CN112362958A - 一种电力数据采集系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力数据采集系统及其方法，涉及电力技术领域，包括信号采集模块、信号转换模块、数据处理模块以及稳压模块，所述信号采集模块与所述信号转换模块信号连接，所述信号转换模块与所述数据处理模块数据连接，外部电源通过稳压模块对所述电力数据采集系统供电；所述信号采集模块对线缆进行信号采集，所述信号转换模块将信号转换为数字信号，所述数据处理模块处理数字信号中的数据并发送至外部计算设备。本发明所提供的技术方案数据采集输出稳定、能耗低。

Description

一种电力数据采集系统及其方法

【技术领域】

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种电力数据采集系统及其方法。

【背景技术】

随着城市改造步伐的不断加快，国网公司重要电力设备、智能终端设备的广泛应用，智能设备在城市电网设备中所占比重越来越大。随着社会经济发展需要，城市电网监测系统的可靠性要求越来越高，同时数据传输量的同步变多，上线率、运行稳定运行情况把控的严格性提升，传统设备已无法满足于现场工作要求，因此，提成城市电网监测系统的运行稳定性、降低运行功耗以及改善前端数据处理方式已成为当下迫切问题。

【发明内容】

为解决前述问题，本发明提供了一种电力数据采集系统，数据采集输出稳定、能耗低。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力数据采集系统，包括信号采集模块、信号转换模块、数据处理模块以及稳压模块，所述信号采集模块与所述信号转换模块信号连接，所述信号转换模块与所述数据处理模块数据连接，外部电源通过稳压模块对所述电力数据采集系统供电；

所述信号采集模块套设于线缆，对线缆进行信号采集，所述信号转换模块将所述信号采集模块采集的信号转换为数字信号，所述数据处理模块接收数字信号，处理数字信号中的数据并发送至外部计算设备。

可选的，所述信号采集模块包括磁芯和线圈，所述线圈缠绕于所述磁芯，所述磁芯为锰锌铁氧体磁芯。

可选的，所述数据处理模块包括环流芯片和主芯片，所述环流芯片的AD采样位数为12位，对数字信号中的数据进行校准，校准后的数据发送至所述主芯片。

可选的，所述主芯片划分为第一电源域，第二电源域和第三电源域，所述主芯片具有时钟逻辑单元和采集转换逻辑单元，所述采集转换逻辑单元启动时，所述信号转换模块将所述信号采集模块采集的信号转换为数字信号，所述环流芯片对数字信号中的数据进行校准，校准后的数据发送至所述主芯片；

所述时钟逻辑单元由所述第一电源域供电，所述采集转换逻辑单元由所述第二电源域供电；所述主芯片通过引脚与外部发生数据交换时，由所述第三电源域供电。

可选的，所述第一电源域提供1.8V电压，所述第二电源域提供2.4V电压，所述第三电源域提供3.3V电源域；

所述第一电源域常开；所述采集转换逻辑单元不启动时，所述第二电源域关闭；所述主芯片与外部不发生数据交换时，所述第三电源域关闭。

可选的，所述时钟逻辑单元具有高频工作模式和低频工作模式，所述第二电源域和/或第二电源域供电时，所述时钟逻辑单元处于高频工作模式，所述第二电源域和第二电源域不供电时，所述时钟逻辑单元处于低频工作模式。

可选的，所述主芯片接收校准后的数据，对校准后的数据进行加密，然后发送至外部计算设备。

可选的，所述稳压模块包括整流电路和稳压电路；

所述整流电路包括整流桥，整流桥中二极管D1的阴极连接二极管D5的阳极，二极管D5的阴极连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极和二极管D4的阴极连接外部电源；二极管D1的阳极通过电容C2连接二极管D5的阴极，作为整流电路的输出；同时，电容C2并联电容C1，电容C1的一端连接二极管D5的阴极连接，另一端连接二极管D1的阳极；二极管D1的阳极和电容C2的公共端接地；

所述稳压电路包括转换芯片，转换芯片包括FB引脚、SS引脚、OUT引脚、BOOST引脚、三个SW引脚、SYNC引脚、RT引脚、EN引脚、三个Vin引脚以及接地引脚；

SYNC引脚接地；RT引脚通过电阻R12接地；三个Vin引脚通过电阻R10连接EN引脚；并且三个Vin引脚通过电容C14接地；同时，整流电路的输出通过三个Vin引脚中的一个输入转换芯片，OUT引脚作为所述稳压电路的输出，输出电源VCC；

FB引脚通过电阻R9连接电源VCC，FB引脚和电阻R9的公共端连接电容C8的一端，电容C8的另一端连接电阻R9和电源VCC的公共端，电源VCC通过电容C10接地；

SS引脚通过电容C11接地；OUT引脚连接电源VCC；三个SW引脚同时通过电容C13连接BOOST引脚；电容C13和三个SW引脚的公共端依次通过点入R13、电容C12接地，电容C13和三个SW引脚的公共端连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接地；电容C13和三个SW引脚的公共端通过电感L2连接电源VCC。

本发明具有如下有益效果：

发明了所提供的技术方案，采集信号的铁芯采用锰锌铁氧体磁芯，借助锰锌铁氧体的特性，在不损失性能的前提下，能耗和成本都得到进一步降低，使信号采集具备了良好的低频干扰抑制能力。锰锌铁氧体磁芯通过调整磁芯大小并开气隙，使得工频大电流下磁芯不易饱和，提升互感器量程上限。对主芯片采用多电压域设计，不同工况下采用不同电压域，并且根据工况及时关闭无需工作的电压域，进一步达到降低芯片能耗的目的。环流芯片方面，采用12位AD采样位数的环流芯片，提高了环流数据监测精准度，稳压电路保证了电力数据采集系统稳定运行，不受外界扰动的干扰，进而保障了线路数据采集的稳定、精确、低能耗。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种电力数据采集方法，所述电力数据采集方法应用于上述任意一项所述的电力数据采集系统，包括如下步骤：

信号采集模块对线缆进行信号采集；所述信号转换模块将所述信号采集模块采集的信号转换为数字信号；所述数据处理模块接收数字信号，对数字信号中的数据进行校准，并对校准后的数据进行加密，然后发送至外部计算设备。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。

【附图说明】

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例一的示意图；

图2为本发明实施例一中稳压模块的电路图。

【具体实施方式】

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了一种电力数据采集系统，用于采集电力线缆的相关数据，包括信号采集模块1、信号转换模块、数据处理模块以及稳压模块4；

信号采集模块1包括磁芯和线圈，线圈缠绕于磁芯，磁芯为锰锌铁氧体磁芯，信号采集模块1套设于需要被采集数据的线缆，根据线缆的电流，通过电磁感应输出感应电压，实现线缆接地电流数据0-500A范围数据采集与分析。采集信号的铁芯采用锰锌铁氧体磁芯，借助锰锌铁氧体的特性，在不损失性能的前提下，能耗和成本都得到进一步降低，使信号采集具备了良好的低频干扰抑制能力。锰锌铁氧体磁芯通过调整磁芯大小并开气隙，使得工频大电流下磁芯不易饱和，提升互感器量程上限。

如图2所示，稳压模块4包括整流电路和稳压电路：

整流电路包括整流桥，整流桥中二极管D1的阴极连接二极管D5的阳极，二极管D5的阴极连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极和二极管D4的阴极连接外部电源；二极管D1的阳极通过电容C2连接二极管D5的阴极，作为整流电路的输出VCC-FUZAI；同时，电容C2并联电容C1，电容C1的一端连接二极管D5的阴极连接，电容C1的另一端连接二极管D1的阳极；二极管D1的阳极和电容C2的公共端接地，电容C1和电容C2均为100μF/35V；

稳压电路包括转换芯片，转换芯片包括FB引脚、SS引脚、OUT引脚、BOOST引脚、三个SW引脚、SYNC引脚、RT引脚、EN引脚、三个Vin引脚以及接地引脚；

SYNC引脚接地；RT引脚通过电阻R12接地，R12；三个Vin引脚通过电阻R10连接EN引脚；并且三个Vin引脚通过电容C14接地，电容C14为10μF/50V；同时，整流电路的输出通过三个Vin引脚中的一个输入转换芯片，OUT引脚作为稳压电路的输出，输出电源VCC；

FB引脚通过电阻R9连接电源VCC，FB引脚和电阻R9的公共端连接电容C8的一端，电容C8的另一端连接电阻R9和电源VCC的公共端，电容C8为10μF/50V，电源VCC通过电容C10接地，电容C10为47μF/50V；

SS引脚通过电容C11接地，电容C11为10μF/50V；OUT引脚连接电源VCC；三个SW引脚同时通过电容C13连接BOOST引脚，电容C13为0.47μF/50V；电容C13和三个SW引脚的公共端依次通过点入R13、电容C12接地，电容C12为470μF/50V。电容C13和三个SW引脚的公共端连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接地；电容C13和三个SW引脚的公共端通过电感L2连接电源VCC。

稳压电路保证了电力数据采集系统稳定运行，不受外界扰动的干扰。

数据处理模块包括环流芯片2和主芯片3，环流芯片2的AD采样位数为12位，对数字信号中的数据进行校准，校准的方式为现有技术中的通用校准方式，在此不做限定。校准后的数据发送至主芯片3，主芯片3划分为第一电源域，第二电源域和第三电源域，第一电源域提供1.8V电压，第二电源域提供2.4V电压，第三电源域提供3.3V电源域；主芯片3具有时钟逻辑单元和采集转换逻辑单元，时钟逻辑单元具有高频工作模式和低频工作模式；采集转换逻辑单元启动时，信号转换模块将信号采集模块1采集的信号转换为数字信号，环流芯片2对数字信号中的数据进行校准，校准后的数据发送至主芯片3。

时钟逻辑单元由第一电源域供电，采集转换逻辑单元由第二电源域供电；主芯片3通过引脚与外部发生数据交换时，由第三电源域供电；第一电源域常开；采集转换逻辑单元不启动时，第二电源域关闭；主芯片3与外部不发生数据交换时，第三电源域关闭。第二电源域和/或第二电源域供电时，时钟逻辑单元处于高频工作模式，第二电源域和第二电源域不供电时，时钟逻辑单元处于低频工作模式。

主芯片3接收校准后的数据，对校准后的数据进行加密，加密方式为主芯片3对原数据按照既定的加密协议进行数据重组，实现加密功能，保障数据安全通讯，防止其他设备误读。然后经过加密的数据，由输出端5发送至外部计算设备，外部设备基于MODBUS-485通讯协议实现数据获取调用，并按照加密协议的逆方向进行解密。

对主芯片3采用多电压域设计，不同工况下采用不同电压域，并且根据工况及时关闭无需工作的电压域，进一步达到降低芯片能耗的目的。环流芯片2方面，采用12位AD采样位数的环流芯片2，提高了环流数据监测精准度。

信号采集模块1与信号转换模块信号连接，信号转换模块与数据处理模块数据连接；信号采集模块1对线缆进行信号采集，信号转换模块将信号采集模块1采集的信号转换为数字信号，数据处理模块接收数字信号，处理数字信号中的数据并发送至外部计算设备。通过信号采集模块1、数据处理模块以及稳压模块4，保障了线路数据采集的稳定、精确、低能耗。

实施例二

本实施例提供一种电力数据采集方法，本实施例所提供的电力数据采集方法应用于前述实施例一所述的电力数据采集系统，包括如下步骤：

信号采集模块1对线缆进行信号采集；所述信号转换模块将所述信号采集模块1采集的信号转换为数字信号；所述数据处理模块接收数字信号，对数字信号中的数据进行校准，并对校准后的数据进行加密，然后发送至外部计算设备。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (9)

1.一种电力数据采集系统，其特征在于，所述电力数据采集系统包括信号采集模块、信号转换模块、数据处理模块以及稳压模块，所述信号采集模块与所述信号转换模块信号连接，所述信号转换模块与所述数据处理模块数据连接，外部电源通过稳压模块对所述电力数据采集系统供电；

所述信号采集模块套设于线缆，对线缆进行信号采集，所述信号转换模块将所述信号采集模块采集的信号转换为数字信号，所述数据处理模块接收数字信号，处理数字信号中的数据并发送至外部计算设备。

2.根据权利要求1所述的电力数据采集系统，其特征在于，所述信号采集模块包括磁芯和线圈，所述线圈缠绕于所述磁芯，所述磁芯为锰锌铁氧体磁芯。

3.根据权利要求1所述的电力数据采集系统，其特征在于，所述数据处理模块包括环流芯片和主芯片，所述环流芯片的AD采样位数为12位，对数字信号中的数据进行校准，校准后的数据发送至所述主芯片。

4.根据权利要求3所述的电力数据采集系统，其特征在于，所述主芯片划分为第一电源域，第二电源域和第三电源域，所述主芯片具有时钟逻辑单元和采集转换逻辑单元，所述采集转换逻辑单元启动时，所述信号转换模块将所述信号采集模块采集的信号转换为数字信号，所述环流芯片对数字信号中的数据进行校准，校准后的数据发送至所述主芯片；

所述时钟逻辑单元由所述第一电源域供电，所述采集转换逻辑单元由所述第二电源域供电；所述主芯片通过引脚与外部发生数据交换时，由所述第三电源域供电。

5.根据权利要求4所述的电力数据采集系统，其特征在于，所述第一电源域提供1.8V电压，所述第二电源域提供2.4V电压，所述第三电源域提供3.3V电源域；

所述第一电源域常开；所述采集转换逻辑单元不启动时，所述第二电源域关闭；所述主芯片与外部不发生数据交换时，所述第三电源域关闭。

6.根据权利要求4所述的电力数据采集系统，其特征在于，所述时钟逻辑单元具有高频工作模式和低频工作模式，所述第二电源域和/或第二电源域供电时，所述时钟逻辑单元处于高频工作模式，所述第二电源域和第二电源域不供电时，所述时钟逻辑单元处于低频工作模式。

7.根据权利要求3所述的电力数据采集系统，其特征在于，所述主芯片接收校准后的数据，对校准后的数据进行加密，然后发送至外部计算设备。

8.根据权利要求1至7之一所述的电力数据采集系统，其特征在于，所述稳压模块包括整流电路和稳压电路；

所述整流电路包括整流桥，整流桥中二极管D1的阴极连接二极管D5的阳极，二极管D5的阴极连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极和二极管D4的阴极连接外部电源；二极管D1的阳极通过电容C2连接二极管D5的阴极，作为整流电路的输出；同时，电容C2并联电容C1，电容C1的一端连接二极管D5的阴极连接，另一端连接二极管D1的阳极；二极管D1的阳极和电容C2的公共端接地；

所述稳压电路包括转换芯片，转换芯片包括FB引脚、SS引脚、OUT引脚、BOOST引脚、三个SW引脚、SYNC引脚、RT引脚、EN引脚、三个Vin引脚以及接地引脚；

SYNC引脚接地；RT引脚通过电阻R12接地；三个Vin引脚通过电阻R10连接EN引脚；并且三个Vin引脚通过电容C14接地；同时，整流电路的输出通过三个Vin引脚中的一个输入转换芯片，OUT引脚作为所述稳压电路的输出，输出电源VCC；

FB引脚通过电阻R9连接电源VCC，FB引脚和电阻R9的公共端连接电容C8的一端，电容C8的另一端连接电阻R9和电源VCC的公共端，电源VCC通过电容C10接地；

SS引脚通过电容C11接地；OUT引脚连接电源VCC；三个SW引脚同时通过电容C13连接BOOST引脚；电容C13和三个SW引脚的公共端依次通过点入R13、电容C12接地，电容C13和三个SW引脚的公共端连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接地；电容C13和三个SW引脚的公共端通过电感L2连接电源VCC。

9.一种电力数据采集方法，其特征在于，所述电力数据采集方法应用于权利要求1至9中任意一项所述的电力数据采集系统，包括如下步骤：

信号采集模块对线缆进行信号采集；所述信号转换模块将所述信号采集模块采集的信号转换为数字信号；所述数据处理模块接收数字信号，对数字信号中的数据进行校准，并对校准后的数据进行加密，然后发送至外部计算设备。

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