一种远程传输控制可扩展的数据采集终端的制作方法

本实用新型涉及无功功率补偿技术、电力传输技术、电力技术等领域，具体的说，是一种远程传输控制可扩展的数据采集终端。

背景技术：

电力系统是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、优质的电能。

电力系统的主体结构有电源（各类发电厂、站，它将一次能源转换成电能），电力网络（变电所（升压变电所、负荷中心变电所等），输电、配电线路）和负荷中心。各电源点还互相联接以实现不同地区之间的电能交换和调节，从而提高供电的安全性和经济性。输电线路与变电所构成的网络通常称电力网络。电力系统的信息与控制系统由各种检测设备、通信设备、安全保护装置、自动控制装置以及监控自动化、调度自动化系统组成。电力系统的结构应保证在先进的技术装备和高经济效益的基础上，实现电能生产与消费的合理协调。

电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。它的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户连接。

电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。它既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。为保证系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同层次上依不同要求配置各类自动控制装置与通信系统，组成信息与控制子系统。它成为实现电力系统信息传递的神经网络，使电力系统具有可观测性与可控性，从而保证电能生产与消费过程的正常进行以及事故状态下的紧急处理。

电力系统的运行指组成电力系统的所有环节都处于执行其功能的状态。电力系统运行中，由于电力负荷的随机变化以及外界的各种干扰（如雷击等）会影响电力系统的稳定，导致系统电压与频率的波动，从而影响系统电能的质量，严重时会造成电压崩溃或频率崩溃。电力系统运行分为正常运行状态与异常运行状态。其中，正常状态又分为安全状态和警戒状态；异常状态又分为紧急状态和恢复状态。电力系统运行包括了所有这些状态及其相互间的转移。各种运行状态之间的转移需通过不同控制手段来实现。

电力系统在保证电能质量、实现安全可靠供电的前提下，还应实现经济运行，即努力调整负荷曲线，提高设备利用率，合理利用各种动力资源，降低燃料消耗、厂用电和电力网络的损耗，以取得最佳经济效益。

根据电力系统中装机容量与用电负荷的大小，以及电源点与负荷中心的相对位置，电力系统常采用不同电压等级输电（如高压输电或超高压输电），以求得最佳的技术经济效益。根据电流的特征，电力系统的输电方式还分为交流输电和直流输电。交流输电应用最广。直流输电是将交流发电机发出的电能经过整流后采用直流电传输。

由于自然资源分布与经济发展水平等条件限制，电源点与负荷中心多处于不同地区。由于电能目前还无法大量储存，输电过程本质上又是以光速进行，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就成为制约电力系统结构和运行的根本特点 。

任何输配电设备和用电装置都不可能是纯阻性负载，因此它们必然要占用一定的无功功率。无功电流的存在使线路总电流增大，因而增大了输配电线路的有功损耗，造成电压下降、电能浪费、恶化了电能质量。由于电网负载绝大多数呈感性，因而采用并联电容器组，通过对并联电容器组的投切控制来进行无功补偿是一种简单易于的措施并已得到广泛应用。传统方式采用固定电容补偿，但这种方式仅适用于用户负载固定、无功需求相对稳定的网络，不能动态跟踪系统的无功功率的变化，而且还有可能和系统发生并联振导致谐波放大，因而并联固定电容的方法目前正逐渐被淘汰。随着微机控制技术和功率半导体器件的发展，用微机进行实时检测、跟踪负荷的无功功率的变化并自动控制补偿电路的投切，可以实现准确，快速的动态无功补偿，从而达到降低配电线路的线损、改善电网供电质量的目的。这就是所为的静止无功补偿装置（Static Var Compensator），简称SVC。目前常用的SVC大多以接触器作为电容器投切的执行元件，投入时冲击电流大，切换时会产生过电压，自身触头易甚至熔焊，噪声大，而且投切时间长，在控制环节上基本不能满足分相、分级、快速及跟踪补偿的要求。也有少量的SVC以晶闸管作为执行元件，虽能达到快速、安全的补偿效果，但由于晶闸管元件价格昂贵且控制系统较复杂，使得这种系统的可靠性差，容量产生误动作。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种远程传输控制可扩展的数据采集终端，利用传感器技术对电力系统进行实时监测，并结合DSP处理器进行数据的整理、统计、分析等处理，并采用基于多种接口协议而设计的接口电路与外接设备进行连接通信，整个数据采集终端具有运行可靠性高、使用方便、扩展性能强等优点。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种远程传输控制可扩展的数据采集终端，设置有传感器电路、多路模拟开关、信号变换电路、AD采样电路、DSP控制器及接口电路，所述传感器电路连接多路模拟开关，多路模拟开关连接信号变换电路，信号变换电路连接AD采样电路，AD采样电路连接DSP控制器，所述接口电路连接在DSP控制器上。

进一步的为更好地实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述接口电路包括分别与DSP控制器相连接的wifi接口电路、RF接口电路、RS485接口电路。

进一步的为更好地实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述接口电路还包括分别与DSP控制器相连接的CAN总线接口电路、RS232接口电路、RS422接口电路。

进一步的为更好地实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述接口电路还包括与DSP控制器相连接的以太网接口电路。

进一步的为更好地实现本实用新型，特别采用下述设置结构：在所述DSP控制器上还连接有显示电路和矩阵键盘电路。

进一步的为更好地实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述显示电路采用待触摸功能的LED液晶显示电路。

进一步的为更好地实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述信号变换电路包括相互连接的V/I变换电路和I/V变换电路，且多路模拟开关连接V/I变换电路，I/V变换电路连接AD采样电路。

进一步的为更好地实现本实用新型，特别采用下述设置结构：在所述传感器电路内设置有霍尔传感器、电流信号放大电路、电压互感器、电压信号放大电路，霍尔传感器连接电流信号放大电路，电流信号放大电路连接多路模拟开关，电压互感器连接电压信号放大电路，电压信号放大电路连接多路模拟开关。

进一步的为更好地实现本实用新型，特别采用下述设置结构：在所述传感器电路内还设置有温度传感器、温度信号放大电路、湿度传感器、湿度信号放大电路，温度传感器连接温度信号放大电路，温度信号放大电路连接多路模拟开关，湿度传感器连接湿度信号放大电路，湿度信号放大电路连接多路模拟开关。

进一步的为更好地实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述DSP控制器的主控芯片采用TMS320C5535处理器。

型号为TMS320C5535的DSP处理器具有高性能和低功耗的特性，处理器支持一种内部总线架构，包括一根编程总线、一根32位数据读总线和两根16位数据读总线、两根16位数据写总线以及专门用于外设和DMA运行的附加总线，该器件还包括4个各具4个通道的 DMA控制器，可为16个独立通道上下文提供数据传送，而无需CPU的干预。处理器提供了两个乘加运算(MAC)单元，它们各能在单个周期内完成17位*17位乘法和32位加法。由一个额外的16位ALU对中央40位算术/逻辑单元(ALU)提供支持。通用输入和输出功能以及TMS320C5535上的10位SARADC为状态、中断提供了足够的引脚，并为LCD显示器、键盘及媒体接口提供了充足的位I/O。通过两个安全数字(SD)外设、4个IC间声音 (I2CBusTM)模块、一个具有多达4种芯片选择的串行端口接口(SPI)、一个I2C多主控器和 受控器接口以及一个通用异步接收器/发送器(UART)接口对串行媒体提供支持，一个高速通用串行总线(USB2.0)仅器件模式、一个实时时钟(RTC)、3个通用定时器(其中一个可配 置为看门狗定时器)和一个模拟锁相环(APLL)时钟发生器。此外，TMS320C5535还包括一个紧耦合FFT硬件加速器。该紧耦合FFT硬件加速器可支持8至1024点实数和虚数值 FFT。能快速、高效、准确的对传输到TMS320C5535中的信号进行数据处理，并发出相应的指令进行下级操作。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型利用传感器技术对电力系统进行实时监测，并结合DSP处理器进行数据的整理、统计、分析等处理，并采用基于多种接口协议而设计的接口电路与外接设备进行连接通信，整个数据采集终端具有运行可靠性高、使用方便、扩展性能强等优点。

（2）本实用新型具有系统结构简单、造价低、工作可靠、实用性强等特点。

（3）本实用新型可以通过矩阵键盘电路进行各种功能（诸如参数设置、更改等）的操作管理，亦可以通过带触摸功能的显示电路进行各种功能（诸如参数设置、更改、调用、画面切换、放大、界面选定等）的操作管理。

（4）本实用新型能够同时或单独进行电压信号采集、电流信号采集、温度信号采集、湿度信号采集，为管理者提供实时的被检温度信息、使得信息、电压电流信息，以便使用者能够及时知晓被检电气设备、电力系统是否正常稳定的运行，为电气设备、电力系统安全稳定、智能化的运行提供数据基础。

（5）本实用新型基于多种接口协议而设置，能够方便其与后置设备之间进行数据通信，从而提高了其适应设备的范围。

（6）本实用新型可以支持RF、485、422、232、CAN总线等多个协议，并将实际收到的不同数据进行诸如编号处理，数据采集后，再按照整理后的数据格式可以通过RS485总线、RS422总线、RS232总线、RF电路、wifi模式、以太网模式等输出，从而适应多种后置设备进行数据收集。

附图说明

图1为本实用新型架构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

值得注意的是，在本实用新型的实际应用中，不可避免的会应用到软件程序，但申请人在此声明，该技术方案在具体实施时所应用的软件程序皆为现有技术，在本申请中，不涉及到软件程序的更改及保护，只是对为实现发明目的而设计的硬件架构的保护。

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、 “竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1：

本实用新型设计出一种远程传输控制可扩展的数据采集终端，利用传感器技术对电力系统进行实时监测，并结合DSP处理器进行数据的整理、统计、分析等处理，并采用基于多种接口协议而设计的接口电路与外接设备进行连接通信，整个数据采集终端具有运行可靠性高、使用方便、扩展性能强等优点，如图1所示，特别采用下述设置结构：设置有传感器电路、多路模拟开关、信号变换电路、AD采样电路、DSP控制器及接口电路，所述传感器电路连接多路模拟开关，多路模拟开关连接信号变换电路，信号变换电路连接AD采样电路，AD采样电路连接DSP控制器，所述接口电路连接在DSP控制器上。

在设计使用时，将传感器电路与电气设备或电力系统相连接，所述传感器电路，能够实时收集电气设备或电路系统诸如电压、电流、工作温度、工作湿度等信息；

所述多路模拟开关，能够逻辑（包括单独传输某一种传感数据或同时传输多种传感数据或各种传感数据依据先后次序进行传输等数据传输方式）的将传感器电路所采集的数据信息输送至信号变换电路内进行信号变换，而后利用AD采样电路进行AD变换并将变换后所得数字电平信号传输至DSP控制器内，进行统计、整理、分析并结合预制策略制定新的策略，亦将整理后的数据能够通过接口电路传输至后续的电路结构中，从而使得后台人员能够实时知晓采集的信息；优选的，在设置时AD采样电路采用高精度AD采集芯片ADS7809搭建而成。

ADS7809是Burr-Brown公司推出的高精度AD采集芯片，具有如下特性：具有16位带采样保持的基于电容的逐次逼近寄存器型模数转换器；

100kHz采样速率，20kHz输入时的信噪比达83dB；

+1/2LSB的积分非线性和差分非线性；

6种可选的输入范围，分别是0～10V、0～5V、0～4V、±10V、±5V和±3.3V；片内带有+2.5V基准源，也可采用外部基准源；

片内自带时钟，采样数据通过串行输出，数据既可用内部时钟，也可由外部时钟同步后输出；

采用单5V电源供电,最大功耗小于100mW；

采用20脚塑料DIP封装或SIOC封装；

工作温度范围为-25℃～+85℃。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本实用新型，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述接口电路包括分别与DSP控制器相连接的wifi接口电路、RF接口电路、RS485接口电路。

在设计使用时，在DSP控制器上设置有wifi接口电路、RF接口电路、RS485接口电路，能够使得使用者通过wifi、射频或RS485总线将本实用新型采集所得的数据传输至后续电路设备中以便进行备份、查看、展示等操作。

实施例3：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本实用新型，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述接口电路还包括分别与DSP控制器相连接的CAN总线接口电路、RS232接口电路、RS422接口电路。

在设计使用时，在DSP控制器上还设置有CAN总线接口电路、RS232接口电路、RS422接口电路，能够使得使用者通过CAN总线、RS232总线或RS422总线将本实用新型采集所得的数据传输至后续电路设备中以便进行备份、查看、展示等操作。

实施例4：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本实用新型，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述接口电路还包括与DSP控制器相连接的以太网接口电路，在设计使用时，设置在DSP控制器的以太网接口电路能够使得使用者将本实用新型通过网线接入到网络设备中，使其能够将本实用新型采集所得的数据传输至后续电路设备中以便进行备份、查看、展示等操作。

实施例5：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本实用新型，如图1所示，特别采用下述设置结构：在所述DSP控制器上还连接有显示电路和矩阵键盘电路；在设计使用时，使用者将可以通过矩阵键盘电路进行各种功能（诸如参数设置、更改等）的操作管理，且采集信息能够实时的在显示电路内的显示屏中进行展示，以便使用者能够及时知晓所采集的温度、湿度、电压、电流值信息。

实施例6：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本实用新型，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述显示电路采用待触摸功能的LED液晶显示电路，采用待触摸功能的LED液晶显示电路可以使使用者通过带触摸功能的显示电路进行各种功能（诸如参数设置、更改、调用、画面切换、放大、界面选定等）的操作管理。

实施例7：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本实用新型，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述信号变换电路包括相互连接的V/I变换电路和I/V变换电路，且多路模拟开关连接V/I变换电路，I/V变换电路连接AD采样电路，在使用时，传感器电路所采集的数据信息将利用多路模拟开关逻辑化的将各种传感器收集的电量信息传输至信号变换电路内进行信号变换处理，在进行信号变换处理时，首先通过V/I变换电路实现电压信号到电流信号的变换处理，而后利用I/V变换电路实现电流信号到电压信号的变换处理，而后利用AD采样电路进行采样处理，得到可以被DSP控制器所处理的数字电平，并传输至DSP控制器内，DSP控制器收集信号后将进行统计、整理、分析并结合预制策略制定新的策略，亦将整理后的数据能够通过接口电路传输至后续的电路结构中，从而使得后台人员能够实时知晓采集的信息。

实施例8：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本实用新型，如图1所示，特别采用下述设置结构：在所述传感器电路内设置有霍尔传感器、电流信号放大电路、电压互感器、电压信号放大电路，霍尔传感器连接电流信号放大电路，电流信号放大电路连接多路模拟开关，电压互感器连接电压信号放大电路，电压信号放大电路连接多路模拟开关。

所述电压互感器，用于检测电气设备或电力系统的实时电压值数据，电压互感器收集的电压传感信号将利用电压信号放大电路进行信号放大，而后通过多路模拟开关逻辑的传输至信号变换电路内，所述霍尔传感器用于检测电气设备或电力系统的实时电流值数据，霍尔传感器将收集的电流传感信号将利用电流信号放大电路进行信号放大，而后通过多路模拟开关逻辑的传输至信号变换电路内。

实施例9：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本实用新型，如图1所示，特别采用下述设置结构：在所述传感器电路内还设置有温度传感器、温度信号放大电路、湿度传感器、湿度信号放大电路，温度传感器连接温度信号放大电路，温度信号放大电路连接多路模拟开关，湿度传感器连接湿度信号放大电路，湿度信号放大电路连接多路模拟开关。

所述温度传感器，用于检测电气设备或电力系统的工作温度或所在环境温度，温度传感器收集的温度传感信号将利用电压信号放大电路进行信号放大，而后通过多路模拟开关逻辑的传输至信号变换电路内，所述湿度传感器用于检测电气设备或电力系统的湿度数据或所在环境的湿度数据信息，湿度传感器将收集的湿度传感信号将利用电流信号放大电路进行信号放大，而后通过多路模拟开关逻辑的传输至信号变换电路内。

实施例10：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本实用新型，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述DSP控制器的主控芯片采用TMS320C5535处理器。

型号为TMS320C5535的DSP处理器具有高性能和低功耗的特性，处理器支持一种内部总线架构，包括一根编程总线、一根32位数据读总线和两根16位数据读总线、两根16位数据写总线以及专门用于外设和DMA运行的附加总线，该器件还包括4个各具4个通道的 DMA控制器，可为16个独立通道上下文提供数据传送，而无需CPU的干预。处理器提供了两个乘加运算(MAC)单元，它们各能在单个周期内完成17位*17位乘法和32位加法。由一个额外的16位ALU对中央40位算术/逻辑单元(ALU)提供支持。通用输入和输出功能以及TMS320C5535上的10位SARADC为状态、中断提供了足够的引脚，并为LCD显示器、键盘及媒体接口提供了充足的位I/O。通过两个安全数字(SD)外设、4个IC间声音 (I2CBusTM)模块、一个具有多达4种芯片选择的串行端口接口(SPI)、一个I2C多主控器和 受控器接口以及一个通用异步接收器/发送器(UART)接口对串行媒体提供支持，一个高速通用串行总线(USB2.0)仅器件模式、一个实时时钟(RTC)、3个通用定时器(其中一个可配 置为看门狗定时器)和一个模拟锁相环(APLL)时钟发生器。此外，TMS320C5535还包括一个紧耦合FFT硬件加速器。该紧耦合FFT硬件加速器可支持8至1024点实数和虚数值 FFT。能快速、高效、准确的对传输到TMS320C5535中的信号进行数据处理，并发出相应的指令进行下级操作。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是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，均落入本实用新型的保护范围之内。