CN204967423U - 用于智能配电终端的数据采集模块 - Google Patents

用于智能配电终端的数据采集模块 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种用于智能配电终端的数据采集模块，包括微控制单元、供电单元，微控制单元与处理模块、仪表之间均设置有协议转换单元；微控制单元通过协议转换单元采集仪表数据，并对采集到的数据进行处理分析、整合成数据包、存储、实时刷新数据包；微控制单元通过协议转换单元接收到处理模块请求数据命令或操作命令后，将相应的数据包发送给处理模块或将操作命令解析下发到相应的仪表上；供电单元为微控制单元、协议转换单元供电。通过设置微控制单元对数据打包或者解析命令，协议转换单元可以方便的接收、发送数据，供电单元为微控制单元、协议转换单元供电，这样就能够可靠地对电柜中各仪表的数据进行采集。

Description

用于智能配电终端的数据采集模块
技术领域
本实用新型属于配电柜控制技术领域，特别涉及一种用于智能配电终端的数据采集模块。
背景技术
随着我国电力市场的逐步建立，对电能质量提出了越来越高的要求。电力用户也要求高质量的电能来保证其设备、仪器和系统的正常运行。但是，随着现代科学技术的迅猛发展，一方面，由于电力电子设备的应用领域越来越广，特别是各类冲击负荷和非线性负荷容量的不断扩展，使得电网中电压波形发生畸变，严重地影响了电能质量；另一方面，由于人们越来越多地使用精密和复杂的电子设备，如计算机、通信设备以及各种过程控制系统来处理和管理工作过程和事务。这就要求高质量和高可靠性的配电系统，以提供与之相适应的电能。现有技术中，如何采集电柜中各仪表的参数成为急需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于智能配电终端的数据采集模块，能够可靠地采集电柜中各仪表的数据。
为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：一种用于智能配电终端的数据采集模块，包括微控制单元、供电单元，微控制单元与处理模块、仪表之间均设置有协议转换单元；微控制单元通过协议转换单元采集仪表数据，并对采集到的数据进行处理分析、整合成数据包、存储、实时刷新数据包；微控制单元通过协议转换单元接收到处理模块请求数据命令或操作命令后，将相应的数据包发送给处理模块或将操作命令解析下发到相应的仪表上；供电单元为微控制单元、协议转换单元供电。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过设置微控制单元对数据打包或者解析命令，协议转换单元可以方便的接收、发送数据，供电单元为微控制单元、协议转换单元供电，这样就能够可靠地对电柜中各仪表的数据进行采集。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图；
图2a-2g是本实用新型MCU子模块的电路图；
图3a-3d是微控制单元的电路图；
图4a-4b是供电单元的电路图；
图5是485-1协议转换单元的电路图；
图6是485-2协议转换单元的电路图；
图7是485-3协议转换单元的电路图；
图8是与485-1协议转换单元相配合的光耦隔离单元；
图9是与485-2协议转换单元相配合的光耦隔离单元；
图10是与485-3协议转换单元相配合的光耦隔离单元。
具体实施方式
下面结合图1至图10，对本实用新型做进一步详细叙述。
参阅图1，一种用于智能配电终端的数据采集模块，包括微控制单元、供电单元，微控制单元与处理模块、仪表之间均设置有协议转换单元；微控制单元通过协议转换单元采集仪表数据，并对采集到的数据进行处理分析、整合成数据包、存储、实时刷新数据包；微控制单元通过协议转换单元接收到处理模块请求数据命令或操作命令后，将相应的数据包发送给处理模块或将操作命令解析下发到相应的仪表上；供电单元为微控制单元、协议转换单元供电。第一微控制单元方便对数据进行处理，协议转换单元用于数据的传输。
参阅图2a-2g，作为本实用新型的优选方案，所述的微控制单元包括MCU子模块，MCU子模块包括芯片ATmega128-16AI、芯片SP708、ISP接口、JTAG接口以及接口P1、P2、P3、P4，芯片ATmega128-16AI的两个VCC引脚依次通过电阻R3、发光二极管D1后接GND，两个VCC引脚与+5V电源相连，所述的+5V电源为供电单元的一个输出端，+5V电源分别通过电容C1、C2、C3、C10接GND，芯片ATmega128-16AI的AREF引脚、AVCC引脚相连后通过电阻R13接+5V电源且通过电容C4与AGND引脚相连，芯片ATmega128-16AI的PE5(INT5/OC3C)引脚依次通过电阻R19、发光二极管D2接+5V电源，芯片ATmega128-16AI的PEN引脚通过电阻R18接+5V电源，芯片ATmega128-16AI的XTAL1引脚、XTAL2引脚分别通过电容C9、C7接GND且这两个引脚之间连接有晶体振荡器Y1；MCU子模块中的P4接口为15×2的接口，芯片SP708的引脚与P4接口的引脚1相连，芯片SP708的VCC引脚接+5V电源且VCC引脚和GND引脚间连接有电容C6，芯片SP708的PFI引脚通过电阻R21接GND且PFI引脚还通过电阻R20与P4接口的引脚2相连，芯片SP708的引脚、引脚分别通过电阻R16、R17连接芯片ATmega128-16AI的RESET引脚、PG4(TOSC1)引脚；MCU子模块中的P4接口的引脚3-25、27、28、30分别与芯片ATmega128-16AI的PB0-PB7、PG3、PG4、PD0-PD7、PG0、PG1、PC0-PC5引脚相连，P4接口的引脚26通过保险丝F1、二极管D3接+5V电源，P4接口的引脚29接GND；MCU子模块中的P1接口为4×2的接口，该P1接口的引脚1-8分别与芯片ATmega128-16AI的PG2、PC7、PA6、PA7、PA4、PA5、PA2、PA3引脚相连；MCU子模块中的P2接口为9×2的接口，该P2接口的引脚1-18分别与芯片ATmega128-16AI的PE7-PE0、PF0-PF7、PA0、PA1引脚相连；MCU子模块中的P1接口为单针接口，该P1接口的引脚1与芯片ATmega128-16AI的PC6相连；ISP接口的引脚1、5、7、9分别与芯片ATmega128-16AI的PE0、RESET、PB1、PE1引脚相连，ISP接口的引脚2通过电阻R2接+5V电源，ISP接口的引脚4、6、8、10均连接GND；JTAG接口的引脚1、3、4、5、9分别通过电阻R12、R11、R15、R10、R9接+5V电源，JTAG接口的引脚1、3、5、6、9分别与芯片ATmega128-16AI的PF4、PF6、PF5、RESET、PF7引脚相连；
如图3a-3d所示，VCC_A、GND_A为供电单元的两个输出端，芯片ATmega128-16AI的PF0-PF7、PC0-PC7引脚分别通过电阻R10-R3、R28-R21接VCC_A，两个SW-DIP8开关的引脚9-16分别与芯片ATmega128-16AI的PF7-PF0、PC7-PC0引脚相连，两个SW-DIP8开关的引脚1-8均连接GND_A，芯片ATmega128-16AI的PD0引脚经过发光二极管D2、电阻R29接VCC_A，芯片ATmega128-16AI的RESETSW引脚经过复位开关SW-REST连接GND_A，芯片ATmega128-16AI的VCC、GND引脚分别连接VCC_A、GND_A。
参阅图4a-4b，所述的供电单元包括电压转换电路，电压转换电路的具体电路图如图4a所示，电压转换电路包括芯片LM2596-2576-2575-ADJ，芯片LM2596-2576-2575-ADJ的VIN引脚依次经过二极管D1、保险丝F1后与外接电源相连，VIN引脚还通过发光二极管D3、电阻R6接GND_A，二极管D3和电阻R6旁侧并联有电容C1、C2、C5以及稳压二极管D5，芯片LM2596-2576-2575-ADJ的FB引脚与电阻R2、R3的一端以及可变电阻R1的公共端彼此相连，电阻R2的另一端、可变电阻R1的其中一端接GND_A，电阻R3的另一端、可变电阻R1的另一端接VCC_A，芯片LM2596-2576-2575-ADJ的两个GND引脚接GND_A，芯片LM2596-2576-2575-ADJ的引脚通过电阻R4接GND_A，芯片LM2596-2576-2575-ADJ的VOUT引脚分别通过电感L1接VCC_A、通过二极管D2接GND_A，VCC_A和GND_A之间并联有电容C3、电容C4、串联的二极管D4和电阻R5；
供电单元还包括芯片ZLE0505D，所述芯片ZLE0505D的VI+、VI-引脚分别接VCC_A、GND_A，芯片ZLE0505D的VO+、VO-引脚分别接VCC_B、GND_B，芯片ZLE0505D的VO+、VO-引脚之间串联有电阻R1。通过设置供电单元，可以方便的为其他单元提供电能，保证其他各单元稳定工作。
参阅图5-7，所述的协议转换单元包括485-1、485-2、485-3协议转换单元；微控制单元通过485-1、485-2协议转换单元与仪表相连，485-1、485-2协议转换单元的接口的波特率分别为9600bps、4800bps；微控制单元通过485-3协议转换单元与处理模块相连；微控制单元与485-1、485-2、485-3协议转换单元之间均设置有光耦隔离单元。当然根据实际需要还可以多设置几个协议转换单元用于接收波特率为7200bps、3600bps的仪表的数据。本实施例中以最常用的两个为例进行了详细的说明。
下面结合图5-图10来详细阐述485-1、485-2、485-3协议转换单元的具体电路以及与485-1、485-2、485-3协议转换单元构成配合的光耦隔离单元的电路构成。所述的485-1、485-2、485-3协议转换单元分别包括芯片U14、U16、U13，芯片U14、U16、U13均为芯片MAX485，光耦隔离单元包括芯片U4、U6、U3，芯片U4、U6、U3均为芯片TLP521-4；芯片U14的A、B引脚与波特率为9600bps的仪表相连，芯片U14的RO引脚通过二极管D8、电阻R14接VCC_B，芯片U14的RI引脚通过二极管D7、电阻R13接VCC_B，芯片U14的VIN引脚、GND引脚分别接VCC_B、GND_B，芯片U14的RO、RI、DE引脚分别与芯片U4的I1、O2、O3、O4引脚相连，芯片U4的VB、VA、11、GA引脚分别接VCC_B、VCC_A、GND_B、GND_A，芯片U4的O1引脚与芯片ATmega128-16AI的PE4、PA0引脚相连，芯片U4的I2、I3、I4引脚分别与芯片ATmega128-16AI的PA1、PA2、PA3引脚相连；芯片U16的A、B引脚与波特率为4800bps的仪表相连，芯片U16的RO引脚通过二极管D12、电阻R18接VCC_B，芯片U16的RI引脚通过二极管D11、电阻R17接VCC_B，芯片U16的VIN引脚、GND引脚分别接VCC_B、GND_B，芯片U16的RO、RI、DE引脚分别与芯片U6的I1、O2、O3、O4引脚相连，芯片U6的VB、VA、11、GA引脚分别接VCC_B、VCC_A、GND_B、GND_A，芯片U6的O1引脚与芯片ATmega128-16AI的PE6、PB0引脚相连，芯片U6的I2、I3、I4引脚分别与芯片ATmega128-16AI的PB1、PB2、PB3引脚相连；芯片U13的A、B引脚与处理模块相连，芯片U13的RO引脚通过二极管D6、电阻R12接VCC_B，芯片U13的RI引脚通过二极管D5、电阻R11接VCC_B，芯片U13的VIN引脚、GND引脚分别接VCC_B、GND_B，芯片U13的RO、RI、DE引脚分别与芯片U3的I1、O2、O3、O4引脚相连，芯片U3的VB、VA、11、GA引脚分别接VCC_B、VCC_A、GND_B、GND_A，芯片U3的O1、I2、I3、I4引脚分别与芯片ATmega128-16AI的PE0、PE1、PE2、PE3引脚相连。光耦隔离单元可以有效地隔离内部电路和外部电路，以达到保护电路正常工作的目的，当外部出现电压异常波动时，可防止外部电压的突然提升对第二微控制单元的冲击和破坏。

Claims (5)

1.一种用于智能配电终端的数据采集模块，其特征在于：包括微控制单元、供电单元，微控制单元与处理模块、仪表之间均设置有协议转换单元；微控制单元通过协议转换单元采集仪表数据，并对采集到的数据进行处理分析、整合成数据包、存储、实时刷新数据包；微控制单元通过协议转换单元接收到处理模块请求数据命令或操作命令后，将相应的数据包发送给处理模块或将操作命令解析下发到相应的仪表上；供电单元为微控制单元、协议转换单元供电。
2.如权利要求1所述的用于智能配电终端的数据采集模块，其特征在于：所述的微控制单元包括MCU子模块，MCU子模块包括芯片ATmega128-16AI、芯片SP708、ISP接口、JTAG接口以及接口P1、P2、P3、P4，芯片ATmega128-16AI的两个VCC引脚依次通过电阻R3、发光二极管D1后接GND，两个VCC引脚与+5V电源相连，所述的+5V电源为供电单元的一个输出端，+5V电源分别通过电容C1、C2、C3、C10接GND，芯片ATmega128-16AI的AREF引脚、AVCC引脚相连后通过电阻R13接+5V电源且通过电容C4与AGND引脚相连，芯片ATmega128-16AI的PE5(INT5/OC3C)引脚依次通过电阻R19、发光二极管D2接+5V电源，芯片ATmega128-16AI的PEN引脚通过电阻R18接+5V电源，芯片ATmega128-16AI的XTAL1引脚、XTAL2引脚分别通过电容C9、C7接GND且这两个引脚之间连接有晶体振荡器Y1；MCU子模块中的P4接口为15×2的接口，芯片SP708的引脚与P4接口的引脚1相连，芯片SP708的VCC引脚接+5V电源且VCC引脚和GND引脚间连接有电容C6，芯片SP708的PFI引脚通过电阻R21接GND且PFI引脚还通过电阻R20与P4接口的引脚2相连，芯片SP708的引脚、引脚分别通过电阻R16、R17连接芯片ATmega128-16AI的RESET引脚、PG4(TOSC1)引脚；MCU子模块中的P4接口的引脚3-25、27、28、30分别与芯片ATmega128-16AI的PB0-PB7、PG3、PG4、PD0-PD7、PG0、PG1、PC0-PC5引脚相连，P4接口的引脚26通过保险丝F1、二极管D3接+5V电源，P4接口的引脚29接GND；MCU子模块中的P1接口为4×2的接口，该P1接口的引脚1-8分别与芯片ATmega128-16AI的PG2、PC7、PA6、PA7、PA4、PA5、PA2、PA3引脚相连；MCU子模块中的P2接口为9×2的接口，该P2接口的引脚1-18分别与芯片ATmega128-16AI的PE7-PE0、PF0-PF7、PA0、PA1引脚相连；MCU子模块中的P1接口为单针接口，该P1接口的引脚1与芯片ATmega128-16AI的PC6相连；ISP接口的引脚1、5、7、9分别与芯片ATmega128-16AI的PE0、RESET、PB1、PE1引脚相连，ISP接口的引脚2通过电阻R2接+5V电源，ISP接口的引脚4、6、8、10均连接GND；JTAG接口的引脚1、3、4、5、9分别通过电阻R12、R11、R15、R10、R9接+5V电源，JTAG接口的引脚1、3、5、6、9分别与芯片ATmega128-16AI的PF4、PF6、PF5、RESET、PF7引脚相连；
VCC_A、GND_A为供电单元的两个输出端，芯片ATmega128-16AI的PF0-PF7、PC0-PC7引脚分别通过电阻R10-R3、R28-R21接VCC_A，两个SW-DIP8开关的引脚9-16分别与芯片ATmega128-16AI的PF7-PF0、PC7-PC0引脚相连，两个SW-DIP8开关的引脚1-8均连接GND_A，芯片ATmega128-16AI的PD0引脚经过发光二极管D2、电阻R29接VCC_A，芯片ATmega128-16AI的RESETSW引脚经过复位开关SW-REST连接GND_A，芯片ATmega128-16AI的VCC、GND引脚分别连接VCC_A、GND_A。
3.如权利要求2所述的用于智能配电终端的数据采集模块，其特征在于：所述的供电单元包括电压转换电路；电压转换电路包括芯片LM2596-2576-2575-ADJ，芯片LM2596-2576-2575-ADJ的VIN引脚依次经过二极管D1、保险丝F1后与外接电源相连，VIN引脚还通过发光二极管D3、电阻R6接GND_A，二极管D3和电阻R6旁侧并联有电容C1、C2、C5以及稳压二极管D5，芯片LM2596-2576-2575-ADJ的FB引脚与电阻R2、R3的一端以及可变电阻R1的公共端彼此相连，电阻R2的另一端、可变电阻R1的其中一端接GND_A，电阻R3的另一端、可变电阻R1的另一端接VCC_A，芯片LM2596-2576-2575-ADJ的两个GND引脚接GND_A，芯片LM2596-2576-2575-ADJ的引脚通过电阻R4接GND_A，芯片LM2596-2576-2575-ADJ的VOUT引脚分别通过电感L1接VCC_A、通过二极管D2接GND_A，VCC_A和GND_A之间并联有电容C3、电容C4、串联的二极管D4和电阻R5；
供电单元还包括芯片ZLE0505D，所述芯片ZLE0505D的VI+、VI-引脚分别接VCC_A、GND_A，芯片ZLE0505D的VO+、VO-引脚分别接VCC_B、GND_B，芯片ZLE0505D的VO+、VO-引脚之间串联有电阻R1。
4.如权利要求3所述的用于智能配电终端的数据采集模块，其特征在于：所述的协议转换单元包括485-1、485-2、485-3协议转换单元；微控制单元通过485-1、485-2协议转换单元与仪表相连，485-1、485-2协议转换单元的接口的波特率分别为9600bps、4800bps；微控制单元通过485-3协议转换单元与处理模块相连；微控制单元与485-1、485-2、485-3协议转换单元之间均设置有光耦隔离单元。
5.如权利要求1所述的用于智能配电终端的数据采集模块，其特征在于：所述的485-1、485-2、485-3协议转换单元分别包括芯片U14、U16、U13，芯片U14、U16、U13均为芯片MAX485，光耦隔离单元包括芯片U4、U6、U3，芯片U4、U6、U3均为芯片TLP521-4；
芯片U14的A、B引脚与波特率为9600bps的仪表相连，芯片U14的RO引脚通过二极管D8、电阻R14接VCC_B，芯片U14的RI引脚通过二极管D7、电阻R13接VCC_B，芯片U14的VIN引脚、GND引脚分别接VCC_B、GND_B，芯片U14的RO、RI、DE引脚分别与芯片U4的I1、O2、O3、O4引脚相连，芯片U4的VB、VA、11、GA引脚分别接VCC_B、VCC_A、GND_B、GND_A，芯片U4的O1引脚与芯片ATmega128-16AI的PE4、PA0引脚相连，芯片U4的I2、I3、I4引脚分别与芯片ATmega128-16AI的PA1、PA2、PA3引脚相连；
芯片U16的A、B引脚与波特率为4800bps的仪表相连，芯片U16的RO引脚通过二极管D12、电阻R18接VCC_B，芯片U16的RI引脚通过二极管D11、电阻R17接VCC_B，芯片U16的VIN引脚、GND引脚分别接VCC_B、GND_B，芯片U16的RO、RI、DE引脚分别与芯片U6的I1、O2、O3、O4引脚相连，芯片U6的VB、VA、11、GA引脚分别接VCC_B、VCC_A、GND_B、GND_A，芯片U6的O1引脚与芯片ATmega128-16AI的PE6、PB0引脚相连，芯片U6的I2、I3、I4引脚分别与芯片ATmega128-16AI的PB1、PB2、PB3引脚相连；
芯片U13的A、B引脚与处理模块相连，芯片U13的RO引脚通过二极管D6、电阻R12接VCC_B，芯片U13的RI引脚通过二极管D5、电阻R11接VCC_B，芯片U13的VIN引脚、GND引脚分别接VCC_B、GND_B，芯片U13的RO、RI、DE引脚分别与芯片U3的I1、O2、O3、O4引脚相连，芯片U3的VB、VA、11、GA引脚分别接VCC_B、VCC_A、GND_B、GND_A，芯片U3的O1、I2、I3、I4引脚分别与芯片ATmega128-16AI的PE0、PE1、PE2、PE3引脚相连。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106527301A (zh) * 2016-12-30 2017-03-22 河北省电力建设调整试验所 一种便携式数据采集分析仪器

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