CN104269927B - 远程电力监控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种远程电力监控设备，包括有数据处理模块，数据处理模块的数据采集端与数据采集模块相连，数据发送端与GPRS控制模块相连，数据显示端与显示模块相连，数据控制端与控制模块相连，数据接收端与温度传感器、烟雾传感器及门磁传感器相连。各模块的供电由电源模块提供。本发明可以对变电站进行远程监控，同步将整个变电站的运行状态传回到主控室。在主控室网络不通，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。

Description

远程电力监控装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种远程电力监控装置。
背景技术
近年来，随着计算机技术、互联网技术的应用和普及，越来越多先进技术应用使得电力工业得到了很大的发展，电网规模不断扩大，电力设备日益增多，需要监控的信息量日益增多，对变电站监控设备及应急维护提出了更高的要求，而现有电网调度自动化监控设备都不能适应日益发展变化的需求，这主要表现在：以前的电力监控设备主要依赖于局域网技术为后台管理平台提供信息；已有的电力监控设备中，其供电模块单一。以上这些缺点对电网的扩展，监察和控制造成了很大的限制。
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装置，包括数据处理模块、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、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、存储器模块、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。
进一步的，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.
进一步的，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，并在有烟雾时进行报警；
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，所述GSM芯片还有RTC后备电池和/或工作指示灯。
进一步的，所述GPRS控制模块还设置有工作指示灯和/或RS232接口和/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。
进一步的，控制模块包括光耦、继电器、续流二极管、继电器驱动电路，所述光耦用于将数据处理模块与继电器驱动电路隔离、继电器驱动电路用于驱动继电器。
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主控室。在主控室网络不通，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。
附图说明
图1为本发明原理框图。
图2为电源模块示意框图。
图3为电源供电选择电路。
图4为数据采集模块电路。
图5为GPRS控制模块示意图。
图6为数据处理模块结构框图。
图7为显示模块的引脚接口示意图。
图8为控制模块驱动电路。
图9为温湿度传感器电路图。
具体实施方式
如图1所示为本发明所述装置原理框图，本发明由数据处理模块、数据采集模块、电压电流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、存储器模块、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，以及将装置的信息传输给上位机的GPRS数据服务；
控制模块用于控制继电器，从而实现强电电路的通断；
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/BYTESEL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/GPRS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，所述无线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
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，SPIFLASH、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SPIFLASH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．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。如图8所示，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。
7.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。
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。
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主控室。在主控室网络不通，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。

Claims (9)

1.一种远程电力监控装置，其特征在于：包括数据处理模块、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、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、存储器模块、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。
2.如权利要求1所述的远程电力监控装置，其特征在于：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.
3.如权利要求2所述的远程电力监控装置，其特征在于：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，并在有烟雾时进行报警；
门磁传感器用于感应监控门的开关状态。
4.如权利要求1所述的远程电力监控装置，其特征在于：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。
5.如权利要求4所述的远程电力监控装置，其特征在于：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。
6.如权利要求1所述的远程电力监控装置，其特征在于：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。
7.如权利要求6所述的远程电力监控装置，其特征在于：所述GSM芯片还有RTC后备电池和/或工作指示灯。
8.如权利要求6或7所述的远程电力监控装置，其特征在于：所述GPRS控制模块还设置有工作指示灯和/或RS232接口和/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。
9.如权利要求1所述的远程电力监控装置，其特征在于：控制模块包括光耦、继电器、续流二极管、继电器驱动电路，所述光耦用于将数据处理模块与继电器驱动电路隔离、继电器驱动电路用于驱动继电器。
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