CN106169810A - 一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统，主要由后台控制中心及通过无线通信电路连接的前端检测设备组成；前端检测设备内设置有逻辑电路处理器、单片机、FLASH存储器、串口驱动电路、电源电路、触摸显示电路、日历芯片、开关驱动电路、CAN总线电路，逻辑电路处理器连接单片机，FLASH存储器连接逻辑电路处理器，触摸显示电路分别连接逻辑电路处理器及单片机，将配电变压器各种待检数据进行测量，并采用无线传输技术将所检测的各种数据实时发送至后台控制中心，以备后台管理人员进行及时管控及给维护人员提供维护参数数据，保障配电变压器长期稳定运行，整个智能检测系统具有成本低廉、运行稳定、处理速度快捷等优点。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域，具体的说，是一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统。
背景技术
电力系统，由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置(主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等)转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。
建立结构合理的大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。电力系统建设往往是国家及地区国民经济发展规划的重要组成部分。
电力系统的出现，使用高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。
随着科学技术的日新月异，人类对文明生活需求的进步，带来对电能的需求越来越高，也带来了对电力系统的设备有更高的要求，由此电力系统配电变压器的功能及检测设备受到各方面的密切关注。
发明内容
本发明的目的在于设计出一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统，将配电变压器各种待检数据进行测量，并采用无线传输技术将所检测的各种数据实时发送至后台控制中心，以备后台管理人员进行及时管控及给维护人员提供维护参数数据，保障配电变压器长期稳定运行，整个智能检测系统具有成本低廉、运行稳定、处理速度快捷等优点。
本发明通过下述技术方案实现：一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统，主要由后台控制中心及通过无线通信电路连接的前端检测设备组成；所述前端检测设备内设置有逻辑电路处理器、单片机、FLASH存储器、串口驱动电路、电源电路、触摸显示电路、日历芯片、开关驱动电路、CAN总线电路，所述逻辑电路处理器连接单片机，所述FLASH存储器连接逻辑电路处理器，所述触摸显示电路分别连接逻辑电路处理器及单片机，所述电源电路分别连接逻辑电路处理器、单片机及触摸显示电路，所述串口驱动电路连接逻辑电路处理器，所述逻辑电路处理器连接日历芯片，所述开关驱动电路连接逻辑电路处理器，所述CAN总线电路连接逻辑电路处理器；所述触摸显示电路的控制芯片采用模拟数据转换器ADS7843。
进一步的，为更好的实现本发明，能有效利用可再生能源，降低不可再生能源的损耗，特别设置成下述结构：所述电源电路包括太阳能电池板、控制器及供电电路，所述太阳能电池板连接控制器，所述供电电路分别连接控制器、逻辑电路处理器、单片机及触摸显示电路。
为更好的实现本发明，进一步的，能够使太阳能所发的富足电量被存储，便于夜间或日照强度不够的天气依然能进行正常测试，特别设置有下述结构：所述电源电路内还设置有蓄电池，所述蓄电池连接控制器。
为更好的实现本发明，进一步的，提高逻辑电路处理器的处理性能，使得在进行数据处理时速度更快，特别设置下述结构：所述前端检测设备内还设置有随机存储器，所述随机存储器连接逻辑电路处理器，所述随机存储器采用静态随机存储器和/或动态随机存储器。
进一步的，为更好的实现本发明，能有效的利用成熟的嵌入式处理技术进行整个终端设备的构架，特别采用下述设置方式：所述单片机采用TMS470MF04207。
进一步的，为更好的实现本发明，能有效的利用成熟的大型逻辑可编程技术进行整个终端设备的构架，特别采用下述设置方式：所述逻辑电路处理器的处理芯片采用MAX10 FPGA。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明将配电变压器各种待检数据进行测量，并采用无线传输技术将所检测的各种数据实时发送至后台控制中心，以备后台管理人员进行及时管控及给维护人员提供维护参数数据，保障配电变压器长期稳定运行，整个智能检测系统具有成本低廉、运行稳定、处理速度快捷等优点。
(2)本发明所述前端检测设备采用大型可编程逻辑技术与嵌入式微处理技术相结合的设计方式而设计的智能检测系统，利用具有高速硬件并行算法和高工作频率的逻辑电路处理器内部构建的硬件数据处理电路对各种检测数据进行加载处理，并采用嵌入式芯片电路做微控制处理，完成配电变压器的各种待检测数据的检测；由于触摸屏的应用，可对所需检测参数进行直接设置及指令下达，从而可不必携带鼠键套，减少使用者的体力支出，并且由于采用触摸屏技术，可使得整个智能检测系统向小型化设计靠拢，便于携带。
(3)本发明所述逻辑电路处理器能有效完成地址锁存、数据总线驱动、控制信号总线驱动及逻辑电平转换、片选信号发生等功能。
(4)本发明采用CAN通信技术，完成远程数据的传输，以备后台中心或区域内的各种待检测设备的数据传输。
(5)本发明能够完成配电变压器的各种功能检测，以期使得配电变压器长期处于稳定的工作状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明所述电源电路原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细介绍，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1所示，一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统，如图1所示，主要由后台控制中心及通过无线通信电路连接的前端检测设备组成；所述前端检测设备内设置有逻辑电路处理器、单片机、FLASH存储器、串口驱动电路、电源电路、触摸显示电路、日历芯片、开关驱动电路、CAN总线电路，所述逻辑电路处理器连接单片机，所述FLASH存储器连接逻辑电路处理器，所述触摸显示电路分别连接逻辑电路处理器及单片机，所述电源电路分别连接逻辑电路处理器、单片机及触摸显示电路，所述串口驱动电路连接逻辑电路处理器，所述逻辑电路处理器连接日历芯片，所述开关驱动电路连接逻辑电路处理器，所述CAN总线电路连接逻辑电路处理器；所述触摸显示电路的控制芯片采用模拟数据转换器ADS7843。
其中，后台控制中心，将前端检测设备所测数据进行有效整合，后台操作人员可根据整合数据显示结果，给维护人员提供维护依据；无线通信电路，用于后台控制中心与前端检测设备之间进行数据通信的无线网络，可采用GPRS网络或3G或4G网络；单片机主要承担着前端检测设备的控制中心及数据的算术、逻辑运算的任务；逻辑电路处理器主要完成：地址锁存、数据总线驱动、控制信号总线驱动及逻辑电平转换、片选信号发生等功能；串口驱动电路完成串口电平TTL至RS232转换功能；FLASH存储器结合逻辑电路处理器完成数据交互存储功能等，并进行数据备份存储；日历芯片可以根据设置自动完成年月日时份秒的计算，并可以实现闹钟，它主要使智能检测系统能够定时采集数据；CAN总线电路完成远程数据的传输，以备后台中心或区域内的各种待检测设备的数据传输；开关驱动电路，主要是提供给各种开关电源、交直流电机调速系统的电压与电流。
使用者当需要进行参数设置或指令下达时可通过触摸显示电路上的触摸屏，进行直接设置，而在设计时，触摸显示电路的控制芯片采用模拟数据转换器ADS7843，ADS7843是一款连续近似记录(SAR)的AD转换器。可通过连结触摸屏X+触摸信号输入到AD转化器。同时打开Y+和Y-的驱动，然后数字化X+的电压，从而得到当前Y位置的测量结果；同理，也可得到X方向的坐标。
ADS7843是4线电阻触摸屏转换接口芯片。它是一款具有同步串行接口的12位取样模数转换器。在125KHz吞吐速率和2.7V电压下的功耗为750uW，而在关闭模式下的功耗仅为0.5uW。ADS7843以其低功耗和高速率等特性，被广泛应用。ADS7843采用SSOP-16引脚封装形式。温度范围是-40℃～+80℃。ADS7843具有两个辅助输入(1N3、1N4)，可设置为8位或12位模式。该电路的工作电压在2.7～5.25V之间。基准电压vref介于1V～+Vcc。该电路的基准电压确定了转换器的输入范围，输出数据中每个数字位代表的模拟电压等于基准电压除以4096。
外扩的FLASH存储器采用SPR4096A，主要用来存储智能采集设备所需备份数据信息。SPR4096A FLASH具有如下特征：512K×8位的存储空间；内嵌4K×8位的SRAM；外部CPU可以通过串行接口或8位并行接口来访问Flash/SRAM；I/O接口的电压范围为2.25～3.6V，并支持stand by的省电模式。可以大大降低系统的成本。
将配电变压器各种待检数据进行测量，并采用无线传输技术将所检测的各种数据实时发送至后台控制中心，以备后台管理人员进行及时管控及给维护人员提供维护参数数据，保障配电变压器长期稳定运行，整个智能检测系统具有成本低廉、运行稳定、处理速度快捷等优点。
采用大型可编程逻辑技术与嵌入式微处理技术相结合的设计方式而设计的智能检测系统，利用具有高速硬件并行算法和高工作频率的逻辑电路处理器内部构建的硬件数据处理电路对各种检测数据进行加载处理，并采用嵌入式芯片电路做微控制处理，完成配电变压器的各种待检测数据的检测；由于触摸屏的应用，可对所需检测参数进行直接设置及指令下达，从而可不必携带鼠键套，减少使用者的体力支出，并且由于采用触摸屏技术，可使得整个智能检测系统向小型化设计靠拢，便于携带。
实施例2：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明，能有效利用可再生能源，降低不可再生能源的损耗，如图1、图2所示，特别设置成下述结构：所述电源电路包括太阳能电池板、控制器及供电电路，所述太阳能电池板连接控制器，所述供电电路分别连接控制器、逻辑电路处理器、单片机及触摸显示电路，所述电源电路采用太阳能进行供电，太阳能电池板将太阳能转换为电能并经控制器内的稳压电路稳压为逻辑电路处理器、单片机及触摸显示电路所需要的工作电压并经供电电路供电给逻辑电路处理器、单片机及触摸显示电路，使其正常工作。
实施例3：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，为更好的实现本发明，进一步的，能够使太阳能所发的富足电量被存储，便于夜间或日照强度不够的天气依然能进行正常测试，如图1、图2所示，特别设置有下述结构：所述电源电路内还设置有蓄电池，所述蓄电池连接控制器，蓄电池将富裕电能存储，当需要使用蓄电池内的电能时，蓄电池进行放电并经控制器内用于蓄电池释电的专用通道进行释电及稳压，经稳压为逻辑电路处理器、单片机及触摸显示电路所能够使用的电压值后供给逻辑电路处理器、单片机及触摸显示电路，以备其在光照强度不够的天气或黑夜中可以继续工作。
实施例4：
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，为更好的实现本发明，进一步的，提高逻辑电路处理器的处理性能，使得在进行数据处理时速度更快，如图1所示，特别设置下述结构：所述前端检测设备内还设置有随机存储器，所述随机存储器连接逻辑电路处理器，所述随机存储器采用静态随机存储器和/或动态随机存储器，静态存储器(SRAM)的特点是工作速度快，只要电源不撤除，写入SRAM的信息就不会消失，不需要刷新电路，同时在读出时不破坏原来存放的信息，一经写入可多次读出，但集成度较低，功耗较大，在本发明中作高速缓冲存储器(Cache)使用。DRAM是动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory)，它是利用场效应管的栅极对其衬底间的分布电容来保存信息，以存储电荷的多少，即电容端电压的高低来表示“1”和“0”，在本发明中作为主存储器使用。
实施例5：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明，能有效的利用成熟的嵌入式处理技术进行整个终端设备的构架，特别采用下述设置方式：所述单片机采用TMS470MF04207。
TMS470MF04207是一款包括32位RISCCPU内核，具有高达448K字节的程序内存，具有(SECDED ECC)的64K字节闪存(用于获得额外的程序空间或进行EEPROM仿真)，高达24K字节的静态RAM(SRAM)，带实时中断定时器(RTI)、矢量中断模块(VIM)、硬件内置自测试(BIST)校验器，用于SRAM(MBIST)和CPU(LBIST)、64位循环冗余校验器(CRC)、基于调频零引脚锁相环(FMzPLL)的时钟模块(带前置分频器)、两个多缓冲串行外设接口(MibSPI)、两个具有本地互连网络接口(LIN)的UART(SCI)、两个CAN控制器(DCAN)、高端定时器(HET)、外部时钟前置分频(ECP)模块、一个16通道10位多缓冲ADC(MibADC)、错误信令模块(ESM)、4个专用的通用I/O(GIO)引脚和45个附加外设I/O(100引脚封装)的ARM处理器，能够高效、快速、精准、大规模的处理及得信息，并支持通信协议传输数据。
TMS470MF04207内存包括通用SRAM，可支持字节模式、半字模式及字模式的单周期读/写存取。可以利用ECC对TMS470M器件上的SRAM加以保护。此项特性运用单错纠正和双错检测电路(SECDED电路)来检测并选择性地校正单位错误以及检测所有的双位错误和某些多位错误。这是通过将一个用于内存空间的每个64位双字的8位ECC校验和/代码保存在一个单独的ECC RAM内存空间中实现的。
该器件上的闪存是一种非易失性、电可擦且可编程的存储器。它是采用一个144位宽的数据字(128位，无ECC)和一个64位宽的闪存模块接口实现的。该闪存在高达28MHz的系统时钟频率条件下运行。可提供闪存数据线性预读取的流水线模式实现了一个高达80MHz的系统时钟。
TMS470MF04207器件上的增强型实时中断(RTI)模块可选择由振荡器时钟进行驱动。数字安全装置(DWD)是一个25位的可复位递减计数器，当安全装置计数器终止计数时，该计数器将提供系统复位。
TMS470MF04207器件具有6个通信接口：两个LIN/SCI、两个DCAN和两个MibSPI。LIN是本地互连网络标准，而且还支持一种SCI模式。SCI可被用在一个用于CPU与其他采用标准不归零制(NRZ)格式外设之间的异步通信的全双工、串行I/O接口中。DCAN采用一种串行、多主机通信协议，此协议可高效支持分布式实时控制及高达1兆位每秒(Mbps)的稳健通信速率。DCAN非常适合于工作于嘈杂和严酷环境中的应用(例如：汽车和工业领域)，此类应用需要可靠的串行通信或多路复用线路。MibSPI为相似的移位寄存器型器件之间的高速通信提供了一种便捷的串行交互方法。MibSPI提供了标准的SOMI、SIMO和SPI时钟接口以及多达8条芯片选择线路。
HET是一种先进的智能定时器，可为实时应用提供精密的定时功能。该定时器为软件控制型，采用一个精简指令集，并具有一个专用的微级机定时器和一个连接的I/O端口。这种HET可用于比较、捕获或通用型I/O。它特别适合于那些需要带有复杂和准确的时间脉冲的多种传感器信息和驱动传动器的应用。TMS470MF04207的HET外设包含“异或(XOR)共享”功能。该功能允许对两个相邻的HET高分辨率通道进行“异或”运算，从而可以输出一个小于标准HET的脉冲。
TMS470MF04207器件具有一个10位分辨率的采样及保持MibADC。可利用软件对每个MibADC通道进行分组，以用于顺序转换序列。有三个单独的分组，它们均可以由一个外部事件触发。每个序列可在被触发时执行一次转换，或者通过配置以执行连续转换模式。
调频零引脚锁相环(FMzPLL)时钟模块包含一个锁相环、一个时钟监视器电路、一个时钟启用电路和一个前置分频器。FMzPLL的功能是将外部频率基准倍频至一个较高的频率，以供内部使用。FMzPLL提供了全局时钟模块(GCM)的输入。GCM模块接着向所有其他的TMS470MF04207器件模块提供系统时钟(HCLK)、实时中断时钟(RTICLK)、CPU时钟(GCLK)、HET时钟(VCLK2)、DCAN时钟(AVCLK1)及外设接口时钟(VCLK)。
另外，TMS470MF04207器件还具有两个外部时钟前置分频器(ECP)模块，该模块在被启用时将输出一个连续外部时钟(ECLK)。ECLK1频率是外设接口时钟(VCLK)频率的一个用户可编程比值。可以选择第二个ECLK输出来取代HET15输出。它与ECLK1共用同一个信源时钟，但可以针对一个产生自ECLK1的单独输出频率进行独立设置。
错误信令模块(ESM)在器件内部提供了一个用于错误报告的共用位置，从而实现了高效的错误检查和识别。
实施例6：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明，能有效的利用成熟的大型逻辑可编程技术进行整个终端设备的构架，特别采用下述设置方式：所述逻辑电路处理器的处理芯片采用MAX 10 FPGA。
Altera的MAX 10 FPGA在低成本、单芯片小外形封装可编程逻辑器件中实现了先进的处理功能，是革命性的非易失集成器件。继承了前一代MAX器件系列的单芯片特性，使用单核或者双核电压供电，其密度范围在2K至50KLE之间。
MAX 10 FPGA采用TSMC的55nm嵌入式NOR闪存技术制造，支持瞬时接通功能。其集成功能包括模数转换器(ADC)和双配置闪存，支持您在一个芯片上存储两个镜像，在镜像间动态切换。与CPLD不同，MAX 10 FPGA还包括全功能FPGA特性，例如，Nios II软核嵌入式处理器、数字信号处理(DSP)模块和软核DDR3存储控制器等。
具有如下特性：
双配置闪存，一个管芯闪存支持双配置，实现数千次重新编程真正的失效安全更新。
模拟模块，集成模拟模块和ADC以及温度传感器，非常灵活的采样排序功能，缩短了延时，减小了电路板面积。
瞬时接通，MAX 10 FPGA是系统电路板上第一个开始工作的器件，控制高密度FPGA、ASIC、ASSP和处理器等其他组件的启动。
Nios II软核嵌入式处理器，MAX 10 FPGA支持Altera软核Nios II嵌入式处理器的集成，为嵌入式开发人员提供了单芯片、完全可配置的瞬时接通处理器子系统。
DSP模块，作为第一款非易失具有DSP的FPGA，MAX 10 FPGA非常适合使用集成18x18乘法器的高性能、高精度应用。
DDR3外部存储器接口，MAX 10 FPGA通过软核IP存储控制器支持DDR3SDRAM和LPDDR2接口，适合视频、数据通路和嵌入式应用。
用户闪存，具有736KB管芯用户闪存代码存储功能，MAX 10 FPGA支持先进的单芯片Nios II嵌入式应用。
本发明将配电变压器各种待检数据进行测量，并采用无线传输技术将所检测的各种数据实时发送至后台控制中心，以备后台管理人员进行及时管控及给维护人员提供维护参数数据，保障配电变压器长期稳定运行，整个智能检测系统具有成本低廉、运行稳定、处理速度快捷等优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统，其特征在于：主要由后台控制中心及通过无线通信电路连接的前端检测设备组成；所述前端检测设备内设置有逻辑电路处理器、单片机、FLASH存储器、串口驱动电路、电源电路、触摸显示电路、日历芯片、开关驱动电路、CAN总线电路，所述逻辑电路处理器连接单片机，所述FLASH存储器连接逻辑电路处理器，所述触摸显示电路分别连接逻辑电路处理器及单片机，所述电源电路分别连接逻辑电路处理器、单片机及触摸显示电路，所述串口驱动电路连接逻辑电路处理器，所述逻辑电路处理器连接日历芯片，所述开关驱动电路连接逻辑电路处理器，所述CAN总线电路连接逻辑电路处理器；所述触摸显示电路的控制芯片采用模拟数据转换器ADS7843。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统，其特征在于：所述电源电路包括太阳能电池板、控制器及供电电路，所述太阳能电池板连接控制器，所述供电电路分别连接控制器、逻辑电路处理器、单片机及触摸显示电路。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统，其特征在于：所述电源电路内还设置有蓄电池，所述蓄电池连接控制器。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统，其特征在于：所述前端检测设备内还设置有随机存储器，所述随机存储器连接逻辑电路处理器，所述随机存储器采用静态随机存储器和/或动态随机存储器。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统，其特征在于：所述单片机采用TMS470MF04207。
6.根据权利要求1或2或4所述的一种基于无线传输技术的配电变压器智能检测系统，其特征在于：所述逻辑电路处理器的处理芯片采用MAX 10 FPGA。
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