CN105300442B - 一种户外电动汽车充电桩健康指数评估装置及评估方法 - Google Patents
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Abstract
一种户外电动汽车充电桩健康指数评估装置及评估方法属于配电网技术领域，特别涉及一种户外电动汽车充电桩健康指数评估装置及评估方法。本发明提供一种提取简单，精确度高的种户外电动汽车充电桩健康指数评估装置及评估方法。本发明户外电动汽车充电桩健康指数评估装置包括信号采集单元、A/D转换单元、数字信号处理单元、中央处理单元、4G通信传输单元和人机交互信息显示单元，其结构要点信号采集单元的输出端口与A/D转换单元的输入端口相连，A/D转换单元的输出端口与数字信号处理单元的数据输入端口相连，数字信号处理单元的数据输出端口与中央处理单元的数据输入端口相连。
Description
技术领域
本发明属于配电网技术领域，特别涉及一种户外电动汽车充电桩健康指数评估装置及评估方法。
背景技术
户外电动汽车充电桩是电动力车充电站，外形犹如停车计时秒表一般，一个充电桩可同时为两辆汽车充电，从没电到充满的充电时间为6至8小时，充电桩长期在户外以较大负荷电流工作，经受恶劣气象条件侵蚀，一旦发生故障，会造成电动汽车用户无法充电，甚至损坏电动汽车等用电设备，充电容量越大，其故障和停电对用户和电网造成的冲击和损失就越大，因此，对户外电动汽车充电桩状态进行实时监测，并对其健康指数做出在线评估，根据预测的健康指数检查发现用户事故隐患，则能够有效避免故障和停电，可显著提高充电桩安全性、可靠性和经济性。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种提取简单，精确度高的种户外电动汽车充电桩健康指数评估装置及评估方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明户外电动汽车充电桩健康指数评估装置包括信号采集单元、A/D转换单元、数字信号处理单元、中央处理单元、4G通信传输单元和人机交互信息显示单元，其结构要点信号采集单元的输出端口与A/D转换单元的输入端口相连，A/D转换单元的输出端口与数字信号处理单元的数据输入端口相连，数字信号处理单元的数据输出端口与中央处理单元的数据输入端口相连，中央处理单元的数据输出端口分别与人机交互信息显示单元输入端口、4G通信传输模块的输入端口相连；
所述信号采集单元包括运行时间计时器、电流传感器、温度传感器、降雨量传感器、风速传感器、噪声传感器，运行时间计时器输出端口、电流传感器输出端口、温度传感器输出端口、降雨量传感器输出端口、风速传感器输出端口、噪声传感器输出端口分别与A/D转换单元的输入端口相连。
作为另一种优选方案，本发明所述时间计时器采用DS12C887型号时钟芯片、电流互感器采用DHC03B型号、降雨量传感器采用BL-YW900型号雷达液位计、风速传感器采用YJ-FS100型号、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、噪声传感器采用CRY2110型号。
作为另一种优选方案，本发明所述A/D转换单元采用TLC2543串行A/D转换器，数字信号处理单元DSP采用TMS320F2812芯片，4G通信传输单元采用ME3760型号的LTE模块，人机交互信息显示单元采用HG1286402C型号的液晶显示模块；中央处理单元选用型号为STC89C51的单片机。
时间计时器、电流传感器、温度传感器、降雨量传感器、风速传感器、噪声传感器的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0-AIN5，A/D转换器TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到DSP芯片TMS320F2812的XA1-XA5引脚，TMS320F2812的XD0-XD7引脚分别与单片机STC89C51芯片的P0.0-P0.7相连，单片机STC89C51芯片的P1.0-P1.7与液晶显示模块的D0-D7连接，单片机STC89C51芯片的P2.0-P1.4与液晶显示模块的RS、RW、CS1、CS2、EN相连接，STC89C51芯片的RXD、TXD引脚与4G通信模块ME3760的DATA、DATA1端相连，4G通信模块的ATN1端通过1.0pF电容与天线相连。
另外，本发明所述信号转换电路采用TLC4501芯片。(设置信号转换电路，保证信号采集的频带宽度、转换速率和电压增益,同时降低输入失调电压和电流以及温度漂移)。
运行时间、电流、温度、降雨量、风速、噪声信息经过各传感器，进行同步采样、保持、A/D转换，变为数字信号后，送入DSP芯片进行数据处理，处理后的信息数据由DSP的并行数据输出接口送到单片机的数据输入口，再由单片机对运行时间、电流、温度、降雨量、风速、噪声信息数据进行计算后，计算结果通过液晶显示模块进行显示并将数据送到4G传输模块，为与远方调度通讯做好准备。
一种户外电动汽车充电桩健康指数评估方法，包括如下步骤：
步骤1：固定时间间隔内对配电网用户的状态数据，包括：运行时间、电流、温度、降雨量、风速、噪声6个数据进行测量，其中运行时间单位为小时、电流单位为安培，温度单位为摄氏度、降雨量单位为毫米、风速单位为米/秒、噪声单位为分贝，得到6组离散有序时间序列：式(9)
步骤2：对式(9)的时间序列进行标准化处理：
步骤3：建立可靠性模型
可靠度Rs(x)模型为：
故障率λi为常数0.1.
步骤4：计算可靠度的上下限值
m＝6，可靠度上限为：
其下限模型为：
步骤5：计算判断停止条件为：
式中，ε等于0.01。
步骤6：计算户外电动汽车充电桩健康指数值：CSI＝R(x)
步骤7：将户外电动汽车充电桩健康指数值值：CSI＝R(x)的计算结果通过液晶模块显示并通过4G传输模块发送至远方调度终端，以便维修人员及时进行检修。
其次，本发明所述运行时间、电流、温度、降雨量、风速、噪声6个数据各进行5次测量。
本发明有益效果。
本发明利用直接测量户外电动汽车充电桩健康指数评估装置的运行时间、电流、温度、降雨量、风速、噪声作为输入量，并最终利用A/D转换单元、DSP数字信号处理单元、CPU中央处理单元、人机交互信息显示单元和4G传输模块实现户外电动汽车充电桩健康指数评估装置监测。这种方法避免传统方法建立模型和选取参数时造成的误差，并且具有输入量提取简单，精确度高，准确度好，预测效率高的特点。
对户外电动汽车充电桩健康指数评估装置做出预测，能够预防电网重大事故，改善电力品质，提高用电可靠性，同时预测过程满足实时性要求，提高数据采集及处理的效率，提高户外电动汽车充电桩健康指数评估装置预测的速度和精度，实现了以较高精度和较短响应时间的优势对配电网户外电动汽车充电桩健康指数评估装置进行预测。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明电路原理框图。
图2是本发明电路原理图。
具体实施方式
如图所示，户外电动汽车充电桩健康指数评估装置包括信号采集单元、A/D转换单元、数字信号处理单元、中央处理单元、4G通信传输单元和人机交互信息显示单元。
所述A/D转换单元用于将信号采集单元采集的模拟信号转换成数字信号；
所述数字信号处理单元对A/D转换后的采集量进行数据处理；
所述中央处理单元对数字信号处理单元的数据进行；
所述人机交互信息显示单元用于就地显示户外电动汽车充电桩健康指数评估装置计算结果
所述4G通信传输模块用于将户外电动汽车充电桩健康指数评估装置计算结果传输至远方调度终端；
所述信号采集模块采集的运行时间、电流、温度、降雨量、风速、噪声6个信号输出至A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端与数字信号处理单元的输入端连接，所述DSP数字信号处理单元的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，所述CPU中央处理单元的串口与人机交互信息显示单元和4G通信传输模块的输入输连接。
信号采集模块包括运行时间计时器、电流传感器、温度传感器、降雨量传感器、风速传感器、噪声传感器，时间计时器采用DS12C887型号时钟芯片、电流互感器采用DHC03B型号、降雨量传感器采用BL-YW900型号雷达液位计、风速传感器采用YJ-FS100型号、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、噪声传感器采用CRY2110型号，A/D转换器选用TLC2543串行A/D转换器，该器件使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程，DSP数字信号处理单元选用TMS320F2812芯片，CPU中央处理单元选用型号为STC89C51的单片机，4G通信传输单元为ME3760型号的LTE模块，人机交互信息显示模块为HG1286402C型号的液晶显示模块。
时间计时器、电流传感器、温度传感器、降雨量传感器、风速传感器、噪声传感器的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0-AIN5，如图2所示，A/D转换器TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到DSP芯片TMS320F2812的XA1-XA5引脚，TMS320F2812的XD0-XD7引脚分别与51单片机STC89C51芯片的P0.0-P0.7相连，单片机STC89C51芯片的P1.0-P1.7与液晶显示模块的D0-D7连接，单片机STC89C51芯片的P2.0-P1.4与液晶显示模块的RS、RW、CS1、CS2、EN相连接，STC89C51芯片的RXD、TXD引脚与4G通信模块ME3760的DATA、DATA1端相连，4G通信模块的ATN1端通过天线将数据传送到远方调度。
运行时间、电流、温度、降雨量、风速、噪声信息经过各传感器，进行同步采样、保持、A/D转换，变为数字信号后，送入DSP芯片进行数据处理，处理后的信息数据由DSP的并行数据输出接口送到51单片机的数据输入口，再由单片机对运行时间、电流、温度、降雨量、风速、噪声信息数据进行计算后，计算结果通过液晶显示模块进行显示并将数据送到4G传输模块，为与远方调度通讯做好准备；
户外电动汽车充电桩健康指数评估方法，包括如下步骤：
步骤1：固定时间间隔内对配电网用户的状态数据，包括：运行时间、电流、温度、降雨量、风速、噪声6个数据进行5次测量，其中运行时间单位为小时、电流单位为安培，温度单位为摄氏度、降雨量单位为毫米、风速单位为米/秒、噪声单位为分贝，得到6组离散有序时间序列：
步骤2：对式(9)的时间序列进行标准化处理：
步骤3：建立可靠性模型
可靠度Rs(x)模型为：
故障率λi为常数0.1.
步骤4：计算可靠度的上下限值
m＝6，可靠度上限为：
其下限模型为：
步骤5：计算判断停止条件为：
式中，ε等于0.01。
步骤6：计算户外电动汽车充电桩健康指数值：CSI＝R(x)
步骤7：将户外电动汽车充电桩健康指数值值：CSI＝R(x)的计算结果通过液晶模块显示并通过4G传输模块发送至远方调度终端，以便维修人员及时进行检修。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种户外电动汽车充电桩健康指数评估装置，包括信号采集单元、A/D转换单元、数字信号处理单元、中央处理单元、4G通信传输单元和人机交互信息显示单元，其特征在于信号采集单元的输出端口与A/D转换单元的输入端口相连，A/D转换单元的输出端口与数字信号处理单元的数据输入端口相连，数字信号处理单元的数据输出端口与中央处理单元的数据输入端口相连，中央处理单元的数据输出端口分别与人机交互信息显示单元输入端口、4G通信传输单元的输入端口相连；
所述信号采集单元包括时间计时器、电流互感器、温度传感器、降雨量传感器、风速传感器、噪声传感器，时间计时器输出端口、电流互感器输出端口、温度传感器输出端口、降雨量传感器输出端口、风速传感器输出端口、噪声传感器输出端口分别与A/D转换单元的输入端口相连；
所述时间计时器采用DS12C887型号时钟芯片、电流互感器采用DHC03B型号、降雨量传感器采用BL-YW900型号雷达液位计、风速传感器采用YJ-FS100型号、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、噪声传感器采用CRY2110型号；
所述A/D转换单元采用TLC2543串行A/D转换器，数字信号处理单元DSP采用TMS320F2812芯片，4G通信传输单元采用ME3760型号的LTE模块，人机交互信息显示单元采用HG1286402C型号的液晶显示模块；中央处理单元选用型号为STC89C51的单片机；
时间计时器、电流互感器、温度传感器、降雨量传感器、风速传感器、噪声传感器的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0-AIN5，A/D转换器TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到DSP芯片TMS320F2812的XA1-XA5引脚，TMS320F2812的XD0-XD7引脚分别与单片机STC89C51芯片的P0.0-P0.7相连，单片机STC89C51芯片的P1.0-P1.7与液晶显示模块的D0-D7连接，单片机STC89C51芯片的P2.0-P1.4与液晶显示模块的RS、RW、CS1、CS2、EN相连接，STC89C51芯片的RXD、TXD引脚与4G通信传输单元ME3760的DATA、DATA1端相连，4G通信传输单元的ATN1端通过1.0pF电容与天线相连；
所述户外电动汽车充电桩健康指数评估装置的评估方法，包括如下步骤：
步骤1：固定时间间隔内对配电网用户的状态数据，包括：运行时间、电流、温度、降雨量、风速、噪声6个数据进行测量，其中运行时间单位为小时、电流单位为安培，温度单位为摄氏度、降雨量单位为毫米、风速单位为米/秒、噪声单位为分贝，得到6组离散有序时间序列：
步骤2：对时间序列进行标准化处理：
步骤3：建立可靠性模型
可靠度Rs(x)模型为：
故障率λi为常数0.1.
步骤4：计算可靠度的上下限值
n＝6，可靠度上限为：
其下限模型为：
步骤5：计算判断停止条件为：
式中，ε等于0.01；
步骤6：计算户外电动汽车充电桩健康指数值：CSI＝R(x)
步骤7：将户外电动汽车充电桩健康指数值值：CSI＝R(x)的计算结果通过液晶显示模块显示并通过4G通信传输单元发送至远方调度终端，以便维修人员及时进行检修；
所述运行时间、电流、温度、降雨量、风速、噪声6个数据各进行5次测量。
2.根据权利要求1所述一种户外电动汽车充电桩健康指数评估装置，其特征在于所述信号转换电路采用TLC4501芯片。
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