CN208937641U - 电力巡检采集终端 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电力巡检采集终端，包括DSP处理电路、CAN总线通信电路和电力采集电路，电力采集电路采集配电箱各支路的电力信号；电力采集电路包括电流传感器、电压传感器和AD转换器，AD转换器的输出端连接DSP处理电路的IO接口，以将由所述AD转换器转换输出的电流数字信号和电压数字信号，输出至所述DSP处理电路；DSP处理电路的CAN控制口连接CAN驱动芯片，CAN驱动芯片连接CAN总线通信电路，DSP处理电路通过连接串口电路连接所述上位机。利用CAN总线通信传输距离广、传输速率高以及多节点的特点，在大型电力设备周边布置CAN总线及相应的CAN接口，从而可以对大型电力设备或楼宇的大型电力网络的用电参数分别进行采集和巡检；不用依赖第三方通信基站。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力数据处理技术领域，特别涉及一种电力巡检采集终端。
背景技术
目前，随着计算机技术及电力电子技术的迅速发展，电力自动化技术得到了空前的发展，对于电力设备数据的采集监控也越来越重要。其中，电力设备是指电力电网中的变压器、电流互感器、电压互感器等，为了获知各电力设备的状态，需要对各电力设备的运行数据进行采集、例如电力设备处的电流、电压等数据。
当前对电力设备的运行数据进行采集一般通过电力设备监测终端来实现。目前的电力设备监测终端已经从早期的仅具有单一功能发展到现在具有智能化、小型化、多功能化。在电力设备监测终端上一般均带有存储装置，如可移动硬盘等。电力设备监测终端所采集的电力设备数据一般均存储在该存储装置中。若要对电力设备数据进行分析，需要人工将存储装置拆除，并插接到后端数据分析计算机上进行数据分析处理。针对此种情况提出的利用GPRS和WIFI等无线通信的形式，结合嵌入式芯片进行数据处理的装置，只能适用于小型设备中，对于为数不多的电力设备的用电信息进行采集，对于大型设备、大型用电网络或者常见的用电网中的写字楼或者住宅楼宇等无线通信电路受带宽和接口数量显示，不能满足工业需要，并且传统的电力信号电力采集电路结构复杂，所采用的GPRS依赖于第三方通信的基站才能实现正常数据传输，而采用WIFI通信电力设备，信号覆盖面积小，传输距离短，因此都不适用于大型设备、大型用电网络或者常见的用电网中的写字楼或者住宅楼宇等；因此需要一种适合大型电力网络的电力巡检采集终端。
实用新型内容
本实用新型的目的旨在至少解决所述的技术缺陷之一。
为此，本实用新型的一个目的在于提出一种电力巡检采集终端，利用电压传感器和电流传感器对电力设备的电力参数进行采集，通过DSP处理电路和CAN总线通信电路进行电路结合，将采集的电力参数利用CAN总线本身具有的电路结构特性，进行多节点的数据传输，利用上位机实现了远程数据采集传输处理。
为了实现上述目的，本实用新型一方面的实施例提供一种电力巡检采集终端，包括DSP处理电路、CAN总线通信电路和电力采集电路；所述电力采集电路设置在配电箱中，采集配电箱各支路的电力信号；所述电力采集电路包括电流传感器、电压传感器和AD转换器；所述电流传感器的输入端和所述电压传感器的输入端分别连接所述配电箱内的多路电力线以采集每路电力线输出的电压模拟信号和电流模拟信号，所述电流传感器的输出端和所述电压传感器的输出端分别连接所述AD转换器的输入端，所述AD转换器的输出端连接DSP处理电路的IO接口，以将由所述AD转换器转换输出的电流数字信号和电压数字信号，输出至所述DSP处理电路；
所述DSP处理电路包括DSP芯片、时钟芯片和CAN驱动芯片；所述时钟芯片的控制接口和数据接口分别与DSP芯片的IO接口相连接；所述DSP芯片的CAN控制口的输出端连接所述CAN驱动芯片的输入端，所述CAN驱动芯片的输出端连接所述CAN总线通信电路，所述DSP处理电路的输入端通过连接串口电路连接一上位机，所述CAN总线通信电路的输出端与所述上位机连接。
优选的，所述DSP芯片的型号为TMS320LF2407，所述时钟芯片的型号为DS12C887；所述DSP芯片的12个IO接口与时钟芯片相连接，包括4个IO接口连接时钟芯片的4个控制管脚，8个IO接口连接时钟芯片的8个数据管脚。
优选的，所述电力采集电路设有多个，每个电力采集电路中的电流传感器和每个电压传感器分别对应采集配电箱内一条电力线的电流模拟信号和电压模拟信号，所述电流传感器采用型号为LTS25-NP多极电流传感器，电压传感器采用型号为IN28-P电压传感器。
优选的，还包括电源转换电路，所述电源转换电路的类型为PWM开关电源转换电路。
进一步，所述电源转换电路包括电源芯片、稳压二极管和三态稳压芯片；所述电源芯片的型号为UC3842，所述电源芯片的电源输入管脚连接稳压二极管的阳极，所述电源芯片的基准电压输出端连接三态稳压芯片的输入端；所述电源芯片的基准电压输出端还连接AD转换器和时钟芯片的电源输入端；所述三态稳压芯片的输入端输出端连接DSP芯片和CAN驱动芯片。
优选的，所述AD转换器包括AD转换芯片和运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端接地；所述运算放大器的反相输入端连接电流传感器或电压传感器，所述运算放大器的输出端连接AD转换芯片的输入管脚；所述AD转换芯片的输出端连接。
优选的，所述AD转换芯片的型号为ADS7684，所述运算放大器的型号为OPA340。
本实用新型的电力巡检采集终端相比于现有的电力巡检采集终端至少具有以下优点：
1、利用CAN总线通信传输距离广、传输速率高以及多节点的特点，在大型电力设备周边布置CAN总线及相应的CAN接口，从而可以对大型电力设备或楼宇的大型电力网络的用电参数分别进行采集；不用依赖第三方通信基站。
2、利用AD转换器本身既可以对电流信号进行转换，又可以对电压进行转换；实现了对电力采集电路中的电流传感器和电压传感器采集的电力参数普遍适用，简化了电路结构，降低了电路的功耗。
3、利用电压传感器和电流传感器对电力设备的电力参数进行采集，通过DSP处理电路和CAN总线通信电路进行电路结合，将采集的电力参数利用CAN总线本身具有的电路结构特性，进行多节点的数据传输，利用上位机实现了远程数据采集传输。
4、利用时钟芯片的具有的总线复用结构和掉电保护结构，通过DSP芯片和时钟芯片相结合，对DSP芯片进行时钟控制，减少了电路整体的功耗，满足长时间的待机要求。
5、电源转换电路采用PWM开关电源转换电路；简化了电路结构，由于电源芯片本身能够提供稳定的基准电压，因此采用PWM开关电源转换电路提高了整体电路的稳定性。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的电力巡检采集终端的电路原理图；
图2为本实用新型一个实施例中时钟电路的原理图；
图3为本实用新型一个实施例中电力采集电路的电路原理图；
图4为本实用新型一个实施例中电源转换电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的电力巡检采集终端的结构进行详细说明。
如图1所示，本实用新型的电力巡检采集终端包括：DSP处理电路、CAN总线通信电路和电力采集电路。电力采集电路设置在配电箱中，采集配电箱各支路的电力信号；电力采集电路包括电流传感器、电压传感器和AD转换器；电流传感器的输入端和电压传感器的输入端分别连接配电箱内的多路电力线以采集每路电力线输出的电压模拟信号和电流模拟信号，电流传感器的输出端和电压传感器的输出端分别连接AD转换器的输入端，AD转换器的输出端连接DSP处理电路的IO接口，以将由AD转换器转换输出的电流数字信号和电压数字信号，输出至DSP处理电路；
DSP处理电路包括DSP芯片U1、时钟芯片U2和CAN驱动芯片；时钟芯片U2的控制接口和数据接口分别与DSP芯片U1的IO接口相连接；DSP芯片的CAN控制口的输出端连接CAN驱动芯片的输入端，CAN驱动芯片的输出端连接CAN总线通信电路，DSP处理电路的输入端通过连接串口电路连接上位机，CAN总线通信电路的输出端与上位机连接。
本实施例在应用时，如图2所示，DSP芯片U1的型号为TMS320LF2407，时钟芯片U2的型号为DS12C887；DSP芯片U1的12个IO接口与时钟芯片相连接，包括4个IO接口连接时钟芯片的4个控制管脚，8个IO接口连接时钟芯片的8个数据管脚。需要说明的是时钟芯片U2的接口有两种接口时序，都采用总线复用的方式，将时钟芯片的4个控制管脚，和8个数据管脚都与DSP芯片的IO接口相连接无需替他外围电路，实现了DSP芯片与时钟芯片的时序统一。
在本申请的实施例中，电力采集电路采集配电箱的电压值和电流值，通过AD转换器将电压和电流值进行数据转换，AD转换器将转换后的数字信号输入DSP芯片，DSP芯片按照用户预设进行变换；将所得数值，只要通过CAN驱动器(电平转换)接到CAN总线上,就可以与其它CAN节点进行通讯。即在每个采集装置的电力采集传感器将要检测的各个节点的数据采集送到DSP进行处理,通过DSP的CAN控制接口,将各节点数据传输到CAN总线上,然后DSP芯片通过内置的SCI异步串行通信口与上位机通信,进行数据交换和控制操作；用户通过上位机即可随时调取每个采集装置的电力参数。
在本实施例中，采用了DSP作为微处理器,充分利用DSP器件的体积小,功耗低,数据处理功能强大的优点；同时采用CAN总线来传输数据,不仅结构简单(只有2根线与外部连接),传输稳定性高而且传输距离远,加大了数据接收的灵活性,扩展了网络节点数。系统在数据采集处理同时,可以方便地与当地PC利用DSP的串行口进行通信。基于以上优点的方案设计解决了在很多工作环境恶劣、检测点较多的场合下的数据处理传输问题。
如图3所示，在本实用新型的另一个实施例中，电力采集电路设有多个，每个电力采集电路中的电流传感器和每个电压传感器分别对应采集配电箱内一条电力线的电流模拟信号和电压模拟信号，电流传感器SENS1采用型号为LTS25-NP多极电流传感器，电压传感器采用型号为IN28-P电压传感器。AD转换器包括AD转换芯片和运算放大器，运算放大器的正相输入端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端接地；运算放大器的反相输入端连接电流传感器或电压传感器，运算放大器的输出端连接AD转换芯片的输入管脚；AD转换芯片的输出端连接。
需要说明的是，其中AD转换芯片的型号为ADS7684，运算放大器的型号为OPA340。
该部分电路采用ADS7684作为A/D转换芯片，ADS7684是一种高速、低功耗、六通道、同时采样保证无失码的双12位A/D转换器。主要应用于电机控制，三相电源控制等领域。对电流传感器和电压传感器采集的电路信号，再采用普通运算放大器LM324构成电流电压转换器#运放工作在放大状态，输出-5～+5V信号，从调理部分得到的双极性模拟信号经过运算放大器OPA340组成的转换电路变成0～5V的输入信号,接入ADS7864的+IN和-IN端子。
如图4所示，在本实用新型的另一个实施例中，电源转换电路的类型为PWM开关电源转换电路。电源转换电路包括电源芯片U3、稳压二极管和三态稳压芯片；电源芯片的型号为UC3842，电源芯片的电源输入管脚连接稳压二极管的阳极，电源芯片的基准电压输出端连接三态稳压芯片的输入端；电源芯片的基准电压输出端还连接AD转换器和时钟芯片的电源输入端；三态稳压芯片的输入端输出端连接DSP芯片和CAN驱动芯片。
首先，稳压二极管连接+48V的直流电源输出端，将+48V电压进行降压，将电压稳定在+24V左右，以供电源芯片U3工作，电源芯片U3，获得工作电压后，其第8管脚输出基准电压，+5V，其输出的基准电压用于给AD转换器、CAN驱动芯片等用电芯片供电，其输出的5V电压进过三态稳压芯片进行进一步电压调整，调整为+3.3V后用于DSP芯片供电。
ADS7684使用独立的8MHZ有源时钟，由5V电源供电。TMS320LF2407A供电电压是3.3V，而ADS7864供电电压是5V，所以二者接口需电平转换，ADS7864的16位数据线经过三态稳压芯片SN74LVTH16245A电压转换芯片再与DSP相连，片选信号CS和读信号RD分别由2407A的外部I/O空间选通信号CS和读信号RD经电平匹配模块引入，它的A/D转换结束标志信号BUSY同样须经电平匹配模块引到2407A的XINT1。ADS7864同时采到6路输入信号并将它们保存在保持寄存器，然后顺序启动转换，将转换的结果分别存放在6个寄存器中，转换完后发出BUSY中断信号，DSP响应中断，顺序读出转换结果，然后再进行下一次采样、转换。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
Claims (7)
1.一种电力巡检采集终端，其特征在于:包括DSP处理电路、CAN总线通信电路和电力采集电路，
所述电力采集电路设置在配电箱中，采集配电箱各支路的电力信号，所述电力采集电路包括电流传感器、电压传感器和AD转换器，其中：
所述电流传感器的输入端和所述电压传感器的输入端分别连接所述配电箱内的多路电力线以采集每路电力线输出的电压模拟信号和电流模拟信号；
所述电流传感器的输出端和所述电压传感器的输出端分别连接所述AD转换器的输入端，所述AD转换器的输出端连接所述DSP处理电路的IO接口，以将由所述AD转换器转换输出的电流数字信号和电压数字信号输出至所述DSP处理电路；
所述DSP处理电路包括DSP芯片、时钟芯片和CAN驱动芯片，所述时钟芯片的控制接口和数据接口分别与所述DSP芯片的IO接口相连接；所述DSP芯片的CAN控制口的输出端连接所述CAN驱动芯片的输入端，所述CAN驱动芯片的输出端连接所述CAN总线通信电路，所述DSP处理电路的输入端通过连接串口电路连接一上位机，所述CAN总线通信电路的输出端与所述上位机连接。
2.根据权利要求1所述的电力巡检采集终端，其特征在于，所述DSP芯片的型号为TMS320LF2407，所述时钟芯片的型号为DS12C887；所述DSP芯片的12个IO接口与所述时钟芯片相连接，其中4个IO接口连接时钟芯片的4个控制管脚，8个IO接口连接时钟芯片的8个数据管脚。
3.根据权利要求2所述的电力巡检采集终端，其特征在于，所述电力采集电路设有多个，每个电力采集电路中的电流传感器和每个电压传感器分别对应采集配电箱内一条电力线的电流模拟信号和电压模拟信号，所述电流传感器采用型号为LTS25-NP多极电流传感器，电压传感器采用型号为IN28-P电压传感器。
4.根据权利要求1所述的电力巡检采集终端，其特征在于，还包括电源转换电路，所述电源转换电路的类型为PWM开关电源转换电路。
5.根据权利要求4所述的电力巡检采集终端，其特征在于，所述电源转换电路包括电源芯片、稳压二极管和三态稳压芯片；所述电源芯片的型号为UC3842，所述电源芯片的电源输入管脚连接稳压二极管的阳极，所述电源芯片的基准电压输出端连接三态稳压芯片的输入端；所述电源芯片的基准电压输出端还连接AD转换器和时钟芯片的电源输入端；所述三态稳压芯片的输入端输出端连接DSP芯片和CAN驱动芯片。
6.根据权利要求2所述的电力巡检采集终端，其特征在于，所述AD转换器包括AD转换芯片和运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端接地；所述运算放大器的反相输入端连接电流传感器或电压传感器，所述运算放大器的输出端连接AD转换芯片的输入管脚；所述AD转换芯片的输出端连接。
7.根据权利要求6所述的电力巡检采集终端，其特征在于，所述AD转换芯片的型号为ADS7684，所述运算放大器的型号为OPA340。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115290969A (zh) * | 2022-10-08 | 2022-11-04 | 成都通用整流电器研究所 | 一种智能配电多模拟量采样装置 |
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2018
- 2018-08-22 CN CN201821353315.4U patent/CN208937641U/zh active Active
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| CN115290969A (zh) * | 2022-10-08 | 2022-11-04 | 成都通用整流电器研究所 | 一种智能配电多模拟量采样装置 |
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