CN107942263A - 一种飞行器测控电源的实时监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞行器测控电源的实时监测装置，包括测控机盒，测控机盒的上方镶嵌有测控面板，测控面板上设置有接线端子，内部固定有监测电路，监测电路包括核心处理器和信号采集模块，核心处理器采用C8051F040芯片，芯片的SPI端口连接有信号调理模块和相序监控模块，信号采集模块的输入端通过导线连接至测控面板上的接线端子，信号采集模块输出采样信号至信号调理模块；核心处理器的UART端口连接有无线通信模块，无线通信模块用于与远程上位机进行数据通信；核心处理器的GPIO端口还连接有自动报警电路和智能保护电路。本发明能够自动实现对飞行器电源的各项电量参数采集，实现自动保护和远程监控，并具有自动相序校准功能。
Description
技术领域
本发明涉及电源检测领域，具体为一种飞行器测控电源的实时监测装置。
背景技术
飞机电源系统由主电源、应急电源和二次电源组成，有时还包括辅助电源。主电源由航空发动机传动的发电机、电源控制保护设备等构成，在飞行中供电。飞行中主电源发生故障时，蓄电池或应急发电机即成为应急电源。在飞行器的航行过程中，电源的作用至关重要。作为大电流输出电源设备，飞行器测控电源是控制系统的重要供电装置之一，输出有直流和交流电压，电源设备在使用时，由于输入电压大范围波动、输入相序错误、电源设备内部大功率器件烧蚀等因素，导致输出电压异常、接触器失灵、负载能力降低等故障。而现有的故障检测设备均为单一参量的测试设备，检测设备台件数量多且均为人工手动测试。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种飞行器测控电源的实时监测装置，包括测控机盒，所述测控机盒为绝缘防水材料制成的长方体盒子，测控机盒的上方镶嵌有测控面板，所述测控面板上设置有接线端子，通过鳄鱼夹导线连接至待检测电源的输出端；测控机盒的内部固定安装有集成电路板，集成电路板上焊接有监测电路，所述监测电路包括核心处理器和信号采集模块，所述核心处理器采用C8051F040芯片，芯片的SPI端口连接有信号调理模块和相序监控模块，所述信号采集模块的输入端通过导线连接至测控面板上的接线端子，信号采集模块输出采样信号至信号调理模块；核心处理器的UART端口连接有无线通信模块，无线通信模块用于与远程上位机进行数据通信；所述核心处理器的GPIO端口还连接有自动报警电路和智能保护电路，所述智能保护电路连接至被监控电源的通断控制端。
作为本发明一种优选的技术方案，所述测控面板的上表面镶嵌有液晶显示器、拨动按键和同轴线接口，所述液晶显示器通过排线连接至核心处理器的GPIO端口，并镶嵌在机盒上表面，拨动按键的引脚通过导线连接在外部电源与核心处理器的电源引脚VCC之间。
作为本发明一种优选的技术方案，所述信号采集模块包括电能计量芯片、电压峰值采样器和纹波采样器，所述电能计量芯片采用CS5460A芯片，电压峰值采样器采用运算放大器芯片TL082组成，所述纹波采样器利用ART8011采集卡。
作为本发明一种优选的技术方案，所述信号调理模块包括隔离互感器，所述隔离互感器的输出端连接有滤波放大器，所述滤波放大器的输出端连接有模数转换器，所述模数转换器输出数字信号至SPI端口。
作为本发明一种优选的技术方案，所述相序监控模块包括相序检测电路和相序自动校正电路，所述相序检测电路采用双机晶体管串联三极管和电压继电器组成，相序检测电路的输入端连接至电源输出端，相序自动校正电路采用隔离变压器并联三相全桥电路组成，输出信号连接至信号调理模块的输入端。
作为本发明一种优选的技术方案，所述无线通信模块采用SIM900A集成模块，内部集成有基带芯片和收发天线，其基带天线的通信端口通过UART总线连接至核心处理器的UART端口。
作为本发明一种优选的技术方案，所述自动报警电路包括驱动放大器，所述驱动放大器采用三极管电流放大电路，输出端并联有蜂鸣器和LED灯
作为本发明一种优选的技术方案，所述智能保护电路包括自恢复保险丝和固态继电器，所述自恢复保险丝与固态继电器串联至被测电源的电路中，固态继电器的常开端接通，控制引脚连接至核心处理器的GPIO端口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过设置信号采集模块，利用电能计量芯片、电压峰值采样器和纹波采样器对被检测电源进行全方位的电量参数采集，利用信号调理模块进行实时信号转换，结合核心处理器对采集到的数据进行实时分析处理，当电量参数超出安全阈值时，立即触发智能保护电路进行断电保护，并且利用自动报警电路实现声光警报操作，形成闭环反馈回路，采样精确度高反应灵敏，大大提高了被测电源的安全性能；
(2)本发明通过设置相序监控模块，利用相序检测电路进行三相交流电的相序采集检测，利用相序自动校正电路实现对三相电的相序自动校准，避免了精密仪器因为三相电的相序出错导致的系统仪器损坏；
(3)本发明通过设置无线通信模块实现了测控机盒终端与远程上位机的数据通信，实现远程数据传输，便于进行远程的监测和调控操作。
附图说明
图1为监测电路结构示意图；
图2为测控机盒结构示意图；
图3为相序检测电路示意图；
图4为相序自动校正电路示意图。
图中：1-测控机盒；2-测控面板；3-监测电路；4-核心处理器；6-信号采集模块；6-俯仰台架；7-相序监控模块；8-无线通信模块；9-自动报警电路；10-智能保护电路；
201-液晶显示器；202-拨动按键；203-同轴线接口；
501-电能计量芯片；502-电压峰值采样器；503-纹波采样器；
601-隔离互感器；602-滤波放大器；603-模数转换器；
701-相序检测电路；702-相序自动校正电路；
901-驱动放大器；902-蜂鸣器；903-LED灯；
1001-自恢复保险丝；1002-固态继电器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「中」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向和位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
实施例：
如图1和2所示，本发明提供了一种飞行器测控电源的实时监测装置，包括测控机盒1，所述测控机盒1为绝缘防水材料制成的长方体盒子，测控机盒1的上方镶嵌有测控面板2，所述测控面板2上设置有接线端子，通过鳄鱼夹导线连接至待检测电源的输出端；测控机盒1的内部固定安装有集成电路板，集成电路板上焊接有监测电路3，所述监测电路3包括核心处理器4和信号采集模块5，所述核心处理器4采用C8051F040芯片，芯片的SPI端口连接有信号调理模块6和相序监控模块7，所述信号采集模块5的输入端通过导线连接至测控面板2上的接线端子，信号采集模块5输出采样信号至信号调理模块6；核心处理器4的UART端口连接有无线通信模块8，无线通信模块8用于与远程上位机进行数据通信；所述核心处理器4的GPIO端口还连接有自动报警电路9和智能保护电路10，所述智能保护电路10连接至被监控电源的通断控制端；
所述测控面板2用于连接外部待测电源并且进行交互控制，所述测控面板2的上表面镶嵌有液晶显示器201、拨动按键202和同轴线接口203，所述液晶显示器201通过排线连接至核心处理器4的GPIO端口，并镶嵌在机盒上表面，拨动按键202的引脚通过导线连接在外部电源与核心处理器4的电源引脚VCC之间，所述液晶显示器201用于实时实现相关参数，所述拨动按键202用于进行电源开关的控制，所述同轴线接口203用于通过导线与外部电源相连接，便于进行参数采集；
所述信号采集模块5包括电能计量芯片501、电压峰值采样器502和纹波采样器503，所述电能计量芯片501采用CS5460A芯片，电压峰值采样器502采用运算放大器芯片TL082组成，所述纹波采样器503利用ART8011采集卡；所述电能计量芯片501有2个可同时采样的ADCs，具有测量瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率、电流有效值、电压有效值功率有效值及电能计量的功能，应用在单相二线制或三线制电能精密计量的领域；所述电压峰值采样器502用于测量当前电路的电压峰值并且保持峰值输出，所述纹波采样器503用于采集电压纹波信号并且将采集到的信号输出；
所述信号调理模块6包括隔离互感器601，所述隔离互感器601的输出端连接有滤波放大器602，所述滤波放大器602的输出端连接有模数转换器603，所述模数转换器603输出数字信号至SPI端口；所述隔离互感器601将信号采集模块5采集到的信号进行隔离后输出，利用滤波放大器602滤除杂波，再通过模数转换器603转换成数字信号后送入核心处理器4，核心处理器4根据当前采集到的电压电流以及电能纹波等参数进行分析，判断当前的电池状态是否处于安全范围内，若不满足，则输出信号至自动报警电路9发出警报并且控制智能保护电路10进行自动防护；
所述自动报警电路9包括驱动放大器901，所述驱动放大器901采用三极管电流放大电路，输出端并联有蜂鸣器902和LED灯903；所述驱动放大器901将核心处理器4输出的控制电流进行放大，放大后的电流驱动蜂鸣器902发出声音并且点亮LED灯903报警；
所述智能保护电路10包括自恢复保险丝1001和固态继电器1002，所述自恢复保险丝1001与固态继电器1002串联至被测电源的电路中，固态继电器1002的常开端接通，控制引脚连接至核心处理器4的GPIO端口；所述自恢复保险丝1001在电路温度超过阈值时自动断路，固态继电器1002则由核心处理器4控制，当核心处理器4判断当前的电源处于不安全或者不正常状态时，将输出信号至固态继电器1002断开回路，保护电路安全；
如图3和图4所示，所述相序监控模块7包括相序检测电路701和相序自动校正电路702，所述相序检测电路701采用双机晶体管串联三极管和电压继电器组成，相序检测电路701的输入端连接至电源输出端，相序自动校正电路702采用隔离变压器并联三相全桥电路组成，输出信号连接至信号调理模块6的输入端；相序检测电路701的工作原理是：当三相电源的A相和B相分别接至a和b两端时，晶体管BG截止，所以电压继电器KV不动作；当三相电源相序接反时，即三相电源的A相接至a端，而C相接至b端，此时晶体管BG导通，电压继电器KV吸合动作，给出开关量信号并输入到嵌入式计算机进行处理；所述相序自动校正电路702的工作原理是：首先合上刀开关QS，则控制变压器T1的初级回路通电，它提供电控部分各交流接触器线包工作所需电源，此时交流接触器KM吸合，其主触头KM闭合，负载启动运转；
所述无线通信模块8采用SIM900A集成模块，内部集成有基带芯片和收发天线，其基带天线的通信端口通过UART总线连接至核心处理器4的UART端口；该模块属于双频GSM/GPRS模块，完全采用SMT封装形式，性能稳定，外观精巧，性价比高，并且能够满足用户的多种需求，当无线通信模块8接收到核心处理器4发送过来的信号后，将信号进行编码转换成无线电波后发射出去。
综上所述，本发明的主要特点在于：
(1)本发明通过设置信号采集模块，利用电能计量芯片、电压峰值采样器和纹波采样器对被检测电源进行全方位的电量参数采集，利用信号调理模块进行实时信号转换，结合核心处理器对采集到的数据进行实时分析处理，当电量参数超出安全阈值时，立即触发智能保护电路进行断电保护，并且利用自动报警电路实现声光警报操作，形成闭环反馈回路，采样精确度高反应灵敏，大大提高了被测电源的安全性能；
(2)本发明通过设置相序监控模块，利用相序检测电路进行三相交流电的相序采集检测，利用相序自动校正电路实现对三相电的相序自动校准，避免了精密仪器因为三相电的相序出错导致的系统仪器损坏；
(3)本发明通过设置无线通信模块实现了测控机盒终端与远程上位机的数据通信，实现远程数据传输，便于进行远程的监测和调控操作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种飞行器测控电源的实时监测装置，包括测控机盒(1)，其特征在于：所述测控机盒(1)为绝缘防水材料制成的长方体盒子，测控机盒(1)的上方镶嵌有测控面板(2)，所述测控面板(2)上设置有接线端子，通过鳄鱼夹导线连接至待检测电源的输出端；测控机盒(1)的内部固定安装有集成电路板，集成电路板上焊接有监测电路(3)，所述监测电路(3)包括核心处理器(4)和信号采集模块(5)，所述核心处理器(4)采用C8051F040芯片，芯片的SPI端口连接有信号调理模块(6)和相序监控模块(7)，所述信号采集模块(5)的输入端通过导线连接至测控面板(2)上的接线端子，信号采集模块(5)输出采样信号至信号调理模块(6)；核心处理器(4)的UART端口连接有无线通信模块(8)，无线通信模块(8)用于与远程上位机进行数据通信；所述核心处理器(4)的GPIO端口还连接有自动报警电路(9)和智能保护电路(10)，所述智能保护电路(10)连接至被监控电源的通断控制端。
2.根据权利要求1所述的一种飞行器测控电源的实时监测装置，其特征在于：所述测控面板(2)的上表面镶嵌有液晶显示器(201)、拨动按键(202)和同轴线接口(203)，所述液晶显示器(201)通过排线连接至核心处理器(4)的GPIO端口，并镶嵌在机盒上表面，拨动按键(202)的引脚通过导线连接在外部电源与核心处理器(4)的电源引脚VCC之间。
3.根据权利要求1所述的一种飞行器测控电源的实时监测装置，其特征在于：所述信号采集模块(5)包括电能计量芯片(501)、电压峰值采样器(502)和纹波采样器(503)，所述电能计量芯片(501)采用CS5460A芯片，电压峰值采样器(502)采用运算放大器芯片TL082组成，所述纹波采样器(503)利用ART8011采集卡。
4.根据权利要求1所述的一种飞行器测控电源的实时监测装置，其特征在于：所述信号调理模块(6)包括隔离互感器(601)，所述隔离互感器(601)的输出端连接有滤波放大器(602)，所述滤波放大器(602)的输出端连接有模数转换器(603)，所述模数转换器(603)输出数字信号至SPI端口。
5.根据权利要求1所述的一种飞行器测控电源的实时监测装置，其特征在于：所述相序监控模块(7)包括相序检测电路(701)和相序自动校正电路(702)，所述相序检测电路(701)采用双机晶体管串联三极管和电压继电器组成，相序检测电路(701)的输入端连接至电源输出端，相序自动校正电路(702)采用隔离变压器并联三相全桥电路组成，输出信号连接至信号调理模块(6)的输入端。
6.根据权利要求1所述的一种飞行器测控电源的实时监测装置，其特征在于：所述无线通信模块(8)采用SIM900A集成模块，内部集成有基带芯片和收发天线，其基带天线的通信端口通过UART总线连接至核心处理器(4)的UART端口。
7.根据权利要求1所述的一种飞行器测控电源的实时监测装置，其特征在于：所述自动报警电路(9)包括驱动放大器(901)，所述驱动放大器(901)采用三极管电流放大电路，输出端并联有蜂鸣器(902)和LED灯(903)。
8.根据权利要求1所述的一种飞行器测控电源的实时监测装置，其特征在于：所述智能保护电路(10)包括自恢复保险丝(1001)和固态继电器(1002)，所述自恢复保险丝(1001)与固态继电器(1002)串联至被测电源的电路中，固态继电器(1002)的常开端接通，控制引脚连接至核心处理器(4)的GPIO端口。
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