CN203405516U - 基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，其中，电压互感器的输出端连接在信号调理电路上；电流互感器的输出端连接在信号调理电路上；锁相环倍频电路的输入端与信号调理电路相连接，输出端与A/D转换电路的输入端相连接；A/D转换电路的另一输入端与信号调理电路相连接，输出端与处理器相连接；处理器具有FPGA部分和ARM部分，FPGA部分主要用于对A/D转换电路传递的各数字信号数据进行分析和计算得到电能质量参数，ARM部分用于将电能质量参数通过ZigBee无线通信电路传递给远程协调器。本实用新型组网容易，覆盖范围大，传输无线监测数据速度快，能够实时检测用户输配电设备的电能质量情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，属于电能监测技术领域。
背景技术
目前，电能质量分布式监测是智能电网所必需具备的基本功能之一，它不仅要能进行电能质量的监测，还要能便于将分散的监测数据传送给远程协调器。目前，大部分电能质量监测设备具有RS232、RS485的本地通信端口和以太网的网络端口，还有一些带有CAN总线端口，这些端口能够解决监测终端与上位机通信，或者接入到以太网和CAN总线实现数据的有线网络监测，但是要求用户为大量分散的已有变配电设备专门架设监测网络，这对于用户来讲很不方便，造成覆盖范围小，组网难度比较大。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，它组网容易，覆盖范围大，传输无线监测数据速度快，能够实时检测用户输配电设备的电能质量情况。
本实用新型解决上述技术问题采取的技术方案是：一种基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，它包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路、锁相环倍频电路、A/D转换电路和控制模块，控制模块包括实时时钟电路、处理器和ZigBee无线通信电路，实时时钟电路和ZigBee无线通信电路均连接在处理器上以实现数据双向传输；其中，电压互感器，其输出端连接在信号调理电路上，用于采集电网强电压信号并将其转换成弱电压模拟信号同时传递给信号调理电路；电流互感器，其输出端连接在信号调理电路上，用于采集电网强电流信号并将其转换成弱电流模拟信号同时传递给信号调理电路；信号调理电路，用于将电压互感器传递的弱电压模拟信号和电流互感器传递的弱电流模拟信号进行滤波、放大和偏置处理符合要求后传递给A/D转换电路；锁相环倍频电路，其输入端与信号调理电路相连接，其输出端与A/D转换电路的输入端相连接，用于从信号调理电路中获取整周期采样信号并将其传递给A/D转换电路；A/D转换电路，其另一输入端与信号调理电路相连接，其输出端与处理器相连接，用于将信号调理电路传递的模拟信号和锁相环倍频电路传递的整周期采样信号转换成数字信号并将其传递给处理器；处理器，其具有FPGA部分和ARM部分，FPGA部分用于将时序控制命令传递给A/D转换电路和用于对A/D转换电路传递的各数字信号数据进行分析和计算得到电能质量参数，ARM部分用于将电能质量参数通过ZigBee无线通信电路传递给远程协调器。
进一步，所述的控制模块还包括存储器模块，存储器模块与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输。
进一步，所述的控制模块还包括SD卡存储器，SD卡存储器与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输。
进一步，所述的控制模块还包括显示电路模块，显示电路模块与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输。
进一步，所述的控制模块还包括键鼠控制模块，键鼠控制模块与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输。
进一步，所述的信号调理电路包括抗混叠滤波电路和偏置电路，所述的电压互感器和电流互感器的输出端均与抗混叠滤波电路的输入端相连接，抗混叠滤波电路的输出端与偏置电路的输入端相连接。
进一步，所述的锁相环倍频电路为CMOS集成电路锁相环CD4046芯片。
更进一步，所述的ZigBee无线通信电路为CC2530芯片。
采用了上述技术方案后，本实用新型实现了ZigBee网络分布式在线监测，覆盖范围大，在组网上较有线网络组网容易，传输无线监测数据速度快，同时采用ARM+FPGA体系结构处理器，利用其FPGA部分进行模数转换的控制和电能质量参数计算，利用其ARM部分对电能质量参数进行SD卡存储和人机交互，减少了电能数据采集处理单元将电能质量数据送给系统控制单元的数据传输硬件电路，降低了成本，达到了实时监测的要求。
附图说明
图1为本实用新型的基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置的原理框图；
图2为本实用新型的信号调理电路的原理框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，一种基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，它包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路、锁相环倍频电路、A/D转换电路和控制模块，控制模块包括实时时钟电路、处理器和ZigBee无线通信电路，实时时钟电路和ZigBee无线通信电路均连接在处理器上以实现数据双向传输；其中，
电压互感器，其输出端连接在信号调理电路上，用于采集电网强电压信号并将其转换成弱电压模拟信号同时传递给信号调理电路；
电流互感器，其输出端连接在信号调理电路上，用于采集电网强电流信号并将其转换成弱电流模拟信号同时传递给信号调理电路；
信号调理电路，用于将电压互感器传递的弱电压模拟信号和电流互感器传递的弱电流模拟信号进行滤波、放大和偏置处理符合要求后传递给A/D转换电路；
锁相环倍频电路，其输入端与信号调理电路相连接，其输出端与A/D转换电路的输入端相连接，用于从信号调理电路中获取周期性电参量的整周期采样信号并将其传递给A/D转换电路；
A/D转换电路，其另一输入端与信号调理电路相连接，其输出端与处理器相连接，用于将信号调理电路传递的模拟信号和锁相环倍频电路传递的整周期采样信号转换成数字信号并将其传递给处理器；
处理器，其具有FPGA部分和ARM部分，FPGA部分用于将时序控制命令传递给A/D转换电路，从而实现A/D转换器时序控制，FPGA部分还用于对A/D转换电路传递的各数字信号数据完成电能质量的基波及谐波的幅值、频率、相位、三相不平衡、电压瞬变等参数分析和计算，得到电能质量参数，ARM部分用于将电能质量参数通过ZigBee无线通信电路传递给远程协调器。ZigBee无线通信电路通过ZigBee无线网络，实现与远程协调器的数据通信。
如图1所示，控制模块还包括存储器模块，存储器模块与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输，作为ARM部分的内存原件，可以使用DDR3。
如图1所示，控制模块还包括SD卡存储器，SD卡存储器与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输，用来存储采集到的信号以及电能质量的基波及谐波的幅值、频率、相位、三相不平衡、电压瞬变等参数结果。
如图1所示，控制模块还包括显示电路模块，显示电路模块与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输，显示电路模块可以是HDMI显示电路，ARM部分还可以用来HDMI显示控制，显示电路模块用来发射HDMI1.4和DVI1.0信号，支持所有高清电视视频格式。
如图1所示，控制模块还包括键鼠控制模块，键鼠控制模块与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输，ARM部分还用来进行键鼠控制，键鼠控制模块使用USB控制端口作为USB OTG接口，支持USB键盘和鼠标；
如图2所示，信号调理电路包括抗混叠滤波电路和偏置电路，电压互感器和电流互感器的输出端均与抗混叠滤波电路的输入端相连接，抗混叠滤波电路的输出端与偏置电路的输入端相连接。抗混叠滤波电路可以选用由OP07芯片组成的RC低通抗混叠滤波器，偏置电路也可以由OP07芯片组成，电压互感器和电流互感器的信号送入由OP07芯片组成的RC低通抗混叠滤波器，再由OP07芯片构成的偏置电路使该输入 A/D 转换器的双极性交流信号转换成单极性信号，OP07芯片为运算放大器。
锁相环倍频电路为CMOS集成电路锁相环CD4046芯片；ZigBee无线通信电路为CC2530芯片；电压互感器可以采用SPT204B型号；电流互感器可以采用SCT254FK型号；A/D转换器可以采用ADS8364芯片；处理器采用Xilinx XC7Z020芯片；实时时钟电路可以采用DS1302芯片；显示电路模块可以采用ADV7511芯片；键鼠控制模块可以采用TSUB1210芯片；存储器模块可以采用MT41J128M16HA芯片；SD卡存储器可以采用TXS02612构成。
本实用新型的工作原理如下：
本装置通过电压互感器将电网强电压信号转换成弱电压模拟信号，通过电流互感器将电网强电流信号转换成弱电流模拟信号，再经过抗混叠滤波和偏置后送给锁相环倍频电路和A/D转换器，锁相环倍频电路为A/D转换器提供周期采样信号，在处理器的FPGA部分时序控制下进行模数转换，A/D转换器将转换得到的数字信号送给FPGA部分，FPGA部分完成电能质量的基波及谐波的幅值、频率、相位、三相不平衡、电压瞬变等参数计算，处理器的ARM部分进行SD卡存储，并通过ZigBee将数据传到远程服务器，并且通过HDMI显示与键鼠控制的配合实现本地显示。
以上所述的具体实施例，对本实用新型解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，其特征在于：它包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路、锁相环倍频电路、A/D转换电路和控制模块，控制模块包括实时时钟电路、处理器和ZigBee无线通信电路，实时时钟电路和ZigBee无线通信电路均连接在处理器上以实现数据双向传输；其中，
电压互感器，其输出端连接在信号调理电路上，用于采集电网强电压信号并将其转换成弱电压模拟信号同时传递给信号调理电路；
电流互感器，其输出端连接在信号调理电路上，用于采集电网强电流信号并将其转换成弱电流模拟信号同时传递给信号调理电路；
信号调理电路，用于将电压互感器传递的弱电压模拟信号和电流互感器传递的弱电流模拟信号进行滤波、放大和偏置处理符合要求后传递给A/D转换电路；
锁相环倍频电路，其输入端与信号调理电路相连接，其输出端与A/D转换电路的输入端相连接，用于从信号调理电路中获取整周期采样信号并将其传递给A/D转换电路；
A/D转换电路，其另一输入端与信号调理电路相连接，其输出端与处理器相连接，用于将信号调理电路传递的模拟信号和锁相环倍频电路传递的整周期采样信号转换成数字信号并将其传递给处理器；
处理器，其具有FPGA部分和ARM部分，FPGA部分用于将时序控制命令传递给A/D转换电路和用于对A/D转换电路传递的各数字信号数据进行分析和计算得到电能质量参数，ARM部分用于将电能质量参数通过ZigBee无线通信电路传递给远程协调器。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，其特征在于：所述的控制模块还包括存储器模块，存储器模块与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，其特征在于：所述的控制模块还包括SD卡存储器，SD卡存储器与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，其特征在于：所述的控制模块还包括显示电路模块，显示电路模块与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输。
5.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，其特征在于：所述的控制模块还包括键鼠控制模块，键鼠控制模块与处理器的ARM部分相连接以实现数据双向传输。
6.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，其特征在于：所述的信号调理电路包括抗混叠滤波电路和偏置电路，所述的电压互感器和电流互感器的输出端均与抗混叠滤波电路的输入端相连接，抗混叠滤波电路的输出端与偏置电路的输入端相连接。
7.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，其特征在于：所述的锁相环倍频电路为CMOS集成电路锁相环CD4046芯片。
8.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的电能质量监测终端装置，其特征在于：所述的ZigBee无线通信电路为CC2530芯片。
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