CN208723621U - 一种基站开关电源用通用型监控系统 - Google Patents

一种基站开关电源用通用型监控系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种基站开关电源用通用型监控系统,至少包括:数据采集模块、CPU模块、供电模块、控制模块,所述数据采集模块用于采集交流配电、整流模块、直流配电的数据信息;所述CPU模块对所有数据采集模块采集的数据信息进行分析、处理;所述供电模块对整个开关电源检测单元进行供电;所述控制模块用以实现开关电源的上下电控制;所述供电模块与数据采集模块、CPU模块和控制模块的电源输入端连接,所述CPU模块与数据采集模块、控制模块电连接,实现数据交互。本实用新型的通用型监控系统具备较高的普适性,适合任何厂家和品牌的通信开关电源,适合‑24V和‑48V的开关电源。

Description

一种基站开关电源用通用型监控系统
技术领域
本实用新型涉及通信开关电源监控领域,尤其涉及一种基站开关电源用通用型监控系统。
背景技术
交流电经过整流,可以得到直流电。为了得到稳定的直流电压,必须采用稳压电路来实现稳压。按照实现方法的不同,稳压电源可分为三种:线性稳压电源、相控稳压电源和开关稳压电源。
开关稳压电源简称开关电源,开关电源与线性稳压电源和相控稳压电源相比,具有功率转换效率高,可达85%-95%,发热少,体积小、重量轻,对电网电压大范围变化具有很强的适应性,电压、负载稳定度高等特点。目前基站机房的电源部分,绝大部分应用开关电源。
开关电源一般由交流配电、整流模块、直流配电和监控模块四部分组成,其中:交流配电的主要功能是输入市电或油机电。当市电中断或市电异常时(过压、欠压、缺相等),监控模块能自动发出告警信号,有的电源系统还能自动切换到第二路市电或自动切断交流电源,保护系统。整流模块的主要功能是从交流配电取得交流电能,将交流电整流成直流电,输出到直流母排。交流异常或直流输出异常时发出告警或自动保护。整流模块发生严重故障时,自动关机,退出工作。直流配电的主要功能是将直流母排上的直流电能分配给不同容量的负载,并给电池充电。当直流供电异常时要产生告警或保护。如熔断器断告警、电池欠压告警、电池过放电保护等。监控模块的主要功能是实时监测和控制电源系统各部分工作。即监测和控制交流配电、整流模块、直流配电的工作状态。对电池进行自动管理,即自动控制充电过程,监测电池放电过程,电池电压过低时发出告警或控制直流配电断开电池,自动保护电池。监控模块还配有标准的通信口,RS232、RS485或RS422通信口,作为后台监控的接口。
存量基站的开关电源在网运行多年后,因设备维护和使用期限原因,部分开关电源监控系统故障,导致无法交维,且动环监控系统无法监控开关电源的工作情况。
当开关电源的监控模块出现问题时,目前只能通过原厂家上门维修的方式解决。但是部分厂家已经不存在或者不再提供售后服务,导致这类问题无法解决。再者,即使原厂家能够上门维修,但费用高昂,况且维修好的监控模块仍然存在故障隐患,在技术方面也已经无法很好适应现在的监控需求。
有鉴于此,有必要提供一种任何厂家的开关电源都通用的监控系统,以解决上述问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供了一种基站开关电源用通用型监控系统,以克服现有的开关电源监控模块维修困难的问题。
为实现上述目的,本实用新型提供了一种基站开关电源用通用型监控系统。
一种基站开关电源用通用型监控系统,包括:
数据采集模块,用于采集交流配电、整流模块、直流配电的数据信息;
与基站开关电源内防雷器连接的防雷器状态监控模块,用于获取反映防雷器工作状态的无源开关信号并将该无源开关信号转换成稳定电平信号;
CPU模块,所述CPU模块对所有数据采集模块采集的数据信息进行分析、处理,所述CPU模块还接收所述防雷器状态监控模块输出的稳定电平信号,根据该稳定电平信号判断防雷器的工作状态;
供电模块,对整个开关电源检测单元进行供电;
控制模块,用以实现开关电源的上下电控制;
所述供电模块与数据采集模块、防雷器状态监控模块、CPU模块和控制模块的电源输入端连接,所述CPU模块与数据采集模块、防雷器状态监控模块、控制模块电连接,实现数据交互。
作为本实用新型的进一步改进,还包括用于人机交互的显示屏和按键模块,所述显示屏、按键模块分别与CPU模块电连接,所述显示屏向用户显示数据信息,所述按键模块用以实现开关电源监控系统的参数配置。
作为本实用新型的进一步改进,还包括告警模块,该告警模块用于指示电源监控单元、被监控的开关电源的工作状态,所述告警模块的输入端与CPU模块的输出端连接。
作为本实用新型的进一步改进,所述数据采集模块包括通用数据采集模块和专用数据采集模块;
所述通用数据采集模块用于接入0-5V或者0-20MA输出的模拟量传感器,所述通用数据采集模块还用于接入0-12V高电平输入的数字量传感器;
所述专用数据采集模块用采集交流配电模块内防雷器状态、一次下电状态、二次下电状态以及霍尔传感器电流数据;
所述通用数据采集模块和专用数据采集模块分别与CPU模块电连接。
作为本实用新型的进一步改进,所述数据采集模块还包括交流电采集与计量模块,用于采集交流配电模块内的交流电压和交流电压,并得出总用电量、开关电源内每个整流模块的输入电流;所述交流电采集与计量模块与CPU模块电连接。
作为本实用新型的进一步改进,还包括用于实现和上位机通信的通信模块,所述通信模块与CPU模块电连接,所述通信模块与上位机交互式连接。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:
1. 本实用新型的通用型监控系统具备较高的普适性,适合任何厂家和品牌的通信开关电源,适合-24V和-48V的开关电源;
2.本实用新型的通用型监控系统具备较高的性价比,与原厂维修相比,本实用新型价格低廉,寿命长,运行稳定;
3.本实用新型的通用型监控系统具备创新功能,以往的开关电源监控模块都不具备交流用电计量功能,而本实用新型通过CPU模块电连接交流电采集与计量模块,不仅能够采集交流配电模块内的交流电压和交流电压,还能得出总用电量、开关电源内每个整流模块的输入电流。
附图说明
图1为基站开关电源用通用型监控系统的结构框图。
图2为基站开关电源用通用型监控系统的电路框图。
图3为防雷器状态监控模块的电路连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明,但应当说明的是,这些实施方式并非对本实用新型的限制,本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代,均属于本实用新型的保护范围之内。
请参图2和图1所示,图1为基站开关电源用通用型监控系统的结构框图,图2为通用型监控系统的结构框图。本实例的基站开关电源用通用型监控系统,至少包括:数据采集模块、CPU模块和控制模块,其中,数据采集模块用于采集交流配电、整流模块、直流配电的数据信息;CPU模块用于对所有数据采集模块采集的数据信息进行分析、处理;控制模块用以实现开关电源的上下电控制;CPU模块与数据采集模块、控制模块电连接,实现数据交互。
在本实例中,数据采集模块不做任何限制,只要能采集交流配电、整流模块、直流配电的数据信息即可。数据采集模块可以选用现有基站开关电源内的采集模块;当然也可以采用多个霍尔传感器进行电流、电压信息采集的形式。
在实际使用时,数据采集模块可以分为用于采集基站开关电源内专用数据的专用数据采集模块+传统的通用数据采集模块,其中,专用数据采集模块是用来采集开关电源的专用数据的,本实施例的专用数据采集模块可以是:用于采集基站开关电源内交流配电的电流信息的第一霍尔传感器,或,用于采集基站开关电源内交流配电的电压信息的第一霍尔电压传感器,用于采集基站开关电源内整流模块的电流信息的第二霍尔传感器,用于采集基站开关电源内直流配电的电流信息的第三霍尔传感器等等。霍尔传感器主要是采集交流配电、整流模块、直流配电的数据信息,并将这些数据信息发送至CPU模块。当然,本实施例的专用数据采集模块也可以是专利号为201420240456.0的实用新型专利中涉及的传感器模块。
具体来说,霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,霍尔效应是磁电效应的一种。磁场中有一个霍尔半导体片,恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下,I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移,使该片在CD方向上产生电位差,这就是所谓的霍尔电压。霍尔传感器分为开关型霍尔传感器和线性型霍尔传感器。开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器,斯密特触发器和输出级组成,它输出数字量。线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,它输出模拟量。线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式,闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器,线性霍尔传感器主要用于交直流电流和电压测量。霍尔电压传感器和霍尔电流传感器主要适用于工业控制领域的电压和电流测量。
为了便于监测基站开关电源内防雷器的状态,本实施例还设置了防雷器状态监控模块,该防雷器状态监控模块用于获取反映防雷器工作状态的无源开关信号并将该无源开关信号转换成稳定电平信号。其中,防雷器状态监控模块包括与防雷器连接的第一检测模块、与防雷电路连接的第二检测模块,第一检测模块用于检测防雷器的运行状态。防雷器的运行状态包括正常工作状态、装置故障状态、雷击状态,第二检测模块用于检测雷击状态信息。雷击状态信息包括雷击电流和雷击次数。当然,本实施例的防雷器状态监控模块也可以选用如图3所示的检测模块电路,电磁感应线圈与电阻R2,电阻R3连接,此后经过DB107整流,交流变为直流,然后与R2501相连, 光耦(光电隔离)然后与CPU模块的一个I/O接口连击,一次雷击,CPU模块检测到一次高电平,记录一次。
本实例的通用数据采集模块可以根据客户需求,选用常规的传感器来采集开关电源内的数据。比如使用者想了解开关电源内部的温度(因为整流模块异常时温度会偏高),就可以添加一个模拟温湿度传感器。比如使用者想关注开关电源机柜门的开启状态,就可以添加一个数字量-门磁;再比如可以添加门禁单元、窗禁单元、烟雾报警器、红外监测等等。也就是说,该部分是通过接入通用的传感器(即常用的传感器),以满足使用者的个性化需求。
当停电时,基站开关电源内的蓄电池开始供电,但是蓄电池的电压会随着供电时间而下降,从而需要对蓄电池一次下电、二次下电状态进行监测。具体的监测方法是:霍尔电压传感器将采集到的电压信息传输至CPU模块,CPU模块内预设有第一阈值和第二阈值,第一阈值大于第二阈值。当CPU模块监测到霍尔电压传感器采集到的电压信息小于第一阈值大于第二阈值时,判断蓄电池处理一次下电状态,当CPU模块监测到霍尔电压传感器采集到的电压信息小于第二阈值时,判断蓄电池处理二次下电状态。例如:当蓄电池电压低于48V 时, 开关电源会把一次下电系统断开,也就是说剩下的电力将优先供给重要的系统,当电压继续下降到 43V 以下时,二次下电也就断开了(当蓄电池电压低于 48V 时, 开关电源断掉接在一次下电端子上的非重要业务负载; 电池组继续放电,给二次下电端子上面接的重要业务负载供电,当电池电压下降到二次下电电压时,开关电源切断所有负载,保护电池组不会出现过放电现象)。本实施例中涉及的专用数据采集模块,也就是采集防雷器状态、一次下电状态、二次下电状态、霍尔传感器电流数据等(专用数据采集,包括电池电流数据采集、防雷器状态、一、二次下电状态采集)。
通用数据采集模块,可以接入0-5V或者0-20MA输出的任意类型的模拟量传感器,可以接入0-12V高电平输入的数字量传感器(留做备用,可以接入任意0-5V或者4-20MA的模拟传感器,或者任意的数字传感器)。
交流电采集与计量模块,用于采集交流电压和交流电压,计算总用电量和每个整流模块的输入电流(使用计量芯片,采集三相交流电压和交流电流,计算开关电源总用电量和每个整流模块的输入电流)。本实例的交流电采集与计量模块可以选用上海钜泉光电的HT7036计量芯片,该计量芯片包括采集电路,滤波电路,保护电路以及分压电路等。HT7036计量芯片是通过外围电路采集电压,通过互感器采集电流,计量芯片获取电压和电流数据后实现计量。
当存量基站的开关电源中,监控系统出现故障后,监控单元无法维修或者维修成本过高的时,只需要把本实例的通用型监测系统应用在开关电源中,分别采集交流电参数、整流器参数、直流屏参数,就能实现开关电源中交流配电、整流模块、直流配电的实时监控,同时通用数据采集模块还为使用者提供了接入个性化传感器的便利。换句话说,本实用新型的安装与原来的监控单元没有任何冲突,在不拆除原监控单元的情况,完全可以安装本监控单元。
本实例的CPU模块优选STM32系列的芯片,优选型号为STM32F103VCT6的单片机。STM32F系列产品基于超低功耗的 ARM Cortex-M0 处理器内核,整合增强的技术和功能,瞄准超低成本预算的应用。该系列微控制器缩短了采用 8 位和 16 位微控制器的设备与采用 32 位微控制器的设备之间的性能差距,能够在经济型用户终端产品上实现先进且复杂的功能。具有1μs的双12位ADC,4兆位/秒的UART,18兆位/秒的SPI,18MHz的I/O翻转速度;在72MHz时消耗36mA(所有外设处于工作状态),待机时下降到2μA。集成了复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等。
本实例的控制模块由继电器和保护电路组成,CPU模块发出指令,经过保护电路后进入继电器,实现开关电源的一次二次上下电控制,用于均充的整流模块上下电控制。需指出,保护电路可以是现有技术中的任一种电路结构,只要能实现对系统的保护功能即可。
本实例的基站开关电源用通用型监控系统可以使用开关电源内的电能为其供电,为了防止开关电源断电后通用型监控系统无法继续监测的缺陷,本实例的基站开关电源用通用型监控系统还可以包括对整个开关电源检测单元进行供电的供电模块,供电模块与数据采集模块、CPU模块和控制模块的电源输入端连接。供电模块与开关电源内的电源可以采用切换开关进行切换。也就是说,本实用新型的监控系统使用开关电源48V供电,当开关电源48V停电时,采用供电模块中的备用电池供电,当开关电源48V供电恢复并稳定后,切换到开关电源48V供电,切换开关的电路连接属于现有技术,此处不再赘述。本实例的供电模块是一直工作的,它平时使用开关电源-48V供电,-48V停电时,切换到供电模块的备用电池供电。
用于对整个开关电源检测单元进行供电的供电模块,供电模块与数据采集模块、CPU模块和控制模块的电源输入端连接。本实例的供电模块需具备主备电源供电功能,具有宽电压输入范围,适用于-24V和-48V开关电源,采用供电、检测复合接口,可以在供电的同时检测供电电压。
考虑到操作人员需要对通用型监控系统进行参数设置,因此,本实例的基站开关电源用通用型监控系统还包括用于人机交互的显示与按键按模块,显示与按键按模块可以包括显示屏和按键模块,显示屏、按键模块分别与CPU模块电连接,显示屏向用户显示数据信息,按键模块用以实现开关电源监控系统的参数配置。具体是:显示屏和按键模块用于人机交互,通过OLED显示屏提供信息查看,通过按键实现参数配置和数据查看等功能。显示和按键模块,包括四个按键(分别是上翻(增加)、下翻(减少)、返回、确认)和一个OLED显示屏,用于显示设备运行和采集信息,提供人机交互接口,实现设备配置。
为了便于通用型监控系统的CPU模块监测到开关电源运行不正常时发出报警信号,从而便于开关电源附近的操作人员第一时间得到报警信息,本实例的基站开关电源用通用型监控系统还包括告警模块,该告警模块用于指示电源监控单元、被监控的开关电源的工作状态,告警模块的输入端与CPU模块的输出端连接。优选告警模块为声光模块,声光模块通过多个指示灯,指示设备的供电、运行、通信以及被监测设备的告警状态,当产生告警时,发出蜂鸣提示。具体地,声光模块,包含四个指示灯和一个蜂鸣器。四个指示灯分别是电源、运行、通信、告警,其中电源指示灯指示设备的供电情况,运行指示灯指示设备的运行情况,通信指示灯指示和上位机的通信情况,告警指示灯指示设备有无产生告警,同时当有告警产生时,蜂鸣器会发生蜂鸣声。
考虑到本实例的通用型监控系统还需要与上位机进行通信,因此,基站开关电源用通用型监控系统还包括用于实现和上位机通信的通信模块,通信模块与CPU模块电连接,通信模块与上位机交互式连接。实现和上位机的通信,反馈接入设备的状态以及采集到的数据,并接收上位机的控制指令。在实际使用时,可通过跳线实现RS232和RS485接口,适应不同接口的上位机。同时可以通过该模块实现设备远程升级。
本实例的通用型监控系统是由电路搭接而成的,如图3所示,交流电采集与计量模块的工作机理是:电流互感器采集电流后,经采样、滤波电路进入计量芯片,电压经保护电路和分压衰减电路后进入计量芯片,计量芯片获取电压、电流信号后,通过运算,获得每个整流模块的输入电流,以及UA、UB、UC,IA,IB,IC (UA:A相电压,UB:B相电压、UC:C相电压,IA:A相电流,IB:B相电流,IC:C相电流),各相电功率、电能等数据,并将上述数据传送给CPU模块。
如图3所示,通用数据采集模块采集的通用模拟信号经过保护电路、衰减电路和滤波电路后,进入CPU模块,CPU模块通过换算得出真实值;专用数据采集模块采集的专用信号经过保护电路、衰减电路和滤波电路后,进入CPU模块,获取专用信号值。RS232信号或者RS485信号经过隔离电路,通过跳线进入到不同的采集芯片,经由UART接口接入CPU模块,实现与CPU模块的通信。外部被控制设备,经过保护电路后进入继电器,CPU模块发出控制指令,实现继电器 的动作、均充模块的上下电、一二次下电继电器的动作;CPU模块经数字量输出给时钟电路,时钟电路通过纽扣电池给其提供备用电源;CPU模块通过IIC接口,将数据反馈给显示屏,同时接收按键指令,实现参数配置、数据查询等操作;CPU模块控制蜂鸣器和LED指示灯,显示当前设备运行状态、告警情况等。
与现有技术相比,本实例的监控单元具有以下优点:1.本监控单元的安装与原来的监控单元没有任何冲突,在不拆除原监控单元的情况,完全可以安装本监控单元;2.本监控单元的供电范围比较宽,同时适用于-24V和-48V两种开关电源;3.本监控单元自带后备电池 ,可以有效采集一次、二次下电状态,有效控制一次、二次下电;4.本监控单元提供RS232和RS485两种通信接口,适应不同接口的上位机监控需求;5.具备本地OLED显示屏,具有自发光(无需背光)、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。方便现场调试及设备巡检;6.全面的声光指示。对于设备的供电、运行、通讯,以及设备告警情况一目了然;7.提供通用数据采集接口。可以根据实际需求,接入各类0-5V或者0-20MA输出的任意类型的模拟量传感器,也可以接入0-12V高电平输入的数字量传感器;8.本监控单元具备计量功能,弥补了以往所有监控单元的不足,可以明确的知道直流用电量,为机房能耗的计算提供了数据基础;9.设备支持远程升级功能,可以通过通信口进行远程升级设备;10.具备均充控制功能。通过控制模块控制冷备整流模块,实现开关电源的定期均充。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本实用新型的保护范围,凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言,显然本实用新型不限于上述示范性实例的细节,而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此,无论从哪一点来看,均应将实例看作是示范性的,而且是非限制性的,本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种基站开关电源用通用型监控系统,其特征在于,包括:
数据采集模块,用于采集交流配电、整流模块、直流配电的数据信息;
与基站开关电源内防雷器连接的防雷器状态监控模块,用于获取反映防雷器工作状态的无源开关信号并将该无源开关信号转换成稳定电平信号;
CPU模块,所述CPU模块对所有数据采集模块采集的数据信息进行分析、处理,所述CPU模块还接收所述防雷器状态监控模块输出的稳定电平信号,根据该稳定电平信号判断防雷器的工作状态;
控制模块,用以实现开关电源的上下电控制;
所述CPU模块与数据采集模块、防雷器状态监控模块、控制模块电连接,实现数据交互。
2.如权利要求1所述的一种基站开关电源用通用型监控系统,其特征在于,还包括用于人机交互的显示屏和按键模块,所述显示屏、按键模块分别与CPU模块电连接,所述显示屏向用户显示数据信息,所述按键模块用以实现开关电源监控系统的参数配置。
3.如权利要求1所述的一种基站开关电源用通用型监控系统,其特征在于,还包括告警模块,该告警模块用于指示电源监控单元、被监控的开关电源的工作状态,所述告警模块的输入端与CPU模块的输出端连接。
4.如权利要求1所述的一种基站开关电源用通用型监控系统,其特征在于,所述数据采集模块包括:用于采集基站开关电源内电流信号的霍尔传感器、用于采集基站开关电源内蓄电池电压信息的霍尔电压传感器、温度传感器、湿度传感器;
所述霍尔传感器、霍尔电压传感器、温度传感器、湿度传感器的输出端分别与CPU模块电连接,所述CPU模块用于接收霍尔电压传感器传输的电压信息,并将该电压信息与CPU模块内预设的电压阈值进行比较,以判断开关电源的一次下电状态或二次下电状态。
5.如权利要求4所述的一种基站开关电源用通用型监控系统,其特征在于,所述数据采集模块还包括交流电采集与计量模块,用于采集交流配电模块内的交流电压和交流电压,并得出总用电量、开关电源内每个整流模块的输入电流;所述交流电采集与计量模块与CPU模块电连接。
6.如权利要求1-4任一项所述的一种基站开关电源用通用型监控系统,其特征在于,还包括用于实现和上位机通信的通信模块,所述通信模块与CPU模块电连接,所述通信模块与上位机交互式连接。
7.如权利要求1所述的一种基站开关电源用通用型监控系统,其特征在于,还包括对整个开关电源检测单元进行供电的供电模块,所述供电模块与数据采集模块、CPU模块和控制模块的电源输入端连接。
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