CN101604874B - 户外型开关状态提醒装置 - Google Patents

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Abstract

户外型开关状态提醒装置，包括依次连接的电源模块、稳压电路、开关电路模块、A/D转换芯片、处理主机和GSM通信模块，开关电路模块包括八个开关电路，各开关电路分别与稳压电路和A/D转换芯片相连接，处理主机采用单片机MSP430F247。本发明提醒装置对户外开关柜线路进行实时监测，可充分掌握开关柜的变化并做出相应的措施，提高供电设备运行的高效率性；同时，可全面收集和长期积累开关柜的状态变化信息，为输电线路设计、开关柜运行维护提供了基础。

Description

户外型开关状态提醒装置
技术领域
本发明属于输变电设备状态实时监测领域，涉及一种户外型开关状态提醒装置。
背景技术
电力开关柜一般放在野外，以往电力开关柜只能通过人力不断的查询观察来得知当前状况，缺乏实时监测的手段，当开关柜状态发生变化而人力的监测没有到位时，对开关柜的监测就失去了意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种户外型开关状态提醒装置，能实时监测户外开关的状态，避免了户外开关状态发生变化而监测不到位时引发输变电系统事故的问题。
本发明所采用的技术方案是，户外型开关状态提醒装置，包括依次连接的电源模块、稳压电路、开关电路模块、A/D转换芯片、处理主机和GSM通信模块，开关电路模块包括八个开关电路，各开关电路分别与稳压电路和A/D转换芯片相连接，处理主机采用单片机MSP430F247。
本发明的特征还在于，
开关电路的结构包括：由发光二极管和光敏三极管组成的光耦合器，发光二极管的负极与开关相连接，发光二极管的正极与电阻R1串联，电阻R1接12V电压，光敏三极管的集电极输出集电极电流，光敏三极管的发射极分别与处理主机的I/O口和负载电阻R2相连接，负载电阻R2接地。
光耦合器采用TLP521。
电源模块的结构包括：太阳能电池的正极与蓄电池的正极相连接，蓄电池的正极分别与比较器的正向输入端、比较器的VCC引脚、长供5V电源芯片和可控5V电源芯片相连接，比较器的反向输入端与3V稳压管相连接，比较器的输出端分别与定时器和三极管的基极相连接，三极管的集电极分别与长供5V电源芯片和可控5V电源芯片相连接，三极管的发射极分别与比较器的-VCC引脚、太阳能电池的负极和蓄电池的负极相连接。
GSM通信模块包括16位微控制器MSP430F和GSM网络引擎TC35i。
本发明提醒装置具有以下优点：
1.采用无线网络的方式实现监测仪与专家监控中心的互连通信。不受物理空间的限制和电磁场的干扰，很好的解决了监测仪与专家监控之间的无线通信问题。
2.可同时测量多个开关状态量，实现了多个开关设备之间状态的比较。良好的可扩充性使得本装置可以适应在线监测的需要，也可作为一般的带电检测之用。
3.在硬件设计上，实现整机高屏蔽、高密封设计，具有良好的耐高温，耐腐蚀性能，保证了系统在高压环境下测得信号的准确性，采用光耦电路，增强了装置的抗干扰性能，并有效防止了装置的死机。
附图说明
图1是本发明提醒装置一种实施例的结构示意图；
图2是本发明提醒装置中开关电路的结构示意图；
图3是本发明提醒装置中电源模块的结构示意图。
图中，1.电源模块，2.稳压电路，3.开关电路模块，4.A/D转换芯片，5.处理主机，6.GSM通信模块，7.开关电路，8.光耦合器，9.蓄电池，10.太阳能电池，11.3V稳压管，12.定时器，13.可控5V电源芯片，14.长供5V电源芯片，15.三极管，16.比较器。
其中，8-1.发光二极管，8-2.光敏三极管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提醒装置一种实施例的结构，如图1所示，包括依次连接的电源模块1、稳压电路2、开关电路模块3、A/D转换芯片4、处理主机5和GSM通信模块6。开关电路模块3包括八个开关电路7，各开关电路7分别与稳压电路2和A/D转换芯片4相连接。
处理主机5采用单片机MSP430F247，该单片机实时采集开关状态变化的信号，并及时将采集到的数据传输给GSM通信模块6，GSM通信模块6通过手机短信的方式，将开关状态信息传输给预先设定号码的手机。单片机MSP430F247组合了一个闪速存储控制器，此控制器允许从同一个闪速模块中执行代码，同时由软件修改数据或重新编程代码段，所以自动可编程性比较强。处理主机5与GSM通信模块6通过串口连接。
本发明提醒装置开关电路模块3中包含有八个开关电路7，每个开关电路7的结构相同，如图2所示，包括光耦合器8，光耦合器8采用TLP521，光耦合器8包括发光二极管8-1和光敏三极管8-2，发光二极管8-1的负极与开关“SW0”相连接，发光二极管8-1的正极与电阻R1串联，电阻R1接12V电压，光敏三极管8-2的集电极输出集电极电流，光敏三极管8-2的发射极分别与处理主机5的I/O口和负载电阻R2相连接，负载电阻R2接地。
光耦合器8中的发光二极管8-1用于传递模拟信号，光敏三极管8-2为光接收器，用于接收光信号。输入的电信号(开关状态信号)通过发光二极管8-1时，使发光二极管8-1发出一定波长的光，该光源照射到光敏三极管8-2的表面，使光敏三极管8-2产生集电极电流，该电流的大小与光照强弱，即流过二极管的正向电流的大小成正比，通过发光二极管8-1和光敏三极管8-2完成电柟鈻电的转换，起到输入、输出、隔离的作用。光耦合器8的输入端和输出端之间通过光信号传输，因而该输入端和输出端之间在电气上完全隔离，没有电信号的反馈和干扰，故性能稳定，抗干扰能力强。发光二极管8-1和光敏三极管8-2之间的耦合电容小(2pf左右)、耐压高(2.5KV左右)，使得共模抑制比很高。光耦合器8输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。此外，光耦合器8的输入电阻小，对高内阻源的噪声相当于被短接。因此，由光耦合器构成的模拟信号隔离电路具有优良的电气性能。经过光耦隔离后输出的电信号(开关状态信号)传送到处理主机5的I/O口。
本提醒装置中电源模块1的结构，如图3所示，包括太阳能电池10，太阳能电池10的正极与蓄电池9的正极相连接，蓄电池9的正极分别与比较器16的正向输入端、比较器16的VCC引脚、长供5V电源芯片14和可控5V电源芯片13相连接，比较器16的反向输入端与3V稳压管11相连接，比较器16的输出端分别与定时器12和三极管15的基极相连接，三极管15的集电极分别与长供5V电源芯片14和可控5V电源芯片13相连接，三极管15的发射极分别与比较器16的-VCC引脚、太阳能电池10的负极和蓄电池9的负极相连接。
太阳能电池10向蓄电池9充电，蓄电池给整个装置提供电源，比较器是用来保护蓄电池过放电，当电压低于一定值的时候，比较器的输出反相，从而切断了蓄电池的放电达到保护蓄电池的目的，定时器作为看门狗定时复位硬件电路，一方面防止死机，另一方面在复位的前五分钟GSM模块处于工作状体，可以接受基站发来的设置短信。长供5伏电源芯片提供GSM以外部分的电源，可供5伏电源芯片给GSM提供电源，GSM通常状况下是掉电的，这样保证了装置的最低功耗。
GSM通信模块6包括16位微控制器MSP430F和GSM网络引擎TC35i。16位微控制器MSP430F与GSM网络引擎TC35i电连接。
微控制器MSP430F低功耗、高性能，具有较为丰富的片上资源，适合嵌入式产品。其特点如下：32KB可在系统中编程(ISP)的片内Flash和可在应用中编程(IAP)的8KB RAM，具有向量中断控制器；2个DART，2个I2C串行接口，2个SPI串行接口，2个定时器(7个捕获/比较通道)，PWM单元可提供多达6个PWM输出，8通道10位ADC，实时时钟RTC，看门狗定时器WDT，48个通用I/O引脚；CPU时钟高达60MHz，具有片内晶体振荡器和片内PLL。控制器MSP430F有40个引脚，通过一个ZIF(ZeroInsertionForce，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。第1～14引脚为电源部分：其中，第1～5引脚为电源电压输入端BATT+，第6～10引脚为电源地GND，第11引脚和地12引脚为充电引脚，第13引脚为对外输出电压(供外电路使用)，第14引脚为BATT_TEMP，接负温度系数的热敏电阻。第24～29引脚为SIM卡引脚，分别为CCIN(SIM卡有无检测)、CCRST(复位)、CCIO(数据)、CCCLK(时钟)、CCVCC(电源：2.9V)和CCGND(地)。第33～40引脚为语音接口，用来接电话手柄。第15、30、31和32引脚为控制部分：其中，第15引脚为点火线IGT(Ignition)，当GSM网络引擎TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动；第30引脚为VDDLP，第31引脚为EMERGOFF，第32引脚为SYNC。第16～23引脚为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RXD0、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。微控制器MSP430F通过串口进行AT命令的发送和数据的传输。
GSM网络引擎TC35i的主要特性与技术指标包括：(1)频段为双频GSM900MHz和GSM1800MHz(phase 2/2+)；(2)支持数据、语音、短消息和传真；(3)高集成度(54.5mm×36mm×6mm)；(4)质量为9g；(5)电源电压为单一电压3.3～4.8V；(6)可选波特率300bps～115kbps，动波特率4.8～115kbps；(7)电流消耗：体眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，峰值为2.5A；(8)温度范围：正常操作-20oC～+55℃，存放-30℃～+85℃；(9)SIM电压为3V/1.8V。
本发明提醒装置的工作过程：
当开关状态发生变化时，处理主机5及时采集开关状态的变化信号，读取开关状态值，并将当前状态和前一状态做比较，找出变化位，读取对应开关设定的关联参数，显示状态变化，读取设定的手机号码，通过GSM通信模块6将开关状态变化以短消息模式发送至设定号码的手机，提醒专业人员或管理员。专业人员或管理员通过手机短信及时了解开关的状态信息，对开关柜的运行状态进行单独或全面的查询、分析，并进一步改善开关柜的运行。
本发明提醒装置对户外开关柜线路进行实时监测，可充分掌握开关柜的变化并做出相应的措施，提高供电设备运行的高效率性；同时，可全面收集和长期积累开关柜的状态变化信息，为输电线路设计、开关柜运行维护提供了基础。

Claims (3)

1.户外型开关状态提醒装置，其特征在于，包括依次连接的电源模块（1）、稳压电路（2）、开关电路模块（3）、A/D转换芯片（4）、处理主机（5）和GSM通信模块（6），开关电路模块（3）包括八个开关电路（7），各开关电路（7）分别与稳压电路（2）和A/D转换芯片（4）相连接，处理主机（5）采用单片机MSP430F247；
所述开关电路（7）的结构包括：由发光二极管（8-1）和光敏三极管（8-2）组成的光耦合器（8），发光二极管（8-1）的负极与开关相连接，发光二极管（8-1）的正极与电阻R1串联，电阻R1接12V电压，光敏三极管（8-2）的集电极输出集电极电流，光敏三极管（8-2）的发射极分别与处理主机（5）的I/O口和负载电阻R2相连接，负载电阻R2接地；
所述电源模块（1）的结构包括：太阳能电池（10）的正极与蓄电池（9）的正极相连接，蓄电池（9）的正极分别与比较器（16）的正向输入端、比较器（16）的VCC引脚、长供5V电源芯片（14）和可控5V电源芯片（13）相连接，比较器（16）的反向输入端与3V稳压管（11）相连接，比较器（16）的输出端分别与定时器（12）和三极管（15）的基极相连接，三极管（15）的集电极分别与长供5V电源芯片（14）和可控5V电源芯片（13）相连接，三极管（15）的发射极分别与比较器（16）的-VCC引脚、太阳能电池（10）的负极和蓄电池（9）的负极相连接。
2.按照权利要求1所述的提醒装置，其特征在于，所述的光耦合器（8）采用TLP521。
3.按照权利要求1所述的提醒装置，其特征在于，所述的GSM通信模块（6）包括16位微控制器MSP430F和GSM网络引擎TC35i。
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