一种通用的电气量综合测量模块的制作方法

本实用新型涉及主要领域为变电站用电源监控系统，研究满足测量功能多样、测量范围大、精度高、具备智能通信要求的综合测量模块，具体涉及一种通用的电气量综合测量模块。

背景技术：

变电站用电源系统是变电站的重要组成部分，是保障电网安全稳定运行的基础，电源系统的实时运行状况监测是其稳定运行的重要保障。

变电站用电源监控系统是变电站电源中的关键核心设备，其主要作用是实时监测电源系统的运行状态，及时发现系统运行过程中存在的安全隐患，为变电站用电源系统运维人员提供重要的监控手段。因此变电站电源监控的安全可靠对变电站具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，公开了一种通用的电气量综合测量模块。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种通用的电气量综合测量模块，其特征在于：包括：CPU模块、与CPU模块连接的电源模块、RS485通信模块、通信地址拨码模块、开入开出调理电路、交流采样回路和直流采样回路；所述交流采样回路包括交流采样调理电路和ATT7028外围电路模块，所述直流采样回路包括直流采样回路和ATT7053B外围电路模块，所述交流采样回路和直流采样回路的输出端通过SPI总线通信隔离电路与CPU模块连接，所述CPU模块采用ARM-M0主控芯片。

进一步地，所述交流采样调理电路包括限流电阻R2、电流互感器TV0815、和由电阻R8、R10、R11、R15、R17和电容C29、C32构成的抗混叠滤波电路，其输出端产生差分信号ATT0_UA0_P以及ATT0_UA0_N与ATT7028外围电路模块连接，所述ATT7028外围电路模块与主控芯片通过SPI总线通信隔离电路连接。

进一步地，所述直流采样调理电路为由分压电阻R66、R41、R43、R44和电容C63、C65构成抗混叠滤波电路，其输出端产生差分信号ATT1_UHM_P以及ATT1_UHM_N与ATT7053B外围电路模块连接，所述ATT7053B外围电路模块与主控芯片通过SPI总线通信隔离电路连接。

进一步地，所述开入开出调理电路包括开入调理电路和开出调理电路，所述开入调理电路包括调理电阻、光隔离芯片TLP281、输出一阶高通电路，开入信号通过调理电阻与光隔离芯片TLP281的输入端连接，光隔离芯片TLP281的输出端通过一阶高通电路与CPU的GPIO引脚连接。

进一步地，所述开出调理电路采用达林顿晶体驱动管ULN2803。

进一步地，所述RS485通信电路采用ADM2582芯片。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型能够实现开入信号量、交流电压量、交流电流量、直流电压量、直流电流量等多种信号量的测量，同时具备了开出控制逻辑可配置的功能，广泛应用于变电站用电源监控、智能建筑中的电气量监测等场合；具备测量功能多样、测量范围大、精度高、配置灵活、满足智能通信要求等特点；本实用新型研制的综合测量模块，采用了基于ARM-M0的主控芯片，AD采样由专用的能量芯片ATT7028以及ATT7053B完成，简化了输入信号调理电路的设计，提高了采样的精度。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种通用的电气量综合测量模块结构图；

图2为本实用新型提供的所述CPU模块电路图；

图3为本实用新型提供的所述交流采样调理电路图；

图4为本实用新型提供的所述 ATT7028外围模块电路图；

图5为本实用新型提供的所述直流采样调理电路图；

图6为本实用新型提供的所述ATT7053B外围模块电路图；

图7为本实用新型提供的所述SPI通信隔离电路图；

图8为本实用新型提供的所述开入调理电路图；

图9为本实用新型提供的所述开出调理电路图；

图10为本实用新型提供的所述RS485通信模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：

参见图1为本实用新型提供的一种通用的电气量综合测量模块结构图。

如图1所示，一种通用的电气量综合测量模块，包括：CPU模块、与CPU模块连接的电源模块、RS485通信模块、通信地址拨码模块、开入开出调理电路、交流采样回路和直流采样回路；所述交流采样回路包括交流采样调理电路和ATT7028外围电路模块，所述直流采样回路包括直流采样回路和ATT7053B外围电路模块，所述交流采样回路和直流采样回路的输出端通过SPI总线通信隔离电路与CPU模块连接，所述CPU模块采用ARM-M0主控芯片。

图2为本实用新型提供的所述CPU模块电路图。

ARM-M0主控芯片具有一个基于ARM架构的嵌入式微处理器，交流电压和电流测量采用独立的采样回路；直流电压和直流电流的采样通道完全隔离；模块通过智能通信的方式，实现采样信息上送以及开出逻辑配置等功能。

参见图3、图4和图7，其中图3为本实用新型提供的所述交流采样调理电路图；图4为本实用新型提供的所述 ATT7028外围模块电路图；图7为本实用新型提供的所述SPI通信隔离电路图。

如图3、图4和图7所示，交流采样调理电路包括限流电阻R2、电流互感器TV0815、和由电阻R8、R10、R11、R15、R17和电容C29、C32构成的抗混叠滤波电路，其输出端产生差分信号ATT0_UA0_P以及ATT0_UA0_N与ATT7028外围电路模块连接，所述ATT7028外围电路模块与主控芯片通过SPI总线通信隔离电路连接。交流电压和电流采样采用独立的采样回路，利用专用的能量采集处理芯片ATT7028搭建满足交流电源和电流采集要求的采样回路，由ATT7028完成滤波、变换等信号处理功能，其计算结果通过SPI总线送入模块的微处理器中；其中对交流电压的处理方式是采用电流互感器TV0815实现隔离和滤波功能，保证输入到能量芯片ATT7028的信号满足采样要求。ATT7028的外围电路如图4所示。选择ATT7028的采样率为3.2kHz，设计的抗混叠滤波电路的截止频率为f=1/2*pi*R*C，选用阻值为1.2kΩ的电阻，计算得到截止频率约13.3kHz。ATT7028芯片与主控芯片直接采用SPI总线进行通信。

参见图5至图7，其中图5为本实用新型提供的所述直流采样调理电路图；图6为本实用新型提供的所述ATT7053B外围模块电路图；图7为本实用新型提供的所述SPI通信隔离电路图。

如图5至图7所示，直流采样调理电路为由分压电阻R66、R41、R43、R44和电容C63、C65构成抗混叠滤波电路，其输出端产生差分信号ATT1_UHM_P以及ATT1_UHM_N与ATT7053B外围电路模块连接，所述ATT7053B外围电路模块与主控芯片通过SPI总线通信隔离电路连接。

直流电压和直流电流通道采用完全隔离的方式，各直流通道之间完全隔离，具备不同的电源地电位，可以同时满足不同电源系统的采样要求，防止不同电源系统之间短路，其采样原理采用专用的能量采样芯片ATT7053B实现数据采集和信号处理，通过SPI总线通信将计算结果送入模块的微处理器中。提供给ATT7053B的外围晶振频率是6MHz，ATT7053B与主控芯片采用SPI总线通信。

参见图8和图9，其中图8为本实用新型提供的所述开入调理电路图；图9为本实用新型提供的所述开出调理电路图。

如图8和图9所示，开入开出调理电路包括开入调理电路和开出调理电路，所述开入调理电路包括调理电阻、光隔离芯片TLP281、输出一阶高通电路，开入信号通过调理电阻与光隔离芯片TLP281的输入端连接，光隔离芯片TLP281的输出端通过一阶高通电路与CPU的GPIO引脚连接，所述开出调理电路采用达林顿晶体驱动管ULN2803。

本实用新型实施例中，光隔离芯片TLP281实现开入信号与CPU的隔离，开入信号通过调理电阻（选10kΩ）输入到光隔芯片，感光导通时，通过有电容和电阻并联组成的一阶高通电路进行滤波输出到CPU的GPIO引脚实现开入量测量功能。开出调理电路为增强CPU的GPIO驱动能力，采用了达林顿晶体驱动管ULN2803，保证继电器线圈能正常吸合，实现开出控制功能。开出逻辑配置功能，可以使能开出控制点与采样通道的关联功能，当采样数据在设置的区间范围时，开出继电器不动作，反之开出继电器动作。

参见图10，为本实用新型提供的所述RS485通信模块电路图。

如图10所示，RS485通信电路采用ADM2582芯片，由于模块应用于工业控制等环境中，常会有电气噪声干扰传输线路，本模块选用了ADI公司的ADM2582器件，其单个封装内集成了一个三通道隔离器、一个三态差分线路驱动器、一个差分输入接收机和一个isoPower DC/DC转换器。ADM2582芯片采用5V单电源供电，从而实现了完全隔离的RS-485，保证了通信的稳定可靠。智能通信管理方式采用基于RS485串行通信的标准Modbus通信协议，通过调节拨码开关改变模块的通信地址。

上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。