CN110336981B - 用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路 - Google Patents
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Abstract
本发明用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，包括电源模块、主控制器模块、USB扩展模块、微功率控制器模块、微功率通信模块、第一通信模块、第二通信模块和以太网通信模块；微功率控制器模块、USB扩展模块和以太网通信模块均与主控制器模块连接，第一通信模块和第二通信模块均与USB扩展模块连接，微功率通信模块与微功率控制器模块连接；电源模块通过主控制器模块给通信电路供电；主控制器模块用于控制通信电路工作；主控制器模块通过USB扩展模块控制第一通信模块和第二通信模块工作；主控制器模块还通过微功率控制器模块控制微功率通信模块工作；网络摄像头还通过以太网通信模块连接通信电路并上传视频监控数据。
Description
技术领域
本发明涉及配电自动化配变终端的监控，具体为用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路。
背景技术
随着经济技术的发展，电力系统的自动化水平也越来越高。同时，为了提升电力系统的可靠性水平，电力系统的视频监控系统也就应运而生。
目前，随着技术的发展，电力设备越来越先进，可扩展性强，配置参数多，从而配电自动化配变终端(TTU)的监控线路回路数也越来越多，越来越复杂，以往依靠人工读取各种表盘、监控设备的运行工况的方法越来越不现实，尤其是在无人值守或少人值守的变电站更是如此。同时，无人值守的或少人值守的变电站的电力物资往往吸引了众多不法之徒的眼光，这样盗窃设备、放置危险物品等犯罪活动成了电网安全运行的重大隐患。为了减轻电网工作人员在电网监控中有效信息筛选难题以及提升智能化管理水平，近年来智能视频分析成为电力行业的新技术需求。
现有的电力自动化系统很少使用了视频监控系统，即使有部分地区使用了视频监控系统，大多也只是采用了目前视频安防产业通用的视频监控系统，没有办法做到电力数据与视频监控系统的联动告警。当电力设备发生故障，或发生盗窃事件的时候，视频监控系统需要很晚才收到信息，导致电力告警及时性不高，因此给电力设备的运行维护造成较大的难度。
同时，现有的电力自动化系统的电力设备中，只有一块进行电力系统数据传输的4G通讯模块，当该通讯模块同时做传视频数据功能时候，会大大降低传输电力系统数据的效率和稳定性。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种自动化程度高、稳定可靠、使用方便高效的，用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路。
本发明是通过以下技术方案来实现：
用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，包括电源模块、主控制器模块、USB扩展模块、微功率控制器模块、微功率通信模块、第一通信模块、第二通信模块和以太网通信模块；
微功率控制器模块、USB扩展模块和以太网通信模块均与主控制器模块连接，第一通信模块和第二通信模块均与USB扩展模块连接，微功率通信模块与微功率控制器模块连接；电源模块通过主控制器模块给通信电路供电；主控制器模块用于控制通信电路工作；主控制器模块通过USB扩展模块控制第一通信模块和第二通信模块工作；第一通信模块用于与电力系统监控主站连接并获取监控主站的电力监控数据，第二通信模块用于与网络摄像头连接并获取网络摄像头上传的监控数据；主控制器模块还通过微功率控制器模块控制微功率通信模块工作；微功率通信模块用于通信电路与外部的无线通信；网络摄像头还通过以太网通信模块连接通信电路并上传视频监控数据。
优选的，所述的电源模块包括AC/DC转换电路和稳压电路；AC/DC转换电路与稳压电路连接；AC/DC转换电路用于将外部供应的交流电能转换为直流电能并输入到稳压电路；稳压电路用于将直流电能转换为稳定的直流电能并通过主控制器模块对所述通信电路供电。
优选的，所述的USB扩展模块采用型号为USB2514QFN36的USB HUB芯片构成的USB扩展模块；
USB扩展模块的27脚通过电阻连接USB HUB供电信号HUB_3V3，同时通过电容C32接地滤波；USB扩展模块的26脚为复位引脚，直接通过上拉电阻R44连接USB HUB供电信号并上拉至高电平；USB扩展模块的33脚和32脚则连接晶振电路并获取晶振信号，晶振电路包括晶振XL、以及起振电阻R39、起振电容C37和C38；USB扩展模块的34脚和14脚则分别直接连接电源信号V1P8PLL和V1P8CR；USB扩展模块的37脚直接接地；USB扩展模块的36脚、29脚、10脚、5脚、15脚和23脚短接后直接连接供电信号HUB_3V3，同时也通过滤波电容C21、C25、C26和C27并联形成的滤波电容组接地滤波；同时，USB扩展模块的30脚、31脚、3脚、4脚和6脚、7脚均直接连接主控制器模块的USB通信引脚并通信；USB扩展模块的8脚和9脚则作为数据通信引脚连接第二通信模块的通信引脚；
USB扩展模块的供电信号由主控制器模块控制：三极管V27的集电极连接电源信号VDD_3V3和开关管V23栅极，基极连接控制信号STATE，发射极接地；开关管V23的源极连接电源信号VDD_3V3，漏极连接供电信号HUB_3V3；当需要USB扩展模块工作时，主控制器模块将控制信号STATE置为低电平，此时三极管V27截止，开关管V23的G极为高电平，此时开关管V23导通，电源信号VDD_3V3直接连接供电信号HUB_3V3，使得USB扩展模块上电工作；当不需要USB扩展模块工作时，主控制器模块将STATE置为高电平。
进一步，所述的第一通信模块采用N710的4G通信模块构成的通信模块；
第一通信模块的58为天线引脚，直接连接天线电路；第一通信模块的1脚、16脚和20脚、55脚均直接接地；第一通信模块的4脚作为状态反馈引脚，输出一路反馈信号YF_STATUS并上传至主控制器模块；第一通信模块的9脚和10脚则为数据通信引脚并直接连接主控制器模块的通信引脚；第一通信模块的17～19引脚为电源引脚，并直接连接电源信号V4P0_YF；第一通信模块的22～25引脚为SIM卡电路的相关数据引脚，其中22脚为电源引脚，23脚为复位引脚，24脚为数据传输引脚，25脚为控制引脚；同时，第一通信模块的34脚和35脚则连接USB HUB芯片构成的USB扩展模块的4脚和3脚；第一通信模块的38脚为使能信号引脚，其直接连接主控制器模块并接收使能信号，从而控制第一通信模块工作或关闭。
进一步，所述的第二通信模块采用EC20的4G通信模块构成的通信模块；
第二通信模块的6脚为状态反馈引脚，其输出一路状态反馈信号并上传至主控制器模块；第二通信模块的8～10脚均直接接地；第二通信模块的14～17引脚为SIM卡电路的相关数据引脚，其中14脚为电源引脚，16脚为时钟引脚，15脚为数据传输引脚，25脚为控制引脚；第二通信模块的21脚为使能信号引脚，其直接连接主控制器模块并接收使能信号，从而控制第一通信模块工作或关闭；第二通信模块的19脚、22脚和36脚均直接接地；第二通信模块的47脚连接GPS天线模块；49脚则连接第二通信模块的天线电路；第二通信模块的69和70引脚则直接连接USB HUB芯片构成的USB扩展模块。
优选的，所述的微功率控制器模块采用EFM32JG1的控制器芯片构成的微功率控制器模块；
微功率控制器模块的1脚接地，2脚连接电源信号V3P3_W；微功率控制器模块的3～5脚均直接接地，6～8脚则直接连接电源信号V3P3_W；微功率控制器模块的47和48脚为调试引脚，直接连接外部的通信引脚并进行控制程序的下载和调试；微功率控制器模块的21脚、22脚和23脚则作为通信引脚连接主控制器模块的通信引脚并进行通信和数据交互；微功率控制器模块的30脚、31脚、32脚、24脚和25脚作为数据引脚连接微功率通信模块；微功率控制器模块的26～29脚、33脚和35脚则作为通信引脚连接微功率通信模块的通信引脚；微功率控制器模块的8脚为电源引脚，直接连接电源信号V3P3_W。
进一步，所述的微功率通信模块采用SX1212的微功率通信芯片构成的微功率通信模块；
微功率通信模块的14～16脚、1脚和2脚作为数据引脚连接微功率控制器模块的30脚、31脚、32脚、24脚和25脚；微功率通信模块的4～7脚、17脚和18脚则作为通信引脚连接微功率控制器模块的26～29脚、33脚和35脚；微功率通信模块的20脚直接连接电源信号V3P3_RF，同时也通过保护二极管V4接地进行保护；微功率通信模块的11脚为天线引脚，其直接连接相应的天线电路。
优选的，所述的主控制器模块采用ARM处理器ASM9260T-SIP176LQFP17。
优选的，所述的以太网通信模块采用以太网控制器LAN9512i 64-QFN。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，在网络摄像头IPC与电力系统监控主站的视频监控系统之间，通过增加本方案中的通信电路的配变终端设备TTU进行通信，当配变终端设备TTU或者网络摄像头IPC监测到配网线路故障数据后，通过4G网络上传至视频监控系统，最后主站在通信数据的基础之上分析搜集的数据形成应用数据，达到电力数据与视频监控系统的联动告警的功能。通过本方案优化的视频监控方案，它能够实现电力监控数据和视频监控数据的联动，使视频监控系统与电力监控系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，提高了配电自动化的智能性，降低人力维护电力设备的成本，同时TTU采用两个通信模块，实现双4G模块的传输模式，保证了原来电力监控数据的安全性和健壮性，原来的电力监控主站不需要太多的程序修改，即可增加视频监控功能。
附图说明
图1为本发明所述电路的结构框图。
图2为本发明的USB扩展模块的电路原理示意图。
图3为本发明的微功率控制器模块的电路原理示意图。
图4为本发明的微功率通信模块的电路原理示意图。
图5为本发明的第一通信模块的电路原理示意图。
图6为本发明的第二通信模块的电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供的这种用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，如图1所示，包括电源模块、主控制器模块、USB扩展模块、微功率控制器模块、微功率通信模块、第一通信模块、第二通信模块和以太网通信模块；
微功率控制器模块、USB扩展模块和以太网通信模块均与主控制器模块连接，第一通信模块和第二通信模块均与USB扩展模块连接，微功率通信模块与微功率控制器模块连接；电源模块通过主控制器模块给通信电路供电；主控制器模块用于控制通信电路工作；主控制器模块通过USB扩展模块控制第一通信模块和第二通信模块工作；第一通信模块用于与电力系统监控主站连接并获取监控主站的电力监控数据，第二通信模块用于与网络摄像头连接并获取网络摄像头上传的监控数据；主控制器模块还通过微功率控制器模块控制微功率通信模块工作；微功率通信模块用于通信电路与外部的无线通信；网络摄像头还通过以太网通信模块连接通信电路并上传视频监控数据。
所述的电源模块包括AC/DC转换电路和稳压电路；AC/DC转换电路与稳压电路连接；AC/DC转换电路用于将外部供应的交流电能转换为直流电能并输入到稳压电路；稳压电路用于将直流电能转换为稳定的直流电能并通过主控制器模块对所述通信电路供电。所述的主控制器模块采用ARM处理器ASM9260T-SIP176LQFP17。
所述的USB扩展模块为由型号为USB2514QFN36的USB HUB芯片构成的USB扩展模块。
所述的微功率控制器模块为由型号为EFM32JG1的控制器芯片构成的微功率控制器模块。
所述的微功率通信模块为由型号为SX1212的微功率通信芯片构成的微功率通信模块。
所述的第一通信模块为由型号为N710的4G通信模块构成的通信模块。
所述的第二通信模块为由型号为EC20的4G通信模块构成的通信模块。
所述的以太网通信模块采用以太网控制器LAN9512i 64-QFN。
如图2所示，USB扩展模块为由型号为USB2514QFN36的USB HUB芯片构成的USB扩展模块：模块的27脚通过电阻连接USB HUB供电信号HUB_3V3，同时也通过电容C32接地滤波；模块的26脚为复位引脚，其直接通过上拉电阻R44连接USB HUB供电信号并上拉至高电平；模块的33脚和32脚则连接晶振电路并获取晶振信号，晶振电路则包括晶振XL、以及起振电阻R39、起振电容C37和C38；模块的34脚和14脚则分别直接连接电源信号V1P8PLL和V1P8CR；模块的37脚直接接地；模块的36脚、29脚、10脚、5脚、15脚、23脚则短接后直接连接供电信号HUB_3V3，同时也通过滤波电容组C21、C25、C26、C27接地滤波；同时，模块的30脚、31脚、3脚、4脚和6脚、7脚均直接连接主控制器模块的USB通信引脚并通信；模块的8脚和9脚则作为数据通信引脚连接第二通信模块的通信引脚；同时，为了降低USB扩展模块的功耗，该模块的供电信号由主控制器模块控制：当需要USB扩展模块工作时，主控制器模块将控制信号STATE置为低电平，此时三极管V27截止，开关管V23的G极为高电平，此时V23导通，电源信号VDD_3V3直接连接供电信号HUB_3V3，使得USB扩展模块上电工作；当不需要USB扩展模块工作时，主控制器模块STATE置为高电平即可。如图3所示，微功率控制器模块为由型号为EFM32JG1的控制器芯片构成的微功率控制器模块；模块的1脚接地，2脚连接电源信号V3P3_W；模块的3～5脚均直接接地，6～8脚则直接连接电源信号V3P3_W；模块的47和48脚为调试引脚，直接连接外部的通信引脚并进行控制程序的下载和调试；模块的21脚、22脚和23脚则作为通信引脚连接主控制器模块的通信引脚并进行通信和数据交互；模块的30脚、31脚、32脚、24脚和25脚作为数据引脚连接微功率通信模块；同时，模块的26～29脚、33脚和35脚则作为通信引脚连接微功率通信模块的通信引脚；模块的8脚为电源引脚，直接连接电源信号V3P3_W。
如图4所示微功率通信模块为由型号为SX1212的微功率通信芯片构成的微功率通信模块；模块的14～16脚、1脚和2脚作为数据引脚连接微功率控制器模块的30脚、31脚、32脚、24脚和25脚；模块的4～7脚、17脚和18脚则作为通信引脚连接微功率控制器模块的26～29脚、33脚和35脚；同时，模块的20脚直接连接电源信号V3P3_RF，同时也通过保护二极管V4接地进行保护；模块的11脚为天线引脚，其直接连接相应的天线电路即可。
如图5所示第一通信模块为由型号为N710的4G通信模块构成的通信模块；模块的58为天线引脚，直接连接天线电路；模块的1脚、16脚和20脚、55脚均直接接地；模块的4脚作为状态反馈引脚，输出一路反馈信号YF_STATUS并上传至主控制器模块；模块的9脚和10脚则为数据通信引脚并直接连接主控制器模块的通信引脚；模块的17～19引脚为电源引脚，并直接连接电源信号V4P0_YF；模块的22～25引脚则为SIM卡电路的相关数据引脚，其中22脚为电源引脚，23脚为复位引脚，24脚为数据传输引脚，25脚为控制引脚；同时，模块的34脚和35脚则连接USB HUB芯片构成的USB扩展模块的4脚和3脚；模块的38脚为使能信号引脚，其直接连接主控制器模块并接收使能信号，从而控制第一通信模块工作或关闭。
如图6所示第二通信模块为由型号为EC20的4G通信模块构成的通信模块；模块的6脚为状态反馈引脚，其输出一路状态反馈信号并上传至主控制器模块；模块的8～10脚均直接接地；模块的14～17引脚为SIM卡电路的相关数据引脚，其中14脚为电源引脚，16脚为时钟引脚，15脚为数据传输引脚，25脚为控制引脚；模块的21脚为使能信号引脚，其直接连接主控制器模块并接收使能信号，从而控制第一通信模块工作或关闭；模块的19脚、22脚和36脚均直接接地；模块的47脚连接GPS天线模块；49脚则连接第二通信模块的天线电路；模块的69和70引脚则直接连接USB HUB芯片构成的USB扩展模块。
上述模块中的电源信号均由电源模块直接或者通过主控制器模块，根据各个芯片的需求进行提供。
Claims (8)
1.用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，其特征在于，包括电源模块、主控制器模块、USB扩展模块、微功率控制器模块、微功率通信模块、第一通信模块、第二通信模块和以太网通信模块；
微功率控制器模块、USB扩展模块和以太网通信模块均与主控制器模块连接，第一通信模块和第二通信模块均与USB扩展模块连接，微功率通信模块与微功率控制器模块连接；电源模块通过主控制器模块给通信电路供电；主控制器模块用于控制通信电路工作；主控制器模块通过USB扩展模块控制第一通信模块和第二通信模块工作；第一通信模块用于与电力系统监控主站连接并获取监控主站的电力监控数据，第二通信模块用于与网络摄像头连接并获取网络摄像头上传的监控数据；主控制器模块还通过微功率控制器模块控制微功率通信模块工作；微功率通信模块用于通信电路与外部的无线通信；网络摄像头还通过以太网通信模块连接通信电路并上传视频监控数据；
所述的USB扩展模块采用型号为USB2514QFN36的USB HUB芯片构成的USB扩展模块；
USB扩展模块的27脚通过电阻连接USB HUB供电信号HUB_3V3，同时通过电容C32接地滤波；USB扩展模块的26脚为复位引脚，直接通过上拉电阻R44连接USB HUB供电信号并上拉至高电平；USB扩展模块的33脚和32脚则连接晶振电路并获取晶振信号，晶振电路包括晶振XL、以及起振电阻R39、起振电容C37和C38；USB扩展模块的34脚和14脚则分别直接连接电源信号V1P8PLL和V1P8CR；USB扩展模块的37脚直接接地；USB扩展模块的36脚、29脚、10脚、5脚、15脚和23脚短接后直接连接供电信号HUB_3V3，同时也通过滤波电容C21、C25、C26和C27并联形成的滤波电容组接地滤波；同时，USB扩展模块的30脚、31脚、3脚、4脚和6脚、7脚均直接连接主控制器模块的USB通信引脚并通信；USB扩展模块的8脚和9脚则作为数据通信引脚连接第二通信模块的通信引脚；
USB扩展模块的供电信号由主控制器模块控制：三极管V27的集电极连接电源信号VDD_3V3和开关管V23栅极，基极连接控制信号STATE，发射极接地；开关管V23的源极连接电源信号VDD_3V3，漏极连接供电信号HUB_3V3；当需要USB扩展模块工作时，主控制器模块将控制信号STATE置为低电平，此时三极管V27截止，开关管V23的G极为高电平，此时开关管V23导通，电源信号VDD_3V3直接连接供电信号HUB_3V3，使得USB扩展模块上电工作；当不需要USB扩展模块工作时，主控制器模块将STATE置为高电平。
2.根据权利要求1所述的用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，其特征在于，所述的电源模块包括AC/DC转换电路和稳压电路；AC/DC转换电路与稳压电路连接；AC/DC转换电路用于将外部供应的交流电能转换为直流电能并输入到稳压电路；稳压电路用于将直流电能转换为稳定的直流电能并通过主控制器模块对所述通信电路供电。
3.根据权利要求1所述的用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，其特征在于，所述的第一通信模块采用N710的4G通信模块构成的通信模块；
第一通信模块的58为天线引脚，直接连接天线电路；第一通信模块的1脚、16脚和20脚、55脚均直接接地；第一通信模块的4脚作为状态反馈引脚，输出一路反馈信号YF_STATUS并上传至主控制器模块；第一通信模块的9脚和10脚则为数据通信引脚并直接连接主控制器模块的通信引脚；第一通信模块的17～19引脚为电源引脚，并直接连接电源信号V4P0_YF；第一通信模块的22～25引脚为SIM卡电路的相关数据引脚，其中22脚为电源引脚，23脚为复位引脚，24脚为数据传输引脚，25脚为控制引脚；同时，第一通信模块的34脚和35脚则连接USB HUB芯片构成的USB扩展模块的4脚和3脚；第一通信模块的38脚为使能信号引脚，其直接连接主控制器模块并接收使能信号，从而控制第一通信模块工作或关闭。
4.根据权利要求1所述的用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，其特征在于，所述的第二通信模块采用EC20的4G通信模块构成的通信模块；
第二通信模块的6脚为状态反馈引脚，其输出一路状态反馈信号并上传至主控制器模块；第二通信模块的8～10脚均直接接地；第二通信模块的14～17引脚为SIM卡电路的相关数据引脚，其中14脚为电源引脚，16脚为时钟引脚，15脚为数据传输引脚，25脚为控制引脚；第二通信模块的21脚为使能信号引脚，其直接连接主控制器模块并接收使能信号，从而控制第一通信模块工作或关闭；第二通信模块的19脚、22脚和36脚均直接接地；第二通信模块的47脚连接GPS天线模块；49脚则连接第二通信模块的天线电路；第二通信模块的69和70引脚则直接连接USB HUB芯片构成的USB扩展模块。
5.根据权利要求1所述的用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，其特征在于，所述的微功率控制器模块采用EFM32JG1的控制器芯片构成的微功率控制器模块；
微功率控制器模块的1脚接地，2脚连接电源信号V3P3_W；微功率控制器模块的3～5脚均直接接地，6～8脚则直接连接电源信号V3P3_W；微功率控制器模块的47和48脚为调试引脚，直接连接外部的通信引脚并进行控制程序的下载和调试；微功率控制器模块的21脚、22脚和23脚则作为通信引脚连接主控制器模块的通信引脚并进行通信和数据交互；微功率控制器模块的30脚、31脚、32脚、24脚和25脚作为数据引脚连接微功率通信模块；微功率控制器模块的26～29脚、33脚和35脚则作为通信引脚连接微功率通信模块的通信引脚；微功率控制器模块的8脚为电源引脚，直接连接电源信号V3P3_W。
6.根据权利要求5所述的用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，其特征在于，所述的微功率通信模块采用SX1212的微功率通信芯片构成的微功率通信模块；
微功率通信模块的14～16脚、1脚和2脚作为数据引脚连接微功率控制器模块的30脚、31脚、32脚、24脚和25脚；微功率通信模块的4～7脚、17脚和18脚则作为通信引脚连接微功率控制器模块的26～29脚、33脚和35脚；微功率通信模块的20脚直接连接电源信号V3P3_RF，同时也通过保护二极管V4接地进行保护；微功率通信模块的11脚为天线引脚，其直接连接相应的天线电路。
7.根据权利要求1所述的用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，其特征在于，所述的主控制器模块采用ARM处理器ASM9260T-SIP176LQFP17。
8.根据权利要求1所述的用于配电自动化配变终端的视频监控通信电路，其特征在于，所述的以太网通信模块采用以太网控制器LAN9512i 64-QFN。
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