CN203275928U

CN203275928U - 一种电力能效监测终端

Info

Publication number: CN203275928U
Application number: CN 201320283486
Authority: CN
Inventors: 徐鲲鹏; 白保华; 刘瑞; 李涛; 亓学庆
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Beijing Nanrui Zhixin Micro Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Beijing Nanrui Zhixin Micro Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2023-05-22

Abstract

本实用新型公开了一种电力能效监测终端，包括：处理器、基于FPGA的采集电路、存储器接口电路以及通信模块；其中，所述基于FPGA的采集电路、存储器接口电路、通信模块分别与所述处理器相连。本实用新型采用CPU和FPGA的组合形成的核心运算单元，利用FPGA实现电能计量和数据采集，利用CPU实现对数据的处理，保证了独立高速运行，从而保证了数据的实时性和高效性。

Description

一种电力能效监测终端

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及一种电力能效监测终端。

背景技术

随着国家节能减排和电力需求侧管理工作的不断深入开展，获取用户真实的能耗数据，分析国家的经济运行走势，实现电能数据的在线监测、分析、挖掘，变得越来越重要，实现基础数据的自动采集，确保数据的及时性、客观性和准确性，为各级政府经济运行决策、政策制定、指标考核提供支撑。

目前的能效数据采集终端主要包括微处理模块MCU、数据存储模块、电源模块和RS485接口，微处理模块MCU包括芯片时钟模块和AD转换模块。

这种能效数据采集终端存在以下问题：采用单一CPU对整个系统进行控制，在进行谐波分析的同时，还要进行其他操作，影响了处理速度，因此其精度、速度都无法满足要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种电力能效监测终端，实现多种参量的高速、高精度采集。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电力能效监测终端，包括：

处理器、基于FPGA的采集电路、存储器接口电路以及通信模块；其中，所述基于FPGA的采集电路、存储器接口电路、通信模块分别与所述处理器相连。

作为上述技术方案的优选，所述基于FPGA的采集电路包括FPGA芯片、电能计量电路、直流模拟量采集电路、数字量输入输出电路，其中，所述电能计量电路、直流模拟量采集电路、数字量输入输出电路分别与FPGA芯片相连，所述FPGA芯片与所述处理器相连。

作为上述技术方案的优选，所述电能计量电路包括电流互感器、与所述电流互感器相连的AD转换器，所述AD转换器连接所述FPGA芯片。

作为上述技术方案的优选，所述FPGA芯片中的RAM为双口RAM。

作为上述技术方案的优选，所述通信模块包括以下中的一种或多种：ZIGBEE通信模块、CAN接口电路、RS485接口电路、红外通信模块、电力线载波通信接口电路。

作为上述技术方案的优选，所述存储器接口电路为SD卡接口电路。

作为上述技术方案的优选，所述终端还包括与所述处理器相连的RTC时钟电路。

本实用新型采用CPU和FPGA的组合形成的核心运算单元，利用FPGA实现电能计量和和数据采集，利用CPU实现对数据的处理，保证了独立高速运行，从而保证了数据的实时性和高效性。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例提出的电力能效监测终端的结构示意图；

图2是本实用新型中电能数据监测终端中基于FPGA的采集电路的结构示意图；

图3是本实用新型中基于FPGA的采集电路中的电能计量电路的结构示意图；

图4是本实用新型中FPGA芯片的逻辑结构示意图；

图5是本实用新型一具体实施例提出的电力能效监测终端的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示为本实用新型提出的一种电力能效监测终端的优选实施例的结构示意图，该终端包括：

处理器101、基于FPGA的采集电路102、存储器接口电路103以及通信模块104；其中，基于FPGA的采集电路102、存储器接口电路103、通信模块104分别与处理器102相连。

上述实施例中的处理器（CPU）例如可采用cortex-M4核的STM32F407，主频168MHz，实现与周边接口的通信、数据曲线绘制、数据存储、数据分析。

优选的，如图2所示，基于FPGA的采集电路包括FPGA芯片201、电能计量电路202、直流模拟量采集电路203、数字量输入输出电路204，其中，电能计量电路202、直流模拟量采集电路203、数字量输入输出电路204分别与FPGA芯片201相连，FPGA芯片201与处理器相连。

优选的，FPGA芯片与CPU之间可以通过并行总线连接，采用双口RAM与CPU实现数据交换，实现了数据实时高效透传，达到高速采集的目的。

优选的，如图3所示，电能计量电路202包括电流互感器301、与电流互感器301相连的AD转换器302，所述AD转换器连接FPGA芯片。

电流互感器可采用TA9015-01M，实现CT二次侧电流采集，AD转换器采用AD7606，实现模拟量16位AD采集；直流模拟量采集电路采用LM2902，实现直流模拟量4-20mA或0-5V的兼容性采集；数字量输入输出电路采用光耦PS2501-1实现无源数字量采集，采用SRD-05VDC-SL-C实现无源数字量输出；FPGA芯片的内部逻辑结构图如图4中的虚线框内所示，包括数据采集缓存RAM区、FFT运算单元、地址映射控制单元、运算RAM区、时序控制单元、双口RAM，它们之间的逻辑关系如图中所示。FPGA芯片可以采用Xilinx的Spartan-6型芯片。基于FPGA的采集电路基于FFT算法，实现谐波检测，实现高次谐波的高精度计量实现相、线电压，2-100次谐波分量、有功功率、无功功率、功率因数等参量的计量。由于基于FPGA的采集电路仅用于计量和热工参量采集，保证了数据采集实时和高速。

优选的，如图5所示，通信模块包括但不限于以下中的一种或多种：ZIGBEE通信模块501、CAN接口电路502、RS485接口电路503、红外通信模块504、电力线载波通信（PLC）接口电路505。

其中，ZIGBEE通信模块可以采用EM357芯片为核心，集成ZIGBEE协议栈，将ZIGBEE无线传输信道收到的数据拆包后通过UART接口传送给CPU,将接收到的CPU的数据组包后通过ZIGBEE无线信道传输，同时实现自组网功能，实现与上级系统的通信，在不方便布线的环境下提供一种快速解决方案；CAN接口电路例如以TJA1050T为核心，与CPU直连，实现CAN协议转换，兼容J1939协议，可实现与上级系统通信及电机通信；RS485接口电路例如以MAX485ESA为核心，实现485协议数据转换，RS485接口电路兼容376.1协议、DLT645协议、MODBUS协议，可实现与电表、上级集中终端、企业控制器的互联互通，同时可实现能效监测终端间的级联，RS485通信接口还可采集热工参量，如温度、湿度、流量、压力等；红外通信模块可以DS138S-2-35接收芯片、DS208发送芯片为核心，与CPU直连，实现红外数据的发送和接收，这样，通过手持终端可实现能效监测终端的快速配置；电力线载波通信接口电路可采用基于INT5500的电力猫，通过UART接口与CPU连接，可通过电力线载波实现与上级集中终端通信。

优选的，如图5所示，所述终端还包括与处理器相连的RTC时钟电路506，以在CPU掉电的情况下保持时钟参数。

优选的，如图5所示，存储器接口电路为SD卡接口电路507，以实现使用SD卡实现数据、曲线、故障记录的存储。

此外，本领域技术人员应当了解的是，该终端中必然包括电源电路（示意图见图5中的508），其为所有电路提供24V、5V、3.8V以及3.3V电源。

本实用新型通过采用一种或多种通信模块，可实现J1939协议解析，可以基于能效数据分析实现了对电机的优化控制，可实现10/100M以太网、RS485、CAN、PLC、红外通信、ZIGBEE通信等多种通信模式。

本实用新型提出的一种电力能效监测终端，采用FPGA+CPU的组合形成的核心运算单元，利用FPGA实现电能计量和数据采集，利用CPU实现通信运算、曲线绘制、数据查询、数据记录、数据存储等功能，保证双方独立高速运行，保证数据的实时性和高效性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种电力能效监测终端，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述基于FPGA的采集电路包括FPGA芯片、电能计量电路、直流模拟量采集电路、数字量输入输出电路，其中，所述电能计量电路、直流模拟量采集电路、数字量输入输出电路分别与FPGA芯片相连，所述FPGA芯片与所述处理器相连。

3.根据权利要求2所述的终端，其特征在于，所述电能计量电路包括电流互感器、与所述电流互感器相连的AD转换器，所述AD转换器连接所述FPGA芯片。

4.根据权利要求2所述的终端，其特征在于，所述FPGA芯片中的RAM为双口RAM。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的终端，其特征在于，所述通信模块包括以下中的一种或多种：ZIGBEE通信模块、CAN接口电路、RS485接口电路、红外通信模块、电力线载波通信接口电路。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的终端，其特征在于，所述存储器接口电路为SD卡接口电路。

7.根据权利要求5所述的终端，其特征在于，所述存储器接口电路为SD卡接口电路。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的终端，其特征在于，所述终端还包括与所述处理器相连的RTC时钟电路。

9.根据权利要求5所述的终端，其特征在于，所述终端还包括与所述处理器相连的RTC时钟电路。

10.根据权利要求6所述的终端，其特征在于，所述终端还包括与所述处理器相连的RTC时钟电路。