一种全触屏的便携式电能质量监测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种全触屏的便携式电能质量监测仪，包括传感器测量模块、GPS模块、信号调理模块、嵌入式模块、人机交互模块、电源模块；所述嵌入式模块包括用于数字信号分析与处理的嵌入式模块和用于人机交互与历史数据处理的嵌入式模块。本实用新型通过设备便携度高、测量准确、功耗低、实时性和鲁棒性好，可显示多路实时波形并对波形进行移动、放大等操作，结果显示清晰直观，而且可测量高次谐波，间谐波，能够实时测量和显示谐波数据和谐波含量柱状图，方便监测，同时能监测电压的变动情况，装置使用大屏全彩显示和触屏操控，使操作更加方便、人机交互界面更友好，并且移植了FATFS系统，能对数据文件进行管理。
【专利说明】
一种全触屏的便携式电能质量监测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电能质量监测装置的技术领域，特别是一种全触屏操作的便携式电能质量监测仪的技术领域。
【【背景技术】】
[0002]因为现代电网广泛采用电力电子器件控制电能，致使电网用户侧出现了大量的非线性电子器件，导致负荷结构产生了极大变化。此类负荷的用电特性具有非线性、不平衡的特点，会引起电压波动、三相不平衡、谐波污染和频率波动等现象。同时，由于近年来电力行业试水市场竞争机制、用户参与电能价格调控的积极性不断提高，逐渐形成了开放和竞争的环境，这也必然对电能质量提出更严格和精细的要求。
[0003]随着由微电源、蓄电装置、控制装置和负荷共同组成的微电网的应用逐渐扩大，导致实时的、便携化、简单化的电能质量监测装置的需求越来越大。为了适应越来越大规模的配电网络和微电网的发展，方便工作人员对设备检测和对各节点电能的评估，各种便携式的电能质量分析仪应运而生，发展也越来越成熟。此类便携式装置应能对故障现场或新增加的节点进行快速测量，帮助用户监测配电网中电能质量，为制定配电网侧相关策略提供参考。而目前市场上的便携式电能质量监测装置在实际使用过程中均存在装置按键数量大，操作步骤复杂，测量结果显示不够直观清晰以及人机交互界面不够友好等缺点。
【【实用新型内容】】
[0004]本实用新型的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种全触屏的便携式电能质量监测仪，能够在实现完备的电能质量参数测量的基础上，实现除电源键之外的全触屏操作，以增加装置便携性并提供友好的人机交互界面，方便快捷的操作体验以及清晰直观的结果显示。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提出了一种全触屏的便携式电能质量监测仪，包括传感器测量模块、GPS模块、信号调理模块、嵌入式模块、人机交互模块、电源模块;所述嵌入式模块包括用于数字信号分析与处理的嵌入式模块和用于人机交互与历史数据处理的嵌入式模块。
[0006]作为优选，所述传感器测量模块包含一个或一个以上用于连接并实时监测电网节点电压电流大小的钳形互感器;所述钳形互感器可以在电网节点上快捷安装，并采用标准的仪器仪表接口方式与转接模块相连，操作灵活方便，扩展性较强。
[0007]作为优选，所述信号调理模块包括信号跟随模块、反向求和模块和反向放大模块；所述信号调理模块通过信号跟随模块完成信号的跟随放大。
[0008]作为优选，所述GPS模块采用遵循NMEA-0183协议的GPS模组，为DSP芯片提供标准时间参数。
[0009]作为优选，所述用于数字信号分析与处理的嵌入式模块以DSP芯片为核心。
[0010]作为优选，所述用于人机交互与历史数据处理的嵌入式模块以STM单片机芯片为核心，并移植了嵌入式实时操作系统及嵌入式文件管理系统。
[0011]作为优选，所述人机交互模块，通过STM单片机芯片来控制驱动芯片，进而在薄膜晶体管液晶显示器及投射式电容触摸屏上实现显示内容及触屏控制。
[0012]作为优选，所述数据管理模块包括标准SD卡接口、USBHOST接口以及嵌入式文件管理系统。
[0013]本实用新型的有益效果:本实用新型通过设备便携度高、测量准确、功耗低、实时性和鲁棒性好，可显示多路实时波形并对波形进行移动、放大等操作，结果显示清晰直观，而且可测量高次谐波，间谐波，能够实时测量和显示谐波数据和谐波含量柱状图，方便监测，同时能监测电压的变动情况，装置使用大屏全彩显示和触屏操控，使操作更加方便、人机交互界面更友好，并且移植了 FATFS系统，能对数据文件进行管理。
[0014]本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【【附图说明】】
[0015]图1是本实用新型一种全触屏的便携式电能质量监测仪的结构示意图；
[0016]图2是本实用新型一种全触屏的便携式电能质量监测仪的系统功能示意图。
【【具体实施方式】】
[0017]参阅图1、图2，本实用新型一种全触屏的便携式电能质量监测仪，包括用于数据实时采集的传感器测量模块、用于提供标准时钟信号的GPS模块、用于进行信号放大的信号调理模块、用于数字信号分析与处理的嵌入式模块、用于人机交互与历史数据处理的嵌入式模块、用于显示结果和设置参数的人机交互模块、用于存储与查询历史数据的数据管理模块和用于为各个模块供电的电源模块。
[0018]所述传感器测量模块包含用于连接并实时监测电网节点电压电流大小的钳形互感器;所述的钳形互感器可以在电网节点上快捷安装，并采用标准的仪器仪表接口方式与转接模块相连，操作灵活方便，扩展性较强;所述GPS模块采用遵循NMEA-0183协议的U-BLOXNE0-6M模组，体积小巧，性能优异，自带陶瓷天线，可通过串口进行各种参数设置，并可保存在EEPROM，自带IPX接口，可以连接各种有源天线;所述GPS模块为数字信号分析与处理模块提供时间基准，以便测量节点的相角及三相不平衡度;所述信号调理模块包括信号跟随模块、反向求和模块和反向放大模块等，通过信号跟随模块完成信号的跟随放大；所述的用于数字信号分析与处理的嵌入式模块以DSP芯片为核心，型号为TMS320VC5509;所述数字信号分析与处理模块包括信号处理模块A/D转换模块、电压和电流运算模块、数据存储模块等;所述A/D转换模块将从信号调理模块获取的模拟信号转换成数字信号，并分别传输给电压和电流运算模块;所述电压和电流运算模块使用FFT(快速傅里叶变换)对数据进行计算，以得到稳态电能质量数据如电压电流的频率、幅值、谐波和相角，使用SFFT(短时快速傅里叶变换)对数据进行计算，以对电压波动与电压暂降进行监测，计算结束后将得到的数据通过串口传输给用于人机交互与历史数据处理的嵌入式模块;所述的用于人机交互与历史数据处理的嵌入式模块以STM32F407为硬件核心，以uC/OSII实时操作系统为软件核心，包括触屏输入模块、彩屏输出模块、数据存储模块等，通过所述触屏输入模块可以选择所需的功能及设置参数;所述彩屏输出模块用于显示测量数据、波形及图表等信息;所述数据存储模块用于存储历史数据并与可移动存储设备进行数据传输;所述人机交互模块，通过STM32F4的FSMC接口来控制驱动芯片进而在4.3寸TFTIXD上显示内容和触屏控制;所述TFT-1XD即薄膜晶体管液晶显示器，为4.3寸投射式电容触摸屏(交互电容类型)，分辨率为800*480，16位真彩显示，接口为16位的80并口；所述驱动芯片为ILI9341控制器，自带显存，其显存总大小为800*480*18/8，并使用GT9147作为驱动1C，其驱动结构为10个感应通道和17个驱动通道，支持5点触控，支持10Hz触点扫描频率，适合小于4.5寸的电容触摸屏使用;所述数据管理模块包括使用STM32F407自带的SD1接口驱动设计的标准SD卡接口，4位模式，最高通信速度可达48Mhz，最高每秒可传输数据24M字节，包括采用侧式USB-A座的USB HOST接口，文件操作使用的是STM32F407内移植的专为小型嵌入式系统设计的FATFS文件管理系统，版本为FATFS—R0.1Ob;所述的系统功能包括参数监测、单相监测、三相监测、历史数据和设置参数五项，使用uC/OSII实时操作系统进行时间管理、内存管理和任务管理，对各个功能界面设置不同的优先级，通过uC/OSII系统对其进行任务调度，实现内存的最优利用，保证系统的流畅稳定运行;所述的参数监测分为三项:谐波监测、频率监测和电压监测；所述谐波监测包括显示谐波数据和谐波柱状图；所述频率监测可以对频率偏差进行监测；所述电压监测可以对过电压、欠电压、电压中断和电压波动等稳态数据进行监测，也可以对电压暂升暂降等暂态数据进行监测，当所监测的系统参数没有超出所设定范围的变动时，装置按所设置时间间隔自动保存数据；当所监测参数发生超出设定值的变动时装置自动保存异常数据于SD卡中；所述的单相监测功能可分为显示波形及参数、对波形进行移动等操作两部分，显示所选择相的电压和电流的实时波形并将其幅值、频率和相角等参数显示在屏幕右侧;所述的三相监测功能也分为显示波形及参数、对波形进行移动等操作两部分，其中可对显示波形进行的操作有移动、改变幅值、扫描频率和截图等，同时，在显示波形及参数界面也可跳转到谐波的实时监测界面;所述的历史数据功能可实现对历史数据按日期查询、删除、导出到U盘等，文件操作使用的是STM32F407内移植的专为小型嵌入式系统设计的FATFS文件管理系统，版本为FATFS—R0.1Ob;所述的设置参数功能包括对采样时间、测量精度要求和保存数据频率等参数的设置，在实现完备的电能质量参数测量的基础上，提供友好的人机交互界面，结果显示清晰直观，通过全触屏及uC/OSII实时操作系统实现方便快捷的操作体验。
[0019]本实用新型工作过程:
[0020]本实用新型一种全触屏的便携式电能质量监测仪在工作过程中，通过传感器测量模块对电网的一个或多个节点进行数据信号采样，获得实时的电网节点数据信号，将电网节点数据通过信号调理模块进行信号放大，最后获得可以进行加工处理的放大信号，GPS模块将实时时间信号传输给DSP，根据在STM32的人机交互模块上设置的参数和选择的功能，在DSP中对放大信号进行计算，通过人机交互模块进行参数设置和功能选择。
[0021]本实用新型通过设备便携度高、测量准确、功耗低、实时性和鲁棒性好，可显示多路实时波形并对波形进行移动、放大等操作，结果显示清晰直观，而且可测量高次谐波，间谐波，能够实时测量和显示谐波数据和谐波含量柱状图，方便监测，同时能监测电压的变动情况，装置使用大屏全彩显示和触屏操控，使操作更加方便、人机交互界面更友好，并且移植了 FATFS系统，能对数据文件进行管理。
[0022]上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本实用新型简单变换后的方案均属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种全触屏的便携式电能质量监测仪，其特征在于:包括用于数据实时采集的传感器测量模块、用于提供标准时钟信号的GPS模块、用于进行信号放大的信号调理模块、用于数字信号分析与处理的嵌入式模块、用于人机交互与历史数据处理的嵌入式模块、用于显示结果和设置参数的人机交互模块、用于存储与查询历史数据的数据管理模块和用于为各个模块供电的电源模块。2.如权利要求1所述的一种全触屏的便携式电能质量监测仪，其特征在于:所述传感器测量模块包含一个或一个以上用于连接并实时监测电网节点电压电流大小的钳形互感器；所述钳形互感器可以在电网节点上快捷安装，并采用标准的仪器仪表接口方式与转接模块相连，操作灵活方便，扩展性较强。3.如权利要求1所述的一种全触屏的便携式电能质量监测仪，其特征在于:所述信号调理模块包括信号跟随模块、反向求和模块和反向放大模块;所述信号调理模块通过信号跟随模块完成信号的跟随放大。4.如权利要求1所述的一种全触屏的便携式电能质量监测仪，其特征在于:所述GPS模块采用遵循NMEA-018 3协议的GPS模组，为DSP芯片提供标准时间参数。5.如权利要求1所述的一种全触屏的便携式电能质量监测仪，其特征在于:所述用于数字信号分析与处理的嵌入式模块以DSP芯片为核心。6.如权利要求1所述的一种全触屏的便携式电能质量监测仪，其特征在于:所述用于人机交互与历史数据处理的嵌入式模块以STM单片机芯片为核心，并移植了嵌入式实时操作系统及嵌入式文件管理系统。7.如权利要求1所述的一种全触屏的便携式电能质量监测仪，其特征在于:所述人机交互模块，通过STM单片机芯片来控制驱动芯片，进而在薄膜晶体管液晶显示器及投射式电容触摸屏上实现显示内容及触屏控制。8.如权利要求1所述的一种全触屏的便携式电能质量监测仪，其特征在于:所述数据管理模块包括标准SD卡接口、USB HOST接口以及嵌入式文件管理系统。
【文档编号】G05B19/042GK205608103SQ201620164908
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月3日
【发明人】于竞哲, 苏宜靖, 李济沅
【申请人】浙江大学