CN112506113A - 智慧城市电力大数据信息采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了智慧城市电力大数据信息采集系统，包括前端采集模块、信号传输处理模块和上位机，前端采集模块包括用于采集电能数据的电量传感器，电量传感器的检测信号经A/D转换器转换成数字量信号后送入控制器；信号传输处理模块包括调频降噪电路、反馈稳定电路、偏置隔离电路和无线传输单元，调频降噪电路运用带通滤波器原理对脉冲频率信号进行精确选频，同时利用谐振陷波可以很好地消除系统内部产生的有害噪声，极大地保证了采集信号传输过程的精度，反馈稳定电路有效抑制调频降噪电路工作时信号产生的波动，本发明对电能数据采集快速准确，数据传输可靠性高，系统抗干扰能力强，有效提升了电力大数据信息智慧管控精度。

Description

智慧城市电力大数据信息采集系统
技术领域
本发明涉及智慧城市数据采集技术领域，特别是涉及智慧城市电力大数据信息采集系统。
背景技术
智慧城市即智慧化的城市，智慧化的城市能将城市的资源有效的整合利用，进一步提升城市的生产效率和服务能力。智慧城市必须具备的能力包括信息的采集、信息的传输、信息的吞吐处理、信息的交互能力，才能构建智慧能力的基础。目前，随着城市电力管网的铺设完善，电力系统自动化程度不断提高，其主要依靠对电能数据的前端采集来获取电力网各个节点的承载情况和健康状况，并利用无线传输技术来实现电力大数据的远程管控诊断。然而在电能数据信息的远程传输过程中容易受到外界因素干扰，导致采集信号发送过程中存在有害噪声侵入、频率失调等现象，使得上位机远程接收到的数据存在误差，严重影响数据信息智慧管控精度。
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智慧城市电力大数据信息采集系统。
其解决的技术方案是：智慧城市电力大数据信息采集系统，包括前端采集模块、信号传输处理模块和上位机，所述前端采集模块包括用于采集电能数据的电量传感器，所述电量传感器的检测信号经A/D转换器转换成数字量信号后送入控制器；所述信号传输处理模块包括调频降噪电路、反馈稳定电路、偏置隔离电路和无线传输单元，所述调频降噪电路包括运放器AR1、AR2，运放器AR1的反相输入端连接电阻R2的一端，并通过并联的电阻R3和电容C3连接运放器AR1的输出端，电阻R2的另一端通过电容C2连接MOS管Q1的源极，并通过电阻R4连接运放器AR2的反相输入端，MOS管Q1的栅极连接电阻R1、电容C1和电感L1的一端，电容C1和电感L1的另一端接地，MOS管Q1的漏极和电阻R1的另一端连接所述控制器，运放器AR1和AR2的同相输入端连接基准电压单元的供电端，运放器AR2的反相输入端通过电阻R5连接运放器AR1的输出端，并通过电阻R6连接运放器AR2的输出端，运放器AR2的输出端还连接电容C5和电感L2的一端，电容C5的另一端连接电容C6的一端，并通过电阻R12连接所述反馈稳定电路，电容C6和电感L2的另一端连接所述偏置隔离电路；所述反馈稳定电路用于对所述调频降噪电路的带通过程进行深度反馈，并对所述调频降噪电路的陷波过程进行稳定调节；所述偏置隔离电路将所述调频降噪电路的输出信号进行电流偏置和隔离后，通过所述无线传输单元将电能数据远程传输至所述上位机。
优选的，所述反馈稳定电路包括可调电阻RL1，可调电阻RL1的一端连接运放器AR1的输出端，可调电阻RL1的另一端连接运放器AR3的同相输入端、电阻R9的一端和三极管T3的集电极，运放器AR3的反相输入端连接电容C4的一端，运放器AR3的输出端连接电容C4的另一端，并通过电阻R10连接运放器AR1的反相输入端，电阻R9连接的另一端连接三极管T2的集电极和T3的基极，三极管T2的基极连接T3的发射极和电阻R11的一端，三极管T2的发射极和电阻R11的另一端连接电阻R12。
优选的，所述偏置隔离包括MOS管Q2，MOS管Q2的栅极通过电容C8连接电阻R13、电容C7的一端和所述调频降噪电路的输出端，并通过电阻R14接地，MOS管Q2的漏极和电阻R13的另一端连接+12V电源，电容C7的另一端接地，MOS管Q2的源极连接电阻R15的一端、稳压二极管DZ2的阴极和运放器AR4的同相输入端，电阻R15的另一端和稳压二极管DZ2的阳极接地，运放器AR4的反相输入端和输出端连接所述无线传输单元。
优选的，所述基准电压单元包括三极管T1，三极管T1的集电极连接电阻R7的一端和+12V电源，三极管T1的基极连接电阻R7的另一端和三端稳压器DZ1的引脚1，三极管T1的发射极连接三端稳压器DZ1的引脚3和电阻R8的一端，三端稳压器DZ1的引脚2和电阻R8的另一端连接运放器AR1、AR2的同相输入端。
优选的，所述无线传输单元选用ZigBee无线传输模块。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为：
1.调频降噪电路运用带通滤波器原理对脉冲频率信号进行精确选频，滤除其它频带杂波信号对电能数据信息传输造成干扰，同时利用谐振陷波可以很好地消除系统内部产生的有害噪声，极大地保证了采集信号传输过程的精度。
2.反馈稳定电路对调频降噪电路的带通过程进行深度反馈，并对调频降噪电路的陷波过程进行稳定调节，有效抑制调频降噪电路工作时信号产生的波动，保证信号传输过程的稳定性。
3.上位机利用大数据分析技术对各个前端电力设备的运行状态数据进行比对分析，从而判断出各节点的电力承载情况和健康状况，本发明对电能数据采集快速准确，数据传输可靠性高，系统抗干扰能力强，有效提升了电力大数据信息智慧管控精度。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图。
图2为本发明调频降噪电路与反馈稳定电路的电路原理图。
图3为本发明的偏置隔离电路原理图。
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3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。
如图1所示，智慧城市电力大数据信息采集系统，包括前端采集模块、信号传输处理模块和上位机，前端采集模块包括用于采集电能数据的电量传感器，电量传感器的检测信号经A/D转换器转换成数字量信号后送入控制器。其中，电量传感器可采用一个或多个来对前端电力设备的运行状态数据进行实时采集，其采集到的模拟量信号经A/D转换器转换成数字量信号，控制器对接收到的数字量信号进行识别处理后发送至信号传输处理模块。
信号传输处理模块包括调频降噪电路、反馈稳定电路、偏置隔离电路和无线传输单元。如图2所示，调频降噪电路包括运放器AR1、AR2，运放器AR1的反相输入端连接电阻R2的一端，并通过并联的电阻R3和电容C3连接运放器AR1的输出端，电阻R2的另一端通过电容C2连接MOS管Q1的源极，并通过电阻R4连接运放器AR2的反相输入端，MOS管Q1的栅极连接电阻R1、电容C1和电感L1的一端，电容C1和电感L1的另一端接地，MOS管Q1的漏极和电阻R1的另一端连接控制器，运放器AR1和AR2的同相输入端连接基准电压单元的供电端，运放器AR2的反相输入端通过电阻R5连接运放器AR1的输出端，并通过电阻R6连接运放器AR2的输出端，运放器AR2的输出端还连接电容C5和电感L2的一端，电容C5的另一端连接电容C6的一端，并通过电阻R12连接反馈稳定电路，电容C6和电感L2的另一端连接偏置隔离电路。
为了防止外界因素对电能数据信息的远程传输过程造成干扰，利用调频降噪电路对控制器输出的脉冲频率信号进行调节。首先，利用MOS管Q1对控制器的输出信号进行初步放大，电感L1与电容C1对MOS管Q1工作起到滤波稳定的作用，保证控制器信号输出的稳定性。MOS管Q1的输出信号送入运放器AR1中进行次级放大，电容C2、C3和电阻R2、R3在运放过程中形成二阶RC带通滤波网络对信号进行选频调节，运用带通滤波器原理对脉冲频率信号进行精确选频，滤除其它频带杂波信号对电能数据信息传输造成干扰。同时，运放器AR2在AR1的输出端充当陷波器作用，利用电容C5、C6、电感L1和电阻R12组成的T型谐振陷波可以很好地消除系统内部产生的有害噪声。
基准电压单元为运放器AR1、AR2的放大过程提供基准电压，对信号处理起到电位参考的作用。基准电压单元包括三极管T1，三极管T1的集电极连接电阻R7的一端和+12V电源，三极管T1的基极连接电阻R7的另一端和三端稳压器DZ1的引脚1，三极管T1的发射极连接三端稳压器DZ1的引脚3和电阻R8的一端，三端稳压器DZ1的引脚2和电阻R8的另一端连接运放器AR1、AR2的同相输入端。其中，三端稳压器DZ1对三极管T1的工作过程起到基准稳压作用，从而很好地保证提供基准电压的稳定性。
由于调频降噪电路在带通、陷波工作过程中容易产生信号波动，影响系统信号采集的稳定性，因此设计反馈稳定电路对调频降噪电路的带通过程进行深度反馈，并对调频降噪电路的陷波过程进行稳定调节。反馈稳定电路的具体结构包括可调电阻RL1，可调电阻RL1的一端连接运放器AR1的输出端，可调电阻RL1的另一端连接运放器AR3的同相输入端、电阻R9的一端和三极管T3的集电极，运放器AR3的反相输入端连接电容C4的一端，运放器AR3的输出端连接电容C4的另一端，并通过电阻R10连接运放器AR1的反相输入端，电阻R9连接的另一端连接三极管T2的集电极和T3的基极，三极管T2的基极连接T3的发射极和电阻R11的一端，三极管T2的发射极和电阻R11的另一端连接电阻R12。
在反馈稳定电路的工作过程中，运放器AR3对运放器AR1的输出信号进行深度反馈，电容C4在反馈过程中起到积分补偿的作用，从而可以很好地稳定运放器AR3工作点，带通过程不易起振。同时，三极管T2、T3组成稳流组件对陷波过程进行稳定处理，其中T型谐振陷波器作用稳流组件的负载，三极管T2充当T3的调节管对负载电流的变化加以放大，并通过负载反馈来抑制该变化量，从而使T型谐振陷波器工作电流保持稳定，很好地抑制调频降噪电路工作时信号产生的波动。
偏置隔离电路用于对调频降噪电路的输出信号进行电流偏置和隔离，如图3所示，其具体结构包括包括MOS管Q2，MOS管Q2的栅极通过电容C8连接电阻R13、电容C7的一端和调频降噪电路的输出端，并通过电阻R14接地，MOS管Q2的漏极和电阻R13的另一端连接+12V电源，电容C7的另一端接地，MOS管Q2的源极连接电阻R15的一端、稳压二极管DZ2的阴极和运放器AR4的同相输入端，电阻R15的另一端和稳压二极管DZ2的阳极接地，运放器AR4的反相输入端和输出端连接无线传输单元。其中，+12V电源通过电阻R13对调频降噪电路的输出信号进行偏置，然后通过RC高通滤波后送入MOS管Q2中进行放大处理，稳压二极管DZ2对MOS管Q2输出信号起到幅值稳定的作用，消除纹波干扰。最后运放器AR4运用电压跟随器原理对信号进行隔离输出，从而使信号处理过程与无线传输单元形成电气隔离，避免对无线传输过程造成干扰。
本发明的具体工作流程及原理为：首先，前端采集模块采用电量传感器对前端电力设备的运行状态数据进行实时采集，并将采集数据送入控制器中进行识别后送至信号传输处理模块。其中，调频降噪电路运用带通滤波器原理对脉冲频率信号进行精确选频，滤除其它频带杂波信号对电能数据信息传输造成干扰，同时利用谐振陷波可以很好地消除系统内部产生的有害噪声，极大地保证了采集信号传输过程的精度。反馈稳定电路对调频降噪电路的带通过程进行深度反馈，并对调频降噪电路的陷波过程进行稳定调节，有效抑制调频降噪电路工作时信号产生的波动，保证信号传输过程的稳定性。偏置隔离电路将所述调频降噪电路的输出信号进行电流偏置和隔离后，通过所述无线传输单元将电能数据远程传输至所述上位机。具体设置时，无线传输单元可选用ZigBee无线传输模块，利用成熟的ZigBee无线传输技术将电能数据远程传输至上位机，上位机利用大数据分析技术对各个前端电力设备的运行状态数据进行比对分析，从而判断出各节点的电力承载情况和健康状况。本发明对电能数据采集快速准确，数据传输可靠性高，系统抗干扰能力强，有效提升了电力大数据信息智慧管控精度。
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 (5)

1.智慧城市电力大数据信息采集系统，包括前端采集模块、信号传输处理模块和上位机，其特征在于：所述前端采集模块包括用于采集电能数据的电量传感器，所述电量传感器的检测信号经A/D转换器转换成数字量信号后送入控制器；
所述信号传输处理模块包括调频降噪电路、反馈稳定电路、偏置隔离电路和无线传输单元，所述调频降噪电路包括运放器AR1、AR2，运放器AR1的反相输入端连接电阻R2的一端，并通过并联的电阻R3和电容C3连接运放器AR1的输出端，电阻R2的另一端通过电容C2连接MOS管Q1的源极，并通过电阻R4连接运放器AR2的反相输入端，MOS管Q1的栅极连接电阻R1、电容C1和电感L1的一端，电容C1和电感L1的另一端接地，MOS管Q1的漏极和电阻R1的另一端连接所述控制器，运放器AR1和AR2的同相输入端连接基准电压单元的供电端，运放器AR2的反相输入端通过电阻R5连接运放器AR1的输出端，并通过电阻R6连接运放器AR2的输出端，运放器AR2的输出端还连接电容C5和电感L2的一端，电容C5的另一端连接电容C6的一端，并通过电阻R12连接所述反馈稳定电路，电容C6和电感L2的另一端连接所述偏置隔离电路；
所述反馈稳定电路用于对所述调频降噪电路的带通过程进行深度反馈，并对所述调频降噪电路的陷波过程进行稳定调节；所述偏置隔离电路将所述调频降噪电路的输出信号进行电流偏置和隔离后，通过所述无线传输单元将电能数据远程传输至所述上位机。
2.根据权利要求1所述智慧城市电力大数据信息采集系统，其特征在于：所述反馈稳定电路包括可调电阻RL1，可调电阻RL1的一端连接运放器AR1的输出端，可调电阻RL1的另一端连接运放器AR3的同相输入端、电阻R9的一端和三极管T3的集电极，运放器AR3的反相输入端连接电容C4的一端，运放器AR3的输出端连接电容C4的另一端，并通过电阻R10连接运放器AR1的反相输入端，电阻R9连接的另一端连接三极管T2的集电极和T3的基极，三极管T2的基极连接T3的发射极和电阻R11的一端，三极管T2的发射极和电阻R11的另一端连接电阻R12。
3.根据权利要求2所述智慧城市电力大数据信息采集系统，其特征在于：所述偏置隔离包括MOS管Q2，MOS管Q2的栅极通过电容C8连接电阻R13、电容C7的一端和所述调频降噪电路的输出端，并通过电阻R14接地，MOS管Q2的漏极和电阻R13的另一端连接+12V电源，电容C7的另一端接地，MOS管Q2的源极连接电阻R15的一端、稳压二极管DZ2的阴极和运放器AR4的同相输入端，电阻R15的另一端和稳压二极管DZ2的阳极接地，运放器AR4的反相输入端和输出端连接所述无线传输单元。
4.根据权利要求1或3所述智慧城市电力大数据信息采集系统，其特征在于：所述基准电压单元包括三极管T1，三极管T1的集电极连接电阻R7的一端和+12V电源，三极管T1的基极连接电阻R7的另一端和三端稳压器DZ1的引脚1，三极管T1的发射极连接三端稳压器DZ1的引脚3和电阻R8的一端，三端稳压器DZ1的引脚2和电阻R8的另一端连接运放器AR1、AR2的同相输入端。
5.根据权利要求1-4任一所述智慧城市电力大数据信息采集系统，其特征在于：所述无线传输单元选用ZigBee无线传输模块。
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