CN215114650U - 一种智能电力终端装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能电力终端装置，包括电力监测仪、数据采集装置、数据转换装置和DTU；数据采集装置设有水浸传感器、环境温湿度传感器和烟雾传感器，数据转换装置包括第一CPU及与其端口相连接的输入端RS485通讯电路、输出端RS485通讯电路，第一CPU通过输入端RS485通讯电路接收来自电力监测仪和数据采集装置的9600波特率数据，通过输出端RS485通讯电路输出115200或230400波特率数据上传至DTU。用于采集和监测电力系统各项参数，设计中加入了一种能够缩短数据采集周期，提高数据实时性的数据转换装置，同时，在数据采集装置设计中集成了环境监测的传感器(温湿度、水浸和烟感)，更能适合智能电力终端设备的应用。

Description

一种智能电力终端装置

技术领域

本实用新型涉及电力监测系统技术领域，特别涉及一种智能电力终端装置。

背景技术

目前，为了节约能源，节省用电开支，合理用电，很多工厂的电力系统需要采用智能电力运维系统，对用户变电所实现实时监控、监测，可实现无人值守，故障提前预警、报警等。为了获得真实准确的电力数据，也为了更适应大多数工厂的实际情况，需要设计一种智能电力终端装置。

在设计智能电力终端装置时，我们考虑到：(1)传统的DTU设备可以接入多个仪表，每个仪表通过DTU把数据通过网络传输到远程的服务器上，但是一般的DTU设备为了做到适应性更广泛，每个仪表设备的数据与远程服务器都是进行单独联系，并且受到Modbus协议的限制，这种单独联系的通信是单工通信和问答式。所以，传统的仪表数据采集的缺点是通信数据存在冗余，通信数据量大，轮询全部仪表时间长，这些都会带来很多通信上的不稳定因素。针对这一缺陷，我们还需要设计一种能够缩短数据采集周期，提高数据实时性的数据转换装置。(2)一般市场采购的普通数据采集装置均没有环境监测的传感器(如温湿度、水浸和烟感)，而这些都是电力场所必须监测的参数，因此，如果数据采集装置中能够集成这些传感器，更能适合智能电力终端设备的应用。

发明内容

为了解决背景技术提出的技术问题，本实用新型提供一种智能电力终端装置，用于采集和监测电力系统各项参数，设计中加入了一种能够缩短数据采集周期，提高了数据的实时性的数据转换装置，同时，在数据采集装置设计中集成了环境监测的传感器(温湿度、水浸和烟感)，更能适合智能电力终端设备的应用。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种智能电力终端装置，包括电力监测仪、数据采集装置、数据转换装置和DTU；电力监测仪连接外部的电压互感器和电流互感器，数据采集装置设有水浸传感器、环境温湿度传感器和烟雾传感器，还通过有线或无线方式连接外部的电缆温度传感器、变压器温度传感器，电力监测仪和数据采集装置均通过RS485方式连接至数据转换装置的输入端，数据转换装置的输出端也通过RS485方式连接至DTU，通过DTU将数据发送至远端服务器。

所述的数据转换装置包括第一CPU及与其端口相连接的输入端RS485通讯电路、输出端RS485通讯电路，第一CPU通过输入端RS485通讯电路接收来自电力监测仪和数据采集装置的9600波特率数据，通过输出端RS485通讯电路输出115200或230400波特率数据上传至DTU。

进一步地，所述的数据转换装置的输入端RS485通讯电路和输出端RS485通讯电路均包括磁隔离器和RS485通讯模块，磁隔离器输入端连接第一CPU，输出端连接RS485通讯模块，形成RS485通讯电路。

进一步地，所述的数据采集装置包括第二CPU及与其端口相连接的RS485通讯模块、RS232转USB通讯模块、2.4G通讯模块、LORA通讯模块、水浸传感器、环境温湿度传感器、烟雾传感器和I2C端口。

进一步地，所述的数据采集装置还包括水浸传感器检测电路，水浸传感器通过水浸传感器检测电路与第二CPU端口相连接，所述的水浸传感器检测电路包括由输入端至输出端依次连接的信号比较器和磁隔离器，磁隔离器输出的信号连接至第二CPU端口。

进一步地，所述的数据采集装置中，在RS485通讯模块与第二CPU端口之间连接有磁隔离器。

进一步地，所述的数据采集装置中，在RS232转USB通讯模块与第二CPU端口之间连接有磁隔离器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型提供一种智能电力终端装置，用于采集和监测电力系统各项参数，设计中加入了一种能够缩短数据采集周期，提高数据实时性的数据转换装置；

(2)在数据采集装置设计中集成了环境监测的传感器(温湿度、水浸和烟感)，更能适合智能电力终端设备的应用；

(3)在水浸传感器的检测电路中采用磁隔离方式，减小检测误差，提高检测精度；

(4)在数据转换装置和数据采集装置中的所有外部有线通迅接口全部采用磁隔离方式通信，将外部有线通信接口产生点电压波动造成的冲击、破坏限制在本接口内不会扩散蔓延造成整个系统瘫痪。

附图说明

图1是本实用新型的一种智能电力终端装置的整体框图；

图2是本实用新型的数据转换装置的结构框图；

图3是本实用新型的数据转换装置实施例的第一CPU电路图；

图4是本实用新型的数据转换装置实施例的输入端RS485通讯电路图；

图5是本实用新型的数据转换装置实施例的输出端RS485通讯电路图；

图6是本实用新型的数据采集装置的结构框图；

图7是本实用新型的数据采集装置实施例的第二CPU电路图；

图8是本实用新型的数据采集装置实施例的水浸传感器检测电路图；

图9是本实用新型的数据采集装置实施例的RS485通讯电路图；

图10是本实用新型的数据采集装置实施例的RS232转USB通讯电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种智能电力终端装置，包括电力监测仪、数据采集装置、数据转换装置和DTU；电力监测仪连接外部的电压互感器和电流互感器，数据采集装置设有水浸传感器、环境温湿度传感器和烟雾传感器，还通过有线或无线方式连接外部的电缆温度传感器、变压器温度传感器，电力监测仪和数据采集装置均通过RS485方式连接至数据转换装置的输入端，数据转换装置的输出端也通过RS485方式连接至DTU，通过DTU将数据发送至远端服务器。

所述的电力监测仪使用现有技术的电力监测仪，用于采集电力系统的电压、电流参数，形成各类电力数据(包括相电压、线电压、相电流、三相有功、三相无功、三相视在功率、三相功率因数等)在显示屏上显示，同时还将其进行变送输出和以通讯方式上传。

所述的数据采集装置用于采集电力现场的各类接口的传感器数据并以通讯方式上传。

所述的数据转换装置用于接收电力监测仪和数据采集装置中的9600波特率数据，以115200或230400波特率数据上传。

所述的DTU使用现有技术中的DTU，用于接收数据转换装置数据，以无线方式上至远端服务器。

如图2所示，所述的数据转换装置包括第一CPU及与其端口相连接的输入端RS485通讯电路、输出端RS485通讯电路，第一CPU通过输入端RS485通讯电路接收来自下位设备的9600波特率数据，通过输出端RS485通讯电路输出115200或230400波特率数据上传至DTU。

如图3-5所示，为本实用新型实施例的数据转换装置的电气图，图3中，本实施例第一CPU采用STM32系列ARM芯片，其通过RXD1和TXD1端口连接图4的输入端RS485通讯电路，还通过RXD3和TXD3端口连接图5的输出端RS485通讯电路。图4和图5分别为输入端RS485通讯电路和输出端RS485通讯电路，两个电路结构相同(只是CPU端口的数据波特率不同)，均由电源模块B0505S、磁隔离器ADuM1201、RS485通讯模块SP485EN构成，磁隔离器ADuM1201输入端连接CPU，输出端连接RS485通讯模块SP485EN，形成RS485通讯电路。

测试证明，本实用新型的智能电力终端，不使用数据转换器的智能电力终端采集各个模块数据的周期为14秒，采用数据转换器后，采集周期为1.4秒，系统的实时性提高了10倍。

如图6所示，所述的数据采集装置包括第二CPU及与其端口相连接的RS485通讯模块、RS232转USB通讯模块、2.4G通讯模块、LORA通讯模块、水浸传感器、环境温湿度传感器、烟雾传感器和I2C端口。还包括继电器开关量输出端口和有源、无源干接点信号输入端口；继电器开关量输出端口和有源、无源干接点信号输入端口均与CPU端口相连接。

所述的数据采集装置中的各接口用途如下：

(1)RS485通讯接口用于与外部终端链接，如通讯数据转换装置、DTU等外部终端，RS485通信接口还可以与电力监测仪表相连接；

(2)RS232转USB通讯接口用于与外部终端链接，如PC、工控机等外部终端；

(3)LORA通讯模块，民用无线通信，用于外围无线传感器的数据采集通信，如电缆测温的无线温度传感器、电力仪表等远距离无线及远距离通信设备；

(4)两路板载集成水浸传感器可以监测地面是否有水浸情况；

(5)四路继电器开关量信号输出，用于对外报警点等的输出；

(6)四路有源、无源干接点信号输入，用于开关量传感器的输入；

(7)环境温度传感器用于监测机箱环境温度；

(8)烟雾传感器用于监测环境周围的火灾安全；

(9)2.4G WIFI可扩展6通道设备，如WEB服务器、视频传输、门禁等近距离通信扩展功能；

(10)I2C接口，用于连接I2C类传感器，如DS18B20温度传感器等。

如图7所示，第二CPU采用STM32F103C816，其端口中，32号端口DTH11-DA为环境温湿度传感器端口；30、31号端口UART1 RX和UART1 TX用于连接图9的RS485通讯电路，12、13号端口UART2 RX和UART2 TX用于连接图10的RS232转USB通讯电路，21、22号端口UART3 RX和UART3 TX为2.4G通讯模块端口(2.4G通讯模块为现有技术)，同时，RS485端口还用于连接烟雾传感器。第二CPU的2、3、4、20、29、33号端口用于连接LORA通讯模块(LORA通讯模块为现有技术)，39、40号端口WATER INPUT1和WATER INPUT2用于连接图8的水浸传感器检测电路，26-28号端口为有源、无源干接点信号输入端口，18、19、45、46号端口为继电器开关量输出端口。

如图8所示，水浸传感器通过水浸传感器检测电路与第二CPU端口相连接，所述的水浸传感器检测电路包括由输入端至输出端依次连接的信号比较器U15 XL290和磁隔离器U12 ADNM1200，磁隔离器U12输出的信号WATER INPUT1和WATER INPUT2连接至CPU端口，图8中的实施例中设有两个水浸传感器，水浸传感器的电极检测信号COLLECT1和COLLECT2首先进入信号比较器U15 XL290与设定值比较并进行触发输出信号WS-VOUUT1和WS-VOUUT2，然后再经由磁隔离器U12 ADNM1200后输出信号WATER INPUT1和WATER INPUT2连接至第二CPU端口。

如图9所示，在RS485通信模块SP485EN与第二CPU端口UART1 RX和UART1 TX之间连接有磁隔离器U16 ADNM1200。

如图10所示，在RS232转USB通信模块U39 CH340与第二CPU端口UART2 RX和UART2TX之间连接有磁隔离器U38 ADNM1200。

以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (6)

1.一种智能电力终端装置，其特征在于，包括电力监测仪、数据采集装置、数据转换装置和DTU；电力监测仪连接外部的电压互感器和电流互感器，数据采集装置设有水浸传感器、环境温湿度传感器和烟雾传感器，还通过有线或无线方式连接外部的电缆温度传感器、变压器温度传感器，电力监测仪和数据采集装置均通过RS485方式连接至数据转换装置的输入端，数据转换装置的输出端也通过RS485方式连接至DTU，通过DTU将数据发送至远端服务器；

所述的数据转换装置包括第一CPU及与其端口相连接的输入端RS485通讯电路、输出端RS485通讯电路，第一CPU通过输入端RS485通讯电路接收来自电力监测仪和数据采集装置的9600波特率数据，通过输出端RS485通讯电路输出115200或230400波特率数据上传至DTU。

2.根据权利要求1所述的一种智能电力终端装置，其特征在于，所述的数据转换装置的输入端RS485通讯电路和输出端RS485通讯电路均包括磁隔离器和RS485通讯模块，磁隔离器输入端连接第一CPU，输出端连接RS485通讯模块，形成RS485通讯电路。

3.根据权利要求1所述的一种智能电力终端装置，其特征在于，所述的数据采集装置包括第二CPU及与其端口相连接的RS485通讯模块、RS232转USB通讯模块、2.4G通讯模块、LORA通讯模块、水浸传感器、环境温湿度传感器、烟雾传感器和I2C端口。

4.根据权利要求3所述的一种智能电力终端装置，其特征在于，所述的数据采集装置还包括水浸传感器检测电路，水浸传感器通过水浸传感器检测电路与第二CPU端口相连接，所述的水浸传感器检测电路包括由输入端至输出端依次连接的信号比较器和磁隔离器，磁隔离器输出的信号连接至第二CPU端口。

5.根据权利要求3所述的一种智能电力终端装置，其特征在于，所述的数据采集装置中，在RS485通讯模块与第二CPU端口之间连接有磁隔离器。

6.根据权利要求3所述的一种智能电力终端装置，其特征在于，所述的数据采集装置中，在RS232转USB通讯模块与第二CPU端口之间连接有磁隔离器。

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