CN210071937U - 一种负荷监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种负荷监测装置，包括用于采集电路参数的采样电路，与采样电路连接的用于处理电路参数的控制器以及与控制器连接的用于传输处理后的电路参数的通信器；其中，采样电路包括可调式电流互感器以及设于可调式电流互感器和控制器之间的第一滤波电路。通过可调式电流互感器进行电流采样，可以灵活调节采样量程，适应不同的负荷监测场合，相比于现有的负荷监测装置提高了测量上的兼容性，更具通用性。而通过第一滤波电路，在保留原有采样精度的同时，滤除了采样过程中掺杂的噪音等干扰信号，消除了可调式电流互感器调节量程带来的不良影响，在可调量程的同时保证了采样信号精度和稳定。

Description

一种负荷监测装置

技术领域

本实用新型涉及电子电器技术领域，特别涉及一种负荷监测装置。

背景技术

电力负荷监测技术是一门新兴的智能电网基础支撑技术，常见的负荷监测装置，如智能电表，是智能电网的智能终端，已经不是传统意义上的电能表，除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。

然而在现有技术中，为适应不同的应用场合，如家庭负荷检测场合和工业负荷检测场合，需要不同量程的负荷监测装置，给使用带来了不便。

因此，如何提高负荷监测装置的通用性是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种负荷监测装置，相比于现有的负荷监测装置提高了通用性。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种负荷监测装置，包括用于采集电路参数的采样电路，与所述采样电路连接的用于处理所述电路参数的控制器以及与所述控制器连接的用于传输处理后的电路参数的通信器；

其中，所述采样电路包括可调式电流互感器以及设于所述可调式电流互感器和所述控制器之间的第一滤波电路。

可选的，所述采样电路还包括分压电路以及设于所述分压电路和所述控制器之间的第二滤波电路。

可选的，所述第一滤波电路具体包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；

其中，所述第一电阻的第一端与所述可调式电流互感器的二次侧的电流输入端连接，所述第一电容的第一端分别与所述第一电阻的第二端以及所述控制器的正极端连接，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第二端连接并接地，所述第二电阻的第一端与所述可调式电流互感器的二次侧的电流输出端连接，所述第二电容的第一端分别与所述第二电阻的第二端以及所述控制器的负极端连接。

可选的，还包括分别与所述控制器连接的功率计量器和第一断路器；

所述控制器在根据所述功率计量器计量得到的功率值大于预设值时控制所述第一断路器跳闸。

可选的，所述第一断路器具体包括第三电阻、第一三极管和第一继电器；

其中，所述第三电阻的第一端与所述控制器的输出端连接，所述第一三极管的基极与所述第三电阻的第二端连接，所述第一三极管的集电极与所述第一继电器的输入回路的负极端连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一继电器的输入回路的正极端与供电电源连接，所述第一继电器的输出端用于连接于入户电压回路中。

可选的，还包括第二断路器；

所述第二断路器包括第四电阻、热敏电阻、第二三极管和第二继电器；

其中，所述第四电阻的第一端和所述第二继电器的输入回路的正极端均与供电电源连接，所述第四电阻的第二端与所述热敏电阻的第一端及所述第二三极管的基极连接，所述热敏电阻的第二端与所述第二三极管的发射极共同接地，所述第二三极管的集电极与所述第二继电器的输入回路的负极端连接，所述第二继电器的输出端用于连接于入户电压回路中。

可选的，所述可调式电流互感器的量程具体为0-600A。

可选的，还包括用于调节所述可调式电流互感器的旋钮。

可选的，所述通信器具体为Wi-Fi通信器。

可选的，还包括与所述控制器连接的用于将交流电压转换为所述控制器的工作电压的电源转换器。

本实用新型提供一种负荷监测装置，包括用于采集电路参数的采样电路，与采样电路连接的用于处理电路参数的控制器以及与控制器连接的用于传输处理后的电路参数的通信器；其中，采样电路包括可调式电流互感器以及设于可调式电流互感器和控制器之间的第一滤波电路。通过可调式电流互感器进行电流采样，可以灵活调节采样量程，适应不同的负荷监测场合，相比于现有的负荷监测装置提高了测量上的兼容性，更具通用性。而通过第一滤波电路，在保留原有采样精度的同时，滤除了采样过程中掺杂的噪音等干扰信号，消除了可调式电流互感器调节量程带来的不良影响，在可调量程的同时保证了采样信号精度和稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的第一种负荷监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种4G通信器的电路连接示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种Wi-Fi通信器的电路连接示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种电流采样电路的电路图；

图5为本实用新型实施例提供的第二种负荷监测装置的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种电压采样电路的电路图；

图7为本实用新型实施例提供的第三种负荷监测装置的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种第一断路器的电路图；

图9为本实用新型实施例提供的一种第二断路器的电路图；

图10为本实用新型实施例提供的第四种负荷监测装置的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种负荷监测装置，相比于现有的负荷监测装置提高了通用性。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。

图1为本实用新型实施例提供的第一种负荷监测装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的一种4G通信器的电路连接示意图；图3为本实用新型实施例提供的一种Wi-Fi通信器的电路连接示意图。

如图1所示，负荷监测装置包括用于采集电路参数的采样电路1，与采样电路1连接的用于处理电路参数的控制器2以及与控制器2连接的用于传输处理后的电路参数的通信器3；

其中，采样电路1包括可调式电流互感器11以及设于可调式电流互感器11和控制器2之间的第一滤波电路12。

本实用新型实施例提供的负荷监测装置可以视为智能电表，安装于工业供电回路或民用供电回路的入口处。

在具体实施中，区别于现有的负荷监测装置，本实用新型实施例提供的负荷监测装置的采样电路1设计为两级串联采样结构，对于电流采样，第一级采用高精度、大量程的可调式电流互感器11，量程具体可以为0-600A，不仅充分满足家庭用电总负荷的测量，同时对于一般工业负荷也具有测量上的兼容性。在使用安装时，将火线穿过该可调式电流互感器11的线圈，该可调式电流互感器11将一次侧测量的大电流转换成二次侧0-5A的小电流。由于量程的更改，采样信号中可能会携带噪声等干扰信号，因此经过降压电路后，采样电路1的第二级设置第一滤波电路12，用于在保留原有采样精度的同时滤除采样过程中掺杂的噪音等干扰信号，从而转化成输入控制器2的电压信号。

为方便用户调节，负荷监测装置还包括用于调节可调式电流互感器11的旋钮。可以理解的是，还可以通过与量程一一对应的按键进行可调式电流互感器11量程的选择。

控制器2可采用STM32F7芯片作为核心数据处理模块，用于实现对电路参数的处理与传输。该芯片具备SPI的高速DMA通信功能，经过配置后，可实现将采样电流的数字信号从SPI外设高速运输到内存中，此过程无需CPU干预，极大的解放了CPU，留出时间片供CPU进行识别算法的处理，从而实现CPU高效率的最优化使用。并且该芯片能够预置负荷分解算法，针对采样数据进行初步分析，并负责将负荷分解结果和原始采样数据上传至指定网络端口。

负荷监测装置还可以集成存储单元、安全控制单元等。存储单元可采用容量高达128MB的SDRAM和容量为8MB的flash，前者用于放置采样得到的实时电压、电流、有功、无功等值，供控制器2内的负荷分解算法进行处理，后者用于存放数据处理分析和算法识别结果，作为备份，以防掉电丢失。安全控制单元可以包括云端服务器、温湿度监测电路、晶体管驱动电路和+12V出口继电器等。云端服务器作为控制器2的上级，通过网络端口接收控制器2上传的数据和用户发出的指令。温湿度监测电路主要监控工作环境中的温度和湿度，在监测值超过设定值时，发指令驱动出口继电器跳闸，切除用电负荷。晶体管驱动回路中，晶体管的基极接单片机的I/O输出，单片机控制I/O管脚的高低电平输出，使继电器线圈得电/失电，从而实现触点的开闭控制。

为保证数据的传输，提高装置兼容性，负荷监测装置可以设置485接口和232接口用于升级调试，同时配置通信器3进行数据的实时传输。通信器3可以采用无线通信器，如4G通信器或Wi-Fi通信器，相应选择USR-LTE-7S4芯片和USR-WIFI232-B2芯片，针对不同家庭用户灵活采用不同通信方式进行实时采样数据和负荷分解数据的上传。

USR-LTE-7S4芯片是一种串口转4G模块，该模块体积小巧，功能丰富，适用于移动、联通、电信4G和移动、联通3G和2G网络制式，以“透传”作为功能核心，波特率为300～460.8K，具备高度易用性、高速率、低延时的特点，并且支持FTP他升级协议和FTP自升级协议，可方便快速的集成于系统中，从而实现串口到网络的双向数据透明传输，更加方便用户通过手机进行设备的参数设置和信息浏览。同时4G模块支持将数据主动上传至多达4个服务器端口地址以供外部应用程序访问，并且可通过搭载的4G流量卡实现。因此，即使在复杂的工作环境中，只要流量卡存在4G信号，即可进行数据传输，具备强大的环境适应性。如图2所示，4G通信器USR-LTE7S4的主要连接引脚包括电源引脚(+5.5V)、串口收发引脚(USART3_RX、USART3_TX)、指示灯引脚(LED_WORK、LED_NET)以及复位重启引脚(nRESET_4G、nRELOAD_4G)等。其余引脚的连接与芯片设置可参考现有技术。

USR-WIFI232-B2芯片是一款一体化的模组，采用高性能嵌入式结构，将串口数据通过Wi-Fi模式进行传输，具备多种Wi-Fi工作模式。当工作在AP模式时，该模块可作为无限网络连接的中心节点，任意客户端可连接该模块的Wi-Fi信号，在该局域网内自动接收数据或进行参数配置。当工作在STA模式时，该模块作为一个无线网络的终端，可连接用户的家庭内部无线网路，利用家庭无线网络组网，将数据上传至指定网络端口，从而实现网络资源的高效使用。如图3所示，Wi-Fi通信器USR-WIFI232-B2的主要连接引脚包括电源引脚(+3.3V)、串口收发引脚(USART6_RX、PC2、nREADY_WIFI)、可选功能引脚引脚(nLINK_WIFI)以及复位重启引脚(nRESET_WIFI、nRELOAD_WIFI)等。其余引脚的连接与芯片设置可参考现有技术。

本实用新型实施例提供的负荷监测装置，包括用于采集电路参数的采样电路，与采样电路连接的用于处理电路参数的控制器以及与控制器连接的用于传输处理后的电路参数的通信器；其中，采样电路包括可调式电流互感器以及设于可调式电流互感器和控制器之间的第一滤波电路。通过可调式电流互感器进行电流采样，可以灵活调节采样量程，适应不同的负荷监测场合，相比于现有的负荷监测装置提高了测量上的兼容性，更具通用性。而通过第一滤波电路，在保留原有采样精度的同时，滤除了采样过程中掺杂的噪音等干扰信号，消除了可调式电流互感器调节量程带来的不良影响，在可调量程的同时保证了采样信号精度和稳定。

图4为本实用新型实施例提供的一种电流采样电路的电路图。如图4所示，在上述实施例的基础上，在另一实施例中，采样电路1包括可调式电流互感器11，降压电路和第一滤波电路12，用于采集电路电流信号。

可调式电流互感器11可以采用TA1015-1，一次侧包括正极端1，用于连接IN+，负极端2，用于连接IN-。在使用安装时，通过插座CON1将火线I_N与可调式电流互感器11一次侧的负极端2连接。可调式电流互感器11二次侧的电流输入端3与电流输出端4之间串联有降压电路，包括电阻R89(50Ω/1％)和电阻R92(50Ω/1％)，两个电阻的连接端接地。

第一滤波电路12具体包括第一电阻R88、第二电阻R93、第一电容C86和第二电容C88；

其中，第一电阻R88的第一端与可调式电流互感器的二次侧的电流输入端连接，第一电容C86的第一端分别与第一电阻R88的第二端以及控制器2的正极端连接，第一电容C86的第二端与第二电容C88的第二端连接并接地，第二电阻R93的第一端与可调式电流互感器的二次侧的电流输出端连接，第二电容C88的第一端分别与第二电阻R93的第二端以及控制器2的负极端连接。

图5为本实用新型实施例提供的第二种负荷监测装置的结构示意图；图6为本实用新型实施例提供的一种电压采样电路的电路图。

如图5所示，在上述实施例的基础上，在另一实施例中，采样电路1还包括分压电路13以及设于分压电路13和控制器2之间的第二滤波电路14，用于采集电路电压信号。

如图6所示，分压电路13包括六个360KΩ/1％的电阻(R95、R96、R97、R98、R99、R100)和两个1KΩ/1％的电阻(R101、R102)，串联于电压输入端UA和电压输出端UN之间。电压信号经过分压电路13后，电压幅度线性减小，由于市电网络中具备很多纹波干扰，因此设计了电容C91和电容C92组成的电路用以充分减少纹波，提高电压测量的精度后，输入控制器2的电压输入端VAP、VAN。同时，在电阻R101、电阻R102的连接端和电容C91、电容C92的连接端之间设置电阻R102，且将电容C91、电容C92的连接端接地。

图7为本实用新型实施例提供的第三种负荷监测装置的结构示意图；图8为本实用新型实施例提供的一种第一断路器的电路图。

如图7所示，在上述实施例的基础上，在另一实施例中，负荷监测装置还包括分别与控制器2连接的功率计量器4和第一断路器5；

控制器2在根据功率计量器4计量得到的功率值大于预设值时控制第一断路器5跳闸。

在具体实施中，功率计量器4可以采用功率计量芯片HLW8212为核心，通过采集电路电压、电流信号，计算有功功率，并转换为数字信号后输入控制器2，在控制器2中设置指令，使有功功率值大于预设值时控制第一断路器5跳闸，实现过功率保护功能。

如图8所示，第一断路器5具体可以包括第三电阻R1、第一三极管Q1和第一继电器K1；

其中，第三电阻R1的第一端与控制器2的输出端连接，第一三极管Q1的基极与第三电阻R1的第二端连接，第一三极管Q1的集电极与第一继电器K1的输入回路的负极端连接，第一三极管Q1的发射极接地，第一继电器K1的输入回路的正极端与供电电源(+12V)连接，第一继电器K1的输出端用于连接于入户电压回路中。

第一三极管Q1采用NPN型三极管8050。

为避免电流反向，在第一继电器K1的输入回路并联二极管D1，二极管D1的阴极端与供电电源(+12V)连接，二极管D1的阳极端与第一三极管Q1的集电极连接。

图9为本实用新型实施例提供的一种第二断路器的电路图。

除了进行过功率保护的第一断路器5外，负荷监测装置还可以包括用于实现过温保护的第二断路器。如图9所示，第二断路器包括第四电阻R2、热敏电阻R3、第二三极管Q2和第二继电器K2；

其中，第四电阻R2的第一端和第二继电器K2的输入回路的正极端均与供电电源连接，第四电阻R2的第二端与热敏电阻R3的第一端及第二三极管Q2的基极连接，热敏电阻R3的第二端与第二三极管Q2的发射极共同接地，第二三极管Q2的集电极与第二继电器K2的输入回路的负极端连接，第二继电器K2的输出端用于连接于入户电压回路中。

第二三极管Q2采用NPN型三极管8050。

当热敏电阻R3所在支路的温度升高时，热敏电阻R3的阻值下降，热敏电阻R3上的分压也急剧减小，第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压减小，使第二三极管Q2断开，第二继电器K2输入回路的线圈失电，第二继电器K2输出端的触点断开，用电负荷自动切除。

为避免电流反向，在第二继电器K2的输入回路并联二极管D2，二极管D2的阴极端与供电电源(+12V)连接，二极管D2的阳极端与第二三极管Q2的集电极连接。

第二断路器无需控制器2控制，与负荷监测装置中其他元件共用电源即可。

图10为本实用新型实施例提供的第四种负荷监测装置的结构示意图。如图10所示，负荷监测装置还包括与控制器2连接的用于将交流电压转换为控制器2的工作电压的电源转换器。

负荷监测装置还可以包括电源转换器6，用于从用电入口处取得的交流220V电压，经过电压转换电路，输出+12V、+5V、+3.3V等规格的直流电压。其中，+12V供电电源可以供给第一继电器K1、第二继电器K2、温度测量回路或其他扩展的传感器等，+5V供电电源可以供给通信器，+3.3V供电电源供给控制器2。这样负荷监测装置在安装时无需提供单独的供电电源，极大的提高了安装使用便利度，同时还能为将来扩展的各种集电器和传感器供电，具备良好的扩展性。考虑到市电紧急情况断电的情况，电源转换器6可以配备锂电池，作为控制器2工作电源的冗余和后备，防止重要信息的丢失。

以上对本实用新型所提供的负荷检测装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明都是与其它实施例的不用之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列的要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种负荷监测装置，其特征在于，包括用于采集电路参数的采样电路，与所述采样电路连接的用于处理所述电路参数的控制器以及与所述控制器连接的用于传输处理后的电路参数的通信器；

其中，所述采样电路包括可调式电流互感器以及设于所述可调式电流互感器和所述控制器之间的第一滤波电路。

2.根据权利要求1所述的负荷监测装置，其特征在于，所述采样电路还包括分压电路以及设于所述分压电路和所述控制器之间的第二滤波电路。

3.根据权利要求1所述的负荷监测装置，其特征在于，所述第一滤波电路具体包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；

其中，所述第一电阻的第一端与所述可调式电流互感器的二次侧的电流输入端连接，所述第一电容的第一端分别与所述第一电阻的第二端以及所述控制器的正极端连接，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第二端连接并接地，所述第二电阻的第一端与所述可调式电流互感器的二次侧的电流输出端连接，所述第二电容的第一端分别与所述第二电阻的第二端以及所述控制器的负极端连接。

4.根据权利要求1所述的负荷监测装置，其特征在于，还包括分别与所述控制器连接的功率计量器和第一断路器；

所述控制器在根据所述功率计量器计量得到的功率值大于预设值时控制所述第一断路器跳闸。

5.根据权利要求4所述的负荷监测装置，其特征在于，所述第一断路器具体包括第三电阻、第一三极管和第一继电器；

其中，所述第三电阻的第一端与所述控制器的输出端连接，所述第一三极管的基极与所述第三电阻的第二端连接，所述第一三极管的集电极与所述第一继电器的输入回路的负极端连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一继电器的输入回路的正极端与供电电源连接，所述第一继电器的输出端用于连接于入户电压回路中。

6.根据权利要求1所述的负荷监测装置，其特征在于，还包括第二断路器；

所述第二断路器包括第四电阻、热敏电阻、第二三极管和第二继电器；

其中，所述第四电阻的第一端和所述第二继电器的输入回路的正极端均与供电电源连接，所述第四电阻的第二端与所述热敏电阻的第一端及所述第二三极管的基极连接，所述热敏电阻的第二端与所述第二三极管的发射极共同接地，所述第二三极管的集电极与所述第二继电器的输入回路的负极端连接，所述第二继电器的输出端用于连接于入户电压回路中。

7.根据权利要求1所述的负荷监测装置，其特征在于，所述可调式电流互感器的量程具体为0-600A。

8.根据权利要求1所述的负荷监测装置，其特征在于，还包括用于调节所述可调式电流互感器的旋钮。

9.根据权利要求1所述的负荷监测装置，其特征在于，所述通信器具体为Wi-Fi通信器。

10.根据权利要求1所述的负荷监测装置，其特征在于，还包括与所述控制器连接的用于将交流电压转换为所述控制器的工作电压的电源转换器。

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