CN104597301A - 新型专变采集终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型专变采集终端，包括微处理器，微处理器连接有电源转换单元、计量单元、存储单元、显示单元、内部继电器控制单元、脉冲输入单元、RS485抄表单元、状态量输入单元、GPRS通讯单元、本地通讯单元、内部继电器接线状态检测及指示单元、状态量接线端子强抗干扰单元和GPRS通讯单元自动加热单元；本装置通过内部继电器接线状态检测及指示单元检测继电器控制回路的接线状态，通过状态量接线端子强抗干扰单元抵抗静电干扰，通过GPRS通讯单元自动加热单元为处于低温时的GPRS通讯单元自动加热，从而提高产品的可靠性，消除因接线错误而带来的误操作，提高电力人员的和设备本身的安全系数。

Description

新型专变采集终端

技术领域

本发明涉及电能智能采集系统中对用户用电信息采集的设备领域，尤其涉及一种新型专变采集终端。

背景技术

随着智能电网的发展，使得电网功能逐步扩展到促进能源资源优化配置、保障电力系统安全稳定运行、提供多元开放的电力服务、推动战略性新兴产业发展等多个方面。作为我国重要的能源输送和配置平台，智能电网的投资建设和生产运营的全过程都将为国民经济发展、能源生产和利用、环境保护等方面带来巨大效益。专变采集终端是专变用户电能信息采集终端，实现对专变用户的电能信息采集，包括电能表数据采集、电能计量设备工况和供电电能质量监测，以及客户用电负荷和电能量的监控，并对采集数据进行管理和传输，是智能电网的一个重要组成部分。

现有的专变采集终端具有内部继电器控制功能，主要用于控制专变采集终端外部的断路器的开合状态，从而控制用户的用电情况。电力工作人员在实际的操作中，需要准确的将专变采集终端继电器控制回路接入进来，如果线路接错将会造成损坏设备本身，并影响相关作业的正常运行，严重的话会危及电力工作人员的生命安全。目前市场上应用的专变采集终端只能检测外部断路器的开合状态，对于专变采集终端内部继电器的接线状态是否异常不能进行准确的检测，这为电力工作人员的工作带来很大不便，同时存在安全隐患。

并且，随着科学技术的飞速发展，大量的电子产品采用集成电路，促使产品日趋小型化、智能化，但这些器件对静电极为敏感。静电放电的能量虽然对传统的分立器件影响甚微，但是静电产生的静电场和静电流成为它们的致命杀手，使得它们的功能失效或造成让人难以发现的软击穿，从而对电子产品留下隐患，造成产品硬件的损坏或不能正常工作，直接影响产品质量、寿命、可靠性和经济性。现有的专变采集终端产品同样使用了大量的集成器件，因此对静电的防护也显得尤为重要，静电对产品造成的损坏会影响到采集数据的不稳定性或者损坏设备本身，并影响相关作业的正常运行。目前，市场上的专变采集终端出现状态量接入端子由于静电而损坏的现象，这样会造成对外部断路器开合状态判断不准或者无法判断的后果。

另外，专变采集终端在实际使用中，随着地域的差别，环境温度直接影响变采集终端的GPRS通讯单元的正常运行，当外界温度达到-10℃～-20℃的情况下时，此时专变采集终端的GPRS通讯单元会出现不上线或者上线慢的现象，出现这种情况的原因大多是因为GPRS通讯单元中SIM卡座在低温下变形，导致SIM卡接触不良，或者SIM卡在温度太低时不能工作而造成。

发明内容

 本发明的目的是提供一种新型专变采集终端，能够根据GPRS通讯单元自身的温度，实时进行调温控制，保证GPRS通讯单元即使在低温环境中也能正常工作；同时能够对专变采集终端内部的继电器接线状态进行检测并指示，提醒工作人员专变采集终端内部的继电器接线情况，从而控制用户的用电情况；另一方面，增强了状态量接线端子静电防护功能，避免状态量接线端子因受到静电影响而损坏，提高设备使用寿命。

 本发明采用的技术方案为：

一种新型专变采集终端，包括微处理器，微处理器连接有电源转换单元、计量单元、存储单元、显示单元、内部继电器控制单元、脉冲输入单元、RS485抄表单元、状态量输入单元、GPRS通讯单元、本地通讯单元、内部继电器接线状态检测及指示单元、状态量接线端子强抗干扰单元和GPRS通讯单元自动加热单元；所述的RS485抄表单元用于连接带有RS485接口的电能表，所述的脉冲输入单元用于连接带脉冲输出的机械表，所述的内部继电器控制单元通过I/O口连接内部继电器，所述的状态量输入单元通过接线端子连接外部断路器，所述的GPRS通讯单元用于与主站远程通讯，所述的GPRS通讯单元自动加热单元包括安装于GPRS通讯单元上的温度传感器，GPRS通讯单元安装于印制板上，温度传感器的采集输出端连接微处理器的温度采集输入端，微处理器的信号输出端通过第一电阻连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极通过第二电阻连接供电端，第一三极管的发射极连接第二三极管的基极，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极连接n个并联的发热电阻，n个发热电阻设于印制板下端面，且正对GPRS通讯单元下方。

所述的内部继电器接线状态检测及指示单元包括第三电阻、光电耦合器、第三三极管、第四电阻和第五电阻，光电耦合器一端通过第三电阻连接内部继电器的静触点，光电耦合器另一端连接内部继电器的常开触点，光电耦合器的第一输出端通过第四电阻连接供电端，光电耦合器的第二输出端连接第三三极管的基极，第三三极管的集电极通过第五电阻连接供电端，第三三极管的发射极接地，第三三极管的集电极还连接内部继电器控制单元的单片机，内部继电器控制单元的单片机与微处理器连接。

所述的状态量接线端子强抗干扰性单元包括正静电释放电路和负静电释放电路；正静电释放电路和负静电释放电路并联，正静电释放电路包括第一稳压二极管和第一二极管，第一稳压二极管的负极连接状态量接线端子，第一稳压二极管的正极连接第一二极管的正极，第一二极管的负极接地；负静电释放电路包括第二稳压二极管和第二二极管，第二稳压二极管的负极接地，第二稳压二极管的正极连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接状态量接线端子，所述的状态量接线端子为状态量输入单元的接线端子。

    所述的GPRS通讯单元焊接于印制板的上端面，温度传感器安装于GPRS通讯单元上端面。

本发明通过内部继电器接线状态检测及指示单元检测本装置继电器控制回路的接线状态，通过状态量接线端子强抗干扰单元抵抗静电干扰，通过GPRS通讯单元自动加热单元为处于低温时的GPRS通讯单元自动加热，从而提高产品的可靠性并且为电力人员的工作带来方便，消除因接线错误而带来的误操作，提高电力人员的和设备本身的安全系数。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明的内部继电器接线状态检测及指示单元的电路原理图。

图3为本发明的状态量接线端子强抗干扰单元的电路原理图。

图4为本发明的GPRS通讯单元自动加热单元的电路原理图。

图5为本发明的GPRS通讯单元自动加热单元的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图4和图5所示，本发明包括微处理器，微处理器连接有电源转换单元、计量单元、存储单元、显示单元、内部继电器控制单元、脉冲输入单元、RS485抄表单元、状态量输入单元、GPRS通讯单元和本地通讯单元。

所述的微处理器是产品的核心器件，与各个单元进行信息交换，是终端各个功能实现的根本，采用型号为ARM9的芯片。

所述的电源转换单元是专变采集终端的动力源泉，当输入220V交流电时，经过电源转换，得到转换后的电源为各个单元供电，是产品正常工作的基础。

所述的计量单元是对采集的电压、电流信息进行计算，计量单元采集到模拟电压信号和模拟电流信号，通过计量芯片内部的乘法器将模拟电压信号和模拟电流信号相乘，然后在时间上再累加起来，便得到电量信息。计量芯片将得到的电量、模拟电压信号、模拟电流信号转换为数字信号，并且将转换后的数字电量信号、数字电压信号、数字电流信息传递给微处理器，终端自身计量的电量可与RS485抄表单元抄录的电能表电量相比对，从而确认RS485抄表单元抄录电能表电量的正确性，从而达到校验的目的。

所述的存储单元主要用于保存当前电量、终端统计数据、终端当前状态等数据，保证掉电时数据不丢失；还保存各类小时冻结数据、日冻结数据、抄表日冻结数据、月数据、负荷曲线数据、事件记录等。

所述的显示单元采用160×160的点阵液晶显示屏工业液晶，点阵图形式、背光显示。显示菜单为全中文菜单界面，6个输入按键，支持丰富的菜单选择和现场输入。

所述的内部继电器控制单元自身的单片机与微处理器相连，当主站下发控制命令后，终端通过GPRS通讯单元接收到主站信息传递给微处理器，再通过微处理器传递给内部继电器控制单元，内部继电器控制单元通过I/O口P1控制内部继电器K1的开合状态，从而控制专变采集终端外部断路器K2的开合。

所述的脉冲输入单元用于连接带脉冲输出的机械表，将采集到的机械表的脉冲数量转换为电量等信息，再通过GPRS通讯单元上报到主站。

所述的RS485抄表单元用于连接带有RS485接口的电能表，抄录电能表记录的电量等信息，再通过GPRS通讯单元上报到主站。

所述的状态量输入单元通过接线端子连接外部断路器K2，即状态量输入单元与专变采集终端外部的断路器K2相连，专变采集终端外部需要根据需要配备一个或者多个断路器，断路器相当于控制用户用电的开关，状态量输入单元用于检测断路器的开合状态，从而判断内部继电器控制单元是否正确执行主站下发的控制命令。

所述的GPRS通讯单元主要用于专变采集终端与主站远程通讯，能将抄录电能表的电量等信息上报主站，也可接收主站发送的命令信息，是主站与专变采集终端的信息桥梁。

所述的本地通讯单元还包括红外接口、RS232接口、USB接口。红外接口主要用于向终端手动设置交流采样信息、脉冲机械表地址、电能表地址等参数信息，将需要设置的参数信息在手持掌上机设定好后，将手持掌上机对准终端上的红外接收管按确定键，微处理器将会接收到信息并进行处理。RS232接口主要用于电脑监控终端运行状态，用RS232接口线将电脑和终端相连，就可以看到在电脑上看到终端的运行状态了，便于查找终端的故障原因。USB接口主要用于终端的软件升级，将需要升级的程序拷入U盘内，再将U盘插入USB接口处，终端就会自动升级新程序。本发明的GPRS通讯单元、内部继电器控制单元采用特有的单元化设计和热插拔等方便快捷的操作方式，从而实现使用操作更加方便、快捷、高效。

在上述现有技术的基础上，本发明还添加有内部继电器接线状态检测及指示单元、状态量接线端子强抗干扰单元和GPRS通讯单元自动加热单元。内部继电器接线状态检测及指示单元用于检测内部继电器控制单元的继电器接线状态；状态量接线端子强抗干扰单元针对状态量输入端元的接线端子进行设计的，主要用于增强状态量输入端元的接线端子的静电防护性能，提高设备的安全性；GPRS通讯单元自动加热单元用于为GPRS通讯单元的SIM卡进行自动加热，起到对SIM卡保护的作用。

如图2所示，所述的内部继电器接线状态检测及指示单元包括第三电阻R4、光电耦合器N1、第三三极管Q2、第四电阻R5和第五电阻R6，光电耦合器N1一端通过第三电阻R4连接内部继电器的静触点K11，光电耦合器N1另一端连接内部继电器的常开触点，光电耦合器N1的第一输出端通过第四电阻R5连接供电端，光电耦合器N1的第二输出端连接第三三极管Q2的基极，第三三极管Q2的集电极通过第五电阻R6连接供电端，第三三极管Q2的发射极接地，第三三极管的集电极连接内部继电器控制单元的单片机，内部继电器控制单元的单片机连接微处理器。所述的内部继电器接线状态检测及指示单元用于检测专变采集终端的内部继电器控制回路接线状态是否异常。如图2所示，当内部继电器控制单元内部的单片机I/O口P2检测到低电平时，说明光耦N1和三极管Q2被导通，因此说明图2中的a、b点之间的Uab有电压，此时指示灯的绿灯常亮，由此判断出专变采集终端内部继电器控制回路接线状态正常；当内部继电器控制单元的单片机I/O口P2检测到高电平时，说明光耦N1和三极管Q2没有被导通，因此说明a、b点之间的Uab没有电压，此时指示灯的红灯闪烁，由此判断出专变采集终端继电器控制回路接线状态异常；此时专变采集终端继电器控制回路的接线状态检测完毕。

如图3所示，所述的状态量接线端子强抗干扰性单元包括正静电释放电路和负静电释放电路；正静电释放电路和负静电释放电路并联，正静电释放电路包括第一稳压二极管D1和第一二极管D2，第一稳压二极管D1的负极连接状态量接线端子P3，第一稳压二极管D1的正极连接第一二极管D2的正极，第一二极管D2的负极接地；负静电释放电路包括第二稳压二极管D4和第二二极管D3，第二稳压二极管D4的负极接地，第二稳压二极管D4的正极连接第二二极管D3的正极，第二二极管D3的负极连接状态量接线端子P3，所述的状态量接线端子P3为状态量输入单元的接线端子。图3中，还有电阻、电容和放大器，构成状态量输入单元的元器件。所述的状态量接线端子强抗干扰单元用于对状态量接线端子的静电防护，更是对后端单片机的静电防护，从而提高产品的质量、寿命。当+8KV的正静电从端子P3接触放电时，静电的泄放回路为图中所示L1回路，正静电从端子P3经过静电防护器D泄放到GND；当-8KV的负静电从端子P3接触放电时，静电的泄放回路为图中所示L2回路，负静电从GND经过静电防护器D泄放到端子P3；此时状态量接线端子强抗干扰单元完成对状态量接入端子的静电防护。

如图4和图5所示，所述的GPRS通讯单元自动加热单元包括安装于GPRS通讯单元上的温度传感器5，所述的GPRS通讯单元焊接于印制板3的上端面，温度传感器5安装于GPRS通讯单元上端面，温度传感器5的采集输出端连接微处理器的温度采集输入端，微处理器的信号输出端通过第一电阻R9连接第一三极管Q3的基极，第一三极管Q3的集电极通过第二电阻R11连接供电端，第一三极管Q3的发射极连接第二三极管Q4的基极，第二三极管Q4的发射极接地，第二三极管Q4的集电极连接n个并联的发热电阻4，即为电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18和电阻R19，n个发热电阻4设于印制板3下端面，且正对GPRS通讯单元下方。所述的GPRS通讯单元自动加热单元用于低温时对SIM卡座1及SIM卡2加热。如图4和图5所示，将温度传感器5安装于SIM卡座1上端面，实时监测SIM卡座1的温度，微处理器实时读取温度传感器5采集的温度数值，且由微处理的I/O口P4控制加热电路。当微处理器读取温度传感器5的温度低于0℃时，微处理的I/O口P4便输出高电平，此时第一三极管Q3和第二三极管Q4导通，电阻R12、电阻13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19也被导通，处于发热状态，给SIM卡座1及SIM卡2加热；当微处理器读取到温度传感器5的温度高于5度时，微处理的I/O口P4便输出低电平，此时第一三极管Q3和第二三极管Q4不导通，故电阻R12、电阻13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19也处于不导通状态，所以，此时电阻不会对SIM卡座1及SIM卡2加热。此外，印制板3在布局上也采取了特殊处理，如图5所示，SIM卡座1及SIM卡2在印制板3正面，在相同位置SIM卡座1的反面是加热电阻R12、电阻13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19，故在微处理的I/O口P4输出高电平时，三极管Q3、Q4导通，加热电阻能起到对SIM卡座1及SIM卡2很好的加热效果，此时， GPRS通讯单元自动加热单元完成对SIM卡座1及SIM卡2的加热作用。

Claims (4)

1.一种新型专变采集终端，其特征在于：包括微处理器，微处理器连接有电源转换单元、计量单元、存储单元、显示单元、内部继电器控制单元、脉冲输入单元、RS485抄表单元、状态量输入单元、GPRS通讯单元、本地通讯单元、内部继电器接线状态检测及指示单元、状态量接线端子强抗干扰单元和GPRS通讯单元自动加热单元；所述的RS485抄表单元用于连接带有RS485接口的电能表，所述的脉冲输入单元用于连接带脉冲输出的机械表，所述的内部继电器控制单元通过I/O口连接内部继电器，所述的状态量输入单元通过接线端子连接外部断路器，所述的GPRS通讯单元用于与主站远程通讯，所述的GPRS通讯单元自动加热单元包括安装于GPRS通讯单元上的温度传感器，GPRS通讯单元安装于印制板上，温度传感器的采集输出端连接微处理器的温度采集输入端，微处理器的信号输出端通过第一电阻连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极通过第二电阻连接供电端，第一三极管的发射极连接第二三极管的基极，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极连接n个并联的发热电阻，n个发热电阻设于印制板下端面，且正对GPRS通讯单元下方。

2.根据权利要求1所述的新型专变采集终端，其特征在于：所述的内部继电器接线状态检测及指示单元包括第三电阻、光电耦合器、第三三极管、第四电阻和第五电阻，光电耦合器一端通过第三电阻连接内部继电器的静触点，光电耦合器另一端连接内部继电器的常开触点，光电耦合器的第一输出端通过第四电阻连接供电端，光电耦合器的第二输出端连接第三三极管的基极，第三三极管的集电极通过第五电阻连接供电端，第三三极管的发射极接地，第三三极管的集电极还连接内部继电器控制单元的单片机，内部继电器控制单元的单片机与微处理器连接。

3.根据权利要求2所述的新型专变采集终端，其特征在于：所述的状态量接线端子强抗干扰性单元包括正静电释放电路和负静电释放电路；正静电释放电路和负静电释放电路并联，正静电释放电路包括第一稳压二极管和第一二极管，第一稳压二极管的负极连接状态量接线端子，第一稳压二极管的正极连接第一二极管的正极，第一二极管的负极接地；负静电释放电路包括第二稳压二极管和第二二极管，第二稳压二极管的负极接地，第二稳压二极管的正极连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接状态量接线端子，所述的状态量接线端子为状态量输入单元的接线端子。

4.根据权利要求3所述的新型专变采集终端，其特征在于：所述的GPRS通讯单元焊接于印制板的上端面，温度传感器安装于GPRS通讯单元上端面。