CN103561251B - 电力采集与计量设备的图像采集电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力采集与计量设备的图像采集电路，包括微处理器U1、电源电路、摄像装置、无线通信电路、RS232通信电路、红外发射电路和红外接收电路和指示灯控制电路；摄像装置包括图像拍摄电路；无线通信电路包括GPRS模块和SIM电路；微处理器U1和摄像装置均与电源电路相连接；摄像装置通过RS232通信电路与微处理器U1相连接；GPRS模块、RS232通信电路、红外发射电路和红外接收电路和指示灯控制电路均与微处理器U1相连接；SIM电路与GPRS模块相连接。本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路，具有可对采集终端设备或电力计量设备的图像进行实时采集、随时获取电力采集与计量设备的状态、减轻了工作人员的负担等优点。

Description

电力采集与计量设备的图像采集电路

技术领域

本发明涉及一种电力采集与计量设备的图像采集电路，尤其是一种用于获取电力采集与计量设备的实时图像的图像采集电路。

背景技术

目前，随着国家电网“智能电网”项目如火如荼的建设，作为智能电网一部分的智能电力计量设备被广泛的安装在城乡企业与居民家庭中。

作为企业与居民家庭电力计量与结算的主要设备依据，智能电力计量设备的用电指数通过采集终端设备(专变终端或集中器等)上传到网省公司的用电信息采集系统，用电采集系统归并分析数据后上传抄读数据给营销系统进行用户用电费用结算。由于用电设备指数到用电结算需经过采集终端设备(采集器、专变终端或集中器等)、网省公司“电力用户用电信息采集系统”、营销系统等过程，为保证数据的一致性与准确性，需通过一些技术手段监控检测数据的准确性与一致性。当采集终端设备或电力计量设备出现异常时，为确保设备的性能、完整或改动等现场问题时，需要一种监控手段以及图片识别手段对采集终端或计量设备进行监控。

目前，电力系统中尚没有对采集终端设备或电力计量设备的图像监控装置。在采集终端设备或电力计量设备发生异常时，因而很难发现采集终端设备或电力计量设备出现异常的原因，给故障排除带来困难，影响了用电信息采集系统的采集的数据的可靠性。一旦采集终端设备或电力计量设备发生异常，要想得知采集终端设备或电力计量设备的是否完整、是否被破坏或损坏或者是否被改动等情况，只能派遣工作人员到设备所在处亲自查看，智能化程度较低。在比较偏远或路途较远的地区，要查看设备需要大量的人力物力。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种电力采集与计量设备的图像采集电路，以便于对采集终端设备或电力计量设备的图像进行实时采集。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

电力采集与计量设备的图像采集电路，其结构特点是，包括微处理器U1、电源电路、摄像装置、无线通信电路、RS232通信电路、红外发射电路和红外接收电路和指示灯控制电路；所述摄像装置包括图像拍摄电路；所述无线通信电路包括GPRS模块和SIM电路；

所述微处理器U1和摄像装置均与所述电源电路相连接；所述摄像装置通过所述RS232通信电路与所述微处理器U1相连接；所述GPRS模块、RS232通信电路、红外发射电路和红外接收电路和指示灯控制电路均与所述微处理器U1相连接；所述SIM电路与所述GPRS模块相连接。

本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的结构特点也在于：

所述的电力采集与计量设备的图像采集电路还包存储电路，所述存储电路与所述微处理器U1相连接；所述存储电路包括存储芯片U2、电容C1和电容C2；所述存储芯片U2与所述微处理器U1相连接，所述电容C1和电容C2均与所述存储芯片U2相连接。

所述电源电路包括稳压芯片U3、稳压器U4、电容C3、电容C4和电解电容E1～E4；所述电容C3、电容C4、电解电容E1～E3均与所述稳压芯片U3相连接；所述电解电容E4的一端与所述稳压器U4相连接，所述电解电容E4的另一端接地。

所述图像拍摄电路包括用于拍摄电力采集与计量设备的图像的摄像芯片U5、电容C5～C12、电解电容E5～E7、电阻R1～R2和晶振Y1；所述电容C5和电阻R1相连接的公共点与摄像芯片U5相连接；所述电容C6与摄像芯片U5相连接；所述电容C7和电解电容E5相并联连接后与摄像芯片U5相连接；所述电容C8和电解电容E6相并联连接后与摄像芯片U5相连接；所述电容C9和C10分别连接在晶振Y1的两端，晶振Y1的两端均与所述摄像芯片U5相连接；所述电容C11、C12、电解电容E7相并联连接后与摄像芯片U5相连接；所述电阻R2的一端与摄像芯片U5相连接，另一端连接电源VDD。

所述无线通信电路包括无线通信芯片U6、SIM卡芯片U7、电容C13～C16、电阻R3～R5；无线通信芯片U6与与微处理器U1相连接；

所述电容C13通过所述电阻R3与SIM卡芯片U7相连接；所述电容C14通过所述电阻R4与SIM卡芯片U7相连接；所述电容C15与SIM卡芯片U7相连接；所述电阻R5与电容C16相连接，且所述电阻R5与电容C16之间的连接点与SIM卡芯片U7相连接；无线通信芯片U6与SIM卡芯片U7之间相连接。

所述RS232通信电路包括串口通信芯片U9、电容C17～C21和连接端子J1；所述电容C17～C21和连接端子J1均与所述串口通信芯片U9相连接，所述串口通信芯片U9与微处理器U1相连接。

所述红外发射电路包括红外发射管D1、三极管Q1、三极管Q2、电阻R12～R14；所述电阻R12的一端连接电源VDD3.3V，另一端通过红外发射管D1与所述三极管Q1的发射极相连接；所述电阻R13的一端与所述微处理器U1相连接，另一端与三极管Q1的基极相连接；所述电阻R14的一端与所述微处理器U1相连接，另一端与三极管Q2的基极相连接；所述三极管Q1的集电极与所述三极管Q2的集电极相连接，所述三极管Q2的发射极接地；

所述红外接收电路包括红外接收管LE1、电容C15～C16、电阻R15～R16；所述电容C15、C16相互并联连接后的一端接地，另一端与所述电阻R15和R16相连接；所述电阻R15和R16均与所述红外接收管LE1相连接，所述电阻R15和红外接收管LE1之间的连接点与所述微处理器U1相连接。

所述指示灯控制电路包括二极管D2～D5、电阻R19～R22；所述二极管D2与电阻R19相串联连接，所述二极管D3与电阻R20相串联连接，所述二极管D4与电阻R21相串联连接，所述二极管D5与电阻R22相串联连接。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路，通过无线通信电路接收控制中心的指令，根据指令信息发送拍照指令给图像拍摄电路，获取计量设备的图像并传输给控制中心，由控制中心根据图像对电力采集与计量设备状态进行识别和判断，从而避免了派遣工作人员到现场进行巡查，减轻了工作人员的负担，提高了电力系统的智能化水平。

本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路，具有可对采集终端设备或电力计量设备的图像进行实时采集、随时获取电力采集与计量设备的状态、减轻了工作人员的负担等优点。

附图说明

图1为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的结构框图。

图2为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的存储电路的电路图。

图3为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的5V电源转换电路的电路图。

图4为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的3.3V电源转换电路的电路图。

图5为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的图像拍摄电路的电路图。

图6为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的无线通信电路的电路图。

图7为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的GPRS扩展插槽芯片的管脚图。

图8为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的RS232通信电路的电路图。

图9为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的JTAG接口电路的电路图。

图10为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的主CPU及周围电路、红外收发电路的电路图。

图11为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的指示灯控制电路的电路图。

图12为本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路的电源滤波及保护电路的电路图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见附图1～图12，电力采集与计量设备的图像采集电路包括微处理器U1、电源电路、摄像装置、无线通信电路、RS232通信电路、红外发射电路和红外接收电路和指示灯控制电路；所述摄像装置包括图像拍摄电路；所述无线通信电路包括GPRS模块和SIM电路；

所述微处理器U1和摄像装置均与所述电源电路相连接；所述摄像装置通过所述RS232通信电路与所述微处理器U1相连接；所述GPRS模块、RS232通信电路、红外发射电路和红外接收电路和指示灯控制电路均与所述微处理器U1相连接；所述SIM电路与所述GPRS模块相连接。

微处理器U1通过GPRS模块接收到拍照指令后，启动红外发射电路，点亮智能电能表的显示屏幕，同时启动摄像模块的拍摄功能，此外，智能电能表发送电表的地址信息，微处理器U1通过红外接收到该地址信息后，解析此命令，获取该智能电能表的地址；接收摄像模块的图片数据，这样就建立了图片数据与电表地址的对应关系。通讯指示灯在GPRS模块数据接收和发送报文过程当中闪烁，用来标识数据传输，运行指示等在系统运行时闪烁，以标识系统运行正常。

所述的电力采集与计量设备的图像采集电路还包存储电路，所述存储电路与所述微处理器U1相连接；所述存储电路包括存储芯片U2、电容C1和电容C2；所述存储芯片U2与所述微处理器U1相连接，所述电容C1和电容C2均与所述存储芯片U2相连接。如图2所示，所述存储芯片U2的型号为MX25L1606E。

所述电源电路包括稳压芯片U3、稳压器U4、电容C3、电容C4和电解电容E1～E4；所述电容C3、电容C4、电解电容E1～E3均与所述稳压芯片U3相连接；所述电解电容E4的一端与所述稳压器U4相连接，所述电解电容E4的另一端接地。

电源电路包括两个电路模块：5V电源转换电路和3.3V电源转换电路。如图3为5V电源转换电路，稳压芯片U3为三端正电源稳压电路L7805。L7805是一块三端正电源稳压集成电路。该电路内置短路保护及热保护电路，具有输出电压固定的特点，广泛应用于各种电视机、收录机、电子仪器等设备中作电源稳压用。L7805采用三引线带散热片塑料TO-220的封装形式封装。所述电容C3、电解电容E1和E2相并联连接后的一端与所述稳压芯片U3相连接；另一端接地。所述电容C4与所述电解电容E3并联连接后的一端与所述稳压芯片U3相连接，另一端接地。

电容C3处的1和2两个连接端为电源输入口，连接到设备上的9V输入接口。另外，图3输出的5V电源与图4的稳压器U4的+5V输入端相连，给U4提供5V电源。

如图4为3.3V电源转换电路，稳压器U4的型号为ASM1117-3.3V，其输出端有1个：+3.3V输出端和+5V输入端。AMS1117是一个正向低压降稳压器，在1A电流下压降为1.2V。AMS1117内部集成过热保护和限流电路。在最大输出电流时，AMS1117器件的压差保证最大不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。AMS1117的片上微调把基准电压调整到1.5％的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力。

所述图像拍摄电路包括用于拍摄电力采集与计量设备的图像的摄像芯片U5、电容C5～C12、电解电容E5～E7、电阻R1～R2和晶振Y1；所述电容C5和电阻R1相连接的公共点与摄像芯片U5相连接；所述电容C6与摄像芯片U5相连接；所述电容C7和电解电容E5相并联连接后与摄像芯片U5相连接；所述电容C8和电解电容E6相并联连接后与摄像芯片U5相连接；所述电容C9和C10分别连接在晶振Y1的两端，晶振Y1的两端均与所述摄像芯片U5相连接；所述电容C11、C12、电解电容E7相并联连接后与摄像芯片U5相连接；所述电阻R2的一端与摄像芯片U5相连接，另一端连接电源VDD。

如图5为图像拍摄电路的电路图。所述摄像芯片U5为Sonix325。Sonix325可使用串口供电，带调焦距功能，微型化，价格便宜，适合大规模组装生成。图像拍摄芯片U5的30、31脚与CPU的58、59脚相连，CPU的拍摄指令通过串行口发送给U5，U5控制CMOS摄像头拍摄图片处理成串行数据后回传给CPU。

所述无线通信电路包括无线通信芯片U6、SIM卡芯片U7、电容C13～C16、电阻R3～R5；无线通信芯片U6与与微处理器U1相连接；

所述电容C13通过所述电阻R3与SIM卡芯片U7相连接；所述电容C14通过所述电阻R4与SIM卡芯片U7相连接；所述电容C15与SIM卡芯片U7相连接；所述电阻R5与电容C16相连接，且所述电阻R5与电容C16之间的连接点与SIM卡芯片U7相连接；无线通信芯片U6与SIM卡芯片U7之间相连接。

所述无线通信芯片U6为M590E通信模块。M590E通信模块是一款Dual Band的GSM/GPRS工业无线模块,提供短信、数据业务等功能,在各种工业和民用领域得到广泛的应用，具有以下几个特点：1)功耗低：待机功耗2.5mA；2)温宽大：-40—80℃；3)支持串口的CMUX功能；4)开放1Kbytes数据区供客户使用；8)独特AES软件加密功能。

如图6，无线通信芯片U6与SIM卡芯片U7相连接，可实现无线通信功能，使得微处理器U1能与控制中心之间相互通信，接收控制中心发出的控制指令，并将获得的电力采集与计量设备的数据和图像传输给控制中心，由控制中心根据数据和图像对电力采集与计量设备的状态进行分析处理，从而无线工作人员到现场，即可得知采集终端设备或电力计量设备的是否完整、是否被破坏或损坏或者是否被改动等情况，避免了工作人员现场检查，减少了工作人员的工作强度，提高了用电信息采集系统的智能化水平，方便了供电单位对远程的采集终端设备或电力计量设备的管理。

如图7中，芯片U8，即部件JPRS1是外置GPRS无线通信模块扩展接口插槽。

所述RS232通信电路包括串口通信芯片U9、电容C17～C21和连接端子J1；所述电容C17～C21和连接端子J1均与所述串口通信芯片U9相连接，所述串口通信芯片U9与微处理器U1相连接。

如图8，所述串口通信芯片U7为MAX3232，MAX3232有两组的RS232收发器。MAX3232采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能，器件仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容。MAX3232确保在120kbps数据速率，同时保持RS-232输出电平。通过连接端子J1与微处理器的RS232端口相连接，使得串口通信芯片U9与微处理器U1之间能够进行数据交换。

MAX3232具有二路接收器和二路驱动器，提供1uA关断模式，有效降低功效并延迟便携式产品的电池使用寿命。关断模式下，接收器保持有效状态，对外部设备进行监测，仅消耗1uA电源电流，MAX 3232的引脚、封装和功能分别与工业标准MAX242和MAX232兼容。即使工作在高数据速率下，MAX3232仍然能保持RS-232标准要求的正负5.0V最小发送器输出电压。

图9是一个JTAG接口电路，包括一个双排(一排十针共20针)的接插芯片U10、电阻R6～R11，所述电阻R6～R11均与所述接插芯片U10相连接。JTAG接口电路的作用是与电路板之外的电路通过导线连接。图9为CPU程序调试接口插槽，作为CPU烧写调试接口，信号线分别与对应CPU上的信号接口相连。

所述红外发射电路包括红外发射管D1、三极管Q1、三极管Q2、电阻R12～R14；所述电阻R12的一端连接电源VDD3.3V，另一端通过红外发射管D1与所述三极管Q1的发射极相连接；所述电阻R13的一端与所述微处理器U1相连接，另一端与三极管Q1的基极相连接；所述电阻R14的一端与所述微处理器U1相连接，另一端与三极管Q2的基极相连接；所述三极管Q1的集电极与所述三极管Q2的集电极相连接，所述三极管Q2的发射极接地；

所述红外接收电路包括红外接收管LE1、电容C15～C16、电阻R15～R16；所述电容C15、C16相互并联连接后的一端接地，另一端与所述电阻R15和R16相连接；所述电阻R15和R16均与所述红外接收管LE1相连接，所述电阻R15和红外接收管LE1之间的连接点与所述微处理器U1相连接。

如图10，微处理器U1为STM32F100R8。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。所述微处理器U1包括相应的外围电路，所述外围电路包括电阻R17～R18、电容C17～C28、晶振Y2、插接件J2等部件。

所述红外发射电路和红外接收电路均与所述微处理器U1相连接。

通过红外发射电路发出红外光，点亮智能电表的显示屏。由红外接收电路接收所述智能电表发出的数据，实现微处理器U1和智能电表之间的数据交换。

根据国家电网的要求，智能电表设备都带有红外通讯功能的远红外设备，通讯规约满足《中华人民共和国电力行业标准多功能电能表通信协议》(DLT645-2007)，且当智能电表通过红外与其他外部设备通讯时，会点亮智能电能表的显示屏幕；故在该设备装置中，安装一能与智能电能表通讯的红外收发装置即可与智能电能表进行数据通讯，这些数据包括且不限于智能电能表的数据、地址等。当该设备安装在光线比较昏暗的地方时，使用红外收发的目的：1)点亮智能电能表的屏幕，以是获取的图片更清晰；2)抄读智能电能表地址(根据国家电网要求，一般电表地址唯一)，以使电能表与拍摄的图片匹配。

所述指示灯控制电路包括二极管D2～D5、电阻R19～R22；所述二极管D2与电阻R19相串联连接，所述二极管D3与电阻R20相串联连接，所述二极管D4与电阻R21相串联连接，所述二极管D5与电阻R22相串联连接。

如图11，四个发光二极管D2～D5，每个二极管的一端连接3.3V电源VDD，每个二极管的另一端连接一个保护电阻，构成整个电路的指示灯。四个发光二极管D2～D5包括两个红光二极管和两个绿光二极管，分别用于作为通讯指示灯与运行指示灯。

图11中R19一端与U1第4脚相连，R20一端与U1第3脚相连，R21一端与U1第2脚相连，R22一端与U1第1脚相连。

如图12的电路为5V电源的滤波保护电路，包括电容C17～C19、电解电容E8和E9。电容C17～C19、电解电容E8和E9对5V电源提供了高低频滤波作用。瞬变二极管D6作为突波吸收器、可吸收数百瓦的浪涌功率，保护板上器件。图12的电路是连接在5V电源和地之间。

本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路，通过无线通信电路接收控制中心的指令，根据指令信息发送拍照指令给图像拍摄电路，获取计量设备的图像并传输给控制中心，由控制中心根据图像对电力采集与计量设备状态进行识别和判断，从而避免了派遣工作人员到现场进行巡查，减轻了工作人员的负担，提高了电力系统的智能化水平。

本发明的电力采集与计量设备的图像采集电路，具有可对采集终端设备或电力计量设备的图像进行实时采集、随时获取电力采集与计量设备的状态、减轻了工作人员的负担等优点。

Claims (7)

1.电力采集与计量设备的图像采集电路，其特征是，包括微处理器U1、电源电路、摄像装置、无线通信电路、RS232通信电路、红外发射电路和红外接收电路和指示灯控制电路；所述摄像装置包括图像拍摄电路；所述无线通信电路包括GPRS模块和SIM电路；

所述微处理器U1和摄像装置均与所述电源电路相连接；所述摄像装置通过所述RS232通信电路与所述微处理器U1相连接；所述GPRS模块、RS232通信电路、红外发射电路和红外接收电路和指示灯控制电路均与所述微处理器U1相连接；所述SIM电路与所述GPRS模块相连接；

所述图像拍摄电路包括用于拍摄电力采集与计量设备的图像的摄像芯片U5、电容C5～C12、电解电容E5～E7、电阻R1～R2和晶振Y1；所述电容C5和电阻R1相连接的公共点与摄像芯片U5相连接；所述电容C6与摄像芯片U5相连接；所述电容C7和电解电容E5相并联连接后与摄像芯片U5相连接；所述电容C8和电解电容E6相并联连接后与摄像芯片U5相连接；所述电容C9和C10分别连接在晶振Y1的两端，晶振Y1的两端均与所述摄像芯片U5相连接；所述电容C11、C12、电解电容E7相并联连接后与摄像芯片U5相连接；所述电阻R2的一端与摄像芯片U5相连接，另一端连接电源VDD；

电源电路包括两个电路模块：5V电源转换电路和3.3V电源转换电路；5V电源转换电路的滤波保护电路，包括电容C17～C19、电解电容E8和E9；电容C17～C19、电解电容E8和E9对5V电源提供了高低频滤波作用；瞬变二极管D6作为突波吸收器、可吸收数百瓦的浪涌功率，保护板上器件；

JTAG接口电路，包括一个双排的接插芯片U10、电阻R6～R11，所述电阻R6～R11均与所述接插芯片U10相连接；JTAG接口电路的作用是与电路板之外的电路通过导线连接。

2.根据权利要求1所述的电力采集与计量设备的图像采集电路，其特征是，还包存储电路，所述存储电路与所述微处理器U1相连接；所述存储电路包括存储芯片U2、电容C1和电容C2；所述存储芯片U2与所述微处理器U1相连接，所述电容C1和电容C2均与所述存储芯片U2相连接。

3.根据权利要求1或2所述的电力采集与计量设备的图像采集电路，其特征是，所述电源电路包括稳压芯片U3、稳压器U4、电容C3、电容C4和电解电容E1～E4；所述电容C3、电容C4、电解电容E1～E3均与所述稳压芯片U3相连接；所述电解电容E4的一端与所述稳压器U4相连接，所述电解电容E4的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的电力采集与计量设备的图像采集电路，其特征是，所述无线通信电路包括无线通信芯片U6、SIM卡芯片U7、电容C13～C16、电阻R3～R5；无线通信芯片U6与微处理器U1相连接；

所述电容C13通过所述电阻R3与SIM卡芯片U7相连接；所述电容C14通过所述电阻R4与SIM卡芯片U7相连接；所述电容C15与SIM卡芯片U7相连接；所述电阻R5与电容C16相连接，且所述电阻R5与电容C16之间的连接点与SIM卡芯片U7相连接；无线通信芯片U6与SIM卡芯片U7之间相连接。

5.根据权利要求1所述的电力采集与计量设备的图像采集电路，其特征是，所述RS232通信电路包括串口通信芯片U9、电容C17～C21和连接端子J1；所述电容C17～C21和连接端子J1均与所述串口通信芯片U9相连接，所述串口通信芯片U9与微处理器U1相连接。

6.根据权利要求1所述的电力采集与计量设备的图像采集电路，其特征是，所述红外发射电路包括红外发射管D1、三极管Q1、三极管Q2、电阻R12～R14；所述电阻R12的一端连接电源VDD3.3V，另一端通过红外发射管D1与所述三极管Q1的发射极相连接；所述电阻R13的一端与所述微处理器U1相连接，另一端与三极管Q1的基极相连接；所述电阻R14的一端与所述微处理器U1相连接，另一端与三极管Q2的基极相连接；所述三极管Q1的集电极与所述三极管Q2的集电极相连接，所述三极管Q2的发射极接地；

所述红外接收电路包括红外接收管LE1、电容C15～C16、电阻R15～R16；所述电容C15、C16相互并联连接后的一端接地，另一端与所述电阻R15和R16相连接；所述电阻R15和R16均与所述红外接收管LE1相连接，所述电阻R15和红外接收管LE1之间的连接点与所述微处理器U1相连接。

7.根据权利要求1所述的电力采集与计量设备的图像采集电路，其特征是，所述指示灯控制电路包括二极管D2～D5、电阻R19～R22；所述二极管D2与电阻R19相串联连接，所述二极管D3与电阻R20相串联连接，所述二极管D4与电阻R21相串联连接，所述二极管D5与电阻R22相串联连接。