CN111897273A - 基于物联网的电力数据分析监控平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于物联网的电力数据分析监控平台，包括电力数据采集模块、无线通信模块和后台监控管理平台，电力数据采集模块包括电流检测采集电路、低通调节保护电路、纹波消除转换电路和控制器，电流检测采集电路用于采集充电桩工作电流，并对采集信号进行放大处理；低通调节保护电路构成双运放带通滤波器对外界高频杂波起到很好的抑制作用，消除电磁干扰对电流采集信号的影响，并构成大闭环反馈调节避免在发生充电短路时对后级电路元器件造成损坏；纹波消除转换电路有效抑制纹波噪声，使电流采集信号更加精确，控制器将采集电力数据通过无线通信模块远程传输到后台监控管理平台中，为用户提供实时有效的故障诊断和充电状态监控功能。

Description

基于物联网的电力数据分析监控平台

技术领域

本发明涉及电力安全监控技术领域，特别是涉及基于物联网的电力数据分析监控平台。

背景技术

随着物联网和智能通讯技术的不断发展，人们生活正在走向一个智能化阶段，也给汽车产业带来了一个美好的未来。共享电动汽车采用的是电动机输出动力，且无排放污染、噪音小、百公里能耗成本低，因此共享电动汽车得到了很多使用者的好评。共享电动汽车智能充电桩在推广新能源汽车的环境下有很大的市场，共享充电桩的配置与功能现已经开始了趋同。目前共享充电桩基本都能实现无人化管理，主要通过设置传感器对充电电力数据进行采集，并通过后台管理系统平台可以进行更多细致化的数据监控分析。由于电力数据在采集过程中受到的外界干扰因素较多，例如充电环境恶劣、充电设备的绝缘性能差、电磁干扰等影响都会给数据采集带来干扰，从而使检测电路的稳定性和准确性降低，甚至会造成系统元器件损坏，给电力数据分析监控平台正常工作带来极大的障碍。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供基于物联网的电力数据分析监控平台。

其解决的技术方案是：基于物联网的电力数据分析监控平台，包括电力数据采集模块、无线通信模块和后台监控管理平台，所述电力数据采集模块包括电流检测采集电路、低通调节保护电路、纹波消除转换电路和控制器，所述电流检测采集电路用于采集充电桩工作电流，并对采集信号进行放大处理；所述低通调节保护电路包括运放器AR2、AR3，运放器AR2的同相输入端通过电阻R7连接电容C3的一端和所述电流检测采集电路的输出端，电容C3的另一端接地，运放器AR2的反相输入端通过电阻R8连接运放器AR2的输出端和电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接运放器AR3的反相输入端和电容C4的一端，运放器AR3的输出端连接电容C4的另一端和电阻R11、R12的一端，并通过电阻R9连接运放器AR2的同相输入端，电阻R11的另一端连接MOS管Q1的漏极和电阻R16的一端，电阻R12的另一端连接所述纹波消除转换电路的输入端，电阻R16的另一端连接电容C6的一端，运放器AR3的同相输入端连接三极管VT3的发射极和电阻R15、电容C5的一端，三极管VT3的集电极连接电阻R13、R14的一端，三极管VT3的基极连接电阻R14的另一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R13的另一端连接+5V电源，稳压二极管DZ1的阳极与电容C5的另一端接地，电阻R15的另一端连接MOS管Q1的栅极、稳压二极管DZ2的阳极和电阻R17、R18、电容C7的一端，电阻R17的另一端接地，MOS管Q1的源极连接电阻R18、电容C6、C7的另一端和稳压二极管DZ2的阴极，并通过电阻R19连接运放器AR2的反相输入端；所述纹波消除转换电路用于对所述低通调节保护电路的输出信号依次进行稳压、滤波和A/D转换处理，最后将处理后的信号送入所述控制器中，所述控制器用于将采集数据信息通过所述无线通信模块远程传输到所述后台监控管理平台中。

优选的，所述电流检测采集电路包括电流传感器，所述电流传感器的信号输出端连接运放器AR1的同相输入端，并通过并联的电阻R1、电容C1接地，运放器AR1的反相输入端通过电阻R3连接电阻R4、电感L1的一端和三极管VT1的集电极，运放器AR1的输出端连接电阻R4的另一端，并通过电阻R2接地，电感L1的另一端连接三极管VT1的基极、VT2的集电极和电阻R5的一端，三极管VT1的发射极连接电阻R5的另一端、电容C2的一端和三极管VT2的基极，电容C2的另一端接地，三极管VT2的发射极连接所述低通调节保护电路的输入端，并通过电阻R6接地。

优选的，所述纹波消除转换电路包括三极管VT4，三极管VT4的集电极连接电阻R20、电容C8的一端和电阻R12的另一端，三极管VT4的基极连接电阻R20的另一端和稳压二极管DZ3的阴极，稳压二极管DZ3的阳极与电容C8的另一端接地，三极管VT4的发射极连接变阻器RP1的滑动端，变阻器RP1的一端接地，变阻器RP1的另一端连接电容C9、电感L2的一端，电感L2的另一端连接电容C10的一端和A/D转换器的输入端，电容C9、C10的另一端接地，所述A/D转换器的输出端连接所述控制器。

优选的，所述控制器选用型号为AT89S51单片机。

优选的，所述无线通信模块选用信号为NRF24L01射频收发芯片。

优选的，所述电流传感器选用霍尼韦尔CSN系列闭环电流传感器。

通过以上技术方案，本发明的有益效果为：

1.低通调节保护电路中运放器AR2、AR3构成双运放带通滤波器，利用电二阶低通滤波网络在双运放运放调节过程中对外界高频杂波起到很好的抑制作用，从而有效消除电磁干扰对电流采集信号的影响，提升电力数据采集的准确度；

2.将运放器AR3的分流采样信号后送入MOS管Q1中进行放大，MOS管Q1放大后的采样电压经电容C7滤波后送入运放器AR2的反相输入端，从而使低通调节保护电路构成大闭环反馈调节，当发生充电短路故障时，运放器AR2利用运放减法电路原理对过流信号进行抵消补偿，有效防止输出信号过流对后级电路元器件造成损坏，对系统元器件起到很好的保护作用；

3.纹波消除转换电路利用三极管稳压器原理可以很好地提升电流采集信号输出电位的稳定度，并运用π型LC滤波器原理有效抑制纹波噪声，使电流采集信号更加精确；

4.控制器对充电桩的电力数据进行集中采集，并将采集电力数据信息通过无线通信模块远程传输到后台监控管理平台中，实现对共享电动汽车充电站电力运行远程监控，为用户提供实时有效的故障诊断和充电状态监控功能。

附图说明

图1为本发明中电流检测采集电路原理图。

图2为本发明中低通调节保护电路与纹波消除转换电路连接原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

基于物联网的电力数据分析监控平台，包括电力数据采集模块、无线通信模块和后台监控管理平台。电力数据采集模块包括电流检测采集电路、低通调节保护电路、纹波消除转换电路和控制器。其中，电流检测采集电路用于采集充电桩工作电流，并对采集信号进行放大处理，如图1所示，电流检测采集电路的具体结构包括电流传感器，电流传感器的信号输出端连接运放器AR1的同相输入端，并通过并联的电阻R1、电容C1接地，运放器AR1的反相输入端通过电阻R3连接电阻R4、电感L1的一端和三极管VT1的集电极，运放器AR1的输出端连接电阻R4的另一端，并通过电阻R2接地，电感L1的另一端连接三极管VT1的基极、VT2的集电极和电阻R5的一端，三极管VT1的发射极连接电阻R5的另一端、电容C2的一端和三极管VT2的基极，电容C2的另一端接地，三极管VT2的发射极连接低通调节保护电路的输入端，并通过电阻R6接地。

在电流检测采集电路的工作过程中，电流传感器选用霍尼韦尔CSN系列闭环电流传感器来采集充电桩的充电枪输出电流，然后转换为模拟电信号输出。由于电流传感器的输出信号强度为较弱，通常为毫伏级别，因此需要对电流采集信号进行放大。其中，电容C1首先对霍尼韦尔CSN系列闭环电流传感器的输出信号进行低通滤波降噪后再送入运放器AR1中进行放大，运放器AR1运用电压跟随器原理对采集信号进行放大，极大地提高了信号的带载能力。运放器AR1的输出信号送入由三极管VT1、VT2形成的复合管中进一步快速放大，通过设置电感L1避免交流杂波进入复合管从而影响放大的稳定度，电容C2在三极管VT2的基极起到缓冲稳定作用，保证电流采集信号放大处理的稳定度。

为了避免因充电桩自身故障或外界电磁杂波对电力数据采集带来干扰，设计低通调节保护电路来对电流检测采集电路的输出信号进行滤波保护处理。如图2所示，低通调节保护电路包括运放器AR2、AR3，运放器AR2的同相输入端通过电阻R7连接电容C3的一端和电流检测采集电路的输出端，电容C3的另一端接地，运放器AR2的反相输入端通过电阻R8连接运放器AR2的输出端和电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接运放器AR3的反相输入端和电容C4的一端，运放器AR3的输出端连接电容C4的另一端和电阻R11、R12的一端，并通过电阻R9连接运放器AR2的同相输入端，电阻R11的另一端连接MOS管Q1的漏极和电阻R16的一端，电阻R12的另一端连接纹波消除转换电路的输入端，电阻R16的另一端连接电容C6的一端，运放器AR3的同相输入端连接三极管VT3的发射极和电阻R15、电容C5的一端，三极管VT3的集电极连接电阻R13、R14的一端，三极管VT3的基极连接电阻R14的另一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R13的另一端连接+5V电源，稳压二极管DZ1的阳极与电容C5的另一端接地，电阻R15的另一端连接MOS管Q1的栅极、稳压二极管DZ2的阳极和电阻R17、R18、电容C7的一端，电阻R17的另一端接地，MOS管Q1的源极连接电阻R18、电容C6、C7的另一端和稳压二极管DZ2的阴极，并通过电阻R19连接运放器AR2的反相输入端。

低通调节保护电路中运放器AR2、AR3构成双运放带通滤波器，利用电阻R7、R9与电容C3、C4形成的二阶低通滤波网络在双运放运放调节过程中对外界高频杂波起到很好的抑制作用，从而有效消除电磁干扰对电流采集信号的影响，提升电力数据采集的准确度。运放器AR3的同相输入端接入稳压装置，该稳压装置由三极管VT3、稳压二极管DZ1、电阻R13、R14和+5V电源组成，+5V电源经电阻分压后驱动三极管VT3导通，而稳压二极管DZ1对三极管VT3的基极电压起到稳定作用，从而保证三极管VT3的输出电压具有非常好的稳定值，从而对运放器AR3的同相输入端提供一个良好的基准电压，提升系统对运放器AR3输出的电路采集信号值的分辨度。

充电桩在实际使用过程中受充电环境和充电设备的绝缘性影响，容易出现因设备老化等因素而造成充电短路过流现象，大电流会严重影响电力数据采集的稳定度和系统的安全性，因此将运放器AR3的输出信号分两路进行输出。其中一路经电阻R11分流采样后送入MOS管Q1中进行放大，电阻R16与电容C6串联在MOS管Q1的源极和漏极之间，在发生过流时起到RC缓冲作用。MOS管Q1的基极导通电压由稳压装置提供，电阻R17为MOS管Q1提供电压偏置，利用MOS管的开关特性控制采样电路的导通和断开，防止电源反接给电路元器件造成损坏，稳压二极管DZ2防止发生过流时电压过高击穿MOS管Q1，从而保证采样电路工作安全性。MOS管Q1放大后的采样电压经电容C7滤波后送入运放器AR2的反相输入端，从而使低通调节保护电路构成大闭环反馈调节，当发生充电短路故障时，运放器AR2利用运放减法电路原理对过流信号进行抵消补偿，有效防止输出信号过流对后级电路元器件造成损坏，对系统元器件起到很好的保护作用。

运放器AR3的另一路输出信号作为低通调节保护电路的输出信号送入纹波消除转换电路中处理。纹波消除转换电路用于对低通调节保护电路的输出信号依次进行稳压、滤波和A/D转换处理，其具体结构包括三极管VT4，三极管VT4的集电极连接电阻R20、电容C8的一端和电阻R12的另一端，三极管VT4的基极连接电阻R20的另一端和稳压二极管DZ3的阴极，稳压二极管DZ3的阳极与电容C8的另一端接地，三极管VT4的发射极连接变阻器RP1的滑动端，变阻器RP1的一端接地，变阻器RP1的另一端连接电容C9、电感L2的一端，电感L2的另一端连接电容C10的一端和A/D转换器的输入端，电容C9、C10的另一端接地，A/D转换器的输出端连接控制器。

运放器AR3的输出信号经电阻R12和电容C8形成的RC滤波后，送入由三极管VT4、电阻R20与稳压二极管DZ3组成的三极管稳压器中稳定，利用三极管稳压器原理可以很好地提升电流采集信号输出电位的稳定度。然后经变阻器RP1进行输出调节后使信号输出电位范围适配于控制器的接收范围，保证电力数据的正常采集。电感L1与电容C9、C10在电路处理输出端形成π型LC滤波器，有效防止外界杂波和电路内部自激产生的高频杂波干扰，有效抑制纹波噪声，使电流采集信号更加精确。

纹波消除转换电路最终通过A/D转换器将LC滤波后的信号转换成数字量后送入控制器中，控制器用于将采集数据信息通过无线通信模块远程传输到后台监控管理平台中。具体设置时，控制器选用型号为AT89S51单片机，无线通信模块选用型号为NRF24L01射频收发芯片，AT89S51单片机将采集到的电力数据通过内部处理后，利用成熟的无线射频通讯技术将电力数据信息远程传输到后台监控管理平台。

综上所述，本发明通过电力数据采集模块对充电桩的电力数据进行采集，其中电流检测采集电路通过电流传感器来采集充电桩的充电枪输出电流，并对采集信号进行放大处理。低通调节保护电路构成双运放带通滤波器对外界高频杂波起到很好的抑制作用，消除电磁干扰对电流采集信号的影响，提升电力数据采集的准确度。并对双运放带通滤波器的输出信号进行采样放大，使低通调节保护电路构成大闭环反馈调节，在发生充电短路故障时可以有效防止输出信号过流对后级电路元器件造成损坏，对系统元器件起到很好的保护作用。最后纹波消除转换电路利用三极管稳压器原理可以很好地提升电流采集信号输出电位的稳定度，并运用π型LC滤波器原理有效抑制纹波噪声，使电流采集信号更加精确。

在实际使用过程中，AT89S51单片机控制器对一个共享电动汽车充电站内的多台充电桩的电力数据进行集中采集，并将采集电力数据信息通过无线通信模块远程传输到后台监控管理平台中，而后台监控管理平台同时也会对管理区域内的多个共享电动汽车充电站的电力数据信息进行集中分析处理，从而形成物联网智能管理服务平台，实现对共享电动汽车充电站电力运行远程监控，为用户提供实时有效的故障诊断和充电状态监控功能。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.基于物联网的电力数据分析监控平台，包括电力数据采集模块、无线通信模块和后台监控管理平台，其特征在于：所述电力数据采集模块包括电流检测采集电路、低通调节保护电路、纹波消除转换电路和控制器，所述电流检测采集电路用于采集充电桩工作电流，并对采集信号进行放大处理；

所述低通调节保护电路包括运放器AR2、AR3，运放器AR2的同相输入端通过电阻R7连接电容C3的一端和所述电流检测采集电路的输出端，电容C3的另一端接地，运放器AR2的反相输入端通过电阻R8连接运放器AR2的输出端和电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接运放器AR3的反相输入端和电容C4的一端，运放器AR3的输出端连接电容C4的另一端和电阻R11、R12的一端，并通过电阻R9连接运放器AR2的同相输入端，电阻R11的另一端连接MOS管Q1的漏极和电阻R16的一端，电阻R12的另一端连接所述纹波消除转换电路的输入端，电阻R16的另一端连接电容C6的一端，运放器AR3的同相输入端连接三极管VT3的发射极和电阻R15、电容C5的一端，三极管VT3的集电极连接电阻R13、R14的一端，三极管VT3的基极连接电阻R14的另一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R13的另一端连接+5V电源，稳压二极管DZ1的阳极与电容C5的另一端接地，电阻R15的另一端连接MOS管Q1的栅极、稳压二极管DZ2的阳极和电阻R17、R18、电容C7的一端，电阻R17的另一端接地，MOS管Q1的源极连接电阻R18、电容C6、C7的另一端和稳压二极管DZ2的阴极，并通过电阻R19连接运放器AR2的反相输入端；

所述纹波消除转换电路用于对所述低通调节保护电路的输出信号依次进行稳压、滤波和A/D转换处理，最后将处理后的信号送入所述控制器中，所述控制器用于将采集数据信息通过所述无线通信模块远程传输到所述后台监控管理平台中。

2.根据权利要求1所述基于物联网的电力数据分析监控平台，其特征在于：所述电流检测采集电路包括电流传感器，所述电流传感器的信号输出端连接运放器AR1的同相输入端，并通过并联的电阻R1、电容C1接地，运放器AR1的反相输入端通过电阻R3连接电阻R4、电感L1的一端和三极管VT1的集电极，运放器AR1的输出端连接电阻R4的另一端，并通过电阻R2接地，电感L1的另一端连接三极管VT1的基极、VT2的集电极和电阻R5的一端，三极管VT1的发射极连接电阻R5的另一端、电容C2的一端和三极管VT2的基极，电容C2的另一端接地，三极管VT2的发射极连接所述低通调节保护电路的输入端，并通过电阻R6接地。

3.根据权利要求2所述基于物联网的电力数据分析监控平台，其特征在于：所述纹波消除转换电路包括三极管VT4，三极管VT4的集电极连接电阻R20、电容C8的一端和电阻R12的另一端，三极管VT4的基极连接电阻R20的另一端和稳压二极管DZ3的阴极，稳压二极管DZ3的阳极与电容C8的另一端接地，三极管VT4的发射极连接变阻器RP1的滑动端，变阻器RP1的一端接地，变阻器RP1的另一端连接电容C9、电感L2的一端，电感L2的另一端连接电容C10的一端和A/D转换器的输入端，电容C9、C10的另一端接地，所述A/D转换器的输出端连接所述控制器。

4.根据权利要求3所述基于物联网的电力数据分析监控平台，其特征在于：所述控制器选用型号为AT89S51单片机。

5.根据权利要求4所述基于物联网的电力数据分析监控平台，其特征在于：所述无线通信模块选用信号为NRF24L01射频收发芯片。

6.根据权利要求1-6任一所述基于物联网的电力数据分析监控平台，其特征在于：所述电流传感器选用霍尼韦尔CSN系列闭环电流传感器。

Images