发明内容
为了突破上述现有技术的限制,本发明的目的在于提供了一种远程电力监控系统,包括服务器和至少一个客户端;
所述客户端包括数据处理模块、数据采集模块、电压电流传感器模块、存储器模块、GPRS控制模块、显示模块、控制模块、电源模块;
电压电流传感器模块、数据采集模块、数据处理模块输入端顺次连接,数据处理模块输出端与GPRS控制模块、显示模块、存储模块、控制模块连接;
所述电源模块包含继电器,所述电源模块用于对整个装置进行供电,并可进行市电与电池供电的切换;
所述电压电流传感器模块用于采集电路中的电流及电压,并传输给数据采集模块;
数据采集模块用于对电压电流传感器模块的输出信号进行采集,并将其转化为数字信号传输给数据处理模块;
GPRS控制模块用于进行语音和/或短信和/或GPRS数据服务,将所述装置的信息传输给上位机;
控制模块用于实现弱电控制强电;
所述数据处理模块用于将各个传感器的信号进行处理,将处理后的信息通过GPRS控制模块进行发送并通过显示模块进行显示;
所述服务器用于控制管理客户端、接收并查看客户端信息,所述服务器包括客户端管理模块、用户管理模块、服务器管理模块、数据处理模块、数据存储模块;
所述客户端管理模块用于显示客户端状态、增加或者删除客户端、发送客户端指令;
所述用户管理模块用于管理所述服务器的用户权限;
所述服务器管理模块用于启动服务器、对服务器进行模拟测试;
所述数据处理模块用于服务器监听客户端发来的数据,并对数据进行处理。
所述数据存储模块用于存储数据处理模块输出的数据。
进一步的,所述服务器的用户权限具体为增加用户、删除用户、查看用户;所述增加用户是指添加使用者,所述删除用户是指取消使用者的管理权限;所述查看用户是指使用者的情况显示;所述发送客户端指令用于对客户端初始化参数设置。
进一步的,所述启动服务器是指控制服务器的使用状态,进行使用状态和关闭状态的切换;所述模拟测试是指调试服务器,查看服务器是否可以正常使用。
进一步的,所述服务器的数据处理模块的具体工作步骤为:
步骤1:监听是否有客户端发送数据到服务器,如果有则进行步骤2,否则继续监听;
步骤2:对接收到的数据进行验证,如果验证失败则返回步骤1,否则进行步骤3;
步骤3:进行数据存储;
步骤4:服务器查询是否有需要发送的对数据处理模块的控制指令,如果没有则返回步骤1,如果有,则发送指令完毕后再返回步骤1。
进一步的,所述客户端还包括温湿度传感器和/或烟雾传感器和/或门磁传感器,所述三个传感器均与数据处理模块输入端连接;
所述温湿度传感器用于检测变电站的温湿度;
所述烟雾传感器用于检测烟雾,并在有烟雾时闭合继电器并报警;
门磁传感器用于感应监控门的开关状态。
进一步的,所述电源模块包括太阳能电池板、MCU、锂电池、电池充电保护电路、电源供电选择电路、DC12/ DC5模块、AD/DC模块、滤波电路、反向保护电路;
锂电池、电池充电保护电路、电源供电选择电路、DC12/ DC5模块顺次连接;
AD/DC模块、滤波电路、反向保护电路顺次连接;
所述反向保护电路的输出端分别与+5V端子、+15V/+12V端子、-15V端子连接,+5V端子的输出端还与电源供电选择电路、DC5/ DC4模块连接,DC12/ DC5模块输出端与+5V端子的输入端连接;
所述MCU用于在市电工作正常的情况下,定期为锂电池放电;;
所述电源供电选择电路用于切换市电工作模式和锂电池工作模式;
所述滤波电路用于滤除AD/DC模块输出电流中的高频噪声;
5V端子、+4V端子分别为其他模块提供5V电源接口、4V电源接口;
AD/DC模块将220V交流电转换为正负15V和正5V直流电压;
反向保护电路用于防止电源接反烧毁;
+15V/+12V端子用于在市电工作模式下提供15V接口,在电池工作模式下提供12V接口。
进一步的,电源供电选择电路包括继电器、二极管,所述继电器用于切换电源模块的市电工作模式和锂电池工作模式。
进一步的,所述GPRS控制模块包括GSM芯片,所述GSM芯片与开机/关机电路和/或通信卡座连接,开机/关机电路用于实现该模块的开启和关闭,所述通信卡座用于插入通信卡实现装置的通信。
进一步的,控制模块驱动电路包括继电器、继电器驱动电路、光耦、续流二极管。所述光耦用于将数据处理模块与继电器电路隔离,所述续流二极管用于续流。
进一步的,所述数据处理模块包括MCU及与MCU连接的复位电路、LED模块、存储器模块,所述MCU设置有启动模式设置接口、显示模块接口;
所述启动模式设置接口用于设置MCU的启动方式;
存储器模块用于触摸屏校准参数存储及网络通信参数存储;
LED模块通过程序控制表示整个模块的工作状态。
本发明的有益效果为:
本发明可以对变电站进行远程监控,GPRS控制模块同步将整个变电站的运行状态传回到服务器。在服务器网络不通,或断电的情况下,可以通过短信来查看变电站的运行状态。当变电站处于断电状态时,该设备会自动启用备用电源,报警系统仍可维持工作,对变电站的监控力度大大提升。
具体实施方式
本发明包括服务器端和至少一个客户端。下面分别进行介绍。
首先对客户端进行说明。
如图1所示为本发明所述客户端的原理框图,客户端由数据处理模块、数据采集模块、电压电流传感器模块、GPRS控制模块、显示模块、存储器模块、控制模块、温度传感器、烟雾传感器、门磁传感器、电源模块构成。
电压电流传感器模块、数据采集模块、数据处理模块输入端顺次连接,数据处理模块输出端与GPRS控制模块、显示模块、控制模块连接.
所述电源模块用于对整个装置进行供电,并可进行市电与电池供电的切换;
所述电压电流传感器模块用于采集电路中的电流及电压,并传输给数据采集模块;
数据采集模块用于对电压电流传感器模块的输出信号进行采集,并将其转化为数字信号传输给数据处理模块;
GPRS控制模块用于进行语音和/或短信和/或GPRS数据服务,将所述装置的信息传输给上位机;
控制模块用于控制继电器,实现弱电控制强电;
所述数据处理模块用于将各个传感器的信号进行处理,将处理后的信息通过GPRS控制模块进行发送并通过显示模块进行显示。
下面对各个部分分别进行介绍。
1.电源模块
该远程电力监控设备的电源模块为整个设备供电。
该电源模块为双电源切换电源,可进行电池供电与市电供电的转换。
如图2所示,所述电源模块包括所述电源模块包括太阳能电池板、MCU、锂电池、电池充电保护电路、电源供电选择电路、DC12/ DC5模块、AD/DC模块、滤波电路、反向保护电路;
锂电池、电池充电保护电路、电源供电选择电路、DC12/ DC5模块顺次连接;
AD/DC模块、滤波电路、反向保护电路顺次连接;
所述反向保护电路的输出端分别与+5V端子、+15V / +12V端子、-15V端子连接,+5V端子的输出端还与电源供电选择电路、DC5/ DC4模块连接,DC12/ DC5模块输出端与+5V端子的输入端连接。
电源模块的工作原理为:电源模块中,太阳能电池板在有光照的情况下为锂电池充电。MCU会在市电工作正常的情况下,定期为电池放电,保护电池。锂电池进行蓄电,在市电不工作的情况下为设备提供12V的电源。电池保护电路主要有两个功能,一是在太阳能电池板对电池充电时,防止过充,二是在电池工作时,防止因电池过放对电池造成损伤。电源选择电路用于切换市电工作模式和锂电池工作模式。
DC12/DC5模块将12V转为5V。5V端子为其他各模块提供5V电源接口,AC提供220V的交流;AD/DC模块将220V交流电转换为正负15V和正5V直流电压,滤波电路用来滤除高频噪声,降低纹波。反向保护电路防止电源接反,烧毁电路。+15V/+12V端子在市电工作模式下提供15V接口,在电池工作模式下提供12V接口。DC5/DC4模块将5V转换为12V。+4V端子为设备提供+4V接口。
下面再对电源供电选择电路进行详细介绍:
如图3所示电源供电选择电路包括继电器、二极管,所述继电器5端接地,1端与+5V端子连接,4端连接DC12/ DC5模块,3端连接电池充电保护电路,所述继电器用于切换电源模块的市电工作模式和锂电池工作模式。
其工作原理为:
在市电工作模式下,为继电器K0提供5V的电源,继电器K0的4引脚与3引脚断开,锂电池不接入设备。当市电异常,无法为继电器K0提供5V电源时,继电器K0的4引脚与3引脚闭合,锂电池接入设备为设备供电,进入锂电池工作模式。在市电正常时,自动返回市电工作模式。
2.数据采集模块
如图4所示,数据采集模块包括一个AD转换器及其外围电路。所述AD转换器为使用8路同步采样输入的AD转换器AD7606,其对霍尔电压传感器、霍尔电流传感器转换后的电压进行采集,并将其转换为16位的数字信号传送给数据处理模块的MCU。AD7606通过L2、C12、L3、C13供电,L2、L3为磁珠,用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静电脉冲的能力,去除电源电路对AD7606模拟信号的影响。C12、C13、C21为去耦电容,滤除电源信号对AD7606的干扰,使AD7606稳定、精确的工作。R12为下拉电阻,将AD7606的PAR/SER/BYTE SEL引脚置于低电平,使其工作在并行接口模式。CN1为数据采集输入端,连接电流、电压传感器,输入信号。
3. GPRS控制模块
GPRS控制模块主要负责语音、短信、PRS数据服务。如图5所示,GPRS控制模块包括GSM芯片,所述GSM芯片与开机/关机电路和/或通信卡座连接,开机/关机电路用于实现该模块的开启和关闭,所述通信卡座用于插入通信卡从而实现装置与其他设备的通信,优选无线通信。
优选的,所述GSM芯片还有RTC后备电池和/或工作指示灯。
更优选的,所述GPRS控制模块还设置有工作指示灯和/或RS232选择接口连接和/或SMA天线接口和/或耳机接口和/或麦克风接口和/或网络指示灯接口。
其工作原理为:
GSM模块核心为SIMCOM(希姆通)公司的SIM900A模块(见图5中U13),SIM900A采用工业标准接口,工作频率为900Mhz或1800MHz,内嵌TCP/IP协议,可以低功耗实现语音、短信(SMS)、数据和传真信息的传输。+4V电源输入接口为GPRS控制模块提供电源。SMA天线接口用于连接外部天线。工作指示灯用于指示模块的上电工作状态,当模块通电的时候该灯亮,否则灭。开机/关机电路连接SIM900A模块的PWRKEY引脚,实现对模块的开关机控制。本发明的开机/关机电路设置按键,按下按键1秒,然后释放,可以实现开启模块。同样,在模块开启的情况下,按下该键至少1秒,即可关闭模块。ATK-SIM900A模块上电后,SIM900A模块默认是关闭的,需要长按(1S左右)该按键,才能开启SIM900A模块。也可以用MCU来模拟该按键过程进行自动重启。RTC后备电池采用SIMCOM公司的XH414H-IV01E作为SIM900A模块的RTC后备电池,XH414H具有尺寸小,容量大,可反复充放电的特点,能维持RTC的长时间掉电运行。翻盖式SIM卡座用于安装SIM卡。RS232选择接口用于选择RS232串口连接到SIM900A的通信端口,也可以进行调试(Debug)端口。RS232串口用于连接PC或工控机等设备的串口,实现对SIM900A的控制,ATK-SIM900A模块选择SP3232作为电平转换芯片,实现SIM900A的RS232串口。麦克风接口、耳机接口用于实现语音通话功能。网络状态指示灯于指示网络状态。
4.数据处理模块
数据处理模块如图6所示,包括一个MCU及与MCU连接的复位电路、LED模块、存储器模块,所述MCU设置有启动模式设置接口、显示模块接口。
由STM32F103ZETT6作为数据处理模块的MCU,在MCU的后备区域供电脚BAT1脚的供电采用CR1220纽扣电池和VCC3.3混合供电的方式,在有外部电源(VCC3.3)的时候,CR1220不给VBAT供电,而在外部电源断开的时候,则由CR1220给其供电。这样,BAT1总是有电的,以保证RTC的走时以及后备寄存器的内容不丢失。
复位电路主要提供手动复位。
启动模式设置接口用于设置STM32的启动方式,方便调试使用。5.显示模块
5.显示模块
显示模块使用的4.3寸总线型TFT液晶模块MD043SD,该模块由TFT液晶,SPI FLASH、SD卡构成。该模块的引脚连接如图7所示。图中的F_CS引脚用来使能SPI FLASH芯片,其信号为W25Q64。该芯片的容量为64Mb,也就是8M字节。该芯片和SD卡共用一个SPI,通过片选来选择使用某个器件,在使用其中一个器件时,则要求禁止另一个器件的片选信号。图中的SD_CS则是用来用来使能SD卡。图中的T_MISO/T_MOSI/T_PEN/T_CS/T_CS用来实现对液晶触摸屏的控制。LCD_A则控制LCD的背光。剩余的端口则是对TFT液晶的控制。
6.存储器模块
存储器模块由EEPROM、FLASH、SD卡构成,EEPROM为2块24C02芯片,该芯片的容量为2Kb,也就是256个字节。其中1片用于触摸屏校准参数存储,另一片用于网络通信IP地址、端口号、DNS等参数存储。FLASH为W25Q64芯片,主要是存储字库使用。SD卡则是方便调试阶段为FLASH烧写字库而设置。
7.控制模块
控制模块主要是对继电器的控制,从而起到对强电电路的通断进行控制。如图8所示,包括继电器、继电器驱动电路、光耦、续流二极管。U10为光耦EL817,将数据处理模块的MCU与继电器驱动电路隔离,保护MCU。R13,R16,Q5构成继电器驱动电路,提供足够的电流驱动继电器。续流二极管D11在此起到续流作用。K6为继电器。P7为电源输入及继电器控制输出引脚。
8.电压电流传感器模块
包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器。下面分别介绍。
霍尔电压传感器采用宇波模块,型号为CHV-25P/400,CHV-25P/400为闭环霍尔电压传感器,额定电压为400V,原边被测电压与副边输出信号电气隔离,转换率为2500:1000,输出额定值5V,对应原边额定电压,进行隔离测量;工作电压为正负15V。
霍尔电流传感器使用利用霍尔原理制造的LA-55P,将检测到的电路中的电流转换为线性电压,传给AD7606采集。
9.温湿度传感器
温湿度传感器使用的Sensirion温湿度传感器家族中的SHT1x。该传感器将传感元件一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件和信号处理器14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接集成在一块微型电路板上,将温湿度转换为标定的数字信号输出。其电路连接图如图9所示:SHT1x的供电电压范围为2.4-5.5V,本设计使用电压为3.3V。在电源引脚(VDD,GND)之间100nF的电容C68,用以去耦滤波,3.3V电源引脚与DATA引脚之间10K的电阻R55,用以将不确定的信号钳位在高电平,同时起到限流作用。
10.烟雾传感器
烟雾传感器使用的是RS812A烟雾感应探测器,该探测器拥有红外光电传感器,采用微处理器控制,自我检测,稳定可靠,有线联网输出NC/NO及LED指示报警。工作电压为DC8V-35V(设计采用15V),当20平方米内检测到有烟雾时,继电器闭合,同时LED指示报警。
11.门磁传感器
门磁传感器使用的是MC-58常开常闭兼容型,可以根据安防行业的定义选择两种模式:
常开型:门磁与干簧管合并时,线路处于断开状态。分开时,线路处于导通状态。
常闭型:门磁与干簧管合并时 ,线路处于导通状态。分开时,线路处于断开状态。
下面对服务器进行介绍。
所述服务器用于控制管理客户端、接收并查看客户端信息,所述服务器包括客户端管理模块、用户管理模块、服务器管理模块、数据处理模块、数据存储模块。
所述客户端管理模块用于显示客户端状态、增加或者删除客户端、发送客户端指令;
所述用户管理模块用于管理所述服务器的用户权限。所述服务器的用户权限具体为增加用户、删除用户、查看用户;所述增加用户是指添加使用者,所述删除用户是指取消使用者的管理权限,所述查看用户是指使用者的情况显示,所述发送客户端指令用于对客户端初始化参数设置。
所述服务器管理模块用于启动服务器、对服务器进行模拟测试。所述启动服务器是指控制服务器的使用状态,进行使用状态和关闭状态的切换;所述模拟测试是指调试服务器,查看服务器是否可以正常使用。
所述数据处理模块用于服务器监听客户端发来的数据,并对数据进行处理。
所述数据存储模块用于存储数据处理模块输出的数据。
如图10所示,所述服务器的数据处理模块的具体工作步骤为:
步骤1:监听是否有客户端发送数据到服务器,如果有则进行步骤2,否则继续监听;
步骤2:对接收到的数据进行验证,如果验证失败则返回步骤1,否则进行步骤3;
步骤3:进行数据存储;
步骤4:服务器查询是否有需要发送的对数据处理模块的控制指令,如果没有则返回步骤1,如果有,则发送指令完毕后再返回步骤1。
本发明的有益效果为:
本发明可以对变电站进行远程监控,GPRS控制模块同步将整个变电站的运行状态传回到服务器。在服务器网络不通,或断电的情况下,可以通过短信来查看变电站的运行状态。当变电站处于断电状态时,客户端会自动启用备用电源,报警系统仍可维持工作,对变电站的监控力度大大提升。