CN110943538A - 一种基于嵌入式arm的泛电力物联网智能电量终端 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端，其电流互感器和电压互感器分别并接于输电线路的一侧，然后与测控模块连接、测控模块、有线通信模块、控制模块及显示模块依次连接，无线通信模块将控制模块与分析处理模块连接，并进行数据的上载和下载，测控模块、有线通信模块、无线通信模块、控制模块各由一块ARM芯片做为主控。与现有技术相比，本发明具有低成本、低功耗、抗干扰性性能好等优点，避免了传统电力设备监测线路耗能多、故障查找困难等缺点，有效提高电力设备的有效运行。
Description
技术领域
本发明涉及智能用电设备数据采集系统，尤其是涉及一种基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端。
背景技术
用电设备具有分布广泛、规模大等特点。为了保证当前用户侧用电，在实际使用中需要对用电设备进行分散式监控，数据采集部分则成为监控用电设备的重要环节。当前来看，一方面随着交直流输电规模的迅速扩大，分布式发电设备接入类型和数量的快速增加，导致电网复杂程度不断提升，对传统电网提出了新的挑战。另一方面新进出现的人工智能等新技术的发展也对电网的功能和运行方式提出了新的要求。基于此，结合泛在物联技术将现有电力系统建设成泛在电力物联网是未来电力能源体系的发展新趋势。
发明内容
本发明的目的就是为了符合未来电力能源体系的发展新趋势，克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低成本、低功耗、抗干扰性好的泛在电力物联网智能电量终端。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端，包括：
电流互感器和电压互感器，用来连接输电线路，采集交流输电参数；
测控模块，用来连接电流互感器、电压互感器，用于获取互感器低电压低电流下的交流模拟量参数，并转换为数字量；
有线通信模块，用于连接控制模块和测控模块，将测控模块的信息通过有线传递给控制器进行数据的分析处理；
控制模块，用来控制系统的运行进程、进行数据的分析和在线服务器分析模块下行指令的执行；
显示模块，用于输出显示控制模块得到并且分析后的有效数据；
无线通信模块是在控制模块控制下，用来进行终端的无线数据上传服务和在线服务器的指令下发服务；
电源模块，为本基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端的各个组件进行供电；
在线服务器数据分析处理模块，得到本地通过无线通信模块传输的数据，并进行数据的分析处理，智能预测与故障诊断；
其中，所述测控模块、有线通信模块、无线通信模块、控制模块各由一块ARM 芯片做为主控；
所述电流互感器和电压互感器分别并接于输电线路的一侧，然后与所述测控模块连接、所述测控模块、所述有线通信模块、所述控制模块依次连接及所述显示模块依次连接，所无线通信模块将所述控制模块与所述分析处理模块连接，并进行数据的上载和下载。
进一步的，所述测控模块包括滤波电路、频率采样电路、A/D采集电路、AD 芯片、ARM处理器、异步串行接口，所述滤波电路连接电流互感器、电压互感器和频率采样电路，所述ARM处理器连接AD芯片、异步串行接口。
再进一步的，电压互感器和电流互感器侧的高电压电流和ARM处理器端的低电压电流相隔离，预留串口屏幕接口和按键接口，测量侧供电有串口提供。
再进一步的，所述测控模块所测得的参量包括交流电流、交流电压、有功功率、功率因数、频率、累计电量。
进一步的，有线通信模块所需要的通信协议包括测试字符串、自定义协议、ModBus RTU。
进一步的，显示模块包括人机交互ARM芯片以及所述人机交互ARM芯片所连接的键盘和显示器。
进一步的，无线通讯模块采用GPRS和NB-IOT两者相结合模式，GPRS和NB-IOT 分别使用控制模块的USB Host端口和TTL端口进行控制。
进一步的，在线服务器数据分析处理模块可进行用电设备实时监测、统计、显示故障信息。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明使用模块化布局的设计方法来布局硬件终端，测控模块、通信模块、显示模块、控制模块等，各模块工作互不干扰，协同工作，保证了数据的精确性，使得系统调试、安装、维护十分方便。
2.本发明还包括在线服务器数据分析处理模块，对无线通信和有线通信状态进行实时监测，保证数据参量的精准性，故障检测的准确性和稳定性。
3.本发明的终端处设置有大容量存储芯片，可备份数据，解决在线服务器端的故障而导致的数据丢失问题，也可解决用电设备发生故障后缺少故障数据的难题。
4.本发明电源模块可实现在蓄电池和外部供电电源切换，可以实现终端的长期稳定运行。
5.本发明可实现自设阈值，使得用电设备处于故障状态时自动断电，降低故障成本。
6.本发明提高了对于用电设备的监控覆盖，实现了统一物联管理，数据共享性加强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本所在分布式系统的通信链路拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供一种基于嵌入式ARM的泛在电力联网智能电量终端，包括电流互感器1、电压互感器2、测控模块3、有线通信模块4、控制模块5、显示模块6、无线通信模块7、在线服务器数据分析处理模块8、电源模块9。其中，测控模块3、有线通信模块4、无线通信模块7和控制模块5各有一块ARM芯片做为主控。
电流互感器1与电压互感器2并接于输电线路一侧，用以将输电线侧的高电压，高电流转换为后续电路在测量范围内的低电压和低电流，便于测量，也将高压和低压进行隔离。
测控模块3包括依次连接的滤波电路31，频率采样电路32，A/D采集电路， AD芯片，ARM数据采集和通信控制器35。测控模块通过低电流低电压侧的处理电路，将AD芯片的采集结果在ARM控制器中转换为可视化数字，同时设置相应的通信协议，使得终端控制模块5可以通过一致的协议将数据读出。
有线通信模块4将测控模块3和控制模块5连结在一起，因为有线通信线路较短，固采用异步串行接口，十分方便数据接收，配置有多重通信协议，用于实现信息交换。
控制模块5包括控制芯片51以及与控制芯片连接的NB-IOT52、电源53、USB Host54、UART异步串行通信接口55、LED显示56、I/O模块57、下载接口58和 GPRS59。在本实施例中，主控模块控制器51部分选取三星的S5PV210处理器，GPRS 通信模块59部分采用SIM900A，NB_IOT模块通信52部分采取华为的控制芯片控制，控制芯片和GPRS59、NB_IOT52使用AT指令控制运行，采取异步串行口形式进行连接。NB_IOT模块52连接有天线部分。
显示模块6与控制模块5相连，用于显示测控模块传输而来的数据，同时接收参数设置信息。
无线通信模块7和控制模块5相连接，使用运营商基站进行无线数据传输。
在线服务器数据分析处理模块8通过无线通信模块7远程获取数据。实现数据采集分析功能包括：电压、电流、功率、频率、累计电量、功率因数等电量信息。终端正常工作时，智能终端收集设备运行参数，通过无线通信模块7将采集到的数据传送到在线服务器数据分析处理模块8被存储起来并且通过数据分析，提出系列可行性方案。
电源模块9分别连接测控模块、控制器模块、有线通信模块、无线通信模块，用来提供相对应的电源。
图2为本发明装置所在分布式系统的通信链路拓扑结构图，本终端通过基于 TCP/IP的封装协议MQTT完成和本地智能终端的数据和指令收发。多个终端的参量数据上传在线服务器数据，进行数据的共享存储于共享应用，智能诊断，数据可视化程度变高，数据共享度增强。
综上所述，本发明可实现用电设备的智能分析与数据共享。例如：实时采集线路的电流、电压、功率、电量等数据，采集的数据可以以秒为单位及时上传，为智能分析提供数据支撑；准确检测线路发送的故障情况，可就地控制。总之，本发明不但可以提高用电设备的智能化用电，而且可以用电设备的安全性、稳定性和可靠性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照最佳实施例对本发明做了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者同等的替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端，其特征在于，包括：
电流互感器和电压互感器，用来连接输电线路，采集交流输电参数；
测控模块，用来连接电流互感器、电压互感器，用于获取互感器低电压低电流下的交流模拟量参数，并转换为数字量；
有线通信模块，用于连接控制模块和测控模块，将测控模块的信息通过有线传递给控制器进行数据的分析处理；
控制模块，用来控制系统的运行进程、进行数据的分析和在线服务器分析模块下行指令的执行；
显示模块，用于输出显示控制模块得到并且分析后的有效数据；
无线通信模块是在控制模块控制下，用来进行终端的无线数据上传服务和在线服务器的指令下发服务；
电源模块，为本基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端的各个组件进行供电；
在线服务器数据分析处理模块，得到本地通过无线通信模块传输的数据，并进行数据的分析处理，智能预测与故障诊断；
其中，所述测控模块、有线通信模块、无线通信模块、控制模块各由一块ARM芯片做为主控；
所述电流互感器和电压互感器分别并接于输电线路的一侧，然后与所述测控模块连接、所述测控模块、所述有线通信模块、所述控制模块依次连接及所述显示模块依次连接，所无线通信模块将所述控制模块与所述分析处理模块连接，并进行数据的上载和下载。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端，其特征在于所述测控模块包括滤波电路、频率采样电路、A/D采集电路、AD芯片、ARM处理器、异步串行接口，所述滤波电路连接电流互感器、电压互感器和频率采样电路，所述ARM处理器连接AD芯片、异步串行接口。
3.根据权利要求2所述的一种基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端，其特征在于电压互感器和电流互感器侧的高电压电流和ARM处理器端的低电压电流相隔离，预留串口屏幕接口和按键接口，测量侧供电有串口提供。
4.根据权利要求2所述的一种基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端，其特征在于所述测控模块所测得的参量包括交流电流、交流电压、有功功率、功率因数、频率、累计电量。
5.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端，其特征在于有线通信模块所需要的通信协议包括测试字符串、自定义协议、ModBus RTU。
6.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端，其特征在于显示模块包括人机交互ARM芯片以及所述人机交互ARM芯片所连接的键盘和显示器。
7.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端，其特征在于无线通讯模块采用GPRS和NB-I OT两者相结合模式，GPRS和NB-I OT分别使用控制模块的USB Host端口和TTL端口进行控制。
8.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式ARM的泛电力物联网智能电量终端，其特征在于在线服务器数据分析处理模块可进行用电设备实时监测、统计、显示故障信息。
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