CN217007455U - 一种非侵入式负荷识别终端电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力检测技术领域，公开了一种非侵入式负荷识别终端电路，包括主处理模块、数据采集模块、通信模块、人机接口模块和电源模块；数据采集模块输入端与三相电压电流连接，数据采集模块输出端与所述主处理模块连接，电源模块为主处理模块、数据采集模块进行供电，主处理模块通过所述通信模块与远程平台对接；人机接口模块与主处理模块连接；数据采集模块采集三相四线电压和电流信号并传输至主处理模块处理后通过通信模块传输至远程平台，并通过所述人机接口模块进行控制与显示。与现有技术相比，本实用新型通过将数据采集模块集成至主处理模块上并与三相电压电流连接，便于准确采集三相电压与三相电流信号，便于后期用电信息的分析。

Description

一种非侵入式负荷识别终端电路

技术领域

本实用新型涉及电力检测技术领域，特别涉及一种非侵入式负荷识别终端电路。

背景技术

负荷监测是实现智能用电、开展节能工程的首要环节。负荷监测技术是通过对用户负荷的数据进行采样和分析，从而得到每个负荷的运行方式、运行状态以及运行参数等详细的数据信息。这些数据可以用于指导用户针对性地制定用电计划，并对自己的节电服务进行评判是否达到预期节电效果。用户还可以根据这些反馈的负荷用电信息，优化用电方式从而达到节能效果。

目前的负荷监测系统大致可以分为侵入式和非侵入式两大类。传统的侵入式负荷监测系统把传感器安装至各个负荷处，监控每个负荷的运行情况。这种方法的一个显著缺点是具有复杂的硬件。非侵入式负荷监测，是指在电力入口处安装监测设备，通过监测该处的电压、电流等信号得到用户单个负荷的种类和运行情况。但是由于市电为交流电，电压和电流数据本身就不是稳定的数据，因此直接根据电压电流数据与时间比较分析得到的用电信息准确性较为低下。

因此亟需一种可以获取到准确用电信息的非侵入式负荷识别终端电路。

实用新型内容

实用新型目的：针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种非侵入式负荷识别终端电路，通过将数据采集模块集成至主处理模块上，便于准确采集三相电压与三相电流信号。

技术方案：本实用新型提供了一种非侵入式负荷识别终端电路，包括主处理模块、数据采集模块、通信模块、人机接口模块和电源模块；所述数据采集模块输入端与三相电压电流连接，所述数据采集模块输出端与所述主处理模块连接，所述电源模块为所述主处理模块、数据采集模块进行供电，所述主处理模块通过所述通信模块与远程平台对接；所述人机接口模块与所述主处理模块连接；所述数据采集模块采集三相四线电压和电流信号并传输至主处理模块处理后通过所述通信模块传输至远程平台，并通过所述人机接口模块进行控制与显示。

进一步地，所述数据采集模块包括电压采样电路、电流采样电路以及与电压采样电路、电流采样电路输出端分别连接电压放大电路、电流放大电路，所述电压放大电路、电流放大电路的输出端分别与电压采样电路、电流采样电路对应的ADC采样电路输入端连接，所述ADC采样电路的并行输出端与所述主处理模块信号输入端连接。

进一步地，所述电压采样电路、电流采样电路中分别设置有三个电压互感器与三个电流互感器，所述电压采样电路输入端与三相四线电压线连接，所述电流采样电路输入端与三相四线电压线连接，分别用于采集三相电压和三相电流。

进一步地，每相电压、每相电流的电压采样电路、电流采样电路输出端分别均与电压放大电路、电流放大电路连接，所述电压放大电路、电流放大电路中均包括两个运算放大器，其输出端连接分别连接于对应的ADC采样电路的串行输入端。

进一步地，所述主处理模块为OMAPL138处理芯片。

进一步地，所述电源模块包括DC-DC电源电路和AC-DC电源电路，所述AC-DC电源电路与三相四线电压线中的一相电压线连接，将220V交流电压转换为12V和5V电压，所述DC-DC电源电路与所述AC-DC电源电路连接，将5V电压转换为3.3V电压；12V电压、5V电压以及3.3V电压分别用于为ADC采样电路、放大电路、主处理模块、通信模块以及人机接口模块提供电源。

进一步地，所述人机接口模块包括开关按键电路和LED显示电路，所述开关按键电路上设置一个开关按键，用于控制整个非侵入式负荷识别终端电路的开启与关闭，其输出端连接于所述主处理模块；所述LED显示电路包括系统指示电路、用户指示电路，其上均设置一个LED指示灯，其输出端连接于所述主处理模块。

有益效果：

1、本实用新型设计的负荷识别终端电路一般部署于开关柜中，负荷识别终端的CT应用场合是0.4KV配电一次回路。下游电路的短路或过载保护，均由其上游的断路器保护。负荷识别终端除了由电网取电之外，不会与下游电路有其他的直接电气连接，这就保证了责任界面的划分。另外，负荷识别终端在安装的时候，会安装一个小型空开的下游，另外器自身的电源电路内部也有过载或短路保护，负荷识别终端与交换机的通信接口是RJ45，注意，交换机不一定是开关柜里面的标准配置，负荷识别终端可以通过WIFI与其他网络设备进行联网，降低对有线网的依赖性。

2、本实用新型用电压互感器和电流互感器作为数据采集模块的前端电路，利用运算放大器构成精密增益变换和滤波电路，能够有效地对信号进行采集。利用的ADC采样电路采用了高速16位同步采样ADC，实现了双极信号的高速采样，串行输入转换为并行输出。

3、本实用新型通过接入三相四线电压线中的一相电压线，并将交流电压转换成需要的12V电压、5V电压以及3.3V电压为整个电路板供电，实现了所需直流电源电压的供给以及强弱电的隔离，同时加上EMC滤波模块，增强了终端对外界电磁干扰的鲁棒性。

4、本实用新型选用OMAPL138处理芯片，是业界功耗最低的浮点数字信号处理器(DSP) + ARM9处理器，大大降低了双核通讯的开发难度，可充分满足工业应用的高能效、连通性设计对高集成度外设、更低热量耗散以及更长电池使用寿命的需求。不仅具备通用并行端口 (uPP)，同时也是 TI 首批集成串行高级技术附件 (SATA)的器件。

附图说明

图1为本实用新型非侵入式负荷识别终端电路的系统框图；

图2为本实用新型主处理模块电路原理图；

图3为本实用新型电压采样电路原理图；

图4为本实用新型电流采样电路原理图；

图5为本实用新型电压放大电路原理图；

图6为本实用新型电压对应的ADC采样电路原理图；

图7为本实用AC-DC电源电路原理图；

图8为本实用新型DC-DC电源电路原理图；

图9为本实用新型开关按键电路原理图；

图10为本实用新型LED显示电路原理图；

图11为本实用新型WIFI通信电路原理图；

图12为本实用新型以太网通信电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的介绍。

本实用新型公开了一种非侵入式负荷识别终端电路，参见附图1至附图12，包括主处理模块、数据采集模块、通信模块、人机接口模块和电源模块；,数据采集模块输入端与三相电压电流连接，数据采集模块输出端与主处理模块连接，电源模块为主处理模块、数据采集模块进行供电，主处理模块通过通信模块与远程平台对接；人机接口模块与主处理模块连接；数据采集模块采集三相四线电压和电流信号并传输至主处理模块处理后通过通信模块传输至远程平台，并通过人机接口模块进行控制与显示。

参见附图2至附图12，其为具体电路图，本实施方式中，数据采集模块包括电压采样电路、电流采样电路以及与电压采样电路、电流采样电路输出端分别连接电压放大电路、电流放大电路，电压放大电路、电流放大电路的输出端分别与电压采样电路、电流采样电路对应的ADC采样电路输入端连接，ADC采样电路的并行输出端与主处理模块信号输入端连接。

电压采样电路与电流采样电路参见附图3与附图4，电压采样电路、电流采样电路中分别设置有三个电压互感器与三个电流互感器，电压采样电路输入端与三相四线电压线连接，电流采样电路输入端与三相四线电压线连接，分别用于采集三相电压和三相电流，电压采样电路的电压的输出端分别为VA+和VA-、VB+和VB-、VC+和VC-。电流采样电路的电流输出端分别为IA+和IA-、IB+和IB-、IC+和IC-。

每相电压、每相电流的电压采样电路、电流采样电路输出端VA+和VA-、VB+和VB-、VC+和VC-、IA+和IA-、IB+和IB-、IC+和IC-分别均与电压放大电路、电流放大电路连接，电压放大电路参见附图5，比如VB+和VB-输入电压放大电路后输出信号为VB，依次类推。电压放大电路、电流放大电路中均包括两个运算放大器，其输出端连接分别连接于对应的ADC采样电路的串行输入端。参见附图6，比如电压放大电路输出信号为VB，则VB连接于ADC采样电路的串行输入端子VB，其他电压放大电路、电流放大电路输出信号依次类推。

本实用新型公开的主处理模块选用OMAPL138处理芯片，参见附图2。ADC采样电路的并行输出端子DB0~DB15分别连接于OMAPL138处理芯片的对应引脚，其引脚连接关系参见附图2。

本实施方式中，电源模块包括DC-DC电源电路和AC-DC电源电路，参见附图7和附图8，AC-DC电源电路与三相四线电压线中的一相电压线连接，将220V交流电压转换为12V和5V电压，AC-DC电源电路与AC-DC电源电路连接，将5V电压转换为3.3V电压；12V电压、5V电压以及3.3V电压分别用于为ADC采样电路、放大电路、主处理模块、通信模块以及人机接口模块提供电源。AC-DC电源电路、AC-DC电源电路的具体电路原理图为常用的电源电路，参见附图7与附图8，此处不做过多赘述。

人机接口模块包括开关按键电路和LED显示电路，开关按键电路上设置一个开关按键，用于控制整个非侵入式负荷识别终端电路的开启与关闭，其输出端连接于OMAPL138处理芯片的B4/USER_KEY/GPIO0[6]；LED显示电路包括系统指示电路、用户指示电路，其上均设置一个LED指示灯，系统指示电路输出端连接于OMAPL138处理芯片的E4/SYSTEM_LED/GPIO0[0]；用户指示电路输出端连接于OMAPL138处理芯片的C3/USER_LED/GPIO0[1]，系统指示电路、用户指示电路用于系统调试和用户模式的显示。

至于通讯模块，考虑到负荷识别终端部署于配电房，则采用RJ45标准以太网与交换机或无线路由器相连，采用Web页面设置负荷识别终端的参数设置；另外，为了避免网线布设的限制，负荷识别终端电路也可以通过WIFI与无线路由器连接，通信方式灵活。通讯模块参见附图11和附图12。

上述实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非侵入式负荷识别终端电路，其特征在于，包括主处理模块、数据采集模块、通信模块、人机接口模块和电源模块；所述数据采集模块输入端与三相电压电流连接，所述数据采集模块输出端与所述主处理模块连接，所述电源模块为所述主处理模块、数据采集模块进行供电，所述主处理模块通过所述通信模块与远程平台对接；所述人机接口模块与所述主处理模块连接；所述数据采集模块采集三相四线电压和电流信号并传输至主处理模块处理后通过所述通信模块传输至远程平台，并通过所述人机接口模块进行控制与显示。

2.根据权利要求1所述的非侵入式负荷识别终端电路，其特征在于，所述数据采集模块包括电压采样电路、电流采样电路以及与电压采样电路、电流采样电路输出端分别连接电压放大电路、电流放大电路，所述电压放大电路、电流放大电路的输出端分别与电压采样电路、电流采样电路对应的ADC采样电路输入端连接，所述ADC采样电路的并行输出端与所述主处理模块信号输入端连接。

3.根据权利要求2所述的非侵入式负荷识别终端电路，其特征在于，所述电压采样电路、电流采样电路中分别设置有三个电压互感器与三个电流互感器，所述电压采样电路输入端与三相四线电压线连接，所述电流采样电路输入端与三相四线电压线连接，分别用于采集三相电压和三相电流。

4.根据权利要求2所述的非侵入式负荷识别终端电路，其特征在于，每相电压、每相电流的电压采样电路、电流采样电路输出端分别均与电压放大电路、电流放大电路连接，所述电压放大电路、电流放大电路中均包括两个运算放大器，其输出端连接分别连接于对应的ADC采样电路的串行输入端。

5.根据权利要求1所述的非侵入式负荷识别终端电路，其特征在于，所述主处理模块为OMAPL138处理芯片。

6.根据权利要求2所述的非侵入式负荷识别终端电路，其特征在于，所述电源模块包括DC-DC电源电路和AC-DC电源电路，所述AC-DC电源电路与三相四线电压线中的一相电压线连接，将220V交流电压转换为12V和5V电压，所述DC-DC电源电路与所述AC-DC电源电路连接，将5V电压转换为3.3V电压；12V电压、5V电压以及3.3V电压分别用于为ADC采样电路、放大电路、主处理模块、通信模块以及人机接口模块提供电源。

7.根据权利要求1所述的非侵入式负荷识别终端电路，其特征在于，所述人机接口模块包括开关按键电路和LED显示电路，所述开关按键电路上设置一个开关按键，用于控制整个非侵入式负荷识别终端电路的开启与关闭，其输出端连接于所述主处理模块；所述LED显示电路包括系统指示电路、用户指示电路，其上均设置一个LED指示灯，其输出端连接于所述主处理模块。

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