CN202041634U - 一种在线升级多功能电力仪表和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种提供在线升级多功能电力仪表和系统，能够在现场不拆仪表不拔线不掉电的情况下，直接通过后台监控设备对多台仪表进行在线升级，避免了人为拆装机或是掉电上电过程中因失误而造成的危险，也节约了时间和精力。包括通过底层驱动模块相互连接的在线升级多功能电力仪表和后台监控设备，所述在线升级多功能电力仪表包括仪表主控芯片、通讯模块、显示模块、数据存储模块和看门狗模块，所述仪表主控芯片分别连接显示模块、数据存储模块和看门狗模块，并通过通讯模块与所述底层驱动模块相连，所述底层驱动模块连接后台监控设备。

Description

一种在线升级多功能电力仪表和系统

技术领域

本发明涉及仪器仪表技术领域，特别是涉及一种在线升级多功能电力仪表和多功能电力仪表在线升级系统。

背景技术

多功能电力仪表是一种具有测量、显示、通讯、参数可编程等多功能的智能仪表，能够对三相交流电量参数进行实时测量、显示、通信传输，广泛适用于各行业供配电场所、能源管理、自动化以及智能化网络监控系统等领域。多功能电力仪表中，面板数码管显示实时测量参数，同时具备一路RS-485通信接口，采用标准MODBUS-RTU通讯协议，配合后台监控设备，可组成配电监控系统，对仪表进行组网管理，通过后台监控设备实时监测全部测量电量参数。在实际应用中，针对个别或是多个需要升级或是更换固件的仪表，传统的方法一般是人工更换新仪表，这样不仅人工拆装机非常麻烦，浪费时间，也增加了人为操作带来的失误，而且在掉电上电过程中容易因失误而造成危险。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种在线升级多功能电力仪表和多功能电力仪表在线升级系统，能够在现场不拆仪表不拔线不掉电的情况下，直接通过后台监控设备对多台仪表进行在线升级，避免了人为拆装机或是掉电上电过程中因失误而造成的危险，也节约了时间，提高了效率。

本发明的技术方案是：

一种在线升级多功能电力仪表，其特征在于，包括仪表主控芯片、通讯模块、显示模块、数据存储模块和看门狗模块，所述仪表主控芯片分别连接显示模块、数据存储模块和看门狗模块，并通过通讯模块与外部通讯设备相连；所述通讯模块用于接收升级指令信号并将接收的信号转换成仪表主控芯片能够识别的信号后传送给仪表主控芯片，所述仪表主控芯片用于接收通讯模块发送的信号，停止所述看门狗模块的喂狗，即及时清零看门狗定时器，更改所述数据存储模块中的数据，并通过所述显示模块显示升级结果，同时发送完成升级命令的返回信号。

所述通讯模块包括接口电路，所述接口电路包括转接口芯片，所述转接口芯片的信号输入端的管脚分别连接与仪表主控芯片相连的数据接收线RXD、数据发送线TXD和时钟线CTD，转接口芯片的信号输出端的两个管脚分别连接用于连接外部通讯设备的插座J1的两个插脚。

所述接口电路的数据接收线RXD连接第一光耦隔离电路，所述第一光耦隔离电路包括光耦器件，所述光耦输入端的发光二极管的负极连接数据接收线RXD，发光二极管的正极通过电阻R3接电源5V2，所述光耦输出端的光敏三极管的发射极接地GND，集电极通过通讯线STM32_RX1连接用于连接仪表主控芯片的插座J2，并通过电阻R6与电源VCC连接。

所述接口电路的时钟线CTD连接第二光耦隔离电路，所述第二光耦隔离电路包括光耦器件，所述光耦输出端的光敏三极管的发射极连接时钟线CTD，并通过电阻R7与GNDT连接，光敏三极管的集电极接电源5V2；所述光耦输入端的发光二极管的负极通过通讯线STM32_CT1连接用于连接仪表主控芯片的插座J2，发光二极管的正极通过电阻R4接电源VCC。

所述接口电路的数据发送线TXD连接第三光耦隔离电路，所述第三光耦隔离电路包括光耦器件，所述光耦输出端的光敏三极管的集电极连接数据发送线TXD，并通过电阻R8与电源5V2连接，光敏三极管的发射极接地GNDT；所述光耦输入端的发光二极管的负极通过通讯线STM32_TX1连接用于连接仪表主控芯片的插座J2，发光二极管的正极通过电阻R5接电源VCC。

所述电源5V2与GNDT地之间设置起到滤掉高频干扰作用的退耦电容。

一种多功能电力仪表远程在线升级系统，其特征在于，包括通过底层驱动模块相互连接的在线升级多功能电力仪表和后台监控设备，所述在线升级多功能电力仪表包括仪表主控芯片、通讯模块、显示模块、数据存储模块和看门狗模块，所述仪表主控芯片分别连接显示模块、数据存储模块和看门狗模块，并通过通讯模块与所述底层驱动模块相连；所述后台监控设备将升级指令信号通过底层驱动模块发送给通讯模块，所述通讯模块接收升级指令信号并将接收的信号转换成仪表主控芯片能够识别的信号后传送给仪表主控芯片，所述仪表主控芯片接收通讯模块发送的信号，停止所述看门狗模块的喂狗，喂狗即及时清零看门狗定时器，更改所述数据存储模块中的数据，并通过所述显示模块显示升级结果，同时发送完成升级命令的返回信号。

所述底层驱动模块包括RS-485驱动模块或CAN驱动模块。

所述后台监控设备是PC机，所述底层驱动模块是RS-485转换器，多台在线升级多功能仪表通过RS-485转换器与后台监控设备PC机相连。

本实用新型的技术效果：

本实用新型提供的在线升级多功能电力仪表和多功能电力仪表在线升级系统，通过底层驱动模块连接的多功能电力仪表和后台监控设备，不仅可以通过后台监控设备实时监控仪表数据，还能通过操作后台监控设备实现对多功能仪表的远程在线升级；同时，可以以后台监控设备为上位机通过组网实现对多个多功能仪表的控制，这样从后台监控设备可以控制单个仪表或是所有仪表的在线升级，发出一个升级任务指令就可以同时在线升级入网的所有的或指定的一个或多个多功能仪表，大大节省了时间。更重要的，本实用新型的多功能电力仪表远程在线升级系统实现了不拆仪表、不拔线、不掉电即可更新多功能仪表中的系统参数和设备参数。这样避免了在掉电、上电过程中，人工更换仪表因操作失误带来的危险。

附图说明

图1是本实用新型多功能电力仪表在线升级系统的结构示意图。

图2是本实用新型多功能电力仪表在线升级系统实施例的通讯接线示意图。

图3是本实用新型在线升级多功能电力仪表通讯模块的接口电路实施例图。

图4是本实用新型在线升级多功能电力仪表通讯模块的光耦隔离电路实施图。

图5是本实用新型在线升级多功能电力仪表主控板上的插座J2连线示意图。

图6是本实用新型在线升级多功能电力仪表通讯模块的供电电源的退耦电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，是本实用新型多功能电力仪表在线升级系统的结构示意图。一种多功能电力仪表在线升级系统，包括后台监控设备、底层驱动模块和由仪表主控芯片、通讯模块、显示模块、数据存储模块和看门狗模块组成的在线升级多功能电力仪表；仪表主控芯片分别连接通讯模块、显示模块、数据存储模块和看门狗模块，通讯模块通过底层驱动模块与后台监控设备连接；后台监控设备将升级指令信号通过底层驱动模块发送给通讯模块，通讯模块将接收到的电平信号转换成仪表主控芯片能够识别的电平信号后传送给仪表主控芯片，仪表主控芯片在接收到正确的升级命令后将会修改数据存储模块中的数据并停止看门狗模块的喂狗，喂狗即及时清零看门狗定时器，并请求后台监控设备发送新程序数据，后台监控设备将新的程序代码数据以二进制的形式发送给仪表主控芯片，发送完成后，仪表主控芯片会更改数据存储模块中的数据，并通过显示模块显示出来，同时给后台监控设备发送完成升级命令的返回信号。

所述后台监控设备用于后台监视系统中所有仪表的运行状态，控制对单个仪表或是所有仪表是否需要在线升级，发送在线升级指令信号，控制仪表传输数据、显示状态。

所述底层驱动模块协议用于定义仪表和后台监控设备数据流传输的格式，可以是RS485通讯传输，也可以是CAN通讯传输。

所述通讯模块是串口通讯模块，用于将底层驱动模块传输的电平信号转换为多功能仪表主控芯片能够识别的电平信号。

所述仪表主控芯片是多功能仪表的核心控制器，用于控制收发后台监控设备传输的升级命令和数据。

所述显示模块是LED显示模块，用于显示当多功能仪表在线升级程序成功后的成功图像，让现场操作人员能够很直观看到升级结果。

所述数据存储模块用于存放仪表内部的系统参数和设备参数数据。

所述看门狗模块用于仪表能够自动重启避免掉电重启带来的麻烦。

如图2所示，本实用新型多功能电力仪表在线升级系统实施例的通讯接线示意图。本实施例中，后台监控设备是PC机，底层驱动模块是RS-485转换器，多台多功能电力仪表通过RS-485转换器与后台监控设备PC机相连。在实际现场中，为了防止信号反射，通常会在RS-485网络末端并联上一个大约120欧姆的电阻以进行信号匹配。通讯的规则采用MODBUS-RTU通讯协议；仪表遵循主-从通讯方式；数据采用1个起始位、8个数据位、1个停止位、无校验位格式；通讯帧之间的间隔必须大于30毫秒。通讯协议采用标准MODBUS数据格式，数据帧中包含地址信息、功能码、信息域以及校验码；功能码支持03H和10H指令；一次请求寄存器数目不能超过表格规定的范围，否则也只会读出有效范围内的数据，多出的寄存器值为0；校验码采用CRC-16格式，发生多项式为(X¹⁶+X¹⁵+X²+1)。

如图3所示，是本实用新型在线升级多功能电力仪表的通讯模块的接口电路的实施例图。包括SN75176转接口芯片，芯片的输入端RO脚接与仪表主控芯片相连的数据接收线RXD，输入端DI脚接与仪表主控芯片相连的数据发送线TXD，输入端RE脚和DE脚接与仪表主控芯片相连的时钟线CTD，芯片的输出端A脚和B脚分别连接用于连接外部通讯设备的插座J1的1脚和2脚；还包括稳压二极管D1和D2以及电阻R1和R2，稳压二极管D1正极接地GNDT，负极接芯片B脚，稳压二极管D2正极接地GNDT，负极接芯片A脚，电阻R1一端接地GNDT，另一端连芯片B脚，电阻R2一端接电源5V2，另一端连芯片A脚；插座J1的4脚接地GNDT，5脚接电源5V2。

如图4所示，是本实用新型在线升级多功能电力仪表通讯模块的光耦隔离电路实施例图。

接口电路的数据接收线RXD连接第一光耦隔离电路，如图4(a)所示，第一光耦隔离电路包括TLP181光耦器件，TLP181光耦输入端的发光二极管的负极连接数据接收线RXD，发光二极管的正极通过电阻R3接电源5V2，TLP181光耦输出端的光敏三极管的发射极接地GND，集电极通过通讯线STM32_RX1连接用于连接仪表主控芯片的插座J2的1脚，并通过电阻R6与电源VCC连接。

接口电路的时钟线CTD连接第二光耦隔离电路，如图4(b)所示，第二光耦隔离电路包括TLP181光耦器件，TLP181光耦输出端的光敏三极管的发射极连接时钟线CTD，并通过电阻R7与GNDT连接，光敏三极管的集电极接电源5V2；TLP181光耦输入端的发光二极管的负极通过通讯线STM32_CT1连接用于连接仪表主控芯片的插座J2的3脚，发光二极管的正极通过电阻R4接电源VCC。

接口电路的数据发送线TXD连接第三光耦隔离电路，如图4(c)所示，第三光耦隔离电路包括TLP181光耦器件，TLP181光耦输出端的光敏三极管的集电极连接数据发送线TXD，并通过电阻R8与电源5V2连接，光敏三极管的发射极接地GNDT；TLP181光耦输入端的发光二极管的负极通过通讯线STM32_TX1连接用于连接仪表主控芯片的插座J2的2脚，发光二极管的正极通过电阻R5接电源VCC。

如图5所示，是仪表主控板上的插座J2连线示意图。插座J2的1脚、2脚、3脚分别连接通讯线STM32_RX1、STM32_TX1和STM32_CT1，4脚接地GND，5脚接电源VCC。

如图6所示，为避免干扰，在电源供电端放置的退耦电容，起到滤掉高频干扰的作用。本实施例中，在电源5V2和地GNDT之间并联放置6个退耦电容，可以滤掉高频干扰。

以上对本实用新型所提供的在线升级多功能电力仪表和多功能电力仪表在线升级系统进行了详细介绍。所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种在线升级多功能电力仪表，其特征在于，包括仪表主控芯片、通讯模块、显示模块、数据存储模块和看门狗模块，所述仪表主控芯片分别连接显示模块、数据存储模块和看门狗模块，并通过通讯模块与外部通讯设备相连；所述通讯模块用于接收升级指令信号并将接收的信号转换成仪表主控芯片能够识别的信号后传送给仪表主控芯片，所述仪表主控芯片用于接收通讯模块发送的信号，停止所述看门狗模块的喂狗，即及时清零看门狗定时器，更改所述数据存储模块中的数据，并通过所述显示模块显示升级结果，同时发送完成升级命令的返回信号。

2.根据权利要求1所述的在线升级多功能电力仪表，其特征在于，所述通讯模块包括接口电路，所述接口电路包括转接口芯片，所述转接口芯片的信号输入端的管脚分别连接与仪表主控芯片相连的数据接收线RXD、数据发送线TXD和时钟线CTD，转接口芯片的信号输出端的两个管脚分别连接用于连接外部通讯设备的插座J1的两个插脚。

3.根据权利要求2所述的在线升级多功能电力仪表，其特征在于，所述接口电路的数据接收线RXD连接第一光耦隔离电路，所述第一光耦隔离电路包括光耦器件，所述光耦输入端的发光二极管的负极连接数据接收线RXD，发光二极管的正极通过电阻R3接电源5V2，所述光耦输出端的光敏三极管的发射极接地GND，集电极通过通讯线STM32_RX1连接用于连接仪表主控芯片的插座J2，并通过电阻R6与电源VCC连接。

4.根据权利要求2所述的在线升级多功能电力仪表，其特征在于，所述接口电路的时钟线CTD连接第二光耦隔离电路，所述第二光耦隔离电路包括光耦器件，所述光耦输出端的光敏三极管的发射极连接时钟线CTD，并通过电阻R7与GNDT连接，光敏三极管的集电极接电源5V2；所述光耦输入端的发光二极管的负极通过通讯线STM32_CT1连接用于连接仪表主控芯片的插座J2，发光二极管的正极通过电阻R4接电源VCC。

5.根据权利要求2所述的在线升级多功能电力仪表，其特征在于，所述接口电路的数据发送线TXD连接第三光耦隔离电路，所述第三光耦隔离电路包括光耦器件，所述光耦输出端的光敏三极管的集电极连接数据发送线TXD，并通过电阻R8与电源5V2连接，光敏三极管的发射极接地GNDT；所述光耦输入端的发光二极管的负极通过通讯线STM32_TX1连接用于连接仪表主控芯片的插座J2，发光二极管的正极通过电阻R5接电源VCC。

6.根据权利要求2所述的在线升级多功能电力仪表，其特征在于，所述电源5V2与GNDT地之间设置起到滤掉高频干扰作用的退耦电容。

7.一种多功能电力仪表远程在线升级系统，其特征在于，包括通过底层驱动模块相互连接的在线升级多功能电力仪表和后台监控设备，所述在线升级多功能电力仪表包括仪表主控芯片、通讯模块、显示模块、数据存储模块和看门狗模块，所述仪表主控芯片分别连接显示模块、数据存储模块和看门狗模块，并通过通讯模块与所述底层驱动模块相连；所述后台监控设备将升级指令信号通过底层驱动模块发送给通讯模块，所述通讯模块接收升级指令信号并将接收的信号转换成仪表主控芯片能够识别的信号后传送给仪表主控芯片，所述仪表主控芯片接收通讯模块发送的信号，停止所述看门狗模块的喂狗，即及时清零看门狗定时器，更改所述数据存储模块中的数据，并通过所述显示模块显示升级结果，同时发送完成升级命令的返回信号。

8.根据权利要求7所述的多功能电力仪表远程在线升级系统，其特征在于，所述底层驱动模块包括RS-485驱动模块或CAN驱动模块。

9.根据权利要求8所述的多功能电力仪表远程在线升级系统，其特征在于，所述后台监控设备是PC机，所述底层驱动模块是RS-485转换器，多台在线升级多功能仪表通过RS-485转换器与后台监控设备PC机相连。

Images