CN209372996U - 一种便携式无线电能质量分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种便携式无线电能质量分析仪，包括：信号采集调理模块、运算处理单元、电源模块、人机无线通信系统。本实用新型不仅具备电能质分析的功能，同时还集成有万用表的电阻参数测量功能以及二极管的导通监测功能。信号采集调理模块采集三相电压、电流信号和电阻及二极管二者的电气参数信号后传输至运算处理单元进行相关电能质量参数算，而运算处理单元可实现与人机无线通信系统的交互，人机无线通信系统可控制运算处理单元，并接收显示运算处理单元对相关电能质量的计算结果。通过上述结构，本实用新型可实现多种测量功能，同时具备操作简单，便携的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于电能质量分析、通信、检测仪表技术领域，具体涉及一种便携式无线电能质量分析仪。
背景技术
随着电力技术的发展，电力电网对供电质量的要求愈加严苛，国家也出台了相关电能质量国家标准，由此开发研究了多种电能质量分析测试方法和仪器设备。
目前国内电能质量分析设备分固定式和便携式两类，固定式是将电能质量分析设备直接或间接接入到电网二次保护设备中，作为系统级设备使用，不具备灵活性；便携式则设计为手提式仪表，具备一定灵活性，但一般不具备无线通信功能，工作人员必须深入到现场进行数据采集分析，使用不方便。而且目前的电能质量分析仪只具备电能质量分析功能，即设备只具备电压，电流采集通道。这种单一功能使得电能质量分析仪应用场合受到限制，只能应用于监测电力电网线路，对于一些进行现场维护和分析的技术人员来说，需要一台综合的检测仪表。
实用新型内容
实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种便携式无线电能质量分析仪，为解决现有技术中设备灵活性不高，不具备无线通信功能以及功能单一，应用场合受限的缺陷。
技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种便携式无线电能质量分析仪，包括：信号采集调理模块、运算处理单元、电源模块、人机无线通信系统；
所述信号采集调理模块与所述运算处理单元互联，输入信号经信号采集调理模块采集并调理后输入至运算处理单元进行相关电能质量参数的计算；
运算处理单元通过数字处理器实现对信号采集调理模块中不同信号采集通道的选通控制以及自动量程切换控制；
所述人机无线通讯系统包括依次互联的：蓝牙通信模块、移动终端，所述移动终端与所述蓝牙通信模块实现无线通信；所述运算处理单元与所述蓝牙通信模块互联；
所述人机无线通信系统通过移动终端控制运算处理单元，并接收显示运算处理单元对相关电能质量的计算结果；
所述电源模块分别与所述信号采集调理模块、运算处理单元、蓝牙通信模块相连，为系统的正常工作提供电源。
进一步的，所述信号采集调理模块包括：三相电压、电流采集调理电路，电阻参数采集调理电路，二极管导通监测电路；对应的信号采集调理模块采集的信号包括：三相电压、电流信号，电阻的电气参数信号，二极管的电气参数信号。
进一步的，所述三相电压、电流采集调理电路中，
电压采集调理电路包括：电压输入衰减电路、电压跟随器、自动量程控制及信号调理电路，所述自动量程控制及信号调理电路是由OP37A构成的双级放大器级联电路，第一级放大器与74HC4051模拟开关构成自动量程切换控制电路，第二级运算放大器输出引脚OUT1直接与所述运算处理单元的DSP芯片ADC采集通道相连；
电流采集调理电路包括：电流输入电路、信号调理电路，信号调理电路采用OP37A运算放大器电路，放大器输出端经引脚OUT2与所述运算处理单元的DSP芯片ADC采集通道相连。
进一步的，所述电阻参数采集调理电路设20兆欧、2兆欧、200千欧、20千欧、2千欧、200欧六档，采用74HC4051八路模拟开关芯片实现自动控制，芯片控制信号由DSP直接提供。
进一步的，所述二极管导通监测电路采用LM324构成电压比较器，比较器输引脚OUT7直接与DSP芯片ADC采集通道相连，比较器负输入端输入电压基准值2.5V，正输入端与监测口一端接通，监测口另一端接地。
进一步的，所述蓝牙通信模块采用BLK-MD-HC-05蓝牙模块，该模块使用BlueCore-Ext芯片，遵循V2.0+EDR蓝牙规范，该模块承担运算处理单元与移动终端的通信；
所述移动终端具体为Android手机APP，承担人机交互功能。
进一步的，所述运算处理单元采用DSP的TM320F28335芯片，AD采集模块采用DSP自带12位分辨率16通道的ADC模块。
进一步的，所述人机无线通信系统通过移动终端控制运算处理单元，指用户通过移动终端向所述运算处理单元的DSP芯片发送信号采集通道选通指令，使DSP芯片根据指令关闭相应的ADC采集通道，达到用户可自行选择相应测量功能的目的。
有益效果：本实用新型提供的一种便携式无线电能质量分析仪，与现有技术相比，具有以下优势：
通过蓝牙模块实现无线通信功能，使设备具备低成本、低功耗、近距离的无线通信技术，数据传输速率可高达1Mb/s；同时信号传输用无线代替有线电缆，解决了电缆传输存在的弊端，拓宽了系统在较为恶劣的环境或特殊场所的应用。
仪器采用Android手机APP作为人机交互界面，一方面使设备操作简单易懂，同时操作员可直接通过手机监控电网的电能质量，不必通过复杂的电脑操作系统或深入现场，具备使用灵活，方便的优点；另一方面，APP的人性化操作界面相比于复杂的电脑操作系统，可有效提高操作人员的工作效率。
仪器不仅具有传统电能质量分析仪对电能质量参数如电压、电流、功率、谐波等进行分析计算显示的功能，同时还集成有万用表的电阻参数测量功能以及二极管的导通监测功能，这使得仪器具备测量功能多样化，使用场合多样化的优点。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构框图
图2为本实用新型电压采集调理电路原理图
图3为本实用新型电流采集调理电路原理图
图4为本实用新型电阻参数采集调理电路原理图
图5为本实用新型二极管导通监测电路原理图
图中；1.信号采集调理模块；2.运算处理单元；3.电源模块；4.人机无线通信系统；5.电压输入衰减电路；6.电压跟随器；7.自动量程控制及信号调理电路；8.电流输入电路；9.信号调理电路；10.电阻参数采集调理电路；11.二极管导通监测电路。
具体实施方式
本实用新型公开了一种便携式无线电能质量分析仪，包括：信号采集调理模块、运算处理单元、电源模块、人机无线通信系统。本实用新型不仅具备电能质分析的功能，同时还集成有万用表的电阻参数测量功能以及二极管的导通监测功能。其特征在于，信号采集调理模块采集三相电压、电流信号和电阻及二极管二者的电气参数信号后传输至运算处理单元进行相关电能质量参数算，而运算处理单元可实现与人机无线通信系统的交互，人机无线通信系统可控制运算处理单元，并接收显示运算处理单元对相关电能质量的计算结果。通过上述结构，本实用新型可实现多种测量功能，同时具备操作简单，便携的优点。
以下结合附图对本实用新型的原理及特征进行详细描述，所述实例只用于解释本实用新型，并非对本实用新型的使用范围进行限定。
参见图1，一种多功能便携式无线电能质量分析仪，包括：信号采集调理模块1；运算处理单元2；电源模块3；人机无线通信系统4。所述信号采集调理模块1与运算处理单元2互联，输入信号经信号采集调理模块1采集并调理后输入至运算处理单元2进行相关电能质量参数的计算，而运算处理单元2可实现对信号采集调理模块1中不同信号采集通道的选通控制以及自动量程切换控制；所述人机无线通讯系统4包括：蓝牙通信模块、移动终端；所述运算处理单元2与蓝牙通信模块互联，所述移动终端与蓝牙通信模快实现无线通信；所述电源模块3分别与所述信号采集调理模块1、运算处理单元2、蓝牙通信模块相连，为系统的正常工作提供电源；
所述信号采集调理模块1包括：三相电压、电流采集调理电路，电阻参数采集调理电路，二极管导通监测电路11。信号采集调理模块承担上述信号采集调理，并将信号输入至ADC模块。
参见图2，所述电压采集调理电路包括；电压输入衰减电路5、电压跟随器6、自动量程控制及信号调理电路7。电压采集调理电路主要采集电网220V等级电压，设置三通道采集端口(三相)，同时增设22V，2.2V两个测量量程。电压信号通过引脚IN1输入至电压输入衰减电路5，所述电压输入衰减电路5实质是高阻衰减器，是由两个电阻，电容串并联构成的电阻分压器，通过对电阻，电容参数的设置，输入电压信号通过高阻衰减器可实现1/200的信号衰减，即输入220V电压时，输出为1.1V，电容主要承担滤除杂波作用。所述电压跟随器6是由LM358运算放大器构成的单倍增益电路。所述自动量程控制及信号调理电路7是由OP37A构成的双级放大器级联电路。第一级放大器与74HC4051模拟开关构成自动量程切换控制电路，第二级放大器作用为电压信号调理，可将第一级放大器电路输出信号调理为适合DSP芯片ADC采集模块输入引脚要求的3V信号。第二级运算放大器输出引脚OUT1直接与DSP芯片ADC采集通道相连。
参见图3，所述电流采集调理电路包括；电流输入电路8、信号调理电路9。电流输入电路8采用HCT204AF型互感器，电流信号经引脚IN2、IN3输入。信号调理电路9采用OP37A运算放大器电路，放大器输出端经引脚OUT2与DSP芯片ADC采集通道相连。
参见图4，所述电阻参数采集调理电路10，其特征在于，设20兆欧、2兆欧、200千欧、20千欧、2千欧、200欧六档，采用74HC4051八路模拟开关芯片实现自动控制，芯片控制信号由DSP直接提供。引脚IN4、IN5接被测电阻，5V的电源电压经过电阻R25和二极管D10分压，利用二极管的正向导通压降约为0.65V作测试电压，利用被测电阻和档位标准电阻的分压比来计算被侧电阻阻值，输出引脚OUT3、OUT4、OUT5、OUT6与DSP芯片ADC采集通道相连。电路中正温度系数热敏电阻RTC1，晶体管Q1与电容C12，电阻R27，R28构成保护电路。其中Q1集电极被短接，便于利用其反射极反向电压代替稳压管作过压保护，RTC1限制Q1的反向击穿电流。C12做消噪电容，R27，R28做限流保护电阻。
参见图5，所述二极管导通监测电路11，其特征在于，二极管导通监测电路目的为监测线路的导通，监测方法为：采用LM324构成电压比较器，比较器输引脚OUT7直接DSP芯片ADC采集通道相连，比较器负输入端输入电压基准值2.5V，正输入端与监测口一端接通，监测口另一端接地。若监测口导通，比较器正输入端电压接近于0V，则比较器输出信号为0V。若检测口开路，则比较器正输入端电压为5V，此时输出端信号经分压后为3V,则通过判断输入到ADC模块的电压值即可判断二极管测试端导通情况。
参见图1，所述运算处理单元即为DSP，采用TM320F28335型号芯片，其特征在于，ADC采集模块直接采用TM320F28335自带的12位分辨率，16通道的AD采样模块；外部晶振采用30MHz晶振源；DSP采用5V供电的方式，电源电路采用AMS1117-3.3和AMS1117-1.8两款稳压电源将5V电压转换为3.3V和1.8V；复位方式采用硬件复位，硬件复位电路使用TPS3307-18脉冲触发芯片做为复位脉冲发出芯片，芯片采用3.3V供电；DSP承担相关电能质量参数与电阻参数的计算以及为74HC4051模拟开关提供控制信号，同时，DSP可将运算结果传输至蓝牙通信模块，并接收蓝牙通信模块发来的控制信号。
参见图1，所述人机无线通信系统包括：蓝牙通信模块、移动终端。
所述蓝牙通信模块与DSP互联，采用BLK-MD-HC-05蓝牙模块，遵循V2.0+EDR蓝牙规范。本实用新型中蓝牙通信模块承担信息通信的功能，将来自DSP的数据传输至移动终端中，并将来自移动终端的控制指令传输至DSP中，数据传输速率为1Mb/s。
所述移动终端具体为Android手机APP，其特征为，APP承担功能有：1.接收显示来自蓝牙通信模块的参数数据如电能质量参数、电阻参数、二极管导通情况，同时APP设计有绘图区域和绘图线程，可显示电压，电流波形；2.用户可通过APP向DSP发送信号采集通道选通指令，使DSP可根据指令关闭相应的ADC采集通道，达到用户可自行选择相应测量功能的目的。
参见图1，所述电源模块，其特征在于，电源模块采用USB接口供电方式，用户可直接使用AC/DC稳压充头将220V交流电转换为5V直流电输入至USB接口中，同时，电源模块内置A0505S-3W作为电平转换芯片，可将5V电压转换为±5V电压给系统供电。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种便携式无线电能质量分析仪，其特征在于，包括：信号采集调理模块、运算处理单元、电源模块、人机无线通信系统；
所述信号采集调理模块与所述运算处理单元互联，输入信号经信号采集调理模块采集并调理后输入至运算处理单元进行相关电能质量参数的计算；
运算处理单元通过数字处理器实现对信号采集调理模块中不同信号采集通道的选通控制以及自动量程切换控制；
所述人机无线通信系统包括依次互联的：蓝牙通信模块、移动终端，所述移动终端与所述蓝牙通信模块实现无线通信；所述运算处理单元与所述蓝牙通信模块互联；
所述人机无线通信系统通过移动终端控制运算处理单元，并接收显示运算处理单元对相关电能质量的计算结果；
所述电源模块分别与所述信号采集调理模块、运算处理单元、蓝牙通信模块相连，为系统的正常工作提供电源。
2.如权利要求1所述的一种便携式无线电能质量分析仪，其特征在于，所述信号采集调理模块包括：三相电压、电流采集调理电路，电阻参数采集调理电路，二极管导通监测电路；对应的信号采集调理模块采集的信号包括：三相电压、电流信号，电阻的电气参数信号，二极管的电气参数信号。
3.如权利要求2所述的一种便携式无线电能质量分析仪，其特征在于，所述三相电压、电流采集调理电路中，
电压采集调理电路包括：电压输入衰减电路、电压跟随器、自动量程控制及信号调理电路，所述自动量程控制及信号调理电路是由OP37A构成的双级放大器级联电路，第一级放大器与74HC4051模拟开关构成自动量程切换控制电路，第二级运算放大器输出引脚OUT1直接与所述运算处理单元的DSP芯片ADC采集通道相连；
电流采集调理电路包括：电流输入电路、信号调理电路，信号调理电路采用OP37A运算放大器电路，放大器输出端经引脚OUT2与所述运算处理单元的DSP芯片ADC采集通道相连。
4.如权利要求2所述的一种便携式无线电能质量分析仪，其特征在于，所述电阻参数采集调理电路设20兆欧、2兆欧、200千欧、20千欧、2千欧、200欧六档，采用74HC4051八路模拟开关芯片实现自动控制，芯片控制信号由DSP直接提供。
5.如权利要求2所述的一种便携式无线电能质量分析仪，其特征在于，所述二极管导通监测电路采用LM324构成电压比较器，比较器输引脚OUT7直接与DSP芯片ADC采集通道相连，比较器负输入端输入电压基准值2.5V，正输入端与监测口一端接通，监测口另一端接地。
6.如权利要求1所述的一种便携式无线电能质量分析仪，其特征在于，所述蓝牙通信模块采用BLK-MD-HC-05蓝牙模块，该模块使用BlueCore-Ext芯片，遵循V2.0+EDR蓝牙规范，该模块承担运算处理单元与移动终端的通信；
所述移动终端具体为Android手机APP，承担人机交互功能。
7.如权利要求1所述的一种便携式无线电能质量分析仪，其特征在于，所述运算处理单元采用DSP的TM320F28335芯片，AD采集模块采用DSP自带12位分辨率16通道的ADC模块。
8.如权利要求1所述的一种便携式无线电能质量分析仪，其特征在于，所述人机无线通信系统通过移动终端控制运算处理单元，指用户通过移动终端向所述运算处理单元的DSP芯片发送信号采集通道选通指令，使DSP芯片根据指令关闭相应的ADC采集通道，达到用户可自行选择相应测量功能的目的。
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| CN113834981A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-12-24 | 青岛英利达新能源有限公司 | 一种无线双芯变频电能质量分析仪 |
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| CN114167788A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-11 | 国网河北省电力有限公司平山县供电分公司 | 一种计量接线便携式分析仪 |
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