CN108808854A - 一种基于智能终端的配电网数据采集终端 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种基于智能终端的配电网数据采集终端，包括：配电网智能采集终端架构分析、主控电路的设计、电能表模块的设计、系统软件的设计，本发明可以实现一个以AT91SAM7S256为控制核心和以ATT7022B为数据采集核心的配电网变压器监测终端的硬件电路设计，并制定了通信协议，实现了对电压、电流、功率、功率因数、线损等电力参数的实时监测，采集和控制开关状态，具有无线通讯技术，将数据和状态反馈给主站，为配电网规划、设计、运维和营销提供数据基础和科学决策依据。
Description
技术领域
本发明属于配电网数据监测技术领域，具体是一种基于智能终端的配电网数据采集终端。
背景技术
配电网是电力系统二次侧直接和低压供用户相连的网络，配电网也是发电、输电、变电、配电的最后一个环节，是电力系统自动化中占有着重要的地位。配电网有两种，即城市配电网和农村配电网，两种网络都是由多途径供电、运行方式灵活，因此配电网也复杂多变，配电网多为树状结构，架空线路占绝大部分，这也导致了配网侧固有的可靠性较差，事故率多等现象。例如配电变压器负荷严重超载造成的设备损坏、三相负载不平衡严重造成的配电变压器损坏、配电网长期轻负荷运行所带来的浪费问题，因此需要加强智能配电网的管理和应用。
配电网变压器是将电压直接分配给低压用户的电力设备，是配电网中应用较多且数量较多的关键设备，据统计，配电网变压器引发的事故率约占配电网总事故率的百分之八十，因此，实时监控配电变压器的参数，及时发现配电网中出现的隐患，对于改善配电网运行情况有着重要意义。
据统计，配电变压器运行参数主要有三相电压、电流、功率、功率因数等，随着我国配电网在逐步向智能化和自动化方面发展，针对配电变压器参数的配电变压器监控设备的研究也已经成为必要趋势。从目前对配电变压器的研究上来看，配电变压器监测终端很多方面还有待改善，比如现在设备中常用的51芯片在计算方面已经不能完成对电力系统实时性和准确性的监测，单DSP芯片也不能实现远距离、大容量的数据传输，双CPU结构又加重了电路的繁琐性，因此，对于高性能的配电变压器监测设备的研究，对于配电网数据实时监测、改善配电网电能质量、降低事故率，都有着不可忽视的意义。
发明内容
本发明针对配电网电压运行的实际情况，提出了一种基于智能终端的配电网数据采集终端，实现了对电压、电流、功率、功率因数、线损等电力参数的实时监测，采集和控制开关状态，具有无线通讯技术，将数据和状态反馈给主站，为配电网规划、设计、运维和营销提供数据基础和科学决策依据。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于智能终端的配电网数据采集终端，具体包括：
配电网智能采集终端架构分析，配电网智能采集终端包括采集、计量模块，数据处理模块、通信模块，采用三层电路板实现强电和弱电之间的隔离。
主控电路的设计，主控板是监测终端的核心，包括主控模块、通讯模块、开关检测和控制模块、人机交互模块、电源模块，负责信息统计、分析和上传至控制主站。
电能表模块的设计，电能表模块是配变检测终端的第二层，采集电压、电流、功率因数等参数，电能表主要由数据采集、数据处理和控制、接口电路三个部分组成。
系统软件的设计，软件设计主要是指表模块的软件设计，表模块的设计包括自定义串行通讯协议、单片机控制和通讯软件和计算机软件校表平台设计。自定义的串行通讯保障表模块和软件平台之间的通讯，单片机控制平台可以收发数据信息，并接受命令，控制报文通过全双工串行口向上位机传送。
进一步地，所述配电网智能采集终端架构分析：配电网智能采集终端包括采集、计量模块，数据处理模块、通信模块，采用三层电路板实现强电和弱电之间的隔离：
第一层电路板包括：将电网中交流电压转变成为直流电的支流电源模块，将强电信号变换成为弱电信号的信号转换模块，用于发生异常时继电保护输出的继电器模块。
第二层电路板，通过利用ATT7022B的电能计量芯片接收电压、电流、有功、无功、功率因数等电力参数，通过STC12C5412单片机接收主控板的控制信号，将采集到的电力参数进行处理，按照通信协议将处理后的数据发送至主控板，并进行相应的修正。
第三层电路板就是该监测终端的核心，即主控板，包括CPU、通讯、存储、开关检测、按键模块组成，具有显示功能，主控板可以接受主站的信息，对表模块传送过来的采集数据进行分析计算，得到相关统计结果，当出现异常信息时进行报警，同时将相关信息、数据进行存储，并利用RS485和GPRS进行传输相应数据（实时和历史数据）、统计量、和监测的异常情况到主站。
进一步地，所述主控电路的设计，主控板是监测终端的核心，包括含有CPU、总线扩展、串口扩展的主控模块、含有GPRS和RS485的通讯模块、含有开关量状态采集的开关检测和开关控制输出的控制模块、含有按键、指示灯和LCD显示的人机交互模块、电源模块。
A主控模块
主控模块以AT91SAM7S256芯片，进行总线扩展、串口扩展，同时外扩2个UART接口，使用FM3116进行数据的存储；
B铁存储器
铁存储器采用RAMTRON公司FM3116型号的存储器，FM3116采用TWI方式与AT91SAM7S256进行通讯，用于存储表模块传输过来的数据信息，当数据存储容量超过上限时，将数据转存到NAND Flash中。
C总线扩展
系统采用128Mbits的NAND Flash K9F2808U0A存储汉字库、程序、以及相关数据，利用AT91sam7S256的12路GPI0模拟外部所需的ALE、/WR、/RESET、AD0`8的信号。
D串口扩展
串口扩展采用PHILIPS公司的SC16IS752芯片，该芯片提供SPI总线接口，双通道的UART，5Mbit/s的传输速率，8个I/0，系统利用AT91SAM7S256的SPI接口扩展出两路串口，用于终端的RS485通讯，同时有8路GPIO采集开关状态量。
E开关量采集电路
当配电开关处于合闸状态时，辅助触点会进行闭合，12V电压信号会进入光电耦合器，之后，光耦的二极管会自动发光，相对应的光敏三极管进行导通，状态信号输出0。
当配电开关处于开闸状态时，光耦的二极管不会发光，光敏三极管截至，状态信号输出1。
通过对触点位置的信号采集就可以实现开关状态的信息采集，系统中需要采集的信息主要包括断路器、隔离开关的状态，保护信号、自动装置的状态，系统设备的运行状态等。
F开关控制电路
采用ST公司的ULN2003A驱动三路继电器，三路中有两路用于控制开关的闭合，一路用于电铃报警。
G人际交互
人机交互包括键盘输入部分和显示部分，键盘包括上翻、下翻、确定、取消、复位，显示部分包括LCD和LED显示模块。
H通讯模块
终端和电表之间通过RS485总线进行通讯，选用SN65LBC184D完成通讯收发功能，终端和主站之间通过GPRS网络进行通讯，采用索尼GR47芯片实现无线通讯功能。
I电源模块
电源模块包括控制继电器的AC-DC转换，控制通讯电路的DC-DC转换，控制表模块和主控板的LD0直流转换。
进一步地，所述电能表模块的设计，电能表模块是配变检测终端的第二层，采集电压、电流、功率因数等参数，电能表主要由数据采集、数据处理和控制、接口电路三个部分组成。
通过ATT7022B获得的电压、电流、功率、功率因数等参数，通过SPI接口发送给STC12C5412，STC12C5412根据接收到的CPU的信号对采集到的数据进行处理，再将处理结果发送至主控板。
A 三相电能计量芯片
采用珠海炬力公司推出的ATT7022B的电能计量芯片，内部设有7个通道16位ADC和24位高速DSP，测量电流、电压值，芯片上设有温度传感器，支持软件校表。该芯片是QFP44封装的44脚芯片，可实现电源监控、采样信号、处理信号、输出脉冲，通讯的功能。
B 交流信号转换电路
将强电信号转换为弱电信号，为ATT7022B提供采用信号（电流和电压），电流采样电路在第一层基板，采用电流互感器完成，电压采用电路在第二层基板，采用电阻分压方式完成。
C数据采集和处理电路
选用8051单片机STC12C5412作为主控制器，它的快速存储器有24个扇区，攻击12KB，每个扇区大小相同，都可以进行IAP读写操作。每个扇区都是按字节编程，按扇区擦出，选用最后两个扇区交换存储更新的数据。表模块与主控板间通过20芯信号线传输信号，其中包括四路电能脉冲(CFl～CF4)、UART通信接口，电源及复位信号。
进一步地，所述系统软件的设计，软件设计主要是指表模块的软件设计，表模块的设计包括自定义串行通讯协议、单片机控制及通讯软件和计算机软件校表平台设计。自定义的串行通讯保障表模块和软件平台之间的通讯，单片机控制平台可以收发数据信息，并接受命令，控制报文通过全双工串行口向上位机传送。计算机软件校对平台根据表模块的需要，利用设计的界面实现电脑对表模块的控制、储存和显示功能。
A表模块串行通讯协议
穿行通讯协议包括三个层次：应用层、数据链路层、异步串行通信协议；
（a） 应用层
应用层的职能是履行数据链路层提供的服务，监察通讯线路的运行状态，和数据链路层之间交换数据，并对数据进行处理。上位机发送给表模块的命令有两种，一个是数据传送命令，该命令可以通过EE3000001E要求表模块初始化并上报错误代码，通过EE45000033要求表模块传输基础数据，通过EE46000034要求表模块传送扩展数据，通过EE47000035传送校表数据。另一个是校表控制命令，是传递误差信息给表模块并控制表模块完成相应的参数精度修正操作。根据不同的上位机命令，表模块返回的数据帧有两类，一类是ATTT022B的计量数据帧，另一类是ATT7022B的校表参数数据帧。
（b）数据链路层
串行通信的核心就是数据链路层，该层的职能就是给应用层提供可靠的服务、组装和拆分帧。
可靠的数据服务的实现，首先需要上位机应用层向数据链路层发送表模块数据，然后上位机数据链路层告知应用层将接受到的表模块数据存放至输入缓冲区，最后数据链路层下达本次通讯是否完成的信息给应用层。
对帧进行组装，将数据按照即有的协议分组形成序列，并添加0xEE在每一帧的最前面，将帧的校验值添加在后面，从而构成传输帧。
对帧进行拆分则是将数据帧进行分解，选出数据的部分，改装成为应用层的数据结构，然后传输给应用层。
（c） 异步串行通信协议
该协议收发数据的单位是位，一共7-12位（其中，最开始是起始位一个，接着八个数据位，最后是停止位一个，没有校验位）通讯速率为4800bit／s。
B单片机程序设计
程序设计主要体现在以下几个方面：中断程序和主程序、表模块初始化程序、复位程序、通讯程序、参数采集程序和数据发送程序、校准程序、读写程序。
（a） 主程序和中断程序
首先进行初始化，主程序根据ATT7022B异常标志位判断ATT7022B是否掉电或者异常复位，如果异常标志位置位，那么就将ATT7022B复位，并重新写入精度修正参数。然后，主程序根据标志位CJ判断是否更新采集数据，如果置位，则更新采集数据，采集间隔为1s，定时器使用STC12C5412的定时器0定时采集时间，如果定时器溢出，发生中断，将CJ置位，然后进行采集数据的读取。最后，设置命令有效标志位ML，判断串口是否接收到有效的命令，ML=5表示数据传送命令，ML=6表示校表控制命令。
（b）表模块初始化程序
初始化程序主要包括对STC12C5412内部功能、参数和终端的设置，内部功能设置主要是串口和SPI的初始化，串口初始化程序中有两种工作模式，定时器0工作在工作模式1中，功能是数据采集定时，定时器1工作在工作模式2中，功能是进行串口通讯，波特率为4800bit/s.
（c） 复位程序
设置SIG，当RESET的信号是低电平，且保持时间超过30us，进行复位，SIG显示高电平。当RESET变为高电平，并保持500 us后，SIG显示低电平，ATT7022B进入正常状态。
（d）通讯程序
STC12C5412对ATT7022B的读写操作是通过SPI接口实现的，当命令最高位是1，表示写命令，命令最高位为0，表示读命令，后七位代表读入（写入）的寄存器地址，读（写）后需要从DIN端输入24位数据。
（e） 参数采集程序和数据发送程序
该程序主要是STC12C5412读取ATT7022B的数据，根据规定的格式对电压、电流、功率参数进行处理：
//数据结构
Typedef struct PhassData
{
UINT16 Voltage; //相电压
UINT16 Current; //相电流
UINT32 Active Power; //有功功率
UINT32 Reactive Power; //无功功率
UINT16 Current_phase_sequence; //相角
}
PhaseData；
typedef struct ActualData
{
PhaseData A; //A相
PhaseData B; //B相
PhaseData C; //C相
TotalPhaseData T;
Qita;
}
ActualAData;
（f）校准程序
每一类参数都有其相应的校准子程序，每次只对一个参数进行校准，每次完成后需要更新校准参数表。
Void Ugain（unsigned char phase, unsigned int Ur）;
Void Igain（unsigned char phase, unsigned int Ir）;
Void Pgain（int err, unsigned char command, unsigned char phase）;
Void Phsreg（float err, unsigned char command, unsigned char phase）;
Void GainAdc 7(unsigned int Ir7);
Void Istartup(float I0);
Void Iregion(unsigned char N, float Is);
Void Irechg(float Ig);
Void HFConst(unsigned int PulsEC);
Void HFDouble (unsigned char N);
Void EAddmode (unsigned char N);
Void UADCPga (unsigned char N);
（g） Flash读写程序
Flash程序存储器共有24个扇区，每个扇区都是512KB，都可以进行读写操作，都可以存储ATT7022B校准参数，但是每个扇区都按字节编程，按扇区擦除。
本发明的优点和积极效果是：本发明提出了一种基于智能终端的配电网数据采集终端，实现一个以AT91SAM7S256为控制核心和以ATT7022B为数据采集核心的配电网变压器监测终端的硬件电路设计，并制定了通信协议，实现了对电压、电流、功率、功率因数、线损等电力参数的实时监测，采集和控制开关状态，具有无线通讯技术，将数据和状态反馈给主站，为配电网规划、设计、运维和营销提供数据基础和科学决策依据。
附图说明
图1 配电网区域智能控制系统及装置。
图2 主控板硬件结构示意图。
图3 主控模块示意图。
图4 总线扩展图。
图5 串行接口配置。
图6系统电源配置方案。
图7 表模块结构图。
图8 电流采样电路图。
图9 电压采样电路图。
图10 数据采样和处理图。
图11 表模块主程序图。
图12 电压校正流程图。
图13 功率校正流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
本发明针对配电网电压运行的的实际情况，提出了一种基于智能终端的配电网数据采集终端，实现了一个以AT91SAM7S256为控制核心和以ATT7022B为数据采集核心的配电网变压器监测终端的硬件电路设计，并制定了通信协议，完成了对表模块的调试，实现了对电压、电流、功率、功率因数、线损等电力参数的实时监测，采集和控制开关状态，具有无线通讯技术，将数据和状态反馈给主站，为配电网规划、设计、运维和营销提供数据基础和科学决策依据。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于智能终端的配电网数据采集终端，配电监测终端整体结构框如图1所示，具体包括：
配电网智能采集终端架构分析，配电网智能采集终端包括采集、计量模块，数据处理模块、通信模块，采用三层电路板实现强电和弱电之间的隔离。
主控电路的设计，主控板是监测终端的核心，包括主控模块、通讯模块、开关检测和控制模块、人机交互模块、电源模块，负责信息统计、分析和上传至控制主站。
电能表模块的设计，电能表模块是配变检测终端的第二层，采集电压、电流、功率因数等参数，电能表主要由数据采集、数据处理和控制、接口电路三个部分组成。
系统软件的设计，软件设计主要是指表模块的软件设计，表模块的设计包括自定义串行通讯协议、单片机控制和通讯软件和计算机软件校表平台设计。
具体地，所述配电网智能采集终端架构分析，配电网智能采集终端的功能主要有两个，第一是实现电力数据的采集，第二个是数据分析、通讯和管理，它主要包括采集、计量模块，数据处理模块、通信模块，采用三层电路板实现强电和弱电之间的隔离。
第一层电路板包括：将电网中交流电压转变成为直流电的支流电源模块，将强电信号变换成为弱电信号的信号转换模块，用于发生异常时继电保护输出的继电器模块。
第二层电路板，通过利用ATT7022B的电能计量芯片接收电压、电流、有功、无功、功率因数等电力参数，通过STC12C5412单片机接收主控板的控制信号，将采集到的电力参数进行处理，按照通信协议将处理后的数据发送至主控板，并进行相应的修正。
第三层电路板就是该监测终端的核心，即主控板，包括CPU、通讯、存储、开关检测、按键模块组成，具有显示功能，主控板可以接受主站的信息，对表模块传送过来的采集数据进行分析计算，得到相关统计结果，当出现异常信息时进行报警，同时将相关信息、数据进行存储，并利用RS485和GPRS进行传输相应数据（实时和历史数据）、统计量、和监测的异常情况到主站。
具体地，所述主控电路的设计，主控板是监测终端的核心，包括含有CPU、总线扩展、串口扩展的主控模块、含有GPRS和RS485的通讯模块、含有开关量状态采集的开关检测和开关控制输出的控制模块、含有按键、指示灯和LCD显示的人机交互模块、电源模块。
主控模块结构图如图2所示：
A主控模块
主控模块示意图如图3所示，主控模块以AT91SAM7S256芯片，进行总线扩展、串口扩展，同时外扩2个UART接口，使用FM3116进行数据的存储。
B铁存储器
铁存储器采用RAMTRON公司FM3116型号的存储器，FM3116采用TWI方式与AT91SAM7S256进行通讯，用于存储表模块传输过来的数据信息，当数据存储容量超过上限时，将数据转存到NAND Flash中。
C总线扩展
总线扩展图如图4所示，系统采用128Mbits的NAND Flash K9F2808U0A存储汉字库、程序、以及相关数据，利用AT91sam7S256的12路GPI0模拟外部所需的ALE、/WR、/RESET、AD0`8的信号。
D串口扩展
串口扩展图如图5所示，串口扩展采用PHILIPS公司的SC16IS752芯片，该芯片提供SPI总线接口，双通道的UART，5Mbit/s的传输速率，8个I/0，系统利用AT91SAM7S256的SPI接口扩展出两路串口，用于终端的RS485通讯，同时有8路GPIO采集开关状态量。
E开关量采集电路
当配电开关处于合闸状态时，辅助触点会进行闭合，12V电压信号会进入光电耦合器，之后，光耦的二极管会自动发光，相对应的光敏三极管进行导通，状态信号输出0。
当配电开关处于开闸状态时，光耦的二极管不会发光，光敏三极管截至，状态信号输出1。
通过对触点位置的信号采集就可以实现开关状态的信息采集，系统中需要采集的信息主要包括断路器、隔离开关的状态，保护信号、自动装置的状态，系统设备的运行状态等。
F开关控制电路
采用ST公司的ULN2003A驱动三路继电器，三路中有两路用于控制开关的闭合，一路用于电铃报警。
G人际交互
人机交互包括键盘输入部分和显示部分，键盘包括上翻、下翻、确定、取消、复位，显示部分包括LCD和LED显示模块。
H通讯模块
终端和电表之间通过RS485总线进行通讯，选用SN65LBC184D完成通讯收发功能，终端和主站之间通过GPRS网络进行通讯，采用索尼GR47芯片实现无线通讯功能。
I电源模块
电源模块如图6所示，电源模块包括控制继电器的AC-DC转换，控制通讯电路的DC-DC转换，控制表模块和主控板的LD0直流转换。
具体地，所述电能表模块的设计：电能表模块是配变检测终端的第二层，采集电压、电流、功率因数等参数，电能表主要由数据采集、数据处理和控制、接口电路三个部分组成。 表模块结构图如图7所示。
通过ATT7022B获得的电压、电流、功率、功率因数等参数，通过SPI接口发送给STC12C5412，STC12C5412根据接收到的CPU的信号对采集到的数据进行处理，再将处理结果发送至主控板。
A 三相电能计量芯片
采用珠海炬力公司推出的ATT7022B的电能计量芯片，内部设有7个通道16位ADC和24位高速DSP，测量电流、电压值，芯片上设有温度传感器，支持软件校表。该芯片是QFP44封装的44脚芯片，可实现电源监控、采样信号、处理信号、输出脉冲，通讯的功能。
B 交流信号转换电路
将强电信号转换为弱电信号，为ATT7022B提供采用信号（电流和电压），电流采样电路在第一层基板，采用电流互感器完成，电压采用电路在第二层基板，采用电阻分压方式完成。电流采样输入电路如图8所示，电压采样输入电路如图9所示。
C数据采集和处理电路
数据采集与处理电路如图10所示，选用8051单片机STC12C5412作为主控制器，它的快速存储器有24个扇区，攻击12KB，每个扇区大小相同，都可以进行IAP读写操作。每个扇区都是按字节编程，按扇区擦出，选用最后两个扇区交换存储更新的数据。表模块与主控板间通过20芯信号线传输信号，其中包括四路电能脉冲(CFl～CF4)、UART通信接口，电源及复位信号。
具体地，所述系统软件的设计：软件设计主要是指表模块的软件设计，表模块的设计包括自定义串行通讯协议、单片机控制及通讯软件和计算机软件校表平台设计。自定义的串行通讯保障表模块和软件平台之间的通讯，单片机控制平台可以收发数据信息，并接受命令，控制报文通过全双工串行口向上位机传送。计算机软件校对平台根据表模块的需要，利用设计的界面实现电脑对表模块的控制、储存和显示功能。
A表模块串行通讯协议
穿行通讯协议包括三个层次：应用层、数据链路层、异步串行通信协议；
（a） 应用层
应用层的职能是履行数据链路层提供的服务，监察通讯线路的运行状态，和数据链路层之间交换数据，并对数据进行处理。上位机发送给表模块的命令有两种，一个是数据传送命令，该命令可以通过EE3000001E要求表模块初始化并上报错误代码，通过EE45000033要求表模块传输基础数据，通过EE46000034要求表模块传送扩展数据，通过EE47000035传送校表数据。另一个是校表控制命令，是传递误差信息给表模块并控制表模块完成相应的参数精度修正操作。根据不同的上位机命令，表模块返回的数据帧有两类，一类是ATTT022B的计量数据帧，另一类是ATT7022B的校表参数数据帧。
（b）数据链路层
串行通信的核心就是数据链路层，该层的职能就是给应用层提供可靠的服务、组装和拆分帧。
可靠的数据服务的实现，首先需要上位机应用层向数据链路层发送表模块数据，然后上位机数据链路层告知应用层将接收到的表模块数据存放至输入缓冲区，最后数据链路层下达本次通讯是否完成的信息给应用层。
对帧进行组装，将数据按照即有的协议分组形成序列，并添加0xEE在每一帧的最前面，将帧的校验值添加在后面，从而构成传输帧。
对帧进行拆分则是将数据帧进行分解，选出数据的部分，改装成为应用层的数据结构，然后传输给应用层。
（c） 异步串行通信协议
该协议收发数据的单位是位，一共7-12位（其中，最开始是起始位一个，接着八个数据位，最后是停止位一个，没有校验位）通讯速率为4800bit／s。
B单片机程序设计
（a） 程序设计主要体现在以下几个方面：中断程序和主程序、表模块初始化程序、复位程序、通讯程序、参数采集程序和数据发送程序、校准程序、读写程序。
（b）主程序和中断程序
表模块主程序图如图11所示，首先进行初始化，主程序根据ATT7022B异常标志位判断ATT7022B是否掉电或者异常复位，如果异常标志位置位，那么就将ATT7022B复位，并重新写入精度修正参数。然后，主程序根据标志位CJ判断是否更新采集数据，如果置位，则更新采集数据，采集间隔为1s，定时器使用STC12C5412的定时器0定时采集时间，如果定时器溢出，发生中断，将CJ置位，然后进行采集数据的读取。最后，设置命令有效标志位ML，判断串口是否接收到有效的命令，ML=5表示数据传送命令，ML=6表示校表控制命令。
（c） 表模块初始化程序
初始化程序主要包括对STC12C5412内部功能、参数和终端的设置，内部功能设置主要是串口和SPI的初始化，串口初始化程序中有两种工作模式，定时器0工作在工作模式1中，功能是数据采集定时，定时器1工作在工作模式2中，功能是进行串口通讯，波特率为4800bit/s。
（d）复位程序
设置SIG，当RESET的信号是低电平，且保持时间超过30us，进行复位，SIG显示高电平。当RESET变为高电平，并保持500 us后，SIG显示低电平，ATT7022B进入正常状态。
（e） 通讯程序
STC12C5412对ATT7022B的读写操作是通过SPI接口实现的，当命令最高位是1，表示写命令，命令最高位为0，表示读命令，后七位代表读入（写入）的寄存器地址，读（写）后需要从DIN端输入24位数据。
（f）参数采集程序和数据发送程序
该程序主要是STC12C5412读取ATT7022B的数据，根据规定的格式对电压、电流、功率参数进行处理：
//数据结构
Typedef struct PhassData
{
UINT16 Voltage; //相电压
UINT16 Current; //相电流
UINT32 Active Power; //有功功率
UINT32 Reactive Power; //无功功率
UINT16 Current_phase_sequence; //相角
}
PhaseData；
typedef struct ActualData
{
PhaseData A; //A相
PhaseData B; //B相
PhaseData C; //C相
TotalPhaseData T;
Qita;
}
ActualAData;
（g） 校准程序
每一类参数都有其相应的校准子程序，每次只对一个参数进行校准，每次完成后需要更新校准参数表，因为校准程序步骤一致，所以本专利只给出针对电压和功率校正流程图，如图12和13所示：
Void Ugain（unsigned char phase, unsigned int Ur）;
Void Igain（unsigned char phase, unsigned int Ir）;
Void Pgain（int err, unsigned char command, unsigned char phase）;
Void Phsreg（float err, unsigned char command, unsigned char phase）;
Void GainAdc 7(unsigned int Ir7);
Void Istartup(float I0);
Void Iregion(unsigned char N, float Is);
Void Irechg(float Ig);
Void HFConst(unsigned int PulsEC);
Void HFDouble (unsigned char N);
Void EAddmode (unsigned char N);
Void UADCPga (unsigned char N);
（h）Flash读写程序
Flash程序存储器共有24个扇区，每个扇区都是512KB，都可以进行读写操作，都可以存储ATT7022B校准参数，但是每个扇区都按字节编程，按扇区擦除。
以上所述仅为本发明的系统功能介绍，但并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种基于智能终端的配电网数据采集终端，其特征在于：具体包括：
配电网智能采集终端架构分析，配电网智能采集终端包括采集模块、计量模块、数据处理模块、通信模块，采用三层电路板实现强电和弱电之间的隔离，保障设备运行的安全可靠性；
主控电路的设计，主控板是监测终端的核心，包括主控模块、通讯模块、开关检测模块、人机交互模块、电源模块，该部分负责信息统计、分析和上传至控制主站；
电能表模块的设计，电能表模块是配变检测终端的第二层，负责采集电压、电流、功率因数等参数信息，电能表主要由数据采集、数据处理和控制接口电路三个部分组成；
系统软件的设计，软件设计主要是指表模块的软件设计，表模块的设计包括自定义串行通讯协议、单片机控制和通讯软件和计算机软件校表平台设计。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能终端的配电网数据采集终端，其特征在于：所述配电网智能采集终端架构分析的第一层电路板包括电源、交流信号转换模块、继保模块，可以实现与强电的对接；第二层电路板负责数据采集，接收电压、电流、有功、无功、功率因数等电力参数，并发送至主控板；第三层电路板就是该监测终端的核心，即由主控板，包括CPU、通讯、存储、开关检测、按键模块组成，具有显示功能，负责传送实时数据、统计量、异常信息到控制主站。
3.根据权利要求1所述的一种基于智能终端的配电网数据采集终端，其特征在于：所述主控电路的设计，包括含有CPU、总线扩展、串口扩展的主控模块、含有GPRS和RS485的通讯模块、含有开关量状态采集的开关检测和开关控制输出的控制模块、含有按键、指示灯和LCD显示的人机交互模块、电源模块，负责信息统计、分析和上传至控制主站。
4.根据权利要求1所述的一种基于智能终端的配电网数据采集终端，其特征在于：所述软件设计，自定义的串行通讯保障表模块和软件平台之间的通讯，单片机控制平台可以收发数据信息，并接受命令，控制报文通过全双工串行口向上位机传送。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110221140A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-09-10 | 国网山东省电力公司临沂供电公司 | 配电自动化终端智能检测仪 |
| CN110247479A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-09-17 | 威胜集团有限公司 | 馈线终端线损装置及其数据处理方法 |
| CN110308389A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-10-08 | 深圳腾河电力有限公司 | 一种用于电网的信息采集系统及方法 |
| CN110718913A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-01-21 | 广东电网有限责任公司 | 一种居民低电压溯源方法及系统 |
| CN111583622A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-08-25 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 双芯智能电表管理单元的计量信息分发处理系统和方法 |
| CN113092853A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-09 | 湖南天宇智能科技有限公司 | 一种智能网关、智能网关管理系统以及智慧灯杆 |
| CN113238081A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-10 | 苏州大学 | 一种智能电表终端 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108333961A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-27 | 国网浙江省电力公司丽水供电公司 | 一种新型配电网数据采集终端 |
-
2018
- 2018-06-06 CN CN201810575266.7A patent/CN108808854A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108333961A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-27 | 国网浙江省电力公司丽水供电公司 | 一种新型配电网数据采集终端 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 杨蕾: "智能配电网络监测终端的设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110221140A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-09-10 | 国网山东省电力公司临沂供电公司 | 配电自动化终端智能检测仪 |
| CN110308389A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-10-08 | 深圳腾河电力有限公司 | 一种用于电网的信息采集系统及方法 |
| CN110247479A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-09-17 | 威胜集团有限公司 | 馈线终端线损装置及其数据处理方法 |
| CN110718913A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-01-21 | 广东电网有限责任公司 | 一种居民低电压溯源方法及系统 |
| CN110718913B (zh) * | 2019-11-29 | 2023-01-24 | 广东电网有限责任公司 | 一种居民低电压溯源方法及系统 |
| CN111583622A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-08-25 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 双芯智能电表管理单元的计量信息分发处理系统和方法 |
| CN113092853A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-09 | 湖南天宇智能科技有限公司 | 一种智能网关、智能网关管理系统以及智慧灯杆 |
| CN113238081A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-10 | 苏州大学 | 一种智能电表终端 |
| WO2022247089A1 (zh) * | 2021-05-24 | 2022-12-01 | 苏州大学 | 一种智能电表终端 |
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