CN112710976B - 智能配电箱测试台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能配电箱测试台，包括：微处理器控制模块，所述的微处理器控制模块分别与开关电源模块、显示键盘和指示灯模块、RS485和CAN通讯模块、继电器控制输出模块连接，所述的继电器控制输出模块与测试台内部电路连接；测试台内部电路包括：控制电路、测量电路及显示电路，通过继电器输出电路的时序控制，完成测试的整体运行。本发明针对智能配电箱的各种功能进行标定和检测，它可以根据设定好的步骤，对应于不同的输出路数，提供不同的负载功率，自动的对所测配电箱的各路电压、电流、功率和用电量等数据进行测试，通过与测试台上的标准计量表的比对，从而标定出所测配电箱对各路电压、电流、功率等各项数据进行计算的精度和误差。

Description

智能配电箱测试台

技术领域

本发明属于智能配电箱技术领域，具体涉及一种智能配电箱测试台，实现智能配电箱电压、电流、功率和用电量等数据的测试。

背景技术

智能配电箱，又称智能化配电管理系统，是一种可视的家庭用电管理系统，是安全用电的理想产品。智能配电箱使供配电系统从半自动化控制到自动化控制，数据从隐藏式到可视化，用电安全状态从不为人所知到可预警、可知。它除了可对进户的主电路进行管理外，还可以管理在供电主线路进入家庭后的各个分支用电线路的用电情况，记录各个支路的用电消耗，并对各个支路的用电进行保护，适时显示、及时报警，并可通过串口通讯，将实时的数据进行传输。

随着科学技术的进步和电子新器件的推广应用，人们对用电安全和灾害防护越来越重视。而目前广泛使用的智能配电箱在安全防护方面有待提高，其不能针对各支路电流情况进行有效监视和报警。

发明内容

针对上述技术问题，本发明设计了一种可以采集智能配电箱的各支路电压、电流信息并进行显示，根据设定的电压、电流保护值进行报警的智能配电箱测试台。本发明所采用的技术方案如下：

智能配电箱测试台，包括：微处理器控制模块，所述的微处理器控制模块分别与开关电源模块、显示键盘和指示灯模块、RS485和CAN通讯模块、继电器控制输出模块连接，所述的继电器控制输出模块与测试台内部电路连接；

所述的微处理器控制模块，将12V直流电源转换成5V电源、管理和控制其它各模块、控制测试顺序、与上位机和待测配电箱通讯、存储和比较测试数据；开关电源模块将市电的交流220V电压转换为装置需要的直流12V电压；显示键盘和指示灯模块通过数据线与微处理器I/O口连接，用于键值输入、显示器指示、LED灯的控制；RS485和CAN通讯模块通过两路的串口信号线与微处理器的相关接口连接，有RS485和CAN两种通讯方式，测试台与被测配电箱之间通讯方式是CAN通讯方式，测试台与上位机之间的通讯方式是RS485串口通讯模式；继电器控制输出模块由8路继电器控制电路组成，完成测试中顺序运行的控制，通过数据线与微处理器I/O口连接；测试台内部电路包括：控制电路、测量电路及显示电路，通过继电器输出电路的时序控制，完成测试的整体运行。

本发明的有益效果：

本发明针对智能配电箱的各种功能进行标定和检测，它可以根据设定好的步骤，对应于不同的输出路数，提供不同的负载功率，自动的对所测配电箱的各路电压、电流、功率和用电量等数据进行测试，通过与测试台上的标准计量表的比对，从而标定出所测配电箱对各路电压、电流、功率等各项数据进行计算的精度和误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。

图1是本发明实施例的测试台的结构示意图；

图2是本发明实施例的微处理器控制模块的电路结构示意图；

图3是本发明实施例的微处理器控制模块的周边电路结构示意图；

图4是本发明实施例的开关电源模块的电路结构示意图；

图5是本发明实施例的液晶显示电路的结构示意图；

图6是本发明实施例的键盘输入电路的结构示意图；

图7是本发明实施例的LED指示灯电路的结构示意图；

图8是本发明实施例的RS485通讯电路的结构示意图；

图9是本发明实施例的CAN通讯电路的结构示意图；

图10、11是本发明实施例的继电器控制输出电路的结构示意图；

图12、13是本发明实施例的测试台内部电路的结构示意图；

图14是本发明实施例的测试台内部电路的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，是本发明实施例的测试台的结构示意图。一种智能配电箱测试台，包括：微处理器控制模块，所述的微处理器控制模块分别与开关电源模块、显示键盘和指示灯模块、RS485和CAN通讯模块、继电器控制输出模块连接，所述的继电器控制输出模块与测试台内部电路连接。

如图2所示，是本发明实施例的微处理器控制模块的电路结构示意图；如图3所示，是本发明实施例的微处理器控制模块的周边电路结构示意图。所述的微处理器控制模块是整体测试台的核心，作用是将12V直流电源转换成5V电源、管理和控制其它各模块、控制测试顺序、与上位机和待测配电箱通讯、存储和比较测试数据等，采用NXP系列的16位微处理器S9S12HA32主芯片，其功能描述如下：16位微控制器：MCU 16B 32K FLASH 2K RAM；核心：RISC；处理器系列MSP430FR572x；数据总线宽度：16bit；最大时钟频率：24MHz；程序存储器大小：8KB数据；RAM大小：1KB；片上ADC：Yes；工作温度范围：-40C to+85C。

以S9S12HA32为基础的微处理器最小系统电路中，U1是主电路的CPU芯片，C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16分别是CPU主芯片的各个电压端口的滤波电容；R6是向VLCD接口提供电源的上拉电阻；R1、R2、C1、K9组成手动复位电路，R5、C4、C5组成上电复位电路；XT1是芯片内部时钟的晶体振荡器，C2、C3是振荡器的接地电容，R3和电感B1、B2为晶振的滤波稳定电路；H1、R4组成芯片的设定调试电路；U2、C6、C7、C8、C9组成电压稳压电路，将来自开关电源电路的12V直流电压转变为CPU电路所需的5V直流电压。

CPU芯片的主要端口使用功能：P8、P18、P70、P71、P91为芯片接地端；P7、P17、P62、P69、P89、P92为电源接口；P50是芯片上电复位接口RESET；P13是芯片手动上电复位接口KRESET；P25为RX485通讯的串行接收RXD端口；P26为RX485通讯的串行输出TXD端口；P27为CAN通讯的串行接收RXDC端口；P28为CAN通讯的串行输出TXDC端口；P29为RX485通讯时接收与输出转换的控制接口RXC；P73、P72为晶振时钟输入端口XTAL1、XTAL2。

P3、P4、P5、P6、P9、P10、P11、P12是8组可设定测试输出继电器的控制接口，标号分别为CON_OUT1---CON_OUT8；P37、P38、P39、P40、P41、P42、P43、P44为8个按键开关的键值输入接口，标号分别为KEY1---KEY8；P45、P46、P47、P48、P51、P52、P53、P54、P19、P20、P21、P22为12个发光二极管输出的控制接口，标号分别为LED1---LED12；P57、P58、P59、P60、P63、P64、P65、P66为HS12864液晶显示器的8位数据接口，标号分别为LDO0---LDO8；P85是HS12864液晶显示器的背光控制接口D_LED；P86是HS12864液晶显示器的选通接口CS_L；P87是HS12864液晶显示器的数据读写接口WR；P88是HS12864液晶显示器的数据读写的时钟接口SCLK。

如图4所示，是本发明实施例的开关电源模块的电路结构示意图。所述的开关电源模块是将市电的交流220V电压转换为装置需要的直流12V电压，在电气上是与交流电完全隔离的，达到安全使用的目的。开关电源模块电路为整个电路提供12V的直流电源，为微处理器控制模块使用；同时，经微处理器控制模块的电压稳压电路将12V电源再转换成5V的直流电源，为其他电路提供电源。

在开关电源模块电路中，U11为二极管整流桥，作用是把输入的交流电压转换为直流电压；C26是整流后的滤波电容；U12是专用小功率开关电源转换芯片；C27是反馈控制端滤波电容；U13是反馈控制端隔离信号输入；C28、C29为芯片输入滤波电容；R69为芯片1端接地电阻；R68、C30、D23组成限流滤波电路；B4为电源变压器；D24、C31是输出的整流滤波电路；R70、C32、U14为反馈控制隔离电路；R72、R73是反馈电路取样参考点；B5为电压输出功率电感；R71、C33是直流电压输出保护和滤波电路。AC_L_SET、AC_N为交流电压输入节点。

所述的显示键盘和指示灯模块，通过数据线与微处理器I/O口连接，用于键值输入、显示器指示、LED灯的控制，包括：液晶显示模块、键盘输入模块、LED指示灯模块。

液晶显示模块由HS12864液晶显示器组成，8*4汉字点阵显示。如图5所示，是本发明实施例的液晶显示电路的结构示意图。在液晶显示电路中，U10为HS12864液晶显示器，8*4汉字显示点阵，接口为20针单排连接器；R41是数据通讯方式接口的上拉电阻，接高电平表示是并行数据通讯方式；R42、C25组成显示器的上电复位电路；R43、Q17组成显示器的背光控制电路，Q17是NPN开关三极管8050，控制端高电平时，三极管导通，接通背光电路，低电平则关断。

键盘输入模块由8位按键开关组成，完成设置数据输入及测试过程的运行。如图6所示，是本发明实施例的键盘输入电路的结构示意图。在键盘输入电路中，开关K1---K8为TP801B按键开关、R21---R28为相应按键开关的上拉电阻；按键功能依次为设置、左、右、上、下、复位、开始、停止等键值。

LED指示灯模块由12个发光二极管组成，分别表示上电、设置、运行等状态。如图7所示，是本发明实施例的LED指示灯电路的结构示意图。在LED指示灯电路中，发光二极管D11---D18为继电器输出指示灯，R29---R36为相对应二极管的限流电阻；其表示的是1---8组继电器的输出状态，指示灯为绿色，继电器节点接通是指示灯点亮，反之亦然；发光二极管D19---D22为状态指示灯，R37---R40为相对应二极管的限流电阻；其指示的状态依次为设置(绿色)、运行(绿色)、通讯(黄色)、电源(红色)。

RS485和CAN通讯模块由两部分电路组成；一是由芯片82C520组成的CAN通讯电路；二是由芯片MAX485的串口485通讯电路；通过两路的串口信号线与微处理器的相关接口连接，有RS485和CAN两种通讯方式。

如图8所示，是本发明实施例的RS485通讯电路的结构示意图。在RS485通讯电路中，R14为通讯输出TXD的限流电阻，R17为芯片6N137输出接口的上拉电阻；U6是高速数据隔离驱动芯片6N137，C23是其电源滤波电容；R15为通讯接收RXD的上拉电阻，R18为芯片6N137输入接口的限流电阻，U7是高速数据隔离驱动芯片6N137，C22是其电源滤波电容；U9是串口通讯专用芯片MAX485，C24是其电源滤波电容，R20是两输出端口之间的负载平衡电阻。R16、U8、R19组成通讯接收和输出方式的转换控制电路，U8是光电隔离器TLP521_1，R16是输入端的限流电阻，R19是输出端的上拉电阻；H3是RX485通讯的接口连接器。

如图9所示，是本发明实施例的CAN通讯电路的结构示意图。在CAN通讯电路中，R7为通讯输出TXD的限流电阻，R9为芯片6N137输出接口的上拉电阻；U3是高速数据隔离驱动芯片6N137，C18是其电源滤波电容；R8为通讯接收RXD的上拉电阻，R10为芯片6N137输入接口的限流电阻，U4是高速数据隔离驱动芯片6N137，C17是其电源滤波电容；U5是CAN通讯专用芯片82C520，C19是其电源滤波电容，R13是其芯片的反馈电阻，R11、R12是两输出端口的负载电阻，C20和D9、C21和D10分别组成两通讯接口的保护滤波电路，H2是CAN通讯的接口连接器。

继电器控制输出模块由8路继电器控制电路组成，完成测试中顺序运行的控制，通过数据线与微处理器I/O口连接。如图10、11所示，是本发明实施例的继电器控制输出电路的结构示意图。在继电器控制输出电路中，每一组继电器控制电路，均有三只电阻、两只三极管、一个续流二极管及直流继电器组成；R44、R47、R50、R53、R56、R59、R62、R65分别为1---8路控制接口的上拉电阻，R45、R48、R51、R54、R57、R60、R63、R66分别为1---8路一级驱动三极管的限流电阻，R46、R49、R52、R55、R58、R61、R64、R67分别为1---8路二级驱动三极管的限流电阻；Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15分别为1---8路的一级驱动PNP三极管8550，Q2、Q4、Q6、Q8、Q10、Q12、Q14、Q16分别为1---8路的二级驱动NPN三极管8050；D1---D8分别为1---8路继电器的续流二极管IN4007；RL1---RL8分别为1---8路的输出控制直流继电器，其常开节点接入测试台的测试支路中，起到顺序控制测试的作用，继电器的工作电压为直流12V，节点功率为交流400V30A。

如图12、13所示，是本发明实施例的测试台内部电路的结构示意图。测试台内部电路包括：控制电路、测量电路及显示电路，是测试运行的主要执行电路，通过继电器输出电路的时序控制，完成测试的整体运行。在测试台内部电路中，S0是测试台的三芯电源插头，为整个测试电路提供电源，是两相AC220V电源的火线(L)、零线(N)和地线；K0、RL0组成测试主电路的上电回路，K0为船型开关(AC400V20A)，RL0为交流接触器(CJX2-D1810)；Y1、Y2为接触式自耦调压器(TDGC2-3KVA)，SW1、SW2组成Y1与Y2的互锁电路，即两个自耦调压器同时只能接通一个，Y1是为整个测试台的电路提供可调节的交流测试电压，Y2是为被测试的智能配电箱提供可调节的交流测试电压；M0是接线式电力检测仪(PRGS-100)，测试整个测试台的电源电压、电流及功率等参数，CT0是与之配套的接入式电流互感器；八组节点JP、三位开关SW、接线式电力检测仪M、接入式电流互感器CT、负载接入三芯电源插座S共同组成8个支路的交流电压、电流、功率、用电量等参数的测试回路；JP1---JP8为8路可程控输出的继电器节点连接器；SW3---SW10是三位开关，它可以有接通手动检测回路、接通程控检测回路、断开检测回路等三种状态的选择；M1---M8是8个检测支路的接线式电力检测仪(PRGS-100)，分别测试各个支路的交流电压、电流及功率等参数；CT1---CT8是分别与之配套的接入式电流互感器；S1---S8是分别是8路测试负载接入的三芯电源插座。

智能配电箱的8路测试回路的接入端口为H4、H5、H6；H4是8路接线端子输出端，分别接8个测试支路的两相AC220V电源的火线(L)；H5是8个测试支路的两相AC220V电源的零线(N)连接铜排；H6是8个测试支路的地线连接铜排；S9是被测智能配电箱的交流电源输入插座。

如图14所示，是本发明实施例的测试台内部电路的原理示意图。由连锁开关、交流接触器、自耦变压器、接线式电力监测仪、控制继电器节点及测试负载插座等组成，是测试运行的主要执行机构。测试台控制电路分别与上位机、第一自耦变压器、联锁开关、节点继电器、接线式电力测试仪连接，联锁开关分别与交流接触器、第二自耦变压器连接，交流接触器与测试负载插座连接，节点继电器与测试负载插座连接，被测试的智能配电箱分别连接接线式电力测试仪、第二自耦变压器、测试负载插座。

接线式电力监测仪，作为智能配电箱测试的标定仪表；同时接有功率为3KW的手动调节自耦变压器，为测试不同的电压和电流变化时使用，它们可以通过互锁的联动开关来进行接入和退出，以达到全量程的电压和电流的测试；在测试台的前端，接有具备过流保护和漏电保护的总开关和带有自锁功能的交流接触器，以达到安全使用的目的。测试台与被测配电箱之间通讯方式是CAN通讯方式，这种方式具有抗干扰性强的特点，可以有效的消除交流电磁场产生的信号干扰，保证数据传输的准确性；测试台与上位机之间的通讯方式是RS485串口通讯模式，它具有传输距离长的特点，可以不受外界条件的限制来完成数据的传输。

本发明实施例中，开关电源电路是一块单独的电路板，测试台内部电路、显示键盘和指示灯模块、RS485和CAN通讯模块、继电器控制输出模块连接集成在一个整体的控制电路的电路板上。

本发明的这种测试台，就是针对智能配电箱的各种功能进行标定和检测的一种可设定控制的测试台。它可以根据设定好的步骤，对应于不同的输出路数，提供不同的负载功率，自动的对所测配电箱的各路电压、电流、功率和用电量等数据进行测试，通过与测试台上的标准计量表的比对，从而标定出所测配电箱对各路电压、电流、功率等各项数据进行计算的精度和误差。在测试前设定好每个测试回路的顺序和功率；测试顺序可以是每一路依次打开进行测试、分组打开依次测试，也可以所有路数同时打开进行测试，测试回路之间的时间可以设置。这样做的目的是可以根据不同的测试负载，分别进行不同的测试，以达到不同功率等级之间的测试要求。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.智能配电箱测试台，其特征在于，包括：微处理器控制模块，所述的微处理器控制模块分别与开关电源模块、显示键盘和指示灯模块、RS485和CAN通讯模块、继电器控制输出模块连接，所述的继电器控制输出模块与测试台内部电路连接；

所述的微处理器控制模块，将12V直流电源转换成5V电源、管理和控制其它各模块、控制测试顺序、与上位机和待测配电箱通讯、存储和比较测试数据；开关电源模块将市电的交流220V电压转换为装置需要的直流12V电压；显示键盘和指示灯模块通过数据线与微处理器I/O口连接，用于键值输入、显示器指示、LED灯的控制；RS485和CAN通讯模块通过两路的串口信号线与微处理器的相关接口连接，有RS485和CAN两种通讯方式，测试台与被测配电箱之间通讯方式是CAN通讯方式，测试台与上位机之间的通讯方式是RS485串口通讯模式；继电器控制输出模块由8路继电器控制电路组成，完成测试中顺序运行的控制，通过数据线与微处理器I/O口连接；测试台内部电路包括：第一自耦变压器、联锁开关、节点继电器、接线式电力测试仪、交流接触器、第二自耦变压器、测试负载插座、控制电路、测量电路及显示电路，通过继电器输出电路的时序控制，完成测试的整体运行；

测试台控制电路分别与上位机、第一自耦变压器、联锁开关、节点继电器、接线式电力测试仪连接，联锁开关分别与交流接触器、第二自耦变压器连接，交流接触器与测试负载插座连接，节点继电器与测试负载插座连接，被测试的智能配电箱分别连接接线式电力测试仪、第二自耦变压器、测试负载插座；

接线式电力测试仪，作为智能配电箱测试的标定仪表；自耦变压器通过互锁的联动开关来进行接入和退出，以达到全量程的电压和电流的测试；在测试台的前端，接有具备过流保护和漏电保护的总开关和带有自锁功能的交流接触器；测试台与被测配电箱之间通讯方式是CAN通讯方式，测试台与上位机之间的通讯方式是RS485串口通讯模式；

继电器控制输出模块由8路继电器控制电路组成，通过数据线与微处理器I/O口连接，在继电器控制输出电路中，每一组继电器控制电路，均有三只电阻、两只三极管、一个续流二极管及直流继电器组成；R44、R47、R50、R53、R56、R59、R62、R65分别为1---8路控制接口的上拉电阻，R45、R48、R51、R54、R57、R60、R63、R66分别为1---8路一级驱动三极管的限流电阻，R46、R49、R52、R55、R58、R61、R64、R67分别为1---8路二级驱动三极管的限流电阻；Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15分别为1---8路的一级驱动PNP三极管8550，Q2、Q4、Q6、Q8、Q10、Q12、Q14、Q16分别为1---8路的二级驱动NPN三极管8050；D1---D8分别为1---8路继电器的续流二极管IN4007；RL1---RL8分别为1---8路的输出控制直流继电器，其常开节点接入测试台的测试支路中，起到顺序控制测试的作用；

在测试台内部电路中，S0是测试台的三芯电源插头，K0、RL0组成测试主电路的上电回路，K0为船型开关，RL0为交流接触器；Y1、Y2为接触式自耦调压器，SW1、SW2组成Y1与Y2的互锁电路，Y1是为整个测试台的电路提供可调节的交流测试电压，Y2是为被测试的智能配电箱提供可调节的交流测试电压；M0是接线式电力检测仪，测试整个测试台的电源电压、电流及功率，CT0是与之配套的接入式电流互感器；八组节点JP、三位开关SW、接线式电力检测仪M、接入式电流互感器CT、负载接入三芯电源插座S共同组成8个支路的交流电压、电流、功率、用电量参数的测试回路；JP1---JP8为8路可程控输出的继电器节点连接器；SW3---SW10是三位开关，有接通手动检测回路、接通程控检测回路、断开检测回路三种状态的选择；M1---M8是8个检测支路的接线式电力检测仪，分别测试各个支路的交流电压、电流及功率；CT1---CT8是分别与之配套的接入式电流互感器；S1---S8分别是8路测试负载接入的三芯电源插座；

智能配电箱的8路测试回路的接入端口为H4、H5、H6，H4是8路接线端子输出端，分别接8个测试支路的两相AC220V电源的火线，H5是8个测试支路的两相AC220V电源的零线连接铜排，H6是8个测试支路的地线连接铜排，S9是被测智能配电箱的交流电源输入插座；

根据设定好的步骤，对应于不同的输出路数，提供不同的负载功率，自动对所测配电箱的各路电压、电流、功率和用电量进行测试，通过与测试台上的标准计量表的比对，从而标定出所测配电箱对各路电压、电流、功率进行计算的精度和误差；在测试前设定好每个测试回路的顺序和功率；测试顺序可以是每一路依次打开进行测试、分组打开依次测试，也可以所有路数同时打开进行测试，测试回路之间的时间可以设置。

2.根据权利要求1所述的智能配电箱测试台，其特征在于，所述的微处理器控制模块采用NXP系列的16位微处理器S9S12HA32主芯片。

3.根据权利要求1所述的智能配电箱测试台，其特征在于，所述的显示键盘和指示灯模块包括：液晶显示模块、键盘输入模块、LED指示灯模块。

4.根据权利要求3所述的智能配电箱测试台，其特征在于，液晶显示模块由HS12864液晶显示器组成，8*4汉字点阵显示。

5.根据权利要求3所述的智能配电箱测试台，其特征在于，键盘输入模块由8位按键开关组成，完成设置数据输入及测试过程的运行。

6.根据权利要求3所述的智能配电箱测试台，其特征在于，LED指示灯模块由12个发光二极管组成，分别表示上电、设置、运行状态。

7.根据权利要求1所述的智能配电箱测试台，其特征在于，RS485和CAN通讯模块由两部分电路组成：一是由芯片82C520组成的CAN通讯电路，二是由芯片MAX485的串口485通讯电路。

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