CN107767649A - 一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统，包含监控终端以及与其连接的多个数据采集终端，所述数据采集终端包含用于检测电气设备参数的多个智能电表，以及与所述电表连接的控制器模块，所述数据采集终端还包含无线传输模块、USART模块、反激式开关电源、充放电控制模块，所述反激式开关电源通过充放电控制模块连接控制器模块，所述无线传输模块、USART模块分别与控制器模块连接，将智能电表的读数进行汇总上传至监控终端，通过无线网络的数据传输，有效的提高了效率和准确度，大大的节约了人力资源。
Description
技术领域
本发明属于智能监控领域，尤其涉及一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统。
背景技术
我国大部分城市智能电表一般采用人工抄表管理的方式，寻线人员携带便携式检测设备对各个智能电表，当出现故障，则派工作人员前往修复，然后进行相应处理，这种方式有一定的灵活性和灵敏度，但这种传统的检测方式在时间和空间上存在着许多漏洞，无法及时有效的知晓故障的电表，需要投入大量的人力物力，使用效果欠佳。
以太网指的是将各种信息传感设备，如射频发射器、定位系统、激光扫描器等与互联网结合起来，组成一个巨大的网络。然后，将生活中的所有物品都纳入这个网络，方便识别和管理。通俗地说，互联网的终端是人，而“物联网”的终端是物品，每一件物品都有CPU、网络地址和传感器，物品与物品之间也可以传递信息、发送指令，其主要宗旨是让所有物品与网络连接在一起，系统可以自动的、实时的对物体进行监控、识别、定位、追踪并触发相应事件。物联网的兴起，为智能家居提供了条件。如何通过简化物联网终端设备，最终开发出一套经济实用的支持多终端应用的智能电表物联网平台是非常有意义、有价值的工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统，包含监控终端以及与其连接的多个数据采集终端，所述数据采集终端包含用于检测电气设备参数的多个智能电表，以及与所述电表连接的控制器模块，所述数据采集终端还包含无线传输模块、USART模块、反激式开关电源、充放电控制模块，所述反激式开关电源通过充放电控制模块连接控制器模块，所述无线传输模块、USART模块分别与控制器模块连接；
其中，所述充放电控制模块包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器；
反激式开关电源通过充电控制电路连接蓄电池，用于控制蓄电池充电；
蓄电池与放电控制电路连接，用于控制蓄电池放电；
充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和微控制器模块连接，用于分别实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流，已经将采集的电信号上传至微控制器模块；
人机交互模块与微控制器模块连接，用于查看蓄电池的电压状态及充放电电流状态，以及用于设定微控制器参数阈值；
所述PWM驱动器分别和微控制器模块、充电控制电路、放电控制电路连接，用于根据采集的电压及电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
作为本发明一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统的进一步优选方案，所述数据采集终端还包含显示模块、时钟模块和数据存储模块，所述显示模块、时钟模块和数据存储模块分别与控制器模块连接。
作为本发明一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统的进一步优选方案，所述无线传输模块包含依次连接的DSP模块和无线发射器。
作为本发明一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统的进一步优选方案，所述充电电流检测模块采用霍尔传感器。
作为本发明一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统的进一步优选方案，所述PWM驱动器的芯片型号为IR4427。
作为本发明一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统的进一步优选方案，所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明涉及一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统，其具有成本低、易于实现、组网容易等优点，通过485接口连接多个智能电表，将智能电表的读数进行汇总上传至监控终端，通过无线网络的数据传输，有效的提高了效率和准确度，大大的节约了人力资源。
附图说明
图1是本发明的系统结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统，包含监控终端以及与其连接的多个数据采集终端，所述数据采集终端包含用于检测电气设备参数的多个智能电表，以及与所述电表连接的控制器模块，所述数据采集终端还包含无线传输模块、USART模块、反激式开关电源、充放电控制模块，所述反激式开关电源通过充放电控制模块连接控制器模块，所述无线传输模块、USART模块分别与控制器模块连接；1、本发明涉及一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统，其具有成本低、易于实现、组网容易等优点，通过485接口连接多个智能电表，将智能电表的读数进行汇总上传至监控终端，通过无线网络的数据传输，有效的提高了效率和准确度，大大的节约了人力资源。
其中，所述充放电控制模块包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器；
反激式开关电源通过充电控制电路连接蓄电池，用于控制蓄电池充电；
蓄电池与放电控制电路连接，用于控制蓄电池放电；
充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和微控制器模块连接，用于分别实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流，已经将采集的电信号上传至微控制器模块；
人机交互模块与微控制器模块连接，用于查看蓄电池的电压状态及充放电电流状态，以及用于设定微控制器参数阈值；
所述PWM驱动器分别和微控制器模块、充电控制电路、放电控制电路连接，用于根据采集的电压及电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
其中，反激式开关电源：开关电源的具体设计指标如下：工频输入AC 220（1±20%）V；直流输出18 V/10 A和10 V/0.6 A；开关频率fS=65 kHz，输出功率Pout=180 W，工作效率η≥85%，最大占空比Dmax=0.45，电流连续型工作模式（CCM）。具体设计主要包括3个部分：EMI滤波、高频变压器以及环路补偿。
12 V蓄电池在工作过程中端电压在10.5 V～14.0 V之间变化，单片机AD转换参考电压为5 V，因此需要对采样信号进行线性调理。本设计采用阻值为400 kΩ和100 kΩ，精度为1%的电阻进行分压采样，分压系数k=0.2。
蓄电池充放电电流采用霍尔传感器获取。由于传感器的输出存在2.5 V直流偏置，为消除偏置电压，减少单片机转换与计算时间，使用LM358构建差分电路，获取实际的电流转换电压进行AD采样。
电路噪声和外界干扰的存在使得AD采样信号中混有各种噪声，为提高采样信号信噪比，本文采用巴特沃斯低通滤波器设计方法设计了通带截止频率为100 Hz，阻带截止频率为500 Hz，输出增益为1的二阶有源低通滤波器对信号进行滤波处理。
系统采用PWM方式实现对蓄电池充放电过程的统一管理。根据场效应管的伏安特性可知，在MOS管的饱和区，当VGS固定时，VDS的变化对IDS的影响不大，具有恒流源特性。因此，通过数字PI控制器自适应调整场效应管的栅源电压可以得到设定的恒流输出，实现多段式恒压限流充电管理。放电过程中，蓄电池端电压会从13.1 V逐渐下降至工作截止电压10.5 V，使得蓄电池的输出不稳定。因此，采用PWM脉宽调制的方式对直流负载进行供电，使蓄电池稳定输出。
为防止由于交流电源断开后蓄电池对开关电源电路反向放电，利用二极管的单向导通特性，通过在回路中串接肖特基二极管MBR20100防止蓄电池逆向放电。同时，考虑到蓄电池接入时可能出现反接，造成电路板元件损坏，设计采用MOS管反接保护电路，通过电阻R9和稳压二极管D2提供场效应管的栅源电压。当蓄电池反接时，栅源电压VGS=0，场效应管截止，充电回路被断开。
所述数据采集终端还包含显示模块、时钟模块和数据存储模块，所述显示模块、时钟模块和数据存储模块分别与控制器模块连接。
所述无线传输模块包含依次连接的DSP模块和无线发射器。所述充电电流检测模块采用霍尔传感器。所述PWM驱动器的芯片型号为IR4427。所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (6)
1.一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统，其特征在于：包含监控终端以及与其连接的多个数据采集终端，所述数据采集终端包含用于检测电气设备参数的多个智能电表，以及与所述电表连接的控制器模块，所述数据采集终端还包含无线传输模块、USART模块、反激式开关电源、充放电控制模块，所述反激式开关电源通过充放电控制模块连接控制器模块，所述无线传输模块、USART模块分别与控制器模块连接；
其中，所述充放电控制模块包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器；
反激式开关电源通过充电控制电路连接蓄电池，用于控制蓄电池充电；
蓄电池与放电控制电路连接，用于控制蓄电池放电；
充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和微控制器模块连接，用于分别实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流，已经将采集的电信号上传至微控制器模块；
人机交互模块与微控制器模块连接，用于查看蓄电池的电压状态及充放电电流状态，以及用于设定微控制器参数阈值；
所述PWM驱动器分别和微控制器模块、充电控制电路、放电控制电路连接，用于根据采集的电压及电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统，其特征在于：所述数据采集终端还包含显示模块、时钟模块和数据存储模块，所述显示模块、时钟模块和数据存储模块分别与控制器模块连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统，所述无线传输模块包含依次连接的DSP模块和无线发射器。
4.根据权利要求1所述的一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统，所述充电电流检测模块采用霍尔传感器。
5.根据权利要求1所述的一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统，所述PWM驱动器的芯片型号为IR4427。
6.根据权利要求1所述的一种基于充放电控制的电气设备能耗采集系统，所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。
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