开关柜智能操控装置的制作方法

本实用新型涉及一种开关柜智能操控装置。

背景技术：

开关柜智能操控装置是一种集多功能开关模拟显示、温湿度数据显示、多参数监控于一体的高度集成化装置，可用于各种电压等级的开关柜，包括中置柜、手车柜、固定柜、环网柜等多种柜体，具有动态一次模拟图、柜内温湿度显示、高压带电提示等功能。目前市场上的开关柜智能操控装置存在如下缺陷：(1)采用八位或十六位单片机设计，外围电路较多，可靠性和安全性低；(2)多功能电力仪表和操控装置独立安装使用，造成系统功能重叠、接线复杂、成本高；(3)手车自动进出易出现堵转现象，调节效果无法满足现场需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种开关柜智能操控装置，基于32位ARM微控制器和三相电能计量芯片实现，在没有额外增加成本的前提下提升了智能操控装置的性能。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

开关柜智能操控装置，包括ARM处理器、电力参数采集模块、三相电能计量芯片、温湿度传感器、霍尔电流传感器、开关量输入模块、LCD液晶显示模块、语音提示模块、报警模块、开关量输出模块和RS485通信接口；其中，ARM处理器分别与温湿度传感器、霍尔电流传感器、LCD液晶显示模块、语音提示模块和报警模块连接；在开关量输入模块与ARM处理器之间设有一号光耦隔离模块，开关量输入模块、一号光耦隔离模块和ARM处理器依次连接；在ARM处理器与开关量输出模块之间设有二号光耦隔离模块，ARM处理器、二号光耦隔离模块和开关量输出模块依次连接；在ARM处理器与RS485通信接口之间设有三号光耦隔离模块，ARM处理器、三号光耦隔离模块和RS485通信接口依次连接；所述电力参数采集模块包括三只电压互感器PT、三只电流互感器CT、电压变送器和电流变送器；其中，三只电压互感器PT分别与电压变送器相连，三只电流互感器CT分别与电流变送器相连；电压变送器和电流变送器分别与三相电能计量芯片相连。

优选地，所述ARM处理器采用32位的ARM微控制器AT91SAM7A3；所述微控制器AT91SAM7A3内集成有具有ARM7内核的ARM7TDMI、256KB Flash ROM、32KB SRAM、62个多功能复用I/O端口、9个16位可独立编程的定时/计数器通道、多个中断源、3个增强型全双工USART、2个CAN2.0B的CAN控制器、2个高速SPI串口、带I²C的USB2.0接口、振荡器和看门狗电路。

优选地，在电压变送器与三相电能计量芯片之间设有信号滤波电路，电压变送器、信号滤波电路和三相电能计量芯片依次连接。

优选地，所述三相电能计量芯片采用三相电能计量专用芯片ADE7758。

优选地，所述温湿度传感器选用数字复合型传感器DHT21，其内部包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件。

优选地，所述RS485通信接口的通讯采用中断方式，异步传输，以帧为单位，每个数据帧包括11位数据，其中包括1位起始位、8位数据位、1位偶校验位和1位停止位，数据传输波特率为9600bit/s或19200bit/s。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型基于ARM微处理器和三相电能计量芯片实现，能够有效的将多功能电力仪表和智能操控装置功能集成为一体，既有效节约了成本，又减少了接线，从而克服了以往使用8位或16位单片机和常规A/D转换带来的缺陷。本实用新型不仅能够准确采集电压和电流等参数，还能模拟现实一次接线图，指示断路器、手车、接地开关的位置以及联锁的状态，对柜内温湿度可自行调节，具有语音防误操作提示功能。本实用新型大大改善了智能操控装置的性能，扩充了功能，弥补了现有开关柜智能操控装置的不足。

附图说明

图1为本实用新型中开关柜智能操控装置的结构示意图；

图2为本实用新型中电力参数采集模块的结构示意图；

其中，1-ARM处理器，2-电力参数采集模块，3-三相电能计量芯片，4-温湿度传感器，5-霍尔电流传感器，6-开关量输入模块，7-LCD液晶显示模块，8-语音提示模块，9-报警模块，10-开关量输出模块，11-RS485通信模块，12-一号光耦隔离模块，13-二号光耦隔离模块，14-三号光耦隔离模块，15-电压互感器PT，16-电流互感器CT，17-电压变送器，18-电流变送器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明：

结合图1所示，开关柜智能操控装置，包括ARM处理器1、电力参数采集模块2、三相电能计量芯片3、温湿度传感器4、霍尔电流传感器5、开关量输入模块6、LCD液晶显示模块7、语音提示模块8、报警模块9、开关量输出模块10和RS485通信接口11。

其中，ARM处理器1分别与温湿度传感器4、霍尔电流传感器5、LCD液晶显示模块7、语音提示模块8和报警模块9连接。

在开关量输入模块6与ARM处理器1之间设有一号光耦隔离模块12，开关量输入模块6、一号光耦隔离模块12和ARM处理器1依次连接。

在ARM处理器1与开关量输出模块10之间设有二号光耦隔离模块13，ARM处理器1、二号光耦隔离模块13和开关量输出模块10依次连接。

在ARM处理器1与RS485通信接口11之间设有三号光耦隔离模块14，ARM处理器1、三号光耦隔离模块14和RS485通信接口11依次连接。

ARM处理器1采用32位的ARM微控制器AT91SAM7A3，其片内集成有具有ARM7内核的ARM7TDMI、256KB Flash ROM、32KB SRAM、62个多功能复用I/O端口、9个16位可独立编程的定时/计数器通道、多个中断源、3个增强型全双工USART、2个CAN2.0B的CAN控制器、2个高速SPI串口、带I²C的USB2.0接口、振荡器和看门狗电路。

由于本实用新型中的ARM处理器1片内资源丰富且存储器容量大，因此不需要扩展存储器等外围电路，明显简化了硬件结构。

ARM处理器1可以通过温湿度传感器4对柜内的温湿度进行测量和调节，可根据用户要求设置温湿度上下限，ARM处理器1实时采集温湿度值，判断是否超限并启动降温除湿操作。

在ARM处理器1上还连接有用于控制降温除湿设备的驱动模块。此外，ARM处理器1还需要实时采集显示开关和手车等的状态。

三相电能计量芯片3采用三相电能计量专用芯片ADE7758。

该芯片内嵌DSP，集成了6路2阶∑-ΔA/D转换器，带有一个SPI串行通讯接口，两路脉冲输出。采用数字校准技术，可通过SPI接口完成对芯片的设置、电量数据的传输和校准。内有温度传感器，单5V供电，低功耗，适用于三相三线或三相四线电力系统中。

如图2所示，电力参数采集模块2包括三只电压互感器PT15、三只电流互感器CT16、电压变送器17和电流变送器18。

其中，三只电压互感器PT15分别与电压变送器17相连，三只电流互感器CT16分别与电流变送器18相连；电压变送器17和电流变送器18分别与三相电能计量芯片3相连。

电压、电流模拟量的采集分别由三只电压互感器PT15、三只电流互感器CT16完成，即将回路中的电压和电流信号转换成100V、5A的二次信号，再分别经电压变送器17和电流变送器18输送至三相电能计量芯片3中。三相电能计量芯片3完成对电流和电压信号的判断、处理和计算，并进行存储。三相电能计量芯片3将经过计算得到的结果发送至ARM处理器1中，ARM处理器1根据互感器、变送器变换比推算出参量的实际值。

优选地，在电压变送器17与三相电能计量芯片3之间设有信号滤波电路，电压变送器17、信号滤波电路和三相电能计量芯片3依次连接。

通过上述设计，可以保证进入三相电能计量芯片3的信号幅值不超过500mV。

温度时导致设备绝缘老化、性能下降的重要因素。低温潮湿又会使设备表面产生凝露而发生爬电闪络事故。因此必须对开关设备运行环境进行温湿度控制。

本实用新型中的温湿度传感器优选采用数字复合型传感器DHT21，其内部包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，单总线串行接口，信号传输距离可达20米以上。

在ARM处理器1上还分别连接有排风扇和加热器控制开关。

当检测到柜内温度和湿度超出人工设定范围时，报警模块9产生报警信号，同时ARM处理器1分别启动排风扇或加热器，直到温度或湿度恢复至设定范围，停止排风或加热。

RS485通信接口11的通讯采用中断方式，异步传输，以帧为单位。

每个数据帧包括11位数据，其中：包括1位起始位、8位数据位、1位偶校验位和1位停止位，数据传输波特率为9600bit/s或19200bit/s。

此外，在ARM处理器1上还可以连接有无线通信模块，以便将开关柜智能操控装置监测到的数据实时上传至控制室内的上位机，省去了布线的麻烦，信号传输稳定性好。

本实用新型中的无线通信模块例如可以采用2.4G无线发射模块JF24D-TX。与此同时，可以在控制室内的上位机上设置2.4G无线接收模块JF24D-RX。

通过上述设计，使得智能操控装置上的数据能够通过无线方式实时上传至控制室内的上位机，且通讯距离可以达到100米，很好的满足了使用要求。

在ARM处理器1上还连接有人体感应探头和照明灯开关，人体感应探头位于开关柜位置，照明灯开关位于开关柜内。当人体感应探头探测到有人靠近开关柜位置时，可以及时向ARM处理器1发送信号，由ARM处理器1控制柜内照明灯点亮。

优选地，本实用新型中的人体感应探头采用红外感应模块等。

当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。