CN204271698U - 一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，包括第一分压电路、第二分压电路、温度采集电路、微处理器、防反充电电路、充电电路、放电电路、485电路、第一至第二无线通信模块和主站；其有益效果是：能避免蓄电池出现供电故障，达到安全、有效、满容量的充电效果；通过合理使用蓄电池来延长蓄电池的使用寿命，减少因蓄电池损坏而造成的各种维修成本和人工成本，提高系统的效率和性价比，为输电线路在线状态监测系统的广泛使用提供了可靠的供电保障。
Description
技术领域
本实用新型属于输电线路监测技术领域，涉及一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置。
背景技术
输电线路检测设备的电源系统是由太阳能电池组和蓄电池组成的，蓄电池性能的劣态化，除正常的寿命老化所至外，主要还有两种原因：一是充电电压过高而造成的内部析气和失水；二是充电电压过低或充电不足而造成极板硫酸盐化。为保证蓄电池工作在合理的充放电条件下，应该对电源进行电源管理和监测。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能实时采集太阳能电池组和蓄电池的电压、温度数据，从而对蓄电池实时进行管理且能实现远程监测的应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，包括第一分压电路、第二分压电路、温度采集电路、微处理器、防反充电电路、充电电路、放电电路、485电路、第一至第二无线通信模块和主站；
所述第二分压电路的输入端接蓄电池E的电压输出端口；所述第二分压电路的输出端接所述微处理器相应的AD采样端口；
所述温度采集电路放置在蓄电池E的上表面；所述温度采集电路的输出端接所述微处理器的口线输入端口；
所述第一分压电路的输入端接太阳能电池组SE的电压输出端；所述第一分压电路的输出端接所述微处理器相应的AD采样端口；
所述防反充电电路的输入端接太阳能电池SE的相应输出端；所述防反充电电路的输出端接所述充电电路的相应输入端；
所述充电电路的控制输入端接所述微处理器的相应控制输出端；所述充电电路的电压输出端接蓄电池E的电压输入端；
所述微处理器的串口端经所述485电路与所述第一无线通信模块双向连接；所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块无线连接；所述第二无线通信模块与所述主站的以太网端双向连接；
所述放电电路的控制输入端接所述微处理器的相应控制输出端；所述放电电路的电压输入端接蓄电池E的电压输出端；
所述放电电路的电压输出端接负载。
所述第一分压电路和第二分压电路分别是由两个电阻串联组成的电路。
所述温度采集电路由型号为DS18B20的温度传感器及其外围电路构成。
所述防反充电电路由型号为20L15T的防反充二极管构成。
所述充电电路包括瞬态电压抑制二极管TVS1、滤波电容C1-C2、三极管Q1、场效应管Q3、电阻R1-R3、压敏电阻RV1、二极管D1和自恢复保护器F1；
所述瞬态电压抑制二极管TVS1的正极接太阳能电池SE的负极；所述瞬态电压抑制二极管TVS1的负极接太阳能电池SE的正极；
所述滤波电容C1并联在所述瞬态电压抑制二极管TVS1的两端；
所述电阻R3接在所述三极管Q1的基极与所述微处理器的相应控制输出端之间；
所述电阻R1与电阻R2串联后接在所述三极管Q1的集电极与所述场效应管Q3的栅极之间；所述电阻R1与电阻R2的节点接所述场效应管Q3的漏极；
所述三极管Q1的发射极接所述瞬态电压抑制二极管TVS1的正极；所述场效应管Q3的漏极接所述瞬态电压抑制二极管TVS1的负极；
所述压敏电阻RV1接在所述场效应管Q3的源极与所述三极管Q1的发射极之间；
所述滤波电容C2接在所述场效应管Q3的源极与所述三极管Q1的发射极之间；
所述二极管D1的正极接蓄电池E负极；所述二极管D1的负极接蓄电池E正极；
所述自恢复保护器F1接在所述蓄电池E正极与所述场效应管Q3的源极之间。
所述放电电路包括滤波电容C3、二极管D4、三极管Q2、场效应管Q4、电阻R4-R6和自恢复保护器F2；
所述电阻R6接在所述三极管Q2的基极与所述微处理器的相应控制输出端之间；
所述电阻R4与电阻R5串联后接在所述三极管Q2的集电极与所述场效应管Q4的栅极之间；所述电阻R4与电阻R5的节点接所述场效应管Q4的漏极；
所述三极管Q2的发射极接所述二极管D2的正极；所述场效应管Q4的源极接所述二极管D2的负极；
所述滤波电容C3接在所述二极管D2的两端；
所述场效应管Q4的漏极经所述自恢复保护器F2接蓄电池E的正极；
所述三极管Q2的发射极接蓄电池E的负极；
负载接在所述二极管D4的两端。
所述485电路包括光电耦合器U5-U6、485芯片U7、瞬态电压抑制二极管TVS2-TVS4、电阻R7-R12、电容C4和压敏电阻RV3-RV4；
所述光电耦合器U5的4脚接所述微处理器的RXD端口；所述光电耦合器U5的3脚接地；所述光电耦合器U5的1脚经所述电阻R9接+5V直流电源；所述光电耦合器U5的2脚接所述485芯片的1脚；
所述电阻R7接在所述光电耦合器U5的4脚与+3.3V直流电源之间；
所述光电耦合器U6的1脚经所述电阻R8接所述微处理器的TXD端口；所述光电耦合器U6的2脚接地；所述光电耦合器U6的3脚接地VGND；所述光电耦合器U6的4脚分别接所述485芯片U7的2脚和3脚；
所述电阻R10接在所述光电耦合器U6的4脚与+5V直流电源之间；
所述485芯片U7的4脚和5脚分别接地；
所述485芯片U7的6脚经所述压敏电阻RV2接所述第一无线通信模块的相应A端口；所述485芯片U7的7脚经所述压敏电阻RV3接所述第一无线通信模块的相应B端口；
所述瞬态电压抑制二极管TVS4接在所述第一无线通信模块的相应A端口与相应B端口之间；
所述485芯片U7的6脚依次经所述电阻R11、电容C4接地VGND；所述电阻R11与电容C4的接地接+5V直流电源；
所述485芯片U7的6脚经所述瞬态电压抑制二极管TVS2接地VGND；
所述485芯片U7的8脚接+5V直流电源；
所述485芯片U7的7脚分别经所述电阻R12和所述瞬态电压抑制二极管TVS接地VGND。
所述微处理器是由型号为STM32F103RET6的单片机及其外围电路构成。
所述第一至第二无线通信模块的型号均为MikroTik RB Metal-5SHPN RouterOS。
所述主站的型号为AMD Athlon的计算机；所述瞬态电压抑制二极管TVS1的型号为P6KE27A；所述三极管Q1-Q2的型号均为8050；所述场效应管Q3-Q4的型号均为IRF4905；所述自恢复保护器F1-F2额定电流均为15A。
本实用新型的有益效果是：本实用新型能避免蓄电池出现供电故障，达到安全、有效、满容量的充电效果；通过合理使用蓄电池来延长蓄电池的使用寿命，减少因蓄电池损坏而造成的各种维修成本和人工成本，提高系统的效率和性价比，为输电线路在线状态监测系统的广泛使用提供了可靠的供电保障。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图。
图2是充电电路原理图。
图3是放电电路原理图。
图4是485电路原理图。
具体实施方式
由图1-4所示的实施例可知，它包括第一分压电路、第二分压电路、温度采集电路、微处理器、防反充电电路、充电电路、放电电路、485电路、第一至第二无线通信模块和主站；
所述第二分压电路的输入端接蓄电池E的电压输出端口；所述第二分压电路的输出端接所述微处理器相应的AD采样端口；
所述温度采集电路放置在蓄电池E的上表面；所述温度采集电路的输出端接所述微处理器的口线输入端口；
所述第一分压电路的输入端接太阳能电池组SE的电压输出端；所述第一分压电路的输出端接所述微处理器相应的AD采样端口；
所述防反充电电路的输入端接太阳能电池SE的相应输出端；所述防反充电电路的输出端接所述充电电路的相应输入端；
所述充电电路的控制输入端接所述微处理器的相应控制输出端；所述充电电路的电压输出端接蓄电池E的电压输入端；
所述微处理器的串口端经所述485电路与所述第一无线通信模块双向连接；所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块无线连接；所述第二无线通信模块与所述主站的以太网端双向连接；
所述放电电路的控制输入端接所述微处理器的相应控制输出端；所述放电电路的电压输入端接蓄电池E的电压输出端；
所述放电电路的电压输出端接负载。
所述第一分压电路和第二分压电路分别是由两个电阻串联组成的电路，第一分压电路和第二分压电路分别并联在蓄电池和太阳能电池组的两端。两个串联电阻大小比例为10:1，从两个电阻中间采集电压。输入电压与输出电压之比为10:1。
所述温度采集电路由型号为DS18B20的温度传感器及其外围电路构成。
所述防反充电电路由型号为20L15T的防反充二极管构成。
所述充电电路包括瞬态电压抑制二极管TVS1、滤波电容C1-C2、三极管Q1、场效应管Q3、电阻R1-R3、压敏电阻RV1、二极管D1和自恢复保护器F1；
所述瞬态电压抑制二极管TVS1的正极接太阳能电池SE的负极；所述瞬态电压抑制二极管TVS1的负极接太阳能电池SE的正极；
所述滤波电容C1并联在所述瞬态电压抑制二极管TVS1的两端；
所述电阻R3接在所述三极管Q1的基极与所述微处理器的相应控制输出端之间；
所述电阻R1与电阻R2串联后接在所述三极管Q1的集电极与所述场效应管Q3的栅极之间；所述电阻R1与电阻R2的节点接所述场效应管Q3的漏极；
所述三极管Q1的发射极接所述瞬态电压抑制二极管TVS1的正极；所述场效应管Q3的漏极接所述瞬态电压抑制二极管TVS1的负极；
所述压敏电阻RV1接在所述场效应管Q3的源极与所述三极管Q1的发射极之间；
所述滤波电容C2接在所述场效应管Q3的源极与所述三极管Q1的发射极之间；
所述二极管D1的正极接蓄电池E负极；所述二极管D1的负极接蓄电池E正极；
所述自恢复保护器F1接在所述蓄电池E正极与所述场效应管Q3的源极之间。
所述放电电路包括滤波电容C3、二极管D4、三极管Q2、场效应管Q4、电阻R4-R6和自恢复保护器F2；
所述电阻R6接在所述三极管Q2的基极与所述微处理器的相应控制输出端之间；
所述电阻R4与电阻R5串联后接在所述三极管Q2的集电极与所述场效应管Q4的栅极之间；所述电阻R4与电阻R5的节点接所述场效应管Q4的漏极；
所述三极管Q2的发射极接所述二极管D2的正极；所述场效应管Q4的源极接所述二极管D2的负极；
所述滤波电容C3接在所述二极管D2的两端；
所述场效应管Q4的漏极经所述自恢复保护器F2接蓄电池E的正极；
所述三极管Q2的发射极接蓄电池E的负极；
负载接在所述二极管D4的两端。
所述485电路包括光电耦合器U5-U6、485芯片U7、瞬态电压抑制二极管TVS2-TVS4、电阻R7-R12、电容C4和压敏电阻RV3-RV4；
所述光电耦合器U5的4脚接所述微处理器的RXD端口；所述光电耦合器U5的3脚接地；所述光电耦合器U5的1脚经所述电阻R9接+5V直流电源；所述光电耦合器U5的2脚接所述485芯片的1脚；
所述电阻R7接在所述光电耦合器U5的4脚与+3.3V直流电源之间；
所述光电耦合器U6的1脚经所述电阻R8接所述微处理器的TXD端口；所述光电耦合器U6的2脚接地；所述光电耦合器U6的3脚接地VGND；所述光电耦合器U6的4脚分别接所述485芯片U7的2脚和3脚；
所述电阻R10接在所述光电耦合器U6的4脚与+5V直流电源之间；
所述485芯片U7的4脚和5脚分别接地；
所述485芯片U7的6脚经所述压敏电阻RV2接所述第一无线通信模块的相应A端口；所述485芯片U7的7脚经所述压敏电阻RV3接所述第一无线通信模块的相应B端口；
所述瞬态电压抑制二极管TVS4接在所述第一无线通信模块的相应A端口与相应B端口之间；
所述485芯片U7的6脚依次经所述电阻R11、电容C4接地VGND；所述电阻R11与电容C4的接地接+5V直流电源；
所述485芯片U7的6脚经所述瞬态电压抑制二极管TVS2接地VGND；
所述485芯片U7的8脚接+5V直流电源；
所述485芯片U7的7脚分别经所述电阻R12和所述瞬态电压抑制二极管TVS接地VGND。
所述微处理器是由型号为STM32F103RET6的单片机及其外围电路构成。
所述第一至第二无线通信模块的型号均为MikroTik RB Metal-5SHPN RouterOS。
所述主站的型号为AMD Athlon的计算机；所述瞬态电压抑制二极管TVS1的型号为P6KE27A；所述三极管Q1-Q2的型号均为8050；所述场效应管Q3-Q4的型号均为IRF4905；所述自恢复保护器F1-F2额定电流均为15A。
本实用新型的工作过程如下：
微处理器经采样电路实时监测蓄电池和太阳能电池组的电压和蓄电池的温度，并将采集到的数据通过光电隔离模块、485芯片和防护模块传送给无线通信模块，再经无线传输到主站，主站可下发开合命令经无线传输到无线通信模块，再经防护模块、485芯片和光电隔离模块到微处理器，微处理器经放电电路控制完成负载的开合。微处理器根据采集到的温度和电压数据以不超过终值充电电压为条件，控制充电场效应管的接通和关断，从而控制蓄电池充电；同时当蓄电池电压到达设定的最低放电电压时，微处理器控制放电场效应管关断，切断负载来保护电池不被过放电。当太阳能电池板对蓄电池的充电达到设定的再次启动电压时，微处理器控制放电场效应管闭合，负载才会被再次接通。
本实用新型通过在基于无线通信的输电线路视频监视系统加装电源管理控制器，实时采集太阳能电池板和蓄电池的电压、温度数据，从而对蓄电池实时进行不同的操作，另外通过RS485接口连接无线通信终端并上传采集数据至主站，实现远程监测；远程主站下发命令，电源管理控制器收到后控制每路负载的投切，实现远程控制。
485芯片选用带有ESD保护能力的，并带有收发使能脚，大大增强了抗干扰能力。在485芯片的后端加入光电隔离电路，以免外部干扰引入数据转换模块的CPU，并保护CPU不受到破坏。同时在485芯片的前端加入保护电路，防止雷击过电压等对芯片造成损坏。
微处理器实时监测蓄电池和太阳能电池组的电压和蓄电池的温度，以控制不超过终值充电电压为条件，逐步减少充入电流至涓流状态，有效地控制蓄电池内部的氧循环复合和阴极析氢过程，最大程度的防止了蓄电池的容量衰减性老化。
在充电电路输入端并联了一个47V压敏电阻，它在电压达到47V时将被击穿，造成输入端正负极短路（这不会损坏太阳电池板），防止因意外情况产生的高压损坏控制器和蓄电池，实现超压保护。
当蓄电池电压到达设定的最低放电电压时，微处理器切断负载来保护电池不被过放电。当太阳能电池板对蓄电池的充电达到设定的再次启动电压时，负载才会被再次接通。
场效应管是电压控制单极性金属氧化物半导体场效应晶体管，所需驱动功率较小。而且场效应管只有多数载流子参与导电，不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，非常适合作控制充放电开关。
在蓄电池的回路间串联了一个保险丝，有效对蓄电池进行过流保护，起到过流保护作用。
本电源管理监测装置应用于输电线路视频监视系统后，避免蓄电池出现供电故障，达到安全，有效，满容量的充电效果。通过合理的使用蓄电池来延长蓄电池的使用寿命，减少因蓄电池损坏而造成的各种维修成本和人工成本，提高系统的效率和性价比，为输电线路在线状态监测系统的广泛使用提供了可靠的供电保障。
Claims (10)
1.一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，其特征在于：包括第一分压电路、第二分压电路、温度采集电路、微处理器、防反充电电路、充电电路、放电电路、485电路、第一至第二无线通信模块和主站；
所述第二分压电路的输入端接蓄电池E的电压输出端口；所述第二分压电路的输出端接所述微处理器相应的AD采样端口；
所述温度采集电路放置在蓄电池E的上表面；所述温度采集电路的输出端接所述微处理器的口线输入端口；
所述第一分压电路的输入端接太阳能电池组SE的电压输出端；所述第一分压电路的输出端接所述微处理器相应的AD采样端口；
所述防反充电电路的输入端接太阳能电池SE的相应输出端；所述防反充电电路的输出端接所述充电电路的相应输入端；
所述充电电路的控制输入端接所述微处理器的相应控制输出端；所述充电电路的电压输出端接蓄电池E的电压输入端；
所述微处理器的串口端经所述485电路与所述第一无线通信模块双向连接；所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块无线连接；所述第二无线通信模块与所述主站的以太网端双向连接；
所述放电电路的控制输入端接所述微处理器的相应控制输出端；所述放电电路的电压输入端接蓄电池E的电压输出端；
所述放电电路的电压输出端接负载。
2.根据权利要求1所述的一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，其特征在于：所述第一分压电路和第二分压电路分别是由两个电阻串联组成的电路。
3.根据权利要求2所述的一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，其特征在于：所述温度采集电路由型号为DS18B20的温度传感器及其外围电路构成。
4.根据权利要求3所述的一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，其特征在于：所述防反充电电路由型号为20L15T的防反充二极管构成。
5.根据权利要求4所述的一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，其特征在于：所述充电电路包括瞬态电压抑制二极管TVS1、滤波电容C1-C2、三极管Q1、场效应管Q3、电阻R1-R3、压敏电阻RV1、二极管D1和自恢复保护器F1；
所述瞬态电压抑制二极管TVS1的正极接太阳能电池SE的负极；所述瞬态电压抑制二极管TVS1的负极接太阳能电池SE的正极；
所述滤波电容C1并联在所述瞬态电压抑制二极管TVS1的两端；
所述电阻R3接在所述三极管Q1的基极与所述微处理器的相应控制输出端之间；
所述电阻R1与电阻R2串联后接在所述三极管Q1的集电极与所述场效应管Q3的栅极之间；所述电阻R1与电阻R2的节点接所述场效应管Q3的漏极；
所述三极管Q1的发射极接所述瞬态电压抑制二极管TVS1的正极；所述场效应管Q3的漏极接所述瞬态电压抑制二极管TVS1的负极；
所述压敏电阻RV1接在所述场效应管Q3的源极与所述三极管Q1的发射极之间；
所述滤波电容C2接在所述场效应管Q3的源极与所述三极管Q1的发射极之间；
所述二极管D1的正极接蓄电池E负极；所述二极管D1的负极接蓄电池E正极；
所述自恢复保护器F1接在所述蓄电池E正极与所述场效应管Q3的源极之间。
6.根据权利要求5所述的一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，其特征在于：所述放电电路包括滤波电容C3、二极管D4、三极管Q2、场效应管Q4、电阻R4-R6和自恢复保护器F2；
所述电阻R6接在所述三极管Q2的基极与所述微处理器的相应控制输出端之间；
所述电阻R4与电阻R5串联后接在所述三极管Q2的集电极与所述场效应管Q4的栅极之间；所述电阻R4与电阻R5的节点接所述场效应管Q4的漏极；
所述三极管Q2的发射极接所述二极管D2的正极；所述场效应管Q4的源极接所述二极管D2的负极；
所述滤波电容C3接在所述二极管D2的两端；
所述场效应管Q4的漏极经所述自恢复保护器F2接蓄电池E的正极；
所述三极管Q2的发射极接蓄电池E的负极；
负载接在所述二极管D4的两端。
7.根据权利要求6所述的一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，其特征在于：所述485电路包括光电耦合器U5-U6、485芯片U7、瞬态电压抑制二极管TVS2-TVS4、电阻R7-R12、电容C4和压敏电阻RV3-RV4；
所述光电耦合器U5的4脚接所述微处理器的RXD端口；所述光电耦合器U5的3脚接地；所述光电耦合器U5的1脚经所述电阻R9接+5V直流电源；所述光电耦合器U5的2脚接所述485芯片的1脚；
所述电阻R7接在所述光电耦合器U5的4脚与+3.3V直流电源之间；
所述光电耦合器U6的1脚经所述电阻R8接所述微处理器的TXD端口；所述光电耦合器U6的2脚接地；所述光电耦合器U6的3脚接地VGND；所述光电耦合器U6的4脚分别接所述485芯片U7的2脚和3脚；
所述电阻R10接在所述光电耦合器U6的4脚与+5V直流电源之间；
所述485芯片U7的4脚和5脚分别接地；
所述485芯片U7的6脚经所述压敏电阻RV2接所述第一无线通信模块的相应A端口；所述485芯片U7的7脚经所述压敏电阻RV3接所述第一无线通信模块的相应B端口；
所述瞬态电压抑制二极管TVS4接在所述第一无线通信模块的相应A端口与相应B端口之间；
所述485芯片U7的6脚依次经所述电阻R11、电容C4接地VGND；所述电阻R11与电容C4的接地接+5V直流电源；
所述485芯片U7的6脚经所述瞬态电压抑制二极管TVS2接地VGND；
所述485芯片U7的8脚接+5V直流电源；
所述485芯片U7的7脚分别经所述电阻R12和所述瞬态电压抑制二极管TVS接地VGND。
8.根据权利要求7所述的一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，其特征在于：所述微处理器是由型号为STM32F103RET6的单片机及其外围电路构成。
9.根据权利要求8所述的一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，其特征在于：所述第一至第二无线通信模块的型号均为MikroTik RB Metal-5SHPN RouterOS。
10.根据权利要求9所述的一种应用于输电线路在线监测系统的电源管理监测装置，其特征在于：所述主站的型号为AMD Athlon的计算机；所述瞬态电压抑制二极管TVS1的型号为P6KE27A；所述三极管Q1-Q2的型号均为8050；所述场效应管Q3-Q4的型号均为IRF4905；所述自恢复保护器F1-F2额定电流均为15A。
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