遠程電力監控裝置製造方法
2023-05-20 00:44:46 1
遠程電力監控裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種遠程電力監控設備，包括有數據處理模塊，數據處理模塊的數據採集端與數據採集模塊相連，數據發送端與GPRS控制模塊相連，數據顯示端與顯示模塊相連，數據控制端與控制模塊相連，數據接收端與溫度傳感器、煙霧傳感器及門磁傳感器相連。各模塊的供電由電源模塊提供。本發明可以對變電站進行遠程監控，同步將整個變電站的運行狀態傳回到主控室。在主控室網絡不通，或斷電的情況下，可以通過簡訊來查看變電站的運行狀態。當變電站處於斷電狀態時，該設備會自動啟用備用電源，報警系統仍可維持工作，對變電站的監控力度大大提升。
【專利說明】
遠程電力監控裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電力【技術領域】，具體涉及一種遠程電力監控裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著計算機技術、網際網路技術的應用和普及，越來越多先進技術應用使得電力工業得到了很大的發展，電網規模不斷擴大，電力設備日益增多，需要監控的信息量日益增多，對變電站監控設備及應急維護提出了更高的要求，而現有電網調度自動化監控設備都不能適應日益發展變化的需求，這主要表現在:以前的電力監控設備主要依賴於區域網技術為後臺管理平臺提供信息；已有的電力監控設備中，其供電模塊單一。以上這些缺點對電網的擴展，監察和控制造成了很大的限制。
【發明內容】
[0003]為了突破上述現有技術的限制，本發明的目的在於提供了一種遠程電力監控裝置，包括數據處理模塊、數據採集模塊、電壓電流傳感器模塊、GPRS控制模塊、顯示模塊、存儲器模塊、控制模塊、電源模塊；
電壓電流傳感器模塊、數據採集模塊、數據處理模塊輸入端順次連接，數據處理模塊輸出端與GPRS控制模塊、顯示模塊、存儲器模塊、控制模塊連接；
所述電源模塊包含繼電器，所述電源模塊用於對整個裝置進行供電，並可進行市電與電池供電的切換；
所述電壓電流傳感器模塊用於採集電路中的電流及電壓，並傳輸給數據採集模塊；
數據採集模塊用於對電壓電流電壓電流傳感器模塊的輸出信號進行採集，並將其轉化為數位訊號傳輸給數據處理模塊；
GPRS控制模塊用於進行語音和/或簡訊和/或GPRS數據服務，將所述裝置的信息傳輸給上位機；
控制模塊實現弱電控制強電；
所述數據處理模塊用於將各個傳感器的信號進行處理，將處理後的信息通過GPRS控制模塊進行發送並通過顯示模塊進行顯示。
[0004]進一步的，還包括溫溼度傳感器和/或煙霧傳感器和/或門磁傳感器，所述三個傳感器均與數據處理模塊輸入端連接.進一步的，所述溫溼度傳感器用於檢測變電站的溫溼度；
所述煙霧傳感器用於檢測煙霧，並在有煙霧時進行報警；
門磁傳感器用於感應監控門的開關狀態。
[0005]進一步的，所述電源模塊包括太陽能電池板、MCU、鋰電池、電池充電保護電路、電源供電選擇電路、DC12/ DC5模塊、AD/DC模塊、濾波電路、反向保護電路；
鋰電池、電池充電保護電路、電源供電選擇電路、DC12/ DC5模塊順次連接；
AD/DC模塊、濾波電路、反向保護電路順次連接； 所述反向保護電路的輸出端分別與+5V端子、+15V / +12V端子、-15V端子連接，+5V端子的輸出端還與電源供電選擇電路、DC5/ DC4模塊連接，DC12/ DC5模塊輸出端與+5V端子的輸入端連接；
所述MCU用於在市電工作正常的情況下，定期為鋰電池放電；
所述電源供電選擇電路用於切換市電工作模式和鋰電池工作模式；
所述濾波電路用於濾除AD/DC模塊輸出電流中的高頻噪聲；
5V端子、+4V端子分別為其他模塊提供5V電源接口、4V電源接口 ；
AD/DC模塊將220V交流電轉換為正負15V和正5V直流電壓；
反向保護電路用於防止電源接反燒毀；
+15V/+12V端子用於在市電工作模式下提供15V接口，在電池工作模式下提供12V接□。
[0006]進一步的，電源供電選擇電路包括繼電器、二極體，所述繼電器用於切換電源模塊的市電工作模式和鋰電池工作模式。
[0007]進一步的，所述GPRS控制模塊包括GSM晶片，所述GSM晶片與開機/關機電路和/或通信卡座連接，開機/關機電路用於實現該模塊的開啟和關閉，所述通信卡座用於插入通信卡實現裝置的通信。
[0008]進一步的，所述GSM晶片還有RTC後備電池和/或工作指示燈。
[0009]進一步的，所述GPRS控制模塊還設置有工作指示燈和/或RS232接口和/或SMA天線接口和/或耳機接口和/或麥克風接口和/或網絡指示燈接口。
[0010]進一步的，控制模塊包括光耦、繼電器、續流二極體、繼電器驅動電路，所述光耦用於將數據處理模塊與繼電器驅動電路隔離、繼電器驅動電路用於驅動繼電器。
[0011]進一步的，所述數據處理模塊包括MCU及與MCU連接的復位電路、LED模塊、存儲器模塊、所述MCU設置有啟動模式設置接口、顯示模塊接口 ；
所述啟動模式設置接口用於設置MCU的啟動方式；
存儲器模塊用於觸控螢幕校準參數存儲及網絡通信參數存儲；
LED模塊通過程序控制表示整個模塊的工作狀態。
[0012]本發明的有益效果為:
本發明可以對變電站進行遠程監控，GPRS控制模塊同步將整個變電站的運行狀態傳回到主控室。在主控室網絡不通，或斷電的情況下，可以通過簡訊來查看變電站的運行狀態。當變電站處於斷電狀態時，該設備會自動啟用備用電源，報警系統仍可維持工作，對變電站的監控力度大大提升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明原理框圖。
[0014]圖2為電源模塊示意框圖。
[0015]圖3為電源供電選擇電路。
[0016]圖4為數據採集模塊電路。
[0017]圖5為GPRS控制模塊示意圖。
[0018]圖6為數據處理模塊結構框圖。
[0019]圖7為顯示模塊的引腳接口示意圖。
[0020]圖8為控制模塊驅動電路。
[0021]圖9為溫溼度傳感器電路圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示為本發明所述裝置原理框圖，本發明由數據處理模塊、數據採集模塊、電壓電流電壓電流傳感器模塊、GPRS控制模塊、顯示模塊、存儲器模塊、控制模塊、溫度傳感器、煙霧傳感器、門磁傳感器、電源模塊構成。
[0023]電壓電流電壓電流傳感器模塊、數據採集模塊、數據處理模塊輸入端順次連接，數據處理模塊輸出端與GPRS控制模塊、存儲器模塊、顯示模塊、控制模塊連接.所述電源模塊用於對整個裝置進行供電，並可進行市電與電池供電的切換；
所述電壓電流電壓電流傳感器模塊用於採集電路中的電流及電壓，並傳輸給數據採集模塊；
數據採集模塊用於對電壓電流電壓電流傳感器模塊的輸出信號進行採集，並將其轉化為數位訊號傳輸給數據處理模塊；
GPRS控制模塊用於進行語音和/或簡訊，以及將裝置的信息傳輸給上位機的GPRS數據服務；
控制模塊用於控制繼電器，從而實現強電電路的通斷；
所述數據處理模塊用於將各個傳感器的信號進行處理，將處理後的信息通過GPRS控制模塊進行發送並通過顯示模塊進行顯示。
[0024]下面對各個部分分別進行介紹。
[0025]1.電源模塊
該遠程電力監控設備的電源模塊為整個設備供電。
[0026]該電源模塊為雙電源切換電源，可進行電池供電與市電供電的轉換。
[0027]如圖2所示，所述電源模塊包括所述電源模塊包括太陽能電池板、MCU、鋰電池、電池充電保護電路、電源供電選擇電路、DC12/DC5模塊、AD/DC模塊、濾波電路、反向保護電路；
鋰電池、電池充電保護電路、電源供電選擇電路、DC12/DC5模塊順次連接；
AD/DC模塊、濾波電路、反向保護電路順次連接；
所述反向保護電路的輸出端分別與+5V端子、+15V/+12V端子、-15V端子連接，+5V端子的輸出端還與電源供電選擇電路、DC5/ DC4模塊連接，DC12/ DC5模塊輸出端與+5V端子的輸入端連接。
[0028]電源模塊的工作原理為:電源模塊中，太陽能電池板在有光照的情況下為鋰電池充電。MCU會在市電工作正常的情況下，定期為電池放電，保護電池。鋰電池進行蓄電，在市電不工作的情況下為設備提供12V的電源。電池保護電路主要有兩個功能，一是在太陽能電池板對電池充電時，防止過充，二是在電池工作時，防止因電池過放對電池造成損傷。電源選擇電路用於切換市電工作模式和鋰電池工作模式。DC12/DC5模塊將12V轉為5V。5V端子為其他各模塊提供5V電源接口，AC提供220V的交流；AD/DC模塊將220V交流電轉換為正負15V和正5V直流電壓，濾波電路用來濾除高頻噪聲，降低紋波。反向保護電路防止電源接反燒毀電路。+15V/+12V端子在市電工作模式下提供15V接口，在電池工作模式下提供12V接口。DC5/DC4模塊將5V轉換為12V。+4V端子為設備提供+4V接口。
[0029]下面再對電源供電選擇電路進行詳細介紹:
如圖3所示電源供電選擇電路包括繼電器、二極體，所述繼電器5端接地，I端與+5V端子連接，4端連接DC12/ DC5模塊，3端連接電池充電保護電路，所述繼電器用於切換電源模塊的市電工作模式和鋰電池工作模式。
[0030]其工作原理為:
在市電工作模式下，為繼電器KO提供5V的電源，繼電器KO的4引腳與3引腳斷開，鋰電池不接入設備。當市電異常，無法為繼電器KO提供5V電源時，繼電器KO的4引腳與3引腳閉合，鋰電池接入設備為設備供電，進入鋰電池工作模式。在市電正常時，自動返回市電工作模式。
[0031]2.數據採集模塊
如圖4所示，數據採集模塊包括一個AD轉換器及其外圍電路。所述AD轉換器為使用8路同步採樣輸入的AD轉換器AD7606，其對霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器轉換後的電壓進行採集，並將其轉換為16位的數位訊號傳送給數據處理模塊的MCUJD7606通過L2、C12、L3、C13供電，L2、L3為磁珠，用於抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰幹擾，還具有吸收靜電脈衝的能力，去除電源電路對AD7606模擬信號的影響。C12、C13、C21為去耦電容，濾除電源信號對AD7606的幹擾，使AD7606穩定、精確的工作。R12為下拉電阻，將AD7606的PAR/SER/BYTE SEL引腳置於低電平，使其工作在並行接口模式。CNl為數據採集輸入端，連接電流、電壓傳感器，輸入信號。
[0032]3.GPRS控制模塊
GPRS控制模塊主要負責語音/簡訊/GPRS數據服務。如圖5所示，GPRS控制模塊包括GSM晶片，所述GSM晶片與開機/關機電路和/或通信卡座連接，開機/關機電路用於實現該模塊的開啟和關閉，所述無線通信卡座用於插入通信卡從而實現裝置與其他設備的通?目。
[0033]優選的，所述GSM晶片還有RTC後備電池和/或工作指示燈。
[0034]更優選的，所述GPRS控制模塊還設置有工作指示燈和/或RS232選擇接口連接和/或SMA天線接口和/或耳機接口和/或麥克風接口和/或網絡指示燈接口。
[0035]其工作原理為:
GSM模塊核心為SMCOM (希姆通)公司的SM900A模塊(見圖5中U13)，SIM900A採用工業標準接口，工作頻率為900Mhz或1800MHz，內嵌TCP/IP協議，可以低功耗實現語音、簡訊(SMS)、數據和傳真信息的傳輸。+4V電源輸入接口為GPRS控制模塊提供電源。SMA天線接口用於連接外部天線。工作指示燈用於指示模塊的上電工作狀態，當模塊通電的時候該燈亮，否則滅。開機/關機電路連接SIM900A模塊的PWRKEY引腳，實現對模塊的開關機控制。本發明的開機/關機電路設置按鍵，按下按鍵I秒，然後釋放，可以實現開啟模塊。同樣，在模塊開啟的情況下，按下該鍵至少I秒，即可關閉模塊。ATK-SM900A模塊上電後，SM900A模塊默認是關閉的，需要長按(IS左右)該按鍵，才能開啟SM900A模塊。也可以用MCU來模擬該按鍵過程進行自動重啟。RTC後備電池採用SMCOM公司的XH414H-1V01E作為SM900A模塊的RTC後備電池，XH414H具有尺寸小，容量大，可反覆充放電的特點，能維持RTC的長時間掉電運行。翻蓋式SIM卡座用於安裝SIM卡。RS232選擇接口用於選擇RS232串口連接到SM900A的通信埠，也可以進行調試(Debug)埠。RS232串口用於連接PC或工控機等設備的串口，實現對SIM900A的控制，ATK-SIM900A模塊選擇SP3232作為電平轉換晶片，實現SM900A的RS232串口。麥克風接口、耳機接口用於實現語音通話功能。網絡狀態指示燈於指示網絡狀態。
[0036]4.數據處理模塊
數據處理模塊如圖6所示，包括一個MCU及與MCU連接的復位電路、LED模塊、存儲器模塊，所述MCU設置有啟動模式設置接口、顯示模塊接口。
[0037]由STM32F103ZETT6作為數據處理模塊的MCU，在MCU的後備區域供電腳BATl腳的供電採用CR1220紐扣電池和VCC3.3混合供電的方式，在有外部電源(VCC3.3)的時候，CR1220不給VBAT供電，而在外部電源斷開的時候，則由CR1220給其供電。這樣，BATl總是有電的，以保證RTC的走時以及後備寄存器的內容不丟失。
[0038]復位電路主要提供手動復位。
[0039]啟動模式設置接口用於設置STM32的啟動方式，方便調試使用。5.顯示模塊顯示模塊使用的4.3寸總線型TFT液晶模塊MD043SD，該模塊由TFT液晶，SPI FLASH、
SD卡構成。該模塊的引腳連接如圖7所示。圖中的F_CS引腳用來使能SPI FLASH晶片，其信號為W25Q64。該晶片的容量為64Mb，也就是8M字節。該晶片和SD卡共用一個SPI，通過片選來選擇使用某個器件，在使用其中一個器件時，則要求禁止另一個器件的片選信號。圖中的SD_CS則是用來用來使能SD卡。圖中的T_MIS0/T_M0SI/T_PEN/T_CS/T_CS用來實現對液晶觸控螢幕的控制。LCD_A則控制LCD的背光。剩餘的埠則是對TFT液晶的控制。
[0040]6.控制模塊
控制模塊主要是對繼電器的控制，從而起到對強電電路的通斷進行控制。如圖8所示，包括繼電器、繼電器驅動電路、光耦、續流二極體。如圖8所示，UlO為光耦EL817，將數據處理模塊的MCU與繼電器驅動電路隔離，保護MCU。R13，R16，Q5構成繼電器驅動電路，提供足夠的電流驅動繼電器。續流二極體Dll在此起到續流作用。K6為繼電器。P7為電源輸入及繼電器控制輸出引腳。
[0041]7.存儲器模塊
存儲器模塊由EEPROM、FLASH、SD卡構成，EEPROM為2塊24C02晶片，該晶片的容量為2Kb，也就是256個字節。其中I片用於觸控螢幕校準參數存儲，另一片用於網絡通信IP位址、埠號、DNS等參數存儲。FLASH為W25Q64晶片，主要是存儲字庫使用。SD卡則是方便調試階段為FLASH燒寫字庫而設置。
[0042]8.電壓電流傳感器模塊
包括霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器。下面分別介紹。
[0043]霍爾電壓傳感器採用宇波模塊，型號為CHV-25P/400，CHV-25P/400為閉環霍爾電壓傳感器，額定電壓為400V，原邊被測電壓與副邊輸出信號電氣隔離，轉換率為2500:1000，輸出額定值5V，對應原邊額定電壓，進行隔離測量；工作電壓為正負15V。
[0044]霍爾電流傳感器使用利用霍爾原理製造的LA-55P，將檢測到的電路中的電流轉換為線性電壓，傳給AD7606採集。
[0045]9.溫溼度傳感器溫溼度傳感器使用的Sensir1n溫溼度傳感器家族中的SHTlx。該傳感器將傳感元件一個電容性聚合體測溼敏感元件、一個用能隙材料製成的測溫元件和信號處理器14位的A/D轉換器以及串行接口電路實現無縫連接集成在一塊微型電路板上，將溫溼度轉換為標定的數位訊號輸出。其電路連接圖如圖9所示:SHTlx的供電電壓範圍為2.4-5.5V，本設計使用電壓為3.3V。在電源引腳(VDD，GND)之間10nF的電容C68，用以去耦濾波，3.3V電源引腳與DATA引腳之間1K的電阻R55，用以將不確定的信號鉗位在高電平，同時起到限流作用。
[0046]10.煙霧傳感器
煙霧傳感器使用的是RS812A煙霧感應探測器，該探測器擁有紅外光電傳感器，採用微處理器控制，自我檢測，穩定可靠，有線聯網輸出NC/N0及LED指示報警。工作電壓為
DC8V-35V (設計採用15V)，當20平方米內檢測到有煙霧時，繼電器閉合，同時LED指示報
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目O
[0047]11.門磁傳感器門磁傳感器使用的是MC-58常開常閉兼容型，可以根據安防行業的定義選擇兩種模式:
常開型:門磁與幹簧管合併時，線路處於斷開狀態。分開時，線路處於導通狀態。
[0048]常閉型:門磁與幹簧管合併時，線路處於導通狀態。分開時，線路處於斷開狀態。
[0049]本發明的有益效果為:
本發明可以對變電站進行遠程監控，GPRS控制模塊同步將整個變電站的運行狀態傳回到主控室。在主控室網絡不通，或斷電的情況下，可以通過簡訊來查看變電站的運行狀態。當變電站處於斷電狀態時，該設備會自動啟用備用電源，報警系統仍可維持工作，對變電站的監控力度大大提升。
【權利要求】
1.一種遠程電力監控裝置，其特徵在於:包括數據處理模塊、數據採集模塊、電壓電流傳感器模塊、GPRS控制模塊、顯示模塊、存儲器模塊、控制模塊、電源模塊； 電壓電流傳感器模塊、數據採集模塊、數據處理模塊輸入端順次連接，數據處理模塊輸出端與GPRS控制模塊、顯示模塊、存儲器模塊、控制模塊連接； 所述電源模塊包含繼電器，所述電源模塊用於對整個裝置進行供電，並可進行市電與電池供電的切換； 所述電壓電流傳感器模塊用於採集電路中的電流及電壓，並傳輸給數據採集模塊； 數據採集模塊用於對電壓電流電壓電流傳感器模塊的輸出信號進行採集，並將其轉化為數位訊號傳輸給數據處理模塊； GPRS控制模塊用於進行語音和/或簡訊和/或GPRS數據服務，將所述裝置的信息傳輸給上位機； 控制模塊實現弱電控制強電； 所述數據處理模塊用於將各個傳感器的信號進行處理，將處理後的信息通過GPRS控制模塊進行發送並通過顯示模塊進行顯示。
2.如權利要求1所述的遠程電力監控裝置，其特徵在於:還包括溫溼度傳感器和/或煙霧傳感器和/或門磁傳感器，所述三個傳感器均與數據處理模塊輸入端連接。
3.如權利要求2所述的遠程電力監控裝置，其特徵在於:所述溫溼度傳感器用於檢測變電站的溫溼度； 所述煙霧傳感器用於檢測煙霧，並在有煙霧時進行報警； 門磁傳感器用於感應監控門的開關狀態。
4.如權利要求1所述的遠程電力監控裝置，其特徵在於:所述電源模塊包括太陽能電池板、MCU、鋰電池、電池充電保護電路、電源供電選擇電路、DC12/ DC5模塊、AD/DC模塊、濾波電路、反向保護電路； 鋰電池、電池充電保護電路、電源供電選擇電路、DC12/ DC5模塊順次連接； AD/DC模塊、濾波電路、反向保護電路順次連接； 所述反向保護電路的輸出端分別與+5V端子、+15V / +12V端子、-15V端子連接，+5V端子的輸出端還與電源供電選擇電路、DC5/ DC4模塊連接，DC12/ DC5模塊輸出端與+5V端子的輸入端連接； 所述MCU用於在市電工作正常的情況下，定期為鋰電池放電； 所述電源供電選擇電路用於切換市電工作模式和鋰電池工作模式； 所述濾波電路用於濾除AD/DC模塊輸出電流中的高頻噪聲； 5V端子、+4V端子分別為其他模塊提供5V電源接口、4V電源接口 ； AD/DC模塊將220V交流電轉換為正負15V和正5V直流電壓； 反向保護電路用於防止電源接反燒毀； +15V/+12V端子用於在市電工作模式下提供15V接口，在電池工作模式下提供12V接□。
5.如權利要求4所述的遠程電力監控裝置，其特徵在於:電源供電選擇電路包括繼電器、二極體，所述繼電器用於切換電源模塊的市電工作模式和鋰電池工作模式。
6.如權利要求1所述的遠程電力監控裝置，其特徵在於:所述GPRS控制模塊包括GSM晶片，所述GSM晶片與開機/關機電路和/或通信卡座連接，開機/關機電路用於實現該模塊的開啟和關閉，所述通信卡座用於插入通信卡實現裝置的通信。
7.如權利要求6所述的遠程電力監控裝置，其特徵在於:所述GSM晶片還有RTC後備電池和/或工作指示燈。
8.如權利要求6或7所述的遠程電力監控裝置，其特徵在於:所述GPRS控制模塊還設置有工作指示燈和/或RS232接口和/或SMA天線接口和/或耳機接口和/或麥克風接口和/或網絡指示燈接口。
9.如權利要求1所述的遠程電力監控裝置，其特徵在於:控制模塊包括光耦、繼電器、續流二極體、繼電器驅動電路，所述光耦用於將數據處理模塊與繼電器驅動電路隔離、繼電器驅動電路用於驅動繼電器。
10.如權利要求1所述的遠程電力監控裝置，其特徵在於:所述數據處理模塊包括MCU及與MCU連接的復位電路、LED模塊、存儲器模塊、所述MCU設置有啟動模式設置接口、顯示模塊接口 ； 所述啟動模式設置接口用於設置MCU的啟動方式； 存儲器模塊用於觸控螢幕校準參數存儲及網絡通信參數存儲； LED模塊通過程序控制表示整個模塊的工作狀態。
【文檔編號】H02J13/00GK104269927SQ201410530344
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】費旭兵, 張雙, 鄭樂燕, 張冬, 王勝, 柳建, 時興強, 徐晶, 朱靜, 賈國強 申請人:長城電器集團樂山寧格朗電氣有限責任公司