CN206601437U - 一种基于vf隔离变换的电压记录仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于VF隔离变换的电压记录仪，包括降压模块、放大电路、有效值转换模块、VF变换模块、光电耦合器、主处理器和显示模块，降压模块的输入端接入被监测电压信号，降压模块的输出端与放大电路的输入端相连，放大电路的输出端与有效值转换模块的输入端相连，有效值转换模块的输出端与VF变换模块的输入端相连，VF变换模块的输出端经光电耦合器与主处理器的计数口相连，主处理器的显示信号端口与显示模块的输入端相连，主处理器的时钟信号端口连接有产生系统实时时间的实时时钟模块，主处理器的数据信号端口连接有存储实时时间和对应电压数据的存储器模块。该电压记录仪测量数据精确，抗干扰性能强，方便查看。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种记录仪，尤其涉及一种基于VF隔离变换的电压记录仪，属于电网监控仪器技术领域。
背景技术
电压监测系统是对电网电压质量进行监测并自动记录的智能化仪表系统。为统计电压的合格率及其他参数，为电压质量的管理提供正确的数据。电压监测系统的最小组合为一台智能电压监测仪。通过智能电压监测仪的使用，即可实现对电压监测点的各种电压参数进行测量并记录，同时给出电压合格率、电压偏高不合格率、电压偏低不合格率等计算结果。电压监测系统的另外一种组合是有电压监测仪加上电卡、通讯机及上位计算机等配套设备所组成。
传统使用的电压记录仪主要为机械式，精度较差，而且不能存储。近年出现了电脑式电压记录仪，但精度、准确度和实用性都不能令人满意，很多电压记录仪不能实现信号和测量系统之间的隔离，使测量系统容易受到干扰，甚至受损。而且一般系统的存储速度较慢，寿命有限。电压监测仪所记录的数据很多，通过仪表键盘来查询抄录十分耗时耗工，而直接用小打印机打印也有许多缺点和不便之处。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种基于VF隔离变换的电压记录仪，可以产生精密的实时时钟，精密测量电网电压，抗干扰性能强，且方便用户随时查看。
为解决以上技术问题，本实用新型的一种基于VF隔离变换的电压记录仪，包括降压模块、放大电路、将交流信号转换为直流信号的有效值转换模块、将电压信号转换为频率信号的VF变换模块、隔离干扰的光电耦合器、采集电压信号并进行处理的主处理器和显示电压数据的显示模块，所述降压模块的输入端接入被监测电压信号，所述降压模块的输出端与所述放大电路的输入端相连，所述放大电路的输出端与所述有效值转换模块的输入端相连，所述有效值转换模块的输出端与所述VF变换模块的输入端相连，所述VF变换模块的输出端与所述光电耦合器的输入端相连，所述光电耦合器的输出端与所述主处理器的计数口相连，所述主处理器的显示信号端口与所述显示模块的输入端相连，所述主处理器的时钟信号端口连接有产生系统实时时间的实时时钟模块，所述主处理器的数据信号端口连接有存储实时时间和对应电压数据的存储器模块。
相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：被监测电压信号通常是高压信号220V或者380V交流电，通过降压模块进行降压，降压模块在降压的同时，对高压信号进行第一级的隔离。降压模块输出降压后的交流信号，经放大电路放大后，由有效值转换模块将交流电压信号转换成直流电压信号，该直流电压信号送至VF变换模块的输入端，VF变换模块根据充放电原理，计算出对应的频率信号并输出，频率高低与输入的直流电压大小成正比，VF变换模块输出的频率信号经光电耦合器进行第二级隔离后，送入主处理器的计数口进行脉冲计数，实时时钟模块同时向主处理器提供实时时间，主处理器定时周期结束后，统计脉冲个数并计算出脉冲频率，进而算出测量电压信号的大小，然后把电压信号数据和时间信息存储在存储器模块中，并通过显示模块进行显示，存储器模块中的数据可以提供用户随时查看。光电耦合器以光为媒介来传输电信号，体积小、寿命长、无触点，输出和输入之间绝缘且单向传输信号，抗干扰能力强；该电压记录仪采用了两级隔离的方式，大大增强了系统的可靠性和抗干扰的效果。
作为本实用新型的改进，所述主处理器的IO口还连接有可选择查看日期和时间的按键模块。用户可以通过按键来选择和设置菜单，可以查看相应日期的电压或者平均电压。
作为本实用新型的进一步改进，所述主处理器的通讯接口连接有RS485通信模块。主处理器采集的数据可以通过RS485通信模块输出。
作为本实用新型的进一步改进，所述主处理器还设有看门狗。以监控主程序的运行，保护数据和电路。
作为本实用新型的进一步改进，所述主处理器采用STC12C5A60S2单片机。
作为本实用新型的进一步改进，所述降压模块采用隔离变压器，所述放大电路采用OP07芯片和双电源供电方式。
作为本实用新型的进一步改进，所述有效值转换模块由AD536芯片完成真有效值转换，所述放大电路的输出端与所述AD536芯片的1脚连接，所述AD536芯片的6脚与所述VF变换模块的输入端相连。AD536为能够将交流信号快速转换成真有效值输出的集成芯片，具有精度高、可靠性好的特点，而且具有分贝输出功能。
作为本实用新型的进一步改进，所述VF变换模块采用LM331压频转换器，可调电阻R1与限流电阻R2串联后接入LM331压频转换器的2脚提供基准电流；LM331压频转换器的3脚与所述光电耦合器的输入端连接，LM331压频转换器的4脚接地；LM331压频转换器的5脚接RC定时电路且通过聚苯乙烯电容C4接地，LM331压频转换器的6脚通过相串联的电阻R4和电阻R6接地，电阻R4的两端并联有涤纶电容C2；LM331压频转换器的7脚通过电阻R3与所述有效值转换模块的输出端相连；LM331压频转换器的8脚接+12V电源。LM331压频转换器在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。动态范围宽达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01％，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，容易保证转换精度。LM331压频转换器的2脚提供基准电流，LM331的5脚接了一个聚苯乙烯电容C4，大大提高了输出信号的稳定性；LM331压频转换器的6脚提供阈值，AD536芯片6脚输出的真有效值直流电压信号进入LM331压频转换器的7脚，经LM331压频转换器根据充放电原理，计算出与真有效值直流电压信号相对应的频率信号，频率高低与输入的直流电压大小成正比，该频率信号从LM331压频转换器的3脚输出。
作为本实用新型的进一步改进，所述光电耦合器采用6N136光电耦合器。6N136专为高速TTL / TTL应用而设计，具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，响应速度快，If电流传输比大于17%，隔离的同时还对信号的电压幅度进行匹配，由12V转换至5V，适合于后面的主处理器进行采集。
作为本实用新型的进一步改进，所述存储器模块为FRAM 铁电存储器，所述FRAM铁电存储器通过IIC接口与所述主处理器连接；所述实时时钟模块采用DS3231实时时钟。FRAM 铁电存储器具有RAM和ROM优点，读写速度快并可以像非易失性存储器一样使用；DS3231实时时钟可以大大提高系统时间的精确度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。
图1为本实用新型基于VF隔离变换的电压记录仪的结构框图。
图2为图1中VF变换模块的电气原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型基于VF隔离变换的电压记录仪，包括降压模块、放大电路、将交流信号转换为直流信号的有效值转换模块、将电压信号转换为频率信号的VF变换模块、隔离干扰的光电耦合器、采集电压信号并进行处理的主处理器和显示电压数据的显示模块，降压模块的输入端接入被监测电压信号，降压模块的输出端与放大电路的输入端相连，放大电路的输出端与有效值转换模块的输入端相连，有效值转换模块的输出端与VF变换模块的输入端相连，VF变换模块的输出端与光电耦合器的输入端相连，光电耦合器的输出端与主处理器的计数口相连，主处理器的显示信号端口与显示模块的输入端相连，主处理器的时钟信号端口连接有产生系统实时时间的实时时钟模块，主处理器的数据信号端口连接有存储实时时间和对应电压数据的存储器模块。
被监测电压信号通常是高压信号220V或者380V交流电，通过降压模块进行降压，降压模块在降压的同时，对高压信号进行第一级的隔离。降压模块输出降压后的交流信号，经放大电路放大后，由有效值转换模块将交流电压信号转换成直流电压信号，该直流电压信号送至VF变换模块的输入端，VF变换模块根据充放电原理，计算出对应的频率信号并输出，频率高低与输入的直流电压大小成正比，VF变换模块输出的频率信号经光电耦合器进行第二级隔离后，送入主处理器的计数口进行脉冲计数，实时时钟模块同时向主处理器提供实时时间，主处理器定时周期结束后，统计脉冲个数并计算出脉冲频率，进而算出测量电压信号的大小，然后把电压信号数据和时间信息存储在存储器模块中，并通过显示模块进行显示，存储器模块中的数据可以提供用户随时查看。光电耦合器以光为媒介来传输电信号，体积小、寿命长、无触点，输出和输入之间绝缘且单向传输信号，抗干扰能力强；该电压记录仪采用了两级隔离的方式，大大增强了系统的可靠性和抗干扰的效果。
主处理器的IO口还连接有可选择查看日期和时间的按键模块。用户可以通过按键来选择和设置菜单，可以查看相应日期的电压或者平均电压。
主处理器的通讯接口连接有RS485通信模块。主处理器采集的数据可以通过RS485通信模块输出。
主处理器还设有看门狗。以监控主程序的运行，保护数据和电路。
主处理器采用STC12C5A60S2单片机。
存储器模块为FRAM 铁电存储器，FRAM 铁电存储器通过IIC接口与主处理器连接；实时时钟模块采用DS3231实时时钟。FRAM 铁电存储器具有RAM和ROM优点，读写速度快并可以像非易失性存储器一样使用；DS3231实时时钟可以大大提高系统时间的精确度。
降压模块采用隔离变压器，放大电路采用OP07芯片和双电源供电方式。
有效值转换模块由AD536芯片完成真有效值转换，放大电路的输出端与AD536芯片的1脚连接，AD536芯片的6脚与VF变换模块的输入端相连。AD536为能够将交流信号快速转换成真有效值输出的集成芯片，具有精度高、可靠性好的特点，而且具有分贝输出功能。
光电耦合器采用6N136光电耦合器，隔离的同时还对信号的电压幅度进行匹配，由12V转换至5V，适合于后面的主处理器进行采集。
如图2所示，VF变换模块采用LM331压频转换器，LM331压频转换器的1脚为电流输出，可调电阻R1与限流电阻R2串联后接入LM331压频转换器的2脚提供基准电流；LM331压频转换器的3脚与光电耦合器的输入端连接，同时3脚通过电阻R25与12V电压连接，LM331压频转换器的4脚接地；LM331压频转换器的5脚接RC定时电路且通过聚苯乙烯电容C4接地，RC定时电路中5脚通过电容C1接地，同时通过电阻R5接+12V；LM331压频转换器的6脚通过相串联的电阻R4和电阻R6接地，电阻R4的两端并联有涤纶电容C2；LM331压频转换器的7脚通过电阻R3与有效值转换模块的输出端相连，同时7脚通过电容C3接地；LM331压频转换器的8脚接+12V电源。
LM331压频转换器的2脚提供基准电流，LM331的5脚接了一个聚苯乙烯电容C4，大大提高了输出信号的稳定性；LM331压频转换器的6脚提供阈值，AD536芯片6脚输出的真有效值直流电压信号进入LM331压频转换器的7脚，经LM331压频转换器根据充放电原理，计算出与真有效值直流电压信号相对应的频率信号，频率高低与输入的直流电压大小成正比，该频率信号从LM331压频转换器的3脚输出。
以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。
Claims (10)
1.一种基于VF隔离变换的电压记录仪，包括降压模块、放大电路、将交流信号转换为直流信号的有效值转换模块、采集电压信号并进行处理的主处理器和显示电压数据的显示模块，其特征在于：还包括将电压信号转换为频率信号的VF变换模块和隔离干扰的光电耦合器，所述降压模块的输入端接入被监测电压信号，所述降压模块的输出端与所述放大电路的输入端相连，所述放大电路的输出端与所述有效值转换模块的输入端相连，所述有效值转换模块的输出端与所述VF变换模块的输入端相连，所述VF变换模块的输出端与所述光电耦合器的输入端相连，所述光电耦合器的输出端与所述主处理器的计数口相连，所述主处理器的显示信号端口与所述显示模块的输入端相连，所述主处理器的时钟信号端口连接有产生系统实时时间的实时时钟模块，所述主处理器的数据信号端口连接有存储实时时间和对应电压数据的存储器模块。
2.根据权利要求1所述的基于VF隔离变换的电压记录仪，其特征在于：所述主处理器的IO口还连接有可选择查看日期和时间的按键模块。
3.根据权利要求1所述的基于VF隔离变换的电压记录仪，其特征在于：所述主处理器的通讯接口连接有RS485通信模块。
4.根据权利要求1所述的基于VF隔离变换的电压记录仪，其特征在于：所述主处理器还设有看门狗。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于VF隔离变换的电压记录仪，其特征在于：所述主处理器采用STC12C5A60S2单片机。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的基于VF隔离变换的电压记录仪，其特征在于：所述降压模块采用隔离变压器，所述放大电路采用OP07芯片和双电源供电方式。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的基于VF隔离变换的电压记录仪，其特征在于：所述有效值转换模块由AD536芯片完成真有效值转换，所述放大电路的输出端与所述AD536芯片的1脚连接，所述AD536芯片的6脚与所述VF变换模块的输入端相连。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的基于VF隔离变换的电压记录仪，其特征在于：所述VF变换模块采用LM331压频转换器，可调电阻R1与限流电阻R2串联后接入LM331压频转换器的2脚提供基准电流；LM331压频转换器的3脚与所述光电耦合器的输入端连接，LM331压频转换器的4脚接地；LM331压频转换器的5脚接RC定时电路且通过聚苯乙烯电容C4接地，LM331压频转换器的6脚通过相串联的电阻R4和电阻R6接地，电阻R4的两端并联有涤纶电容C2；LM331压频转换器的7脚通过电阻R3与所述有效值转换模块的输出端相连；LM331压频转换器的8脚接+12V电源。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的基于VF隔离变换的电压记录仪，其特征在于：所述光电耦合器采用6N136光电耦合器。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的基于VF隔离变换的电压记录仪，其特征在于：所述存储器模块为FRAM 铁电存储器，所述FRAM 铁电存储器通过IIC接口与所述主处理器连接；所述实时时钟模块采用DS3231实时时钟。
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| CN114577328A (zh) * | 2020-11-30 | 2022-06-03 | 核工业理化工程研究院 | 振动测量抗干扰方法及装置 |
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