CN208367105U - 一种用电器在线监测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用电器在线监测设备，包括cs5460电量检测模块、电压电流互感模块、电源、量程切换电路、无线传输装置。本实用新型能够实时对电器进行在线监测，配合外部的单片机，特别是在0.005A‑20A的超大量程上的应用，填补了国内电器状态检测及负荷分析于一体的空白。在此基础上，本实用新型能够为电力规划和调度人员提供了关键信息，实现智能化节电；同时用户可根据数据及时的了解电器安全隐患，在出现故障后可以准确的定位，在一定范围内也避免了电器长时间不必要开启，节约了电能。

Description

一种用电器在线监测设备

技术领域

本实用新型涉及电器监测技术领域，更具体地，涉及一种用电器在线监测设备。

背景技术

随着用电量的不断增长，电力系统和用电设备的稳定、安全运行越来越受到关注，电器的运行的状态也在一定程度上关乎着我们的生命安全，一些无人区域的电器的运行对资源也是一种极大的浪费，从以时间为周期的计划检修应当逐渐过渡到更合理的基于电器状态检测的检修机制。而目前除了对一些重要设备的检测(如变压器)，在其他电器上的检测几乎还处于空白。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种用电器在线监测设备，包括CS5460电量检测模块、电压电流互感模块、电源、量程切换电路、无线传输装置。

所述CS5460电量检测模块由CS5460外接晶振，所述CS5460电量检测模块连接电压电流互感模块；所述CS5460电量检测模块外设单片机控制端口，所述单片机控制端口与所述单片机连接；量程切换电路连接电压电流互感模块、CS5460电量检测模块，电流互感器模块、无线传输模块连接CS5460电量检测模块。

所述量程切换电路包括比较器子电路，电力切换子电路。

比较器子电路包括第三精密电阻，第一滑动变阻器，第一比较器，第二精密电阻，第九非极性电容；各个零部件的连接关系为：第一比较器同相端接第九非极性电容一端及监视电压端口，第九非极性电容另一端接地，第一比较器反相端接第一滑动变阻器公共端；第一滑动变阻器一端接地，另一端接第三精密电阻一端，第三精密电阻另一端接负电,第一比较器输出端接外置的单片机。

电力切换子电路包括第一精密电阻，第一三极管，第一继电器，第二二极管。各个零部件的连接关系为：第一精密电阻一端与比较器子电路第一比较器输出端相连，第一精密电阻另一端接第一三极管基极，第一三极管发射极接地，第一三极管集电极接第二二极管与第一继电器后连接到正电，第一继电器公共端接CS5460电量检测模块。

电压电流互感模块分为电压互感器子电路、第一电流互感器子电路、第二电流互感器子电路。

电压互感器子电路包括电压互感器、第三滑动变阻器、第六电阻、第四精密电阻、第七精密电阻、第十五电容、第十七非极性电容、第十六非极性电容；各个零部件的连接关系为：第三滑动变阻器一端连接电压互感器三端口和第四精密电阻一端；第六电阻一端连接电压互感器的第四端口和第七精密电阻一端；第三滑动变阻器另一端与第六滑动变阻器另一端连接。第四精密电阻另一端和第七精密电阻另一端连接，且连接点接地。第四精密未接地端接第十五非极性电容一端，第七精密电阻未接地端接第十七非极性电容一端，第十五非极性电容另一端与第十七非极性电容另一端连接；第十五非极性电容与第十七非极性电容的串联支路与第十六非极性电容并联，构成滤波电路，且滤波电路的两个并联点与CS5460电量检测模块的两个输出端连接。

第一电流互感器子电路包括第一电流互感器、第一电感，第二十六非极性电容，第一运算放大器。各个零部件的连接关系为：第一电流互感器的一个输出端接第一运算放大器的二引脚，第一电流互感器的另一个输出端接第一运算放大器的三引脚；第一运算放大器的八引脚接第一电感一端，第一电感另一端与第二十六非极性电容相接后接地。第一电感与第二十六非极性电容构成一阶无源滤波；第一电感与第二十六非极性电容公共端接到小量程通道，第二十六电容与第一电感的连接点接到第一继电器常开端。

第二电流互感器子电路包括第二电流互感器，第二滑动变阻器，第十五精密电阻，第十四精密电阻，第十六精密电阻，第二十七非极性电容，第四十一非极性电容，第二十六非极性电容；各个零部件的连接关系为：第二滑动变阻器一端与第十五精密电阻一端连接，第二滑动变阻器另一端与第二电流互感器的一个输出端及第十四精密电阻一端连接，第十五精密电阻的另一端与第二电流互感器的另一个输出端及第十六精密电阻一端连接；第十六精密电阻另一端与第十四精密电阻另一端连接，且连接点接地；第二十七非极性电容与第四十一非极性电容串联后与第二十八非极性电容并联，且两个并联点分别连接到第十四精密电阻未接地端、第十六精密电阻未接地端。并联电路构成滤波电路。且两个并联点还分别连接到第一继电器长闭端。

进一步的，所述无线传输模块采用的是ESP8266型wifi模块。

进一步的，所述第一比较器为LM311型比较器。

本发明的有益效果是：

本实用新型能够实时对电器进行在线监测，配合外部的单片机，特别是在0.005A-20A 的超大量程上的应用，填补了国内电器状态检测及负荷分析于一体的空白。在此基础上，本实用新型能够为电力规划和调度人员提供了关键信息，实现智能化节电；同时用户可根据数据及时的了解电器安全隐患，在出现故障后可以准确的定位，在一定范围内也避免了电器长时间不必要开启，节约了电能。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构示意图。

图2为CS5460芯片及其外围电路示意图。

图3为量程切换电路示意图。

具体实施方式

在本申请中，以下描述的各个零部件与图中零部件一一对应，如第一电容对应C1,第二电容对应C2，第三电容对应C3......；第一电阻对应R1，第二电阻对应R2.......以此类推。

如图1所示，本实用新型包括CS5460电量检测模块，电压电流互感模块，电源、量程切换电路、无线传输装置。下面分别予以介绍。

1.CS5460电量检测模块

所述CS5460电量检测模块由CS5460外接晶振，所述CS5460电量检测模块连接电压电流互感模块。所述CS5460电量检测模块外设单片机控制端口。单片机控制端口与外接的、用于控制整个装置的单片机连接。

如图2所示，所述CS5460芯片是一个包含两个模-数转换器、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的模-数转换器。它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS和VRMS。通过外置晶振和一些简单滤波电路即可实现电参数测量。通过内置的8 个寄存器通道对测量参数进行记录，STM32型单片机对其寄存器进行读取，取一段时间平均值可得稳定的电气参数，除有功功率、无功功率、电流、功率因素等特征参数外，还可以对启动时间、启动脉冲含量等瞬态参数进行检测，通过对每次插入电器的变化量测量，与记忆数据库比对，可识别出电器。

2.电压电流互感模块

所述电压电流互感模块包括电压互感器子电路、第一电流互感器子电路、第二电流互感器子电路。

电压互感器子电路包括电压互感器，第三滑动变阻器，第六电阻，第四精密电阻，第七精密电阻，第十五非极性电容，第十七非极性电容，第十六非极性电容。各个零部件的连接关系为：第三滑动变阻器一端连接电压互感器三端口和第四精密电阻一端；第六电阻一端连接电压互感器的第四端口和第七精密电阻一端；第三滑动变阻器另一端与第六滑动变阻器另一端连接。第四精密电阻另一端和第七精密电阻另一端连接，且连接点接地。第四精密未接地端接第十五非极性电容一端，第七精密电阻未接地的一端接第十七非极性电容一端，第十五非极性电容另一端与第十七非极性电容另一端连接。第十五非极性电容与第十七非极性电容组成的串联支路与第十六非极性电容并联，构成滤波电路。滤波电路的两个并联点与 CS5460电量检测模块的两个输出端连接。

第一电流互感器子电路包括第一电流互感器、第一电感，第二十六非极性电容，第一运算放大器。各个零部件的连接关系为：第一电流互感器的一个输出端接第一运算放大器的二引脚，第一电流互感器的另一个输出端接第一运算放大器的三引脚。第一运算放大器的八引脚接第一电感一端，第一电感另一端与第二十六非极性电容相接后接地。第一电感与第二十六非极性电容构成一阶无源滤波。第二十六电容与第一电感的连接点接到第一继电器常开端。

第二电流互感器子电路包括第二电流互感器，第二滑动变阻器，第十五精密电阻，第十四精密电阻，第十六精密电阻，第二十七非极性电容，第四十一非极性电容，第二十六非极性电容。各个零部件的连接关系为：第二滑动变阻器一端与第十五精密电阻一端连接，第二滑动变阻器另一端与第二电流互感器的一个输出端及第十四精密电阻一端连接，第十五精密电阻的另一端与第二电流互感器的另一个输出端及第十六精密电阻一端连接。第十六精密电阻另一端与第十四精密端子另一端连接，且连接点接地。第二十七非极性电容与第四十一非极性电容串联后与第二十八非极性电容并联，且两个并联点分别连接到第十四精密电阻未接地端、第十六精密电阻未接地端。并联电路构成滤波电路。且两个并联点还分别连接到第一继电器长闭端。

2.量程切换电路

如图3所示，量程切换模块包括比较器子电路，电力切换子电路。

比较器子电路包括第三精密电阻，第一滑动变阻器，第一比较器，第二精密电阻，第九非极性电容。各个零部件的连接关系为：第一比较器同相端接第九非极性电容一端与监视电压端口，第九非极性电容另一端接地，第一比较器反相端接第一滑动变阻器公共端；第一滑动变阻器一端接地，另一端接第三精密电阻一端，第三精密电阻另一端接负电(-12V)。第一比较器输出端接外置的、用于控制整个装置的单片机。单片机采用STM32型。

电力切换子电路包括第一精密电阻，第一三极管，第一继电器，第二二极管。各个零部件的连接关系为：第一精密电阻一端与比较器子电路第一比较器输出端相连，第一精密电阻另一端接第一三极管基极，第一三极管发射极接地，第一三极管集电极接第二二极管与第一继电器后连接到正电(12V)，第一继电器公共端接CS5460电量检测模块，常开端接小量程通道即P22，长闭端接大量程通道即P15。

第一比较器为LM311型比较器，第一三极管为s9014型三极管。

3.无线传输模块

本实施例采用的是ESP8266型wifi模块，wifi模块将数据传输至另一单片机，模拟数据的传输与处理。

本发明主要模块的工作原理为：

量程切换模块：

首先根据实际情况设置一个监视电压，若当采集电流较大时，则推动比较强输出高电平，使得三极管导通，驱动继电器下拉，则CS5460的处理由小量程切换到大量程。CS5460内部存在集成电容，故仅需要在引脚1与引脚24外接晶振即可，电压与电流输入通道分别为引脚9，10，15，16，分别外接电阻R8,R10,R9,R11,既对输入形成限流作用，又与下方的电容 c21，c22，c24，c25构成低通滤波器，同时对输入有相位补偿的作用，参考电压必须精准为 2.5v，将引脚11与引脚12相连接以使用转换器内部的2.5v电压，且必须使用电容滤波。除此自外，将引脚6，7，8，23，19与stm32单片机相连接，以实现对CS5460寄存器的读取与写入，模式的转换，复位等等。

电压电流互感模块：

分为电压互感器与电流互感器，电压互感器内部匝数比为1：1，输入接一个限流电阻，输出接多个并联采样电阻以分散热量，所得电压值为采样电阻与限流电阻的比值乘以输入电压即为输出电压，送给CS5460线路中并联多个滤波电容。电流互感器分为小量程和大量程，大量程使用op07型精密运放对电流精确采集，小量程直接使用精密电阻采集，本设计中大、小量程的匝数比皆为2000：1，电器的电流除以匝数比乘以采样电阻的值即为通过采样电阻所得的电压值远远大于op07所采，因此为小量程通道。

本设计的整体工作流程为：电压电流互感器对电器参数采集，送给CS5460对数据采样，储存，其中可对电器功率进行识别以切换量程通道，提高本设计识别精度。所述CS5460可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS和VRMS。通过外置晶振和一些简单滤波电路即可实现电参数测量。通过内置的8个寄存器通道对测量参数进行记录，最后通过外置的stm32型单片机对数据进行处理。

本设计可通过CS5460模块取一段时间平均值可得稳定的电气参数，除有功功率、无功功率、电流、功率因素等特征参数外，还可以对启动时间、启动脉冲含量等瞬态参数进行检测，通过对每次插入电器的变化量测量，与记忆数据库比对，可识别出电器。需要说明的是，上述对CS5460实现功能的描述并不代表本实用新型对其内软件进行了改进，仅仅提供了一个硬件基础，方便技术人员进行软件设计电器监测方法。另外，单片机并不包含于本实用新型中，其外部完成的工作是技术人员可以自行制定的，如：对数据进行读取，整理与分析，并对电器的状态进行精确的判断等。

最后本实用新型使用无线传输模块将数据传输至另一单片机，模拟数据的传输与处理。

Claims (3)

1.一种用电器在线监测设备，其特征在于，包括CS5460电量检测模块、电压电流互感模块、电源、量程切换电路、无线传输模块；

所述CS5460电量检测模块由CS5460芯片外接晶振，所述CS5460电量检测模块连接电压电流互感模块；所述CS5460电量检测模块外设单片机控制端口，所述单片机控制端口与单片机连接；量程切换电路连接电压电流互感模块、CS5460电量检测模块，无线传输模块连接CS5460电量检测模块；

所述量程切换电路包括比较器子电路，电力切换子电路；

比较器子电路包括第三精密电阻，第一滑动变阻器，第一比较器，第二精密电阻，第九非极性电容；各个零部件的连接关系为：第一比较器同相端接第九非极性电容一端及监视电压端口，第九非极性电容另一端接地，第一比较器反相端接第一滑动变阻器公共端；第一滑动变阻器一端接地，另一端接第三精密电阻一端，第三精密电阻另一端接负电,第一比较器输出端接外置的单片机；

电力切换子电路包括第一精密电阻，第一三极管，第一继电器，第二二极管；

各个零部件的连接关系为：第一精密电阻一端与比较器子电路第一比较器输出端相连，第一精密电阻另一端接第一三极管基极，第一三极管发射极接地，第一三极管集电极接第二二极管与第一继电器后连接到正电，第一继电器公共端接CS5460电量检测模块；

电压电流互感模块分为电压互感器子电路、第一电流互感器子电路、第二电流互感器子电路；

电压互感器子电路包括电压互感器、第三滑动变阻器、第六电阻、第四精密电阻、第七精密电阻、第十五非极性电容、第十七非极性电容、第十六非极性电容；各个零部件的连接关系为：第三滑动变阻器一端连接电压互感器三端口和第四精密电阻一端；第六电阻一端连接电压互感器的第四端口和第七精密电阻一端；第三滑动变阻器另一端与第六滑动变阻器另一端连接；

第四精密电阻另一端和第七精密电阻另一端连接，且连接点接地；

第四精密电阻未接地端接第十五非极性电容一端，第七精密电阻未接地端接第十七非极性电容一端，第十五非极性电容另一端与第十七非极性电容另一端连接；第十五非极性电容与第十七非极性电容的串联支路与第十六非极性电容并联，构成滤波电路，且滤波电路的两个并联点与CS5460电量检测模块的两个输出端连接；

第一电流互感器子电路包括第一电流互感器、第一电感，第二十六非极性电容，第一运算放大器；

各个零部件的连接关系为：第一电流互感器的一个输出端接第一运算放大器的二引脚，第一电流互感器的另一个输出端接第一运算放大器的三引脚；第一运算放大器的八引脚接第一电感一端，第一电感另一端与第二十六非极性电容相接后接地；

第一电感与第二十六非极性电容构成一阶无源滤波；第一电感与第二十六非极性电容公共端接到小量程通道，第二十六电容与第一电感的连接点接到第一继电器常开端；

第二电流互感器子电路包括第二电流互感器，第二滑动变阻器，第十五精密电阻，第十四精密电阻，第十六精密电阻，第二十七非极性电容，第四十一非极性电容，第二十六非极性电容；各个零部件的连接关系为：第二滑动变阻器一端与第十五精密电阻一端连接，第二滑动变阻器另一端与第二电流互感器的一个输出端及第十四精密电阻一端连接，第十五精密电阻的另一端与第二电流互感器的另一个输出端及第十六精密电阻一端连接；第十六精密电阻另一端与第十四精密电阻另一端连接，且连接点接地；第二十七非极性电容与第四十一非极性电容串联后与第二十八非极性电容并联，且两个并联点分别连接到第十四精密电阻未接地端、第十六精密电阻未接地端；并联电路构成滤波电路，且两个并联点还分别连接到第一继电器长闭端。

2.如权利要求1所述的用电器在线监测设备，其特征在于，所述无线传输模块采用的是ESP8266型wifi模块。

3.如权利要求1所述的用电器在线监测设备，其特征在于，所述第一比较器为LM311型比较器。