一种配电柜电能参数实时采集显示装置的制作方法

1.本实用新型属于配电行业电力装置技术领域，具体涉及一种配电柜电能参数实时采集显示装置。


背景技术：

2.传统的配电行业中依旧是老式的传统制造配电柜，对电力使用情况不能够实时的监测，数据不能通过传输方式进行传输。配电柜并不具有信息采集能力。且当设备发生故障时，设备维护人员不能及时知晓设备内的运行情况，导致维护不及时，造成较大的经济损失，并给维护人员的人身安全带来了潜在的威胁。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种配电柜电能参数实时采集显示装置，本装置通过对配电柜的电能参数进行实时的采集后，通过串口模式可对配电柜中电力情况进行实时监测和数据的传输，并能通过该装置的液晶屏对采集到的配电柜的实时情况进行查看。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种配电柜电能参数实时采集显示装置，包括互感器模块、电力参数预处理模块、arm数据处理模块和电源供电模块，所述互感器模块的输出端与电力参数预处理模块连接，电力参数预处理模块的输出端与arm数据处理模块连接，电源供电模块的输出端与arm数据处理模块连接；
5.所述互感器模块用于对输入电流、电压进行预处理后，通过转换电路输入到电力参数预处理模块，互感器模块包括电流转换电路单元和电压转换电路单元，所述电流转换电路单元采用电流互感器对输入的电流进行变换，把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护和测量，电流互感器变比为1000：1，电流通过互感器转换后，通过采样电阻后转换为电压值输入到电力参数预处理模块内；电压转换电路单元采用电压互感器对输入的电压进行变换，通过电压互感器将输入电压变换为较小的电流值，然后通过采样电阻将电流值变换为电压值后输入到电力参数预处理模块；
6.所述电力参数预处理模块用于对上述采集到的电压值进行预处理，电力参数预处理模块采用att7022e采集芯片，电力参数预处理模块中的采集芯片对数据进行预处理，该芯片设置有spi接口，与arm数据处理模块进行互连，从而进行数据的传输；
7.所述arm数据处理模块，用于对电力参数预处理模块进行预处理后的电能数据再次处理，并对处理后的数据进行实时的显示，采用arm芯片stm32f103rbt6，数据通过该芯片处理后，通过芯片的i/o口将数据上传至显示单元进行显示；
8.所述电源供电模块包括变压电路单元和稳压芯片单元；所述变压电路单元输入市电220v，对电压进行变换，采用封装式的ac/dc+5v输出电源变压模块，对交流220v输入变换成直流+5v进行输出，以供电力参数预处理模块用电；所述稳压芯片单元将+5v电源通过稳压芯片转换得到+3.3v电源，以供arm数据处理模块用电。
9.进一步改进本方案，还包括数据传输模块，数据传输模块与arm数据处理模块的存储单元连接，所述数据传输模块包括232通信电路和485通信电路，能够将采集到的各相电能数据通过串口与外部进行通信。
10.进一步改进本方案，所述变压电路单元包括芯片ea15
‑
s05，所述芯片ea15
‑
s05的ac引脚依次通过热敏元件和保险元件外接交流电源的l端，+vo引脚和
‑
vo引脚之间并联电容c1、电容c2,+vo引脚外接+5v电源端口，
‑
vo引脚接地。
11.进一步改进本方案，所述稳压芯片单元采用lm1117降压芯片。
12.进一步改进本方案，所述电流转换电路单元的额定输入电流为5a，额定输出电流为5ma，隔离度为4500v。
13.进一步改进本方案，所述电流转换电路单元输入端还设置有外置互感器，如果外部输入电流大于5a，通过外置互感器对电流变换到不大于5a后，再输入到所述电流转换电路单元。
14.进一步改进本方案，所述电压转换电路单元，电压互感器变比为1000:1000，输入额定电流为2ma，输出额定电流为2ma，隔离耐压为3kv。
15.进一步改进本方案，所述电力参数预处理模块设置有内置电压监测电路，用于保证上电和断电时正常工作。
16.有益效果
17.本实用新型通过对配电柜的电能参数进行实时的采集后，通过串口模式可对配电柜中电力情况进行实时监测和数据的传输，并能通过该装置的显示单元对采集到的配电柜的实时情况进行查看。本方案采用嵌入式结构模块，可应用于传统各个配电系统中，针对不同的应用环境可进行相应的嵌入式更改和安装，对大电流大电压的使用环境可使用外置互感器采集，对于低电压可以通过电路板内部的互感器进行采集，适用范围广，安装便捷。对采集到的数据进行存储，通过arm系统对数据进行分析和处理，并能通过串口进行数据的传输。该装置体积小，便于嵌入到各类配电柜内对配电柜中的电力参数进行采集，能够通过采集显示装置对配电柜内部的电力运行情况进行实时的显示。本装置通过实际的测试能够很好的在配电柜内部运行，且数据处理稳定，安装便捷。
附图说明
18.为了更清楚地说明实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是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的附图。
19.图1为本实用新型实时采集显示装置的模块原理图；
20.图2为本实用新型中电流转换电路单元的电路图；
21.图3为本实用新型中电压转换电路单元的电路图；
22.图4为本实用新型中电力参数预处理模块的电路图；
23.图5为本实用新型中arm数据处理模块的电路图；
24.图6为arm数据处理模块中存储单元、无线传输单元和显示单元的电路图；
25.图7为本实用新型中数据传输模块的电路图；
26.图8为本实用新型中变压电路单元的电路图；
27.图9为本实用新型中稳压芯片单元的电路图；
28.图中标记：1、互感器模块，2、电力参数预处理模块，3、arm数据处理模块，3
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1、显示单元，3
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2、存储单元，4、电源供电模块，5、数据传输模块。
具体实施方式
29.为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
30.如图所示：本实施例提供一种配电柜电能参数实时采集显示装置，包括互感器模块1、电力参数预处理模块2、arm数据处理模块3、电源供电模块4及数据传输模块5，互感器模块1的输出端与电力参数预处理模块2连接，电力参数预处理模块2的输出端与arm数据处理模块3连接，电源供电模块4的输出端与arm数据处理模块3连接，数据传输模块5与arm数据处理模块3连接。
31.互感器模块1用于对输入电流、电压进行预处理后，通过转换电路输入到电力参数预处理模块2，互感器模块1包括电流转换电路单元和电压转换电路单元。
32.电流转换电路单元采用电流互感器对输入的电流进行变换，电流互感器作用是把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护和测量，本单元所使用的电流互感器变比为1000:1，额定输入电流为5a，额定输出电流为5ma，隔离度为4500v，该互感器直接安装在pcb电路板上。如外部输入电流大于5a可采用外置互感器对电流变换到不大于5a后再输入到此电流转换模块。电流通过互感器转换后通过50欧姆的采样电阻后转换为电压值输入到电力参数预处理模块2的采集芯片内，采集芯片对输入的电压值进行预处理。
33.电压转换电路单元采用电压互感器对输入的电压进行变换，通过电压互感器将输入电压变换为较小的电流值，然后通过130欧姆的采样电阻将电流值变换为电压值后输入到电力参数预处理模块2的采集芯片内，采集芯片对输入的电压值进行预处理。
34.本电路使用的电压互感器变比为1000:1000，输入额定电流为2ma，输出额定电流为2ma，隔离耐压为3kv，该电压互感器也为直接安装在pcb电路板上。
35.电力参数预处理模块2对上述采集到的电压值进行预处理，电力参数预处理模块2采用att7022e采集芯片，该芯片是一种多功能高精度的三相电能专用计量芯片，能够测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等，内部有内置电压监测电路可以保证上电和断电时正常工作。该芯片有spi接口，可以与arm数据处理模块3进行互连从而进行数据的传输。
36.arm数据处理模块3，包括存储单元3
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2、显示单元3
‑
1和无线传输单元；用于对电力参数预处理模块2进行预处理后的电能数据再次处理，并对处理后的数据进行实时的显示，采用arm芯片stm32f103rb，该芯片是arm32位处理芯片，内部集成cortex
‑
m3内核，能够完成对数据快速处理，数据通过该芯片处理后，通过芯片的i/o口将数据上传至液晶显示屏进行显示。电力参数预处理模块2设置有内置电压监测电路，用于保证上电和断电时正常工作。
37.显示单元3
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1采用lcd12864液晶显示屏对采集到的数据进行实时的显示，该液晶显示屏带中文字库，具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式。其中存储单元3
‑
2采用
at24c02c存储芯片，用于对预处理电路采集到的模块进行数据处理和计算后，以将数据进行储存。
38.无线传输单元设计有无线传输模块的接口，可完成近距离的无线数据传输，该无线传输单元为e32
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ttl
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100集成模块，该模块为透明传输模式，可兼容3.3v和5v的io电压，且功率密度集中，抗干扰能力强，内部集成有fec前向纠错算法，其编码效率高，接错能力强，在突发干扰的情况下，能主动纠正被干扰的数据包，可大大提高可靠性和传输距离。
39.电源供电模块4包括变压电路单元和稳压芯片单元；变压电路单元输入市电220v对电压进行变换，该单元采用封装式的ac/dc+5v输出电源变压模块，对交流220v输入变换成直流+5v进行输出，以供电力参数预处理模块2用电，变压电路单元包括芯片ea15
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s05，芯片ea15
‑
s05的ac引脚依次通过热敏元件和保险元件外接交流电源的l端，+vo引脚和
‑
vo引脚之间并联电容c1、电容c2,+vo引脚外接+5v电源端口，
‑
vo引脚接地。稳压芯片单元将+5v电源通过稳压芯片转换得到+3.3v电源，以供arm数据处理模块3用电，稳压芯片单元采用lm1117
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3.3v降压芯片。
40.数据传输模块5包括232通信电路和485通信电路，能够将采集到的各相电能数据通过串口与外部进行通信，数据传输模块5的输入端与存储单元3
‑
2连接。
41.485通信电路采用adm2587芯片作为485串口转换芯片，具备
±
15 kv esd完全集成式隔离数据收发器，采用5v或3.3v单电源供电，以实现完全隔离的rs
‑
485串口通信；adm2587芯片的两个vcc引脚共接于电容c38、电容c39和电容c40的第一端，电容c38、电容c39和电容c40的第二端共接于地，visoin引脚和viout引脚共接于电容c35、电容c36和电容c37的第一端，电容c35、电容c36和电容c37的第二端共接于地。232通信电路使用max3232作为主要的串口处理芯片，该芯片采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0v至5.5v电源供电时能够实现真正的rs
‑
232性能，器件仅需四个0.1uf的外部小尺寸电荷泵电容。max3232确保在120kbps数据速率，同时保持rs
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232输出电平。根据两种串口芯片的电源要求和原有电源的设计，两种串口芯片采用+3.3v供电电源。
42.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。