電路6采用一根輸入線、 一根輸出38K波形的輸出線、 一根 輸出發(fā)送信號波形的三線控制電路。紅外通訊電路6分為發(fā)射和接收兩部分。 發(fā)射部分的發(fā)射元件為紅外發(fā)光二極管，它發(fā)出的是紅外線而不是可見光，常 用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，發(fā)射功率約100mW。接收 電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓， 它才能正常工作而獲得高的靈敏度。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅 外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。然而現(xiàn) 在不論是業(yè)余制作或正式的產(chǎn)品，大都采用成品的一體化接收頭。紅外線一體 化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。 紅外部分線路采用三線控制電路，即輸出(發(fā)射)用兩根線，輸入(接收)用一根線，輸出其中一個口利用定時器一直輸出38K波，另一個口輸出發(fā)送信號 波形，可以看作是控制38K波的發(fā)送；接收由于采用集成接收頭，到功能處理 芯片2管腳的為普通電平，所以用一個中斷口連接，當接受到電平變化后進入 中斷開始接收紅外數(shù)據(jù)。 ..
所述RS485電路7采用MAX13485芯片。RS485電路7是一種常用的串口， 具有網(wǎng)絡連接方便、抗干擾性能好、傳輸距離遠等優(yōu)點。使用RS-485總線組網(wǎng)， 只需一對雙絞線就可實現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統(tǒng)、設備簡單、價格低廉、 通信距離長。在應用系統(tǒng)中，RS-485半雙工異步通信總線是被各個研發(fā)機構廣 泛使用的數(shù)據(jù)通信總線，它往往應用在集中控制樞紐與分散控制單元之間。為 了實現(xiàn)總線與功能處理芯片系統(tǒng)的隔離，在功能處理芯片的異步通信口與 MAX13485之間采用光耦隔離。由于應用系統(tǒng)中，主機與分機相隔較遠，通信線 路的總長度往往超過400米，而分機系統(tǒng)上電或復位又常常不在同一個時刻完 成。如果在此時MAX13485的DE端電位為"1 "，那么它的485總線輸出將會 處于發(fā)送狀態(tài)，也就是占用了通信總線，這樣其它的分機就無法與主機進行通 信。這種情況尤其表現(xiàn)在某個分機出現(xiàn)異常情況下(死機)，會使整個系統(tǒng)通信 崩潰。因此在電路設計時，應保證系統(tǒng)上電復位時MAX13485的DE端電位為 "0"。由于功能處理芯片在復位期間，I/O 口輸出高電平，故電路的接法有效 地解決復位期間分機"咬"總線的問題。輸出電路的設計要充分考慮到線路上 的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由于工程環(huán)境比較復雜，現(xiàn)場常有各種形 式的干擾源，所以485總線的傳輸端一定要加有保護措施。在電路設計中可以 選用能夠抗浪涌的TVS瞬態(tài)雜波抑制器件，考慮到線路的特殊情況(如某一塊 表的485芯片被擊穿短路)，為防止總線中其它分機的通信受到影響，在MAX13485 的485信號輸出端串聯(lián)兩個熱敏電阻。這樣本機的硬件故障就不會使整個總線 的通信受到影響。
配變終端表因牽涉分時計費，必須使用外部硬件時鐘時鐘芯片，不宜采用 軟件時鐘，軟件時鐘在受到干擾時，引起時鐘不準確,.靠軟件算法糾錯，會造
7成一定的誤差，例采用一分鐘糾錯一次技術，在干擾出錯需要糾錯時，會引起
一分鐘誤差。采用外部時鐘早期采用飛利浦PCF8563，外部采用32. 768KHZ晶體， 外部時鐘晶體在焊接工藝上要求嚴格，只能采用拉線技術，否則會造成晶體停 振，時鐘停走。DS3231芯片為帶自動溫度補償芯片，在-4(TC +8(TC時鐘時鐘誤 差為3PPM，日誤差為0.26秒每天，在標稱溫度為2PPM，日誤差為O. 18秒每天。 批量生產(chǎn)能保證日誤差在0.2秒，能滿足貴局要求。EPSON公司生產(chǎn)的RX8025， 時鐘為士5P麗，即日誤差為0.4秒每天，其精度可以調(diào)整，但步距為3PPM，即 0.26秒每天，即原為-0.5秒，經(jīng)調(diào)整后可以為-0.24秒。但其輸出脈沖為不均 勻，必須將測試周期放大。采用RX8025外部還必須有溫度傳感器，采用軟件方 式方式進行溫度補償， 一般10分鐘計算一次，補償達不到預期效果；停電情況 下無法進行溫度補償，時鐘誤差難以控制，在運行過程中對時鐘進行改寫，風 險大，容易造成時鐘紊亂。DS3231為微功耗，停電情況下也能進行時鐘溫度自 動補償。
GPRS通訊電路15采用移動通信網(wǎng)絡，與電力終端系統(tǒng)進行通訊；每一個 電表通過一張入電力系統(tǒng)的S頂卡確定自己的身份，可以通過此號碼接入電力 終端系統(tǒng)通訊，相當于一個手機終端，只是加入了不同的網(wǎng)絡。采用性能穩(wěn)定 可靠的sonyericsson GR64模塊作為通訊模塊。GR64是帶有GSM/GPRS全套語音 和數(shù)據(jù)功能的先進無線模塊。其體積超小(僅50 x 33 x 7.2 mm)，所有功能都 集中在一塊集成的芯片內(nèi)；內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，使用戶可以最大程度的縮短GPRS 產(chǎn)品的研發(fā)周期。GR64模塊是可以配置的，使得外部輸入、輸出接口提供的外 部控制應用更有效，從而令GR64產(chǎn)品更適合M2M解決方案。
電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分， 一是有功功率，二是無功功率。直接消耗電 能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能、熱能、化學能或聲能，利用這些能作功，這部分功 率稱為有功功率。不消耗電能，-只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作 為電氣設備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網(wǎng)中與電能進行周期性 轉(zhuǎn)換，這部分功率稱為無功功率，如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建
8立電場所占的電能。電流在電感元件中作功時，電流超前于電壓90"C。而電流
在電容元件中作功時，電流滯后電壓9(TC。在同一電路中，電感電流與電容電流 方向相反，互差18(TC。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者 的電流相互抵消，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小，從而提高電能作 功的能力，這就是無功補償?shù)牡览怼o功補償?shù)姆绞胶芏?，本實用新型采用無 功功率自動補償控制器根據(jù)電網(wǎng)無功功率是否達到無功設定值來控制電力電容 器的投入和切除，并且有過,欠電壓保護功能。 .
上述實施例是對本實用新型的說明，不是對本實用新型的限定，任何對本 實用新型簡單變換后的結(jié)構均屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1. 配變終端，其特征在于包括三相計量芯片(1)、帶液晶驅(qū)動的功能處理芯片(2)，三相計量芯片(1)連接在功能處理芯片(2)的輸入端，功能處理芯片(2)上還分別連接有脈沖輸出電路(3)、LCD顯示電路(4)、存儲器(5)、紅外通訊電路(6)、RS485電路(7)、帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片(8)、GPRS通訊電路(15)，所述三相計量芯片(1)采用AD73360L芯片，功能處理芯片(2)采用STR710FZ2T6芯片。
2. 如權利要求1所述的配變終端，其特征在于所述存儲器(5)采用24LC256I 心片。
3. 如權利要求1所述的配變終端，其特征在于所述功能處理芯片(2)的輸入端還連接有按鍵輸入電路(9)和逆相序檢測電路(10)。
4. 如權利要求l所述的配變終端，其特征在于所述紅外通訊電路(6)采用一根輸入線、 一根輸出38K波形的輸出線、 一根輸出發(fā)送信號波形的三線控制 電路。
5. 如權利要求1所述的配變終端，其特征在于所述RS485電路(7)采用MAX13485 心片。
6. 如權利要求1至5中任何一項所述的配變終端，其特征在于所述帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片(8)采用DS3231芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種配變終端，包括三相計量芯片、帶液晶驅(qū)動的功能處理芯片，三相計量芯片連接在功能處理芯片的輸入端，功能處理芯片上還分別連接有脈沖輸出電路、LCD顯示電路、存儲器、紅外通訊電路、RS485電路、帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片、GPRS通訊電路，所述三相計量芯片采用AD73360L芯片，功能處理芯片采用STR710FZ2T6芯片。本實用新型采用高精度計量芯片AD73360L，使得電壓電流采樣分辨率大為提高，提高了配變終端的計量精度，并能夠長時間穩(wěn)定可靠運行。
文檔編號H02J13/00GK201266853SQ200820163000
公開日2009年7月1日 申請日期2008年8月25日 優(yōu)先權日2008年8月25日
發(fā)明者顧海松 申請人:浙江恒業(yè)電子有限公司