專利名稱：一種配電變壓器監(jiān)測終端裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種配電變壓器監(jiān)控設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種配電變壓監(jiān)測終端裝 置，適用于公用配電變壓器、專用配電變壓器及一些配電線路的運(yùn)行檢測。
背景技術(shù)：
我國現(xiàn)有的配電變壓器監(jiān)測終端裝置大多都采用單片機(jī)或DSP作為控制器的核心，將采 樣到的數(shù)據(jù)進(jìn)行FT變換，計(jì)算出系統(tǒng)的電壓、電流、功率因數(shù)、無功功率和有功功率等電參 數(shù)，然后根據(jù)所測電參數(shù)做出控制的命令，這類系統(tǒng)往往存在以下不足
A. 硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于大多數(shù)的微控制器不帶有ADC，這就需要擴(kuò)展ADC，即便是帶有 ADC的微控制器，通常采樣精度不夠高。再者，為了存放采樣到的大量數(shù)據(jù)，還要擴(kuò)展存儲 器，這勢必增加了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。同時(shí)也降低了系統(tǒng)的可靠性。
B. 控制精度低。對于傳統(tǒng)的采樣轉(zhuǎn)換電路，其設(shè)計(jì)很難做到各個(gè)元器件的線性一致以適 應(yīng)各種各樣的環(huán)境，再者，在選取采樣點(diǎn)的時(shí)候。很難做到電壓和電流在同一時(shí)刻采樣，致 使電壓和電流的采樣始終存在一個(gè)相位差，因而很難保證計(jì)算的準(zhǔn)確性和控制的精度。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題是提供一種以專用能量采集模塊為核心單元的配電變壓器 監(jiān)測終端裝置，該設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)簡單，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，投入成本較低，性價(jià)比高。 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為
一種配電變壓器監(jiān)測終端裝置，包括微控制器模塊、電流電壓變換電路模塊、人機(jī)交互 模塊、通訊模塊和輸出控制模塊，還包括專用能量采集模塊，它將PT、 CT回路電壓、電流電
平信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓、電流有效值、視在功率、有功、無功、功率因數(shù)、有功電能、無
功電能數(shù)字量輸給微控制器模塊；其中電流電壓變換電路模塊的輸出接入專用能量采集模塊， 專用能量采集模塊的輸出接入微控制器模塊，微控制器模塊的各類輸出分別接入人機(jī)交互模 塊、通訊模塊和輸出控制模塊。
所述的專用能量采集模塊內(nèi)部集成了模擬信號采樣電路、數(shù)字信號處理電路、電能頻率轉(zhuǎn)換器、通訊接口電路、時(shí)鐘控制電路、電源管理電路以及參考電壓電路。
所述的專用能量采集模塊提供一個(gè)SPI接口 ，所有測量參數(shù)都可以通過SPI接口讀出。
所述的專用能量采集模塊還包括電壓監(jiān)測電路。
所述的微控制器模塊還包括看門狗電路。
本實(shí)用新型的配電變壓器監(jiān)測終端裝置采用了專用能量采集模塊作為采樣轉(zhuǎn)換的核心單 元，充分利用了專用能量采集模塊的內(nèi)置功能模塊，采集全部的電力參數(shù)，減少了外圍電路， 提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。因此，本實(shí)用新型不僅提高了運(yùn)算速度和精度，也大大的簡化了 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。


圖l本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖。 圖2為本實(shí)用新型原理圖。 圖3本實(shí)用新型能量采集模塊原理框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)施新型進(jìn)行具體描述。
本實(shí)用新型的專用能量采集模塊2內(nèi)部集成了模擬信號采樣電路、數(shù)字信號處理電路、 電能頻率轉(zhuǎn)換器、通訊接口電路、時(shí)鐘控制電路、電源管理電路。其中，模擬信號采樣單元 將外部輸入的電流，電壓模擬信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號，數(shù)字信號處理單元將模擬信號采 樣單元傳送過來的數(shù)字信號進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算處理，計(jì)算出電壓、電流有效值，視在功率、 有功功率、無功功率、功率因數(shù)，有功電能、無功電能并存入內(nèi)部存儲器。通訊接口單元提 供一個(gè)SPI接口，方便模塊內(nèi)部存儲器數(shù)據(jù)與外部微處理器3進(jìn)行交換，微控制器3接受這 些數(shù)據(jù)后進(jìn)行簡單的運(yùn)算，即可顯示、存儲、上傳各電力參數(shù)。電源管理電路提供內(nèi)部工作 電源管理，保證加電和斷電時(shí)的正常工作。時(shí)鐘控制電路給模擬信號采樣、數(shù)字信號處理、 通訊接口、電能-頻率轉(zhuǎn)換器等單元提供操作時(shí)序。電能——頻率轉(zhuǎn)換器電路可提供與電能成 比例的高頻、低頻的脈沖，供進(jìn)行誤差校正用。參考電壓電路給內(nèi)部和外部提供一個(gè)直流基 準(zhǔn)電流。
專用能量采集模塊2還包括電壓監(jiān)測電路，可以保證加電和斷電時(shí)正常工作。 現(xiàn)將專用能量采集模塊主要的引腳介紹如下V1P/V1N， V3P/V3N， V5P/V5N為A、 B、 C相電流信道正負(fù)輸入端，V2P/V2N， V4P/V4N， V6P/V6N為A、 B、 C相電壓信道正負(fù)模擬輸入 端，它們正常工作最大輸入Vpp為土1.5V,內(nèi)部都有ESD保護(hù)電路。SCLK、 DIN、 D0UT、 CS是 串口 SPI總線的引腳，分別接微處理器PIC18F458的RD3、 RD5 、 RD4、 RD2腳。SIG 、 RESET 接微處理器PIC18F458的RDO 、 RD1。 REVP為有功功率方向指示，當(dāng)任一相有功功率為負(fù)時(shí)， 高電平輸出。CF1為有功電能脈沖輸出，可用于有功功率的調(diào)校。SEL:三相三線(低電平) 或三相四線(高電平)系統(tǒng)測量選擇。SCF、 S0/S1的配合使用選擇輸出有功功率脈沖頻率的 系數(shù)。REFOUT:基準(zhǔn)電壓輸出，用作外部信號的直流偏置。REFCAP輸出基準(zhǔn)電壓2.4V， SIG 是異常原因重新啟動標(biāo)志，低電平指示。
微控制器3選用PIC18F458單片機(jī)，它是一種高性能16位RISC指令集的高級CPU。該 款單片機(jī)不僅集成了強(qiáng)大的外圍功能模塊，而且因其具有一些特性(如自振式看門狗，可 編程代碼保護(hù)功能，休眠省電方式等)及2.0 5.5V寬范圍的工作電壓，工業(yè)級和擴(kuò)展級溫 度范圍，適用各種工業(yè)控制場合。
PIC18F458的I/O 口具有很強(qiáng)的驅(qū)動能力，其PORTD 口最大可通過25mA的拉電流和灌電 流，可以直接驅(qū)動LCD顯示，所以將PORTD 口直接SLCD液晶顯示器MGLS-12864的8位數(shù)據(jù) 口相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和指令發(fā)送。同時(shí)，利用PORTB 口的RB0 RB4與液晶顯示器MGLS-12864 的RS， RW、 E， CSB， CSA引腳相連，控制數(shù)據(jù)交換的性質(zhì)和方向。
為了在上電和單片機(jī)復(fù)位后，專用能量采集模塊2能與單片機(jī)同步的工作，專用能量采集 模塊的RESET信號需要由單片機(jī)控制，復(fù)位過程為RESET信號保持大于20y S低電平，芯片復(fù)位， 此時(shí)SIG輸出高電平，然后單片機(jī)將RESET信號拉高，大約經(jīng)500nS左右，專用能量采集模塊 完成初始化，SIG輸出低電平信號，此后才能進(jìn)行SPI操作。
系統(tǒng)工作時(shí)，待測的三相線路各相電壓，電流經(jīng)過電流電壓變換電路模塊1，轉(zhuǎn)化成符 合專用能量采集模塊2要求的輸入信號，再經(jīng)過芯片內(nèi)部對電壓和電流信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換， 數(shù)字運(yùn)算處理和能量累加，從而得到各相的有功功率、有功能量，同時(shí)還能測量各相電流、 電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等的原始寄存器值。微控制器模塊3從專用能量采集模 塊2的相應(yīng)寄存器讀取電測量參數(shù)，經(jīng)過簡單的處理分別送到人機(jī)交互模塊4的液晶顯示電 路去顯示各種電測量參數(shù)、送到通訊模塊5將數(shù)據(jù)通過移動網(wǎng)絡(luò)和有線、無線抄表設(shè)備將運(yùn) 行數(shù)據(jù)發(fā)到配變監(jiān)控后臺。人機(jī)交互模塊4中的鍵盤電路與液晶顯示電路相配合，可以進(jìn)行 各種保護(hù)參數(shù)限定值的設(shè)定，當(dāng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)超過保護(hù)參數(shù)限定值時(shí)，由輸出控制模塊6進(jìn) 行外設(shè)的操作，實(shí)時(shí)保護(hù)動作。本實(shí)用新型充分利用了專用能量采集模塊2的內(nèi)置功能模塊，由專用能量采集模塊采集 全部的電力參數(shù)，減少了外圍電路，提高了系統(tǒng)的測量精度和系統(tǒng)的抗干擾能力及穩(wěn)定性。
以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本設(shè)計(jì)原理的前提下，還可以是類似本案的專用能量采集模塊做出設(shè)計(jì)，這 些設(shè)計(jì)也應(yīng)視為本案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種配電變壓器監(jiān)測終端裝置，包括微控制器模塊(3)、電流電壓變換電路模塊(1)、人機(jī)交互模塊(4)、通訊模塊(5)和輸出控制模塊(6)，其特征在于還包括專用能量采集模塊(2)，它將PT、CT回路電壓、電流電平信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓、電流有效值、視在功率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能數(shù)字量輸給微控制器模塊(3)；其中電流電壓變換電路模塊(1)的輸出接入專用能量采集模塊(2)，專用能量采集模塊(2)的輸出接入微控制器模塊(3)，微控制器模塊(3)的各類輸出分別接入人機(jī)交互模塊(4)、通訊模塊(5)和輸出控制模塊(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的配電變壓器監(jiān)測終端裝置，其特征在于所述的專用能量采集 模塊(2)內(nèi)部集成了模擬信號采樣單元、數(shù)字信號處理單元、電能一頻率轉(zhuǎn)換器電路、通訊 接口電路、時(shí)鐘控制電路、電源管理電路以及參考電壓電路；其中模擬信號采樣單元的輸出 接數(shù)字信號處理單元；數(shù)字信號處理單元的輸出接通訊接口單元、電能——頻率轉(zhuǎn)換器電路; 電源管理電路接模塊內(nèi)的其他所有單元、電路，提供模塊內(nèi)部電源電壓管理；時(shí)鐘控制電路 接模擬信號采樣單元、數(shù)字信號處理單元、通訊接口電路、電能-頻率轉(zhuǎn)換器電路提供操作時(shí) 序；參考電壓電路接模擬信號采樣單元，提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的配電變壓器監(jiān)測終端裝置，其特征在于所述的專用能量采集 模塊(2)提供一個(gè)SPI接口，所有測量參數(shù)都可以通過SPI接口讀出。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的配電變壓器監(jiān)測終端裝置，其特征在于所述的專用能量采集 模塊(2)還包括電壓監(jiān)測電路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電變壓器監(jiān)測終端裝置，其特征在于所述的微控制器模塊 (3)還包括看門狗電路。 .
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種配電變壓器監(jiān)測終端裝置，包括微控制器模塊、電流電壓變換電路模塊、人機(jī)交互模塊、通訊模塊和輸出控制模塊，還包括專用能量采集模塊，它將PT、CT回路電壓、電流電平信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓、電流有效值、視在功率、有功、無功、功率因數(shù)、有功電能、無功電能數(shù)字量，并輸給微控制器模塊。其中電流電壓變換電路模塊的輸出接入專用能量采集模塊，專用能量采集模塊的輸出接入微控制器模塊，微控制器模塊的各類輸出分別接入人機(jī)交互模塊、通訊模塊和輸出控制模塊。本實(shí)用新型大大簡化了監(jiān)測終端裝置的結(jié)構(gòu)，具有采樣轉(zhuǎn)換速度快、精度高和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02J13/00GK201409016SQ20092003704
公開日2010年2月17日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者向方明, 周敏躍, 朱遵義, 李兆揚(yáng), 章小兵 申請人:南京鼎牌電器有限公司