CN111245100A - 一种智能物联网单相多功能电力监控终端及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种智能物联网单相多功能电力监控终端，包括微处理器与储存器模块，还包括分别与微处理器与储存器模块相连的远程与近程通讯模块、电源模块、单相电能计量模块、LCD液晶显示器模块、分合闸控制与反馈模块；其中，所述电源模块与微处理器与存储器模块、远程与近程通讯模块、单相电能计量模块、LCD液晶显示器模块、分合闸控制与反馈模块相连并对供电。本发明实现了远程抄表、预付费、电力计量、剩余电流检测、线温监测、远程分合闸控制、过电流预警及跳闸功能，大大提高了用电的安全性，并且硬件结构简单，计量精度高，能耗低，性价比高。

Description

一种智能物联网单相多功能电力监控终端及方法

技术领域

本发明涉及电力物联网配用电监控领域，特别涉及一种智能物联网单相多功能电力监控终端及方法。

背景技术

当前，我国电网正在向智能化、数字化、物联网等多功能综合方向发展，尤其在配用电领域，目前的配电自动化系统、智能用电实时监控、综合能源分析方面，远远跟不上快速的经济建设发展，电力物联网配用电监控终端设备大多还处于功能相对单一、物联网技术应用不够、实时精确计量精度低、成本相对高，由于电力末端用电负载精确监控不及时，故障诊断与定位缺乏，往往电气故障引发的电气火灾导致了大型楼宇火灾，严重威胁着人们生命与财产安全，因此，安全用电尤为重要，特别是针对单相用电末端负载及供电线缆，需要一种包括远程抄表、预付费、电力计量、剩余电流检测、线温监测、远程分合闸控制等用途的多功能监控终端及技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种智能物联网单相多功能电力监控终端，其功能包括远程抄表、预付费、电力计量、剩余电流检测、线温监测、远程分合闸控制，能够克服现有电力监控终端的功能单一、计量精度低下、用电安全性偏低、成本高的不足的问题。

本发明的另一目的在于提供一种智能物联网单相多功能电力监控方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种智能物联网单相多功能电力监控终端，包括微处理器与储存器模块，还包括分别与微处理器与储存器模块相连的远程与近程通讯模块、电源模块、单相电能计量模块、LCD液晶显示器模块、分合闸控制与反馈模块；其中，所述电源模块与微处理器与存储器模块、远程与近程通讯模块、单相电能计量模块、LCD液晶显示器模块、分合闸控制与反馈模块相连并对供电；

所述微处理器与存储器模块，用于实现数据存储与智能计量控制程序执行；

所述远程与近程通讯模块，用于实现与上位机的远程智能实时通信；

所述单相电能计量模块，用于对单相电网进行高精度的电量计量，并将采集数据的处理结果给所述微处理器与存储器模块进行读取；

所述LCD液晶显示器模块，由微处理器与存储器模块提供信息源，显示各种计量数据；

所述分合闸控制与反馈模块，用于控制电闸开关的分合操作，同时用于判断电闸开关状态，并把检测结果传输给微处理器与存储器模块。

所述微处理器与存储器模块包括Flash存储器和CPU微处理器；所述CPU微处理器通过SPI类型通信接口与Flash存储器进行数据读写；CPU微处理器通过UART类型串口与远程与近程通讯模块连接，CPU微处理器通过SPI类型通信接口与单相电能计量模块连接，CPU微处理器通过SPI类型通信接口与LCD液晶显示器模块连接，CPU微处理器通过USART类型串口与所述合闸控制与反馈模块连接。

所述Flash存储器采用1MB的Flash系列类型芯片，CPU微处理器采用STM32F103R系列芯片。

所述单相电能计量模块包括单相计量芯片、电流互感器1路和电压互感器1路；单相计量芯片采集电流互感器1路和电压互感器1路的信号，对单相电网进行高精度的电量计量，并将采集数据的处理结果给所述微处理器与存储器模块进行读取。

所述单相计量芯片采用上海钜泉光电ATT705x系列芯片，其采集电流互感器1路和电压互感器1路的信号，对单相电网进行高精度的电量计量，并将采集数据的处理结果，通过SPI类型通信接口，给所述微处理器与存储器模块进行读取，同时，所述微处理器与存储器模块通过SPI类型通信接口对单相计量芯片进行写操作，来配置校准参数。

所述分合闸控制与反馈模块包括分合闸控制输出1路和分合闸反馈输入2路；所述分合闸控制与反馈模块与所述微处理器与存储器模块的CPU微处理器的USART类型串口连接，并接收CPU微处理器发出的高、低电平控制信号，实现1路分合闸控制输出，控制电闸开关的分合操作，同时，通过检测电路实现2路电闸开关状态判断，并把检测结果通过USART类型串口传输给CPU微处理器。

所述微处理器与储存器模块还设置有烧录程序用的SWD接口；所述微处理器与储存器模块还设置有外部智能传感器模块数据通信接口，用于1路剩余电流互感器和2路数字温度传感器数据的接入；所述外部智能传感器模块数据通信接口为微处理器与储存器模块的CPU微处理器的USART类型串口。

所述远程与近程通讯模块包括NB-IoT无线通讯1路、红外无线通讯1路和RS485总线通讯1路；所述远程与近程通讯模块通过UART类型串口与所述微处理器与存储器模块连接；NB-IoT无线通讯1路采用中国移动CN18S芯片搭建的系列模组作为1路无线远程物联网通讯；红外无线通讯1路采用1路具有收、发功能的红外视距通信电路；RS485总线通讯1路采用1路半双工现场总线通信电路。

所述LCD液晶显示器模块采用128*64点阵2.0英寸LCD类型液晶显示器，通过驱动芯片ST7567来控制点阵显示，驱动芯片ST7567通过SPI类型通信接口与所述微处理器与存储器模块连接，并受其控制。

本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：

一种智能物联网单相多功能电力监控方法，包含以下顺序的步骤：

S1、首先开机初始化，电源模块开始供电，LCD液晶显示器模块显示初始化的数据，并进入步骤S2；

S2、进入单相电能参数计算与存储过程，判断电能参数是否超出报警值，如果没有，则进入步骤S3；如果有，则发送报警信号，并进入步骤S3；

S3、进入外部智能传感器模块数据读取过程，判断是否有外部智能传感器模块，如果没有，则进入步骤S4；如果有，则外部智能传感器模块数据读取计算与存储；判断传感器数据是否超出报警值，如果不超出，则进入步骤S4；如果超出，则发送报警信号，并进入步骤S4；

S4、进入分合闸动作控制过程，判断是否有分闸控制指令：

如果没有，则进入判断是否有合闸控制指令；

如果有，则判断当前状态是否为合闸，如果不是，则进入判断是否有合闸控制指令，如果是，则执行分闸控制动作，并进入判断是否有合闸控制指令；

判断是否有合闸控制指令：

如果没有，则进入步骤S5；

如果有，则判断当前状态是否为分闸，如果不是，则进入步骤S5，如果是，则执行合闸控制动作，并进入步骤S5；

S5、进入远程数据通讯及本地通讯过程，判断是否有通讯请求读取数据：

如果没有，则判断是否有通讯请求写数据；

如果有，则发送通讯请求数据；判断是否有通讯请求写数据：如果没有，则返回步骤S1；如果有，则写通讯数据反馈，并返回步骤S1。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明实现了远程抄表、预付费、电力计量、剩余电流检测、线温监测、远程分合闸控制、过电流预警及跳闸功能，大大提高了用电的安全性，并且硬件结构简单，计量精度高，能耗低，性价比高。

附图说明

图1为本发明所述一种智能物联网单相多功能电力监控终端的结构示意图。

图2为本发明所述一种智能物联网单相多功能电力监控方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1，一种智能物联网单相多功能电力监控终端，包括微处理器与储存器模块、远程与近程通讯模块、电源模块、单相电能计量模块、LCD液晶显示器模块、SWD接口、外部智能传感器模块数据通信接口和分合闸控制与反馈模块；其中所述微处理器与存储器模块与所述远程与近程通讯模块、所述单相电能计量模块、所述LCD液晶显示器模块、所述外部智能传感器模块数据通信接口和所述分合闸控制与反馈模块相连进行信息交互处理，并留有烧录程序用的SWD接口；所述电源模块与所述微处理器与存储器模块、所述远程与近程通讯模块、所述单相电能计量模块、所述LCD液晶显示器模块、所述外部智能传感器模块数据通信接口、所述分合闸控制与反馈模块相连并对其进行供电。

进一步地，所述微处理器与存储器模块包括Flash存储器和CPU微处理器。

具体而言，Flash存储器采用1MB的Flash系列类型芯片，可以达到掉电保存功能，用于保存配置参数、校准参数、故障记录信息等，CPU微处理器采用主流性价比较高的STM32F103R系列芯片，具有64个管脚，CPU微处理器通过SPI类型通信接口与Flash存储器进行数据读写；CPU微处理器通过UART类型串口与所述远程与近程通讯模块连接，CPU微处理器通过SPI类型通信接口与所述单相电能计量模块连接，CPU微处理器通过SPI类型通信接口与所述LCD液晶显示器模块连接，CPU微处理器通过USART类型串口作为所述外部智能传感器模块数据通信接口，CPU微处理器通过USART类型串口与所述合闸控制与反馈模块连接，同时CPU微处理器留有所述SWD接口用作烧录程序。

进一步地，所述远程与近程通讯模块包括NB-IoT无线通讯1路、红外无线通讯1路和RS485总线通讯1路。

具体而言，所述远程与近程通讯模块通过UART类型串口与所述微处理器与存储器模块连接，NB-IoT无线通讯1路采用中国移动CN18S芯片搭建的系列模组作为1路无线远程物联网通讯，实现与上位机的远程通信功能，经过上位机管理软件平台的处理，实现远程抄表、预付费管理、远程分合闸控制等功能，红外无线通讯1路采用1路具有收、发功能的红外视距通信电路，RS485总线通讯1路采用1路半双工现场总线通信电路。

进一步地，所述单相电能计量模块包括单相计量芯片、电流互感器1路和电压互感器1路。

具体而言，所述单相电能计量模块的单相计量芯片采用上海钜泉光电ATT705x系列芯片，其采集电流互感器1路和电压互感器1路的信号，对单相电进行高精度的电量计量，并将采集数据的处理结果，通过SPI类型通信接口，给所述微处理器与存储器模块进行读取，同时，所述微处理器与存储器模块(5)亦可通过SPI类型通信接口对单相计量芯片进行写操作，来配置校准参数。

进一步地，所述LCD液晶显示器模块由所述微处理器与存储器模块提供信息源，显示各种计量数据。

具体而言，LCD液晶显示器采用128*64点阵2.0英寸LCD类型液晶显示器，通过驱动芯片ST7567来控制点阵显示，驱动芯片ST7567通过SPI类型通信接口与所述微处理器与存储器模块连接，并受其控制。

进一步地，所述SWD接口为所述微处理器与存储器模块的SWD接口，用于给所述微处理器与存储器模块烧录程序。

进一步地，所述外部智能传感器模块数据通信接口是两种信号的通信接入口电路。

具体而言，所述外部智能传感器模块数据通信接口由所述微处理器与存储器模块中CPU微处理器的USART类型串口提供，用于1路剩余电流互感器和2路数字温度传感器数据的接入，实现剩余电流及电缆线温监测的通信。

进一步地，所述分合闸控制与反馈模块包括分合闸控制输出1路和分合闸反馈输入2路。

具体而言，所述分合闸控制与反馈模块与所述微处理器与存储器模块中CPU微处理器的USART类型串口连接，并接收CPU微处理器发出的高、低电平控制信号，实现1路分合闸控制输出，控制电闸开关的分合操作，同时，通过检测电路实现2路电闸开关状态判断，并把检测结果通过USART类型串口传输给CPU微处理器。

进一步地，所述电源模块给所述微处理器与存储器模块、所述远程与近程通讯模块、所述单相电能计量模块、所述LCD液晶显示器模块、所述外部智能传感器模块数据通信接口和所述分合闸控制与反馈模块进行供电。

具体而言，所述电源模块的直接输入是交流电AC220V或直流电DC12V，输出是直流电DC5.0V和DC3.3V，给本发明公开的一种智能物联网单相多功能电力监控终端整体供电。

如图2所示，一种智能物联网单相多功能电力监控方法，该方法编写成C语言程序，在所述微处理器与存储器模块中执行，其工作原理流程具体如下：

S1:首先开机初始化，电源供电给各个模块，LCD液晶显示器模块显示初始化的数据，并进入步骤S2；

S2:进入单相电能参数计算与存储过程，判断电能参数是否超出报警值，如果没有，则进入步骤S3；如果有，则发送报警信号，并进入步骤S3；

S3:进入外部智能传感器模块数据读取过程，判断是否有外部智能传感器模块，如果没有，则进入步骤S4；如果有，则外部智能传感器模块数据读取计算与存储；判断传感器数据是否超出报警值，如果不超出，则进入步骤S4；如果超出，则发送报警信号，并进入步骤S4；

S4:进入分合闸动作控制过程，判断是否有分闸控制指令，如果没有，则进入判断是否有合闸控制指令；如果有，则判断当前状态是否为合闸，如果不是，则进入判断是否有合闸控制指令，如果是，则执行分闸控制动作，并进入判断是否有合闸控制指令；判断是否有合闸控制指令，如果没有，则进入步骤S5；如果有，则判断当前状态是否为分闸，如果不是，则进入步骤S5，如果是，则执行合闸控制动作，并进入步骤S5；

S5:进入远程数据通讯及本地通讯过程，判断是否有通讯请求读取数据，如果没有，则判断是否有通讯请求写数据；如果有，则发送通讯请求数据；判断是否有通讯请求写数据，如果没有，则返回步骤S1；如果有，则写通讯数据反馈，并返回步骤S1。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能物联网单相多功能电力监控终端，其特征在于：包括微处理器与储存器模块，还包括分别与微处理器与储存器模块相连的远程与近程通讯模块、电源模块、单相电能计量模块、LCD液晶显示器模块、分合闸控制与反馈模块；其中，所述电源模块与微处理器与存储器模块、远程与近程通讯模块、单相电能计量模块、LCD液晶显示器模块、分合闸控制与反馈模块相连并对供电；

所述微处理器与存储器模块，用于实现数据存储与智能计量控制程序执行；

所述远程与近程通讯模块，用于实现与上位机的远程智能实时通信；

所述单相电能计量模块，用于对单相电网进行高精度的电量计量，并将采集数据的处理结果给所述微处理器与存储器模块进行读取；

所述LCD液晶显示器模块，由微处理器与存储器模块提供信息源，显示各种计量数据；

所述分合闸控制与反馈模块，用于控制电闸开关的分合操作，同时用于判断电闸开关状态，并把检测结果传输给微处理器与存储器模块。

2.根据权利要求1所述智能物联网单相多功能电力监控终端，其特征在于：所述微处理器与存储器模块包括Flash存储器和CPU微处理器；所述CPU微处理器通过SPI类型通信接口与Flash存储器进行数据读写；CPU微处理器通过UART类型串口与远程与近程通讯模块连接，CPU微处理器通过SPI类型通信接口与单相电能计量模块连接，CPU微处理器通过SPI类型通信接口与LCD液晶显示器模块连接，CPU微处理器通过USART类型串口与所述合闸控制与反馈模块连接。

3.根据权利要求2所述智能物联网单相多功能电力监控终端，其特征在于：所述Flash存储器采用1MB的Flash系列类型芯片，CPU微处理器采用STM32F103R系列芯片。

4.根据权利要求1所述智能物联网单相多功能电力监控终端，其特征在于：所述单相电能计量模块包括单相计量芯片、电流互感器1路和电压互感器1路；单相计量芯片采集电流互感器1路和电压互感器1路的信号，对单相电网进行高精度的电量计量，并将采集数据的处理结果给所述微处理器与存储器模块进行读取。

5.根据权利要求4所述智能物联网单相多功能电力监控终端，其特征在于：所述单相计量芯片采用上海钜泉光电ATT705x系列芯片，其采集电流互感器1路和电压互感器1路的信号，对单相电网进行高精度的电量计量，并将采集数据的处理结果，通过SPI类型通信接口，给所述微处理器与存储器模块进行读取，同时，所述微处理器与存储器模块通过SPI类型通信接口对单相计量芯片进行写操作，来配置校准参数。

6.根据权利要求1所述智能物联网单相多功能电力监控终端，其特征在于：所述分合闸控制与反馈模块包括分合闸控制输出1路和分合闸反馈输入2路；所述分合闸控制与反馈模块与所述微处理器与存储器模块的CPU微处理器的USART类型串口连接，并接收CPU微处理器发出的高、低电平控制信号，实现1路分合闸控制输出，控制电闸开关的分合操作，同时，通过检测电路实现2路电闸开关状态判断，并把检测结果通过USART类型串口传输给CPU微处理器。

7.根据权利要求1所述智能物联网单相多功能电力监控终端，其特征在于：所述微处理器与储存器模块还设置有烧录程序用的SWD接口；所述微处理器与储存器模块还设置有外部智能传感器模块数据通信接口，用于1路剩余电流互感器和2路数字温度传感器数据的接入；所述外部智能传感器模块数据通信接口为微处理器与储存器模块的CPU微处理器的USART类型串口。

8.根据权利要求1所述智能物联网单相多功能电力监控终端，其特征在于：所述远程与近程通讯模块包括NB-IoT无线通讯1路、红外无线通讯1路和RS485总线通讯1路；所述远程与近程通讯模块通过UART类型串口与所述微处理器与存储器模块连接；NB-IoT无线通讯1路采用中国移动CN18S芯片搭建的系列模组作为1路无线远程物联网通讯；红外无线通讯1路采用1路具有收、发功能的红外视距通信电路；RS485总线通讯1路采用1路半双工现场总线通信电路。

9.根据权利要求1所述智能物联网单相多功能电力监控终端，其特征在于：所述LCD液晶显示器模块采用128*64点阵2.0英寸LCD类型液晶显示器，通过驱动芯片ST7567来控制点阵显示，驱动芯片ST7567通过SPI类型通信接口与所述微处理器与存储器模块连接，并受其控制。

10.一种智能物联网单相多功能电力监控方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：

S1、首先开机初始化，电源模块开始供电，LCD液晶显示器模块显示初始化的数据，并进入步骤S2；

S2、进入单相电能参数计算与存储过程，判断电能参数是否超出报警值，如果没有，则进入步骤S3；如果有，则发送报警信号，并进入步骤S3；

S3、进入外部智能传感器模块数据读取过程，判断是否有外部智能传感器模块，如果没有，则进入步骤S4；如果有，则外部智能传感器模块数据读取计算与存储；判断传感器数据是否超出报警值，如果不超出，则进入步骤S4；如果超出，则发送报警信号，并进入步骤S4；

S4、进入分合闸动作控制过程，判断是否有分闸控制指令：

如果没有，则进入判断是否有合闸控制指令；

如果有，则判断当前状态是否为合闸，如果不是，则进入判断是否有合闸控制指令，如果是，则执行分闸控制动作，并进入判断是否有合闸控制指令；

判断是否有合闸控制指令：

如果没有，则进入步骤S5；

如果有，则判断当前状态是否为分闸，如果不是，则进入步骤S5，如果是，则执行合闸控制动作，并进入步骤S5；

S5、进入远程数据通讯及本地通讯过程，判断是否有通讯请求读取数据：

如果没有，则判断是否有通讯请求写数据；

如果有，则发送通讯请求数据；判断是否有通讯请求写数据：如果没有，则返回步骤S1；如果有，则写通讯数据反馈，并返回步骤S1。

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