CN217639311U

CN217639311U - 一种拓扑信号发生设备检测装置

Info

Publication number: CN217639311U
Application number: CN202220422615.3U
Authority: CN
Inventors: 胡亮; 陈圆; 敬泽安; 张武娟; 刘志勇; 李俊; 汤可; 周宇
Original assignee: Willfar Information Technology Co Ltd
Current assignee: Willfar Information Technology Co Ltd
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2032-02-28

Abstract

本实用新型公开了一种拓扑信号发生设备检测装置，包括上位机单元、中控处理器单元、温度采集单元、拓扑信号采集单元、可编程数字电源、EUT表位，所述上位机单元分别与所述中控处理器单元、所述可编程数字电源、所述EUT表位通讯连接，所述中控处理器单元分别与所述拓扑信号采集单元、所述温度采集单元电气连接，所述可编程数字电源与所述EUT表位电气连接。该装置组成简单，智能化，易操作，可靠性高，适合对各种拓扑信号发生设备进行黑盒方式的评测，评判各种拓扑信号发生设备的优劣。

Description

一种拓扑信号发生设备检测装置

技术领域

本实用新型涉及电力配电网技术领域，尤其涉及一种拓扑信号发生设备检测装置。

背景技术

目前，基于工频注入特征电流方式的低压台区拓扑识别技术已经发展成熟，其技术实现原理为，拓扑信号发生设备利用专用电路在工频低压电力线缆注入(调制)特征频率且具有特征编码信息的拓扑信号，拓扑信号识别设备通过电流互感器，从电力线缆中识别(解析)出拓扑信号，进而实现拓扑关系识别。

随着拓扑信号发生设备的完善，相应技术标准及规范也逐步形成，在标准及规范中对拓扑信号的频率、幅值、占空比、设备温升有统一要求，但目前缺乏对拓扑信号发生设备性能进行检测的装置。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种能够对拓扑信号发生设备的拓扑信号频率、拓扑信号幅值、拓扑信号占空比、设备温升、高低压影响进行检测评估的装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种拓扑信号发生设备检测装置：包括上位机单元、中控处理器单元、温度采集单元、拓扑信号采集单元、可编程数字电源、EUT表位，所述上位机单元分别与所述中控处理器单元、所述可编程数字电源、所述EUT表位通讯连接，所述中控处理器单元分别与所述拓扑信号采集单元、所述温度采集单元电气连接，所述可编程数字电源与所述EUT表位电气连接；

所述上位机单元用于人机交互，设置电源电压、拓扑信号频率、拓扑信号占空比，查看检测结果，生成检测报告；

所述中控处理器单元用于采集并处理所述拓扑信号采集单元及所述温度采集单元的输出信号，将处理结果上传至上位机单元；

所述可编程数字电源用于根据上位机单元设置的电源电压向EUT表位输出电源；

所述拓扑信号采集单元用于采集电源线中的拓扑电流信号，对信号进行处理后输出至所述中控处理器单元；

所述温度采集单元用于采集被测拓扑信号发送设备的温度及环境温度，并输出至所述中控处理器单元；

所述EUT表位用于放置被测拓扑信号发送设备，为被测拓扑信号发送设备提供电源，与上位机单元通信，根据上位机单元设置配置被测拓扑信号发送设备的拓扑信号。

更进一步，所述拓扑信号采集单元包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、霍尔传感器、采样电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第三反馈电阻、第四反馈电阻；

所述霍尔传感器信号输出端同时连接所述第一运算放大器同向输入端以及所述第三运算放大器同向输入端并通过所述采样电阻接地，所述第一运算放大器反向输入端连接所述第一运算放大器输出端，所述第一运算放大器输出端通过所述第一反馈电阻连接所述第二运算放大器反向输入端，所述第二运算放大器反向输入端通过所述第二反馈电阻连接所述第二运算放大器输出端，所述第二运算放大器同向输入端接地，所述第三运算放大器反向输入端连接所述第三运算放大器输出端，所述第三运算放大器输出端连接所述第四运算放大器同向输入端，所述第四运算放大器反向输入端通过所述第三反馈电阻接地，所述第四运算放大器反向输入端通过所述第四反馈电阻连接所述第四运算放大器输出端。

更进一步，所述霍尔传感器为电流输出型，测量范围为0A-1A，精度为0.8％，响应时间<1μs，变比为40。

更进一步，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第三运算放大器、所述第四运算放大器为低噪声、高精度运算放大器。

更进一步，所述可编程数字电源为可编程数字直流电源，所述可编程数字电源与所述上位机单元通过RS232通信线相连，根据接收到的上位机单元指令输出与交流电源有效值等值的直流电源作为测试拓扑信号发生设备的工作电源。

更进一步，所述中控处理器单元为MCU系统板，所述MCU系统板包括UART接口、GPIO接口、ADC输入接口以及中断输入接口。

更进一步，所述温度采集单元包括温度采集芯片、上拉电阻，所述温度采集芯片的输出通过所述上拉电阻连接上拉电源。

更进一步，所述上位机单元为PC机或移动终端。

更进一步，所述MCU系统板包括ARM Corex-M4微控制器。

更进一步，所述温度采集芯片型号为GX18B20。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型公开的拓扑信号发生设备检测装置技术方案具有组成简单，智能化，易操作，高可靠等优点，适合对各种拓扑信号发生设备进行黑盒方式的评测，评判各种拓扑信号发生设备的优劣。技术方案中采用与交流电源有效值等值的直流作为测试拓扑信号发生设备的工作电源，拓扑信号被转换为脉冲直流，经过采样电阻及运放后，可直接输入到处理器的中断输入引脚和ADC采样，而通常使用交流电源的技术方案拓扑信号为叠加在工频50Hz的交流脉冲信号，经过采样采样电阻后，为交流脉冲电压，无法直接输入处理器的中断输入和ADC采样。因此，本实用新型公开的技术方案相比通常的采用交流拓扑信号的技术方案，测试装置组成更加简单，测试精度和可靠性更高。

附图说明

图1是本实用新型实施方式的结构图。

图2是本实用新型实施方式上位机单元操作界面示意图。

图3是图1中中控处理器单元102的MCU系统板中处理器单元MCU电路图。

图4是图1中中控处理器单元102的MCU系统板中TTL转RS232电路图。

图5是图1中拓扑信号采集单元104的电路图。

具体实施方式

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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1所示，一种拓扑信号发生设备检测装置：包括上位机单元101、中控处理器单元102、温度采集单元105、拓扑信号采集单元104、可编程数字电源103、EUT表位106。其中，上位机单元101分别与中控处理器单元102、可编程数字电源103、EUT表位106通讯连接，该通讯连接可以是RS232串口连接，也可以是有线或无线网络连接。中控处理器单元102分别与拓扑信号采集单元104、温度采集单元105电气连接。可编程数字电源103与EUT表位106电气连接。

上位机单元101为PC机或移动终端。上位机单元用于人机交互，操作人员可通过上机位设置电源电压及拓扑信号频率、拓扑信号占空比，查看检测结果，生成检测报告等，上位机单元操作界面如图2所示。

中控处理器单元102为MCU系统板，作用是采集并处理拓扑信号采集单元及温度采集单元数据，并将结果上传至上位机。

中控处理器单元MCU电路图如图3所示，微控制器D1选用ARM Corex-M4微控制器HC32F460，其具备168MHz主频，512KB Flash，192KB SRAM，4个UART接口，最多83个GPIO。电容C1、C6和晶振Y1为微控制器晶振电路，为微控制器提供外部时钟源；电阻R1和电容C7为微控制器上电复位电路，用于上电时对微控制器进行初始化；电容C2、C3、C4、C5、C8、C9、C10、C11、C12为滤波电容，用于滤除微控制器各电源接口的高频噪声，保证工作电源稳定。微控制器D1的引脚1、引脚2配置为串口，用于微控制器本地维护，打印系统运行日志及升级。微控制器D1的引脚39、引脚43为串口，用于与上位机交互。由于微控制器D1串口为TTL电平，而上位机接口为RS232电平，两者电平不兼容，因此需要通过电平转换电路实现两者信息交互。电平转换电路如图4所示，其中专用电平转换芯片D2型号为UM3221，电容C13、C14、C15、C16为电平转换芯片内部倍压电路的外部储能电容，电容C17、C18为电平转换芯片电源滤波电容，滤除电源上的高频噪声，确保电源干净稳定，电阻R2、R3、R5、R6为限流电阻，用于保护电平转换芯片引脚，防止其受过流冲击，电阻R4为下拉电阻，作用在电平转换芯片非工作状态时，提供稳定低电平，可以防止通信扰动。微控制器D1的引脚10为ADC输入接口，与图5中拓扑信号采集单元的输出TP_ADC相连，用于采集处理后的拓扑信号数据，微控制器D1通过该引脚可计算出拓扑信号幅值。微控制器D1的引脚25为中断输入引脚，与图5中拓扑信号采集单元的输出TP_PULSE相连，用于计算拓扑信号的频率与占空比。微控制器D1的引脚34为GPIO引脚，与图1中温度采集单元105的输出相连，用于测量环境温度及被测拓扑信号发送设备温升。

可编程数字电源103的作用是根据上位机单元101的设置为EUT表位106输出直流电源。正常拓扑信号是交流信号，但为了简化测试设备，提高测试精度，这里采用与交流电源有效值等值的直流作为测试拓扑信号发生设备的工作电源。可编程数字电源103与上位机单元101通过RS232通信线相连，上位机单元101可通过下发指令的形式，控制可编程数字电源103的输出。可编程数字电源103的输出电源正极接EUT表位106输入电源正极，可编程数字电源103的输出电源负极接EUT表位106输入电源负极，为EUT表位106提供直流电源。

拓扑信号采集单元104的作用是采集电源线中的拓扑电流信号，并对信号进行处理后送至中控处理器单元102。如图5所示，拓扑信号采集单元104包括霍尔传感器、4个低噪声高精度运算放大器D3A、D3B、D3C、D3D、采样电阻R7、反馈电阻R8、R9、R10、R11、电容C19、C20、C21。其中4个运算放大器D3A、D3B、D3C、D3D集成在型号为SGM8270运算放大器D3中；霍尔传感器为穿线式，可编程数字电源103的正电源线从霍尔传感器中穿过，霍尔传感器采集正电源线上的电流。霍尔传感器型号为HCS-1E，电流输出型，测量范围为0-1A，精度0.8％，响应时间<1μs，变比为40。霍尔传感器的输出同时送至运算放大器D3A和D3C的同向输入端TP_INPUT。运算放大器D3A反向输入端连接其输出端，运算放大器D3A输出端通过所反馈电阻R8连接运算放大器D3B反向输入端，运算放大器D3A反向输入端通过反馈电阻R9连接运算放大器D3B输出端TP_PULSE，运算放大器D3B同向输入端接地，运算放大器D3C反向输入端连接运算放大器D3B输出端，运算放大器D3B输出端连接运算放大器D3D同向输入端，运算放大器D3D反向输入端通过反馈电阻R10接地，运算放大器D3D反向输入端通过反馈电阻R11连接运算放大器D3D输出端TP_ADC。输出端TP_PULSE与图3中微控制器D1的引脚25相连，输出端TP_ADC与图3中微控制器D1的引脚10相连。

霍尔传感器输出的电流信号经过采样电阻R7转换为电压信号，运算放大器D3A、D3C所在电路为跟随电路，用于阻抗匹配；运算放大器D3B所在电路为反向放大电路，将采样电路转换后的电压信号反向放大R9/R8倍，放大后的信号输出至微控制器D1的引脚25中断输入引脚，用于计算拓扑信号的频率和占空比。运算放大器D3D所在电路为同相放大电路，将信号同相放大(1+R11/R10)倍。电容C19为运算放大器D3电源滤波电容，滤除电源上的噪声，确保电源干净稳定；电容C20、C21为滤波电容，滤除输出端TP_ADC信号上的高频噪声，避免高频噪声输入至微控制器D1，提高ADC采样精度。

当被测拓扑信号发送设备发送拓扑信号时，霍尔传感器可实时采集到拓扑信号，并输出至拓扑信号采集单元104，经过图5中采样电阻R7转换成电压信号，信号经过运算放大器D3A、D3B输入至微控制器D1的引脚25，该引脚为中断输入引脚PB12，配置成双边沿触发。当信号上升沿时，触发中断，打开内部定时器，记录当前时间t1，当信号下降沿时，记录时间t2，当再次上升沿时，记录时间t3，微控制器D1运行相应程序根据公式Ts＝t3-t1计算拓扑信号周期Ts，根据公式D＝(t2-t1)/Ts计算拓扑信号占空比D，根据公式fs＝1/Ts计算拓扑信号频率fs。

当被测拓扑信号发送设备发送拓扑信号时，霍尔传感器实时采集到拓扑信号，并输出至拓扑信号采集单元104，经过图5中采样电阻R7转换成电压信号，信号经过运算放大器D3A、D3B输入至微控制器D1的引脚25(中断输入PB12)，同时该信号经过运算放大器D3C、D3D输入至微控制器D1的引脚10(ADC采样输入PA0)。当PB12中断触发t1时刻，ADC启动采样，t3时刻停止采样。根据公式

计算拓扑信号幅值，式中，Ts为拓扑信号周期，f_ADC为ADC采样频率，DAT_n表示第n个ADC采样点值，D表示拓扑信号占空比,V_ref为处理器ADC参考电压，R为采样电阻(即图5中采样电阻R7的阻值)。

温度采集单元105作用是采集被测拓扑信号发送设置温度及环境温度，并将数据传输至中控处理器单元102。温度采集单元105包括温度采集芯片、上拉电阻，所述温度采集芯片的输出通过所述上拉电阻连接上拉电源。温度采集芯片型号为GX18B20，其全量程±0.4℃误差，-55℃～+125℃宽测量范围，小于3mW低功耗。温度采集单元的输出与中控处理器单元微控制器D1的引脚34相连。

EUT表位106用于放置被测拓扑信号发送设备，为其提供电源，同时可以上位机单元A01通信，配置被测拓扑信号发送设备发送特征频率的拓扑信号。

使用以上所述拓扑信号发生设备检测装置对被测拓扑信号发生设备进行评测的步骤如下：

步骤S01：在如图2所示的上位机单元101操作界面中选择电源电压，低压测试选择154V，常规测试选择220V，高压测试选择286V；

步骤S02：在如图2所示的上位机单元101操作界面中设定拓扑信号频率输入拓扑信号频率和占空比值；

步骤S03：在如图2所示的上位机单元101操作界面中点击设置按钮，日志窗口打印“设置成功”，上位机单元101通过第一路RS232配置可编程数字电源103输出相应电源电压，上位机通过第二路RS232与EUT表位06通信，下发拓扑信号频率与占空比信息；

步骤S04：在如图2所示的上位机单元101操作界面中点击启动按钮，日志窗口打印“启动成功”，上位机单元101通过第三路RS232与中控处理器单元102通信，下发读取环境温度指令，中控处理器单元102接收指令后，与温度采集单元105通信，读取温度信息，并将温度信息上传给上位机单元101，上位机单元101操作界面中环境温度窗口显示温度值，日志窗口打印“环境温度读取成功，开始发送拓扑信号”；

步骤S05：EUT表位106控制被测拓扑信号发生设备发送设定频率和占空比的拓扑信号，并通过第二路RS232通知上位机单元101拓扑信号已发送，等待10s后上位机单元101日志窗口打印“拓扑信号发送成功”；

步骤S06：上位机单元101通过第三路RS232与中控处理器单元102通信，读取中控处理器单元102测量的拓扑信号频率、占空比、信息幅值及拓扑信号发生装置发送拓扑信息过程中最高温升，显示在相应窗口；操作完成后，日志窗口打印“测试完成”；

步骤S07：在如图2所示的上位机单元101操作界面中点击生产报告，检测装置生成测试报告。

本实用新型实施例可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

实施例对本方案进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种拓扑信号发生设备检测装置，其特征在于，包括上位机单元、中控处理器单元、温度采集单元、拓扑信号采集单元、可编程数字电源、EUT表位，所述上位机单元分别与所述中控处理器单元、所述可编程数字电源、所述EUT表位通讯连接，所述中控处理器单元分别与所述拓扑信号采集单元、所述温度采集单元电气连接，所述可编程数字电源与所述EUT表位电气连接；

2.根据权利要求1所述拓扑信号发生设备检测装置，其特征在于，所述拓扑信号采集单元包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、霍尔传感器、采样电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第三反馈电阻、第四反馈电阻；

3.根据权利要求2所述拓扑信号发生设备检测装置，其特征在于，所述霍尔传感器为电流输出型，测量范围为0A-1A，精度为0.8％，响应时间<1μs，变比为40。

4.根据权利要求2所述拓扑信号发生设备检测装置，其特征在于，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第三运算放大器、所述第四运算放大器为低噪声、高精度运算放大器。

5.根据权利要求1所述拓扑信号发生设备检测装置，其特征在于，所述可编程数字电源为可编程数字直流电源，所述可编程数字电源与所述上位机单元通过RS232通信线相连，根据接收到的上位机单元指令输出与交流电源有效值等值的直流电源作为测试拓扑信号发生设备的工作电源。

6.根据权利要求1所述拓扑信号发生设备检测装置，其特征在于，所述中控处理器单元为MCU系统板，所述MCU系统板包括UART接口、GPIO接口、ADC输入接口以及中断输入接口。

7.根据权利要求1所述拓扑信号发生设备检测装置，其特征在于，所述温度采集单元包括温度采集芯片、上拉电阻，所述温度采集芯片的输出通过所述上拉电阻连接上拉电源。

8.根据权利要求1所述拓扑信号发生设备检测装置，其特征在于，所述上位机单元为PC机或移动终端。

9.根据权利要求6所述拓扑信号发生设备检测装置，其特征在于，所述MCU系统板包括ARM Corex-M4微控制器。

10.根据权利要求7所述拓扑信号发生设备检测装置，其特征在于，所述温度采集芯片型号为GX18B20。