CN204101626U - 一种基于Zigbee的直流泄露电流测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于Zigbee的直流泄露电流测量装置，其包括：直流泄露电流传感模块、主控单元和电源模块，所述电源模块连接至直流泄露电流传感模块和主控单元，所述电源模块为直流泄露电流传感模块和主控单元供电，所述直流泄露电流传感模块的输出端与主控单元的输入端相连；其中所述主控单元包括：模数转换器、微控制单元和zigbee无线通信模块，所述模数转换器的输入端与直流泄露电流传感模块的输出端相连，所述模数转换器的输出端与微控制单元的输入端相连，所述微控制单元还与zigbee无线通信模块相连。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气领域，具体为一种直流泄露电流测量装置。
背景技术
在现有技术中，经常需要对比较小(几十微安到几毫安)的直流电流或者电流差信号进行测量。尤其是发电厂、变电站等现场中的直流电源系统作为控制系统和信号系统、继电保护自动控制装置的工作电源，其配电线路的绝缘性能直接关系到发电厂、变电站等的安全运行和许多用电设备的安全。介于直流系统支路繁多，各个支路工作环境复杂，多采用改进的差分直流法对直流系统的漏电电流进行检测。为保证监测系统的可靠性与有效性，对漏电电流的测量则显得尤为关键。
如果采用取样电阻或者直接把测量仪表串联到被测回路中，一般比较容易获得良好的微电流测量效果，但是工程实际中的绝大多数应用场合都不便改变现有的被测回路。在这类情况下，就需要用到高精度的小电流传感器。同时，由于直流系统的支路间距离较远，且多为具有较大落差的悬空线，对传感器组网通信的便携性也带来挑战。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服上述不足以提供一种直流泄露电流测量装置。
基于上述目的，本实用新型提供了一种基于Zigbee的直流泄露电流测量装置，其包括：
直直流泄露电流传感模块、主控单元和电源模块，所述电源模块连接至直直流泄露电流传感模块和主控单元，所述电源模块为直流泄露电流传感模块和主控单元供电，所述直流泄露电流传感模块的输出端与主控单元的输入端相连；
其中所述主控单元包括：模数转换器、微控制单元和zigbee无线通信模块，所述模数转换器的输入端与直流泄露电流传感模块的输出端相连，所述模数转换器的输出端与微控制单元的输入端相连，所述微控制单元还与zigbee无线通信模块相连。
进一步地，在本实用新型所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置中，所述主控单元还包括：数据存储器，其与所述微控制器单元连接。
进一步地，在本实用新型所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置中，所述电源模块包括：
稳压输出元件，其与所述主控单元连接，稳压输出元件将一输入电压降至一低于输入电压的电压后输出给主控单元；
虚拟信号发生器，其与所述直流泄露电流传感模块连接，以将单极性电源转换为双极性电源后供给直流泄露电流传感模块；
模拟开关，其与所述主控单元连接，并与所述虚拟信号发生器连接，所述模拟开关接收主控单元的控制信号以在关断和导通之间切换。
更进一步地，所述稳压输出元件包括AMS1117芯片。
更进一步地，所述虚拟信号发生器包括TLE2426芯片。
更进一步地，所述TLE2426芯片的输入端与公共端之间连接有极性电容，所述TLE2426芯片的减噪端口与公共端之间也连接有极性电容。该极性电容可以增强电路的抗干扰能力。
进一步地，在本实用新型所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置中，所述主控单元包括CC2530芯片。
进一步地，在本实用新型所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置中，所述直流泄露电流传感模块包括非接触式小电流传感器。
更进一步地，所述非接触式小电流传感器为DS-020LTA型霍尔磁平衡传感器。
本实用新型所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置检测精度高，使用方便，且制造成本低廉。
附图说明
图1为本实用新型所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置在一种实施方式下的结构框图。
图2显示了在本实用新型的一种实施方式下，直流泄露电流传感模块中的传感器的输入-输出特性曲线图。
图3显示了在本实用新型的一种实施方式下，电源模块的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步说明本实用新型。
如图1所示，在本实施例中，该基于Zigbee的直流泄露电流测量装置包括：直流泄露电流传感模块、主控单元和电源模块，其中，电源模块连接至直流泄露电流传感模块和主控单元，以为直流泄露电流传感模块和主控单元供电，直流泄露电流传感模块的输出端与主控单元的输入端相连。主控单元包括：模数转换器、微控制单元、数据存储器和zigbee无线通信模块，其中模数转换器的输入端与直流泄露电流传感模块的输出端相连，所述模数转换器的输出端与微控制单元的输入端相连，微控制单元还与zigbee无线通信模块和数据存储器相连。
在此实施方式下，电源模块为直流泄露电流传感模块和主控单元分别供电；直流泄露电流传感模块检测泄露的直流电流，并将检测到的信号传输给主控单元，主控单元对接收到的信号进行模数转换后，将其传输给MCU微控制单元，MCU微控制单元将经过处理的数据一方面存储在数据存储器，同时将其传输给zigbee无线通信模块，由zigbee无线通信模块通过外接天线发送出去。
在本实施例中，主控单元采用CC2530芯片，该芯片支持Zigbee2007/PRO,具有很好的互操作性、数据负荷管理和频率捷变性能。CC2530芯片的工作电压为2-3.6V。
图2显示了在本实用新型的一种实施方式下，直流泄露电流传感模块中的传感器的输入-输出特性曲线图。表1显示了该传感器的主要性能参数。
该传感器为基于霍尔磁平衡原理的非接触式小电流传感器，其工作电压为正负3.7V，额定输出电压为2V，量程为正负20mA。该传感器性能参数如表1：
表1传感器性能参数
对该传感器输入-输出特性测试结果如图2，使用MATLAB对数据进行拟合，得到关系式：
传感器输出电压U(V)＝0.0998*待测电流(mA)-0.0158
实验表明，DS-020LTA型霍尔传感器的测量电流与输出电压之间的线性度达到0.9999，并且测量精度可以达到50μA。在实际项目所用的220V直流系统中，该传感器量程所对应的等效支路对地阻抗为11MΩ到11kΩ。另外，在测试中若测量电流超出量程时，该型号传感器的输出电压在一定的范围内也可在正确反应。而此时该支路等效对地阻抗低于11kΩ，绝缘下降情况已十分严重，需要尽快排除故障，既保护传感器不受损坏，又保证系统安全。
在某些实施方式中，电源模块由7.4V锂电池供电，由于该供电电压高于传感器和主控单元的工作电压，因此需要对电源模块进行进一步地优化配置。
图3显示了本实用新型在一种实施方式下的电源模块的电路示意图。
在图3显示的实施例中，电源模块包括三部分：稳压输出元件、虚拟信号发生器和传感器电源控制元件。其中，稳压输出元件采用了AMS1117芯片，其与主控单元连接，将锂电池输出的7.4V电压降为3.3V的直流电压，为主控单元的CC2530芯片供电。虚拟信号发生器采用了德州仪器公司的TLE2426芯片，且在TLE2426芯片的输入端与公共端之间连接有极性电容，在TLE2426芯片的减噪端口与公共端之间也连接有极性电容，从而增强电路的抗干扰能力。该虚拟信号发生器将锂电池提供的单极性电源转换为双极性电源后供给电流传感器，在该芯片中，对于输入电压VCC与地而言，该芯片输出VCC/2的电压作为“虚地”点。在本实施例中，为了使电流传感器在待机和工作两种模式之间转换以延长电池工作时间(待机模式时，传感模块是测量终端最大耗能部件，有必要在待机模型下切断其工作电源)，设计了基于主控器CC2530和TS12A12511模拟开关的传感器电源控制元件，从而实现传感模块电源的智能关断。TS12A12511模拟开关是一个常开开关，其典型的开断电压与其工作电源相等。当控制信号高于其动作阈值时，模拟开关导通。在本实施例中，模拟开关TS12A12511与主控单元的芯片CC2530连接，通过芯片CC2530的I/O口实现对TS12A12511的控制。CC2530引脚输出电平为3.3V，而TS12A12511的驱动电平信号经典值为芯片供电电压的75％，为此，基于运放将CC2530的I/O口的输出电平3.3V进行了变换以满足模拟开关驱动需求。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于Zigbee的直流泄露电流测量装置，其特征在于，包括：
直流泄露电流传感模块、主控单元和电源模块，所述电源模块连接至直流泄露电流传感模块和主控单元，所述电源模块为直流泄露电流传感模块和主控单元供电，所述直流泄露电流传感模块的输出端与主控单元的输入端相连；
其中所述主控单元包括：模数转换器、微控制单元和zigbee无线通信模块，所述模数转换器的输入端与直流泄露电流传感模块的输出端相连，所述模数转换器的输出端与微控制单元的输入端相连，所述微控制单元还与zigbee无线通信模块相连。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置，其特征在于：所述主控单元还包括：数据存储器，其与所述微控制器单元连接。
3.根据权利要求1所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置，其特征在于：所述电源模块包括：
稳压输出元件，其与所述主控单元连接，述稳压输出元件将一输入电压降至一低于输入电压的电压后输出给主控单元；
虚拟信号发生器，其与所述直流泄露电流传感模块连接，以将单极性电源转换为双极性电源后供给直流泄露电流传感模块；
模拟开关，其与所述主控单元连接，并与所述虚拟信号发生器连接，所述模拟开关接收主控单元的控制信号以在关断和导通之间切换。
4.根据权利要求3所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置，其特征在于：所述稳压输出元件包括AMS1117芯片。
5.根据权利要求3所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置，其特征在于：所述虚拟信号发生器包括TLE2426芯片。
6.根据权利要求5所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置，其特征在于：所述TLE2426芯片的输入端与公共端之间连接有极性电容，所述TLE2426芯片的减噪端口与公共端之间也连接有极性电容。
7.根据权利要求1所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置，其特征在于：所述主控单元包括CC2530芯片。
8.根据权利要求1所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置，其特征在于：所述直流泄露电流传感模块包括非接触式小电流传感器。
9.根据权利要求8所述的基于Zigbee的直流泄露电流测量装置，其特征在于：所述非接触式小电流传感器为DS-020LTA型霍尔磁平衡传感器。
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| CN106405188A (zh) * | 2016-10-08 | 2017-02-15 | 中国电力科学研究院 | 一种电流测量装置的自动量程切换系统及方法 |
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2014
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| CN106405188B (zh) * | 2016-10-08 | 2020-04-17 | 中国电力科学研究院 | 一种电流测量装置的自动量程切换系统及方法 |
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