一种变压器智能终端的制作方法

本实用新型属于配电自动化技术领域，涉及一种变压器智能终端。

背景技术：

在配电网中，配电变压器是其中的一个重要设备，在整个配电网的运行过程中发挥着举足轻重的作用。配电变压器长期处于过负荷的运行中，再加上配电变压器的负荷种类十分众多繁杂，因此对变压器运行状态的监测显得尤为重要，但是由于配电变压器的位置处于比较分散的状态，导致其当前的状态信息无法及时获取到。

技术实现要素：

本实用新型提出一种变压器智能终端，解决了现有技术中变压器运行状态监测不及时的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

包括依次连接的信号采集电路、信号调理电路和主控电路，所述主控电路还与继电器输出电路连接，

所述信号采集电路包括

电压采集电路，包括电压互感器，所述电压互感器的输入端用于与变压器低压侧连接，

电流采集电路，包括电流互感器，所述电流互感器的输入端用于与变压器低压侧连接，

所述信号调理电路包括

电压调理电路，包括加法运算电路一，所述加法运算电路一的输入端与所述电压互感器的输出端连接，所述加法运算电路一的输出端与所述主控电路连接，

电流调理电路，包括加法运算电路二，所述加法运算电路二的输入端与所述电流互感器的输出端连接，所述加法运算电路二的输出端与所述主控电路连接，

电压频率计算电路，包括依次连接的电压比较电路和光耦隔离电路一，所述电压比较电路的输入端与所述电压互感器的输出端连接，所述光耦隔离电路一与所述主控电路连接。

进一步，所述电压采集电路、所述电流采集电路、所述电压调理电路和所述电流调理电路均为电路结构相同的四路，

四路所述电压采集电路分别与四路所述电压调理电路连接，四路所述电流采集电路分别与四路所述电流调理电路连接，

所述电压比较电路的输入端与一路所述电压采集电路的输出端连接。

进一步，所述继电器输出电路包括电路结构相同的多路，其中一路包括依次连接的光耦隔离电路二和继电器电路，所述光耦隔离电路二与所述主控电路连接。

进一步，还包括开关量输入电路，包括电路结构相同的多路，其中一路包括依次连接的限流电阻、整流桥和光耦隔离电路三，所述限流电阻的一端用于与控制开关的触点连接，所述光耦隔离电路三与所述主控电路连接。

进一步，所述开关量输入电路还包括辅助电源检测电路，所述辅助电源检测电路包括光耦隔离电路四，所述光耦隔离电路四的输入端用于与辅助电源的电压输出端连接，所述光耦隔离电路四的输出端与所述主控电路连接。

进一步，还包括温度采集电路，所述温度采集电路包括电路结构相同的多路，多路所述温度采集电路分别用于与多个不同位置的温度传感器连接，

其中一路所述温度采集电路包括依次连接的加法运算电路三和电压跟随器电路，所述加法运算电路三与所述温度传感器连接，所述电压跟随器电路与所述主控电路连接。

进一步，还包括usb通信电路，所述usb通信电路包括依次连接的usb/rs232转换芯片和usb接口电路，所述usb/rs232转换芯片与所述主控电路连接，所述usb接口电路用于与pc机连接，

所述usb/rs232转换芯片和所述主控电路之间还连接有复位和引导控制电路，所述复位和引导控制电路的控制端与所述usb/rs232转换芯片连接，所述复位和引导控制电路的输出端与所述主控电路连接。

进一步，还包括rs485通信电路，所述主控电路包括串口发送引脚和串口接收引脚，

所述rs485通信电路包括依次连接的rs485接口芯片和反相器，所述串口发送引脚与所述反相器的输入端连接，所述反相器的输出端与所述rs485接口芯片的使能端连接，所述rs485接口芯片的接收器输出端与所述串口接收引脚连接，所述rs485接口芯片的驱动器输入与地信号连接。

进一步，还包括gprs通信电路，所述gprs通信电路包括依次连接的gprs接口芯片和sim卡接口端子，所述gprs接口芯片与所述主控电路连接，所述sim卡接口端子用于放置sim卡，所述gprs接口芯片还与gprs电源电路连接。

进一步，还包括按键和显示电路，包括

lcd驱动芯片，用于驱动液晶显示，并与主控电路通信；

按键电路，与所述lcd驱动芯片连接，

指示灯电路，与所述lcd驱动芯片连接。

进一步，还包括以太网通信电路，所述以太网通信电路包括依次连接的以太网接口芯片和以太网接口端子，所述以太网接口芯片与所述主控电路连接。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

1、本实用新型中电压互感器用于采集变压器低压侧的电压信号，并经电压调理电路送入主控电路，电流互感器用于采集变压器低压侧的电流信号，并经电流调理电路送入主控电路，电压频率计算电路用于捕获电压波形的上升沿信号，主控电路通过计算两个上升沿之间的时间即可计算电压频率，进而计算功率因数、有功功率和无功功率。

当主控电路判断电压、电流或电压频率信号异常时，可以控制继电器输出电路断开相应的电路连接，从而实现变压器系统的可靠保护。

本实用新型实现了变压器低压侧电压、电流、电压频率、功率因数、有功功率和无功功率的自动测量，有利于实现变压器低压侧的综合自动化遥测。

2、本实用新型可以应用在三相电路中，四路电压采集电路分别为u相电压采集电路、v相电压采集电路、w相电压采集电路、中线电压采集电路，四路电流采集电路分别为u相电流采集电路、v相电流采集电路、w相电流采集电路、中线电流采集电路，

其中，u相电压采集电路用于采集u相的电压信号，u相电流采集电路用于采集u相的电流信号，v相电压采集电路用于采集v相的电压信号，v相电流采集电路用于采集v相的电流信号，w相电压采集电路用于采集w相的电压信号，w相电流采集电路用于采集w相的电流信号，并经对应的电压调理电路和电流调理电路送入主控电路，

电压频率计算电路用于捕获其中一相电压波形的上升沿信号，主控电路通过计算两个上升沿之间的时间即可计算电压频率，进而计算功率因数、有功功率和无功功率。

本实用新型实现了三相电压、三相电流、电压频率、功率因数、有功功率和无功功率的自动测量，有利于实现变压器低压侧的综合自动化遥测。

3、本实用新型中多路继电器输出电路分别对变压器系统中的不同位置进行控制，可以选择性的关断某些继电器，有利于实现变压器系统的灵活控制。

4、本实用新型设置多路开关量输入电路，可采集负荷开关位置信号、低压断路器位置信号、低压隔离开关熔断器组位置信号、小空开位置信号、熔断器熔断信号，箱变门开关信号等普通开关量信号，一旦上述控制开关误动作，主控电路能够及时发现、以采取相应的措施。

5、上述控制开关可能是无源器件，在进行这些控制开关的信号检测时，需要外加辅助电源；辅助电源检测电路用于检测辅助电源的输出是否正常，以确保控制开关信号的准确检测。

6、本实用新型中多路温度采集电路的设置，用于检测变压器箱体内不同位置的温度信号，并且设置温度超限告警功能，方便变压器现场综合自动化系统的监视。

加法运算电路三用于对温度传感器采集的信号放大，调理为主控电路能够识别的电压信号，电压跟随器可以起到缓冲隔离的作用。

7、本实用新型可以通过usb数据线与pc机连接，pc机通过向usb/rs232转换芯片下发相应的指令，实现对主控电路的复位和引导控制。

8、本实用新型可以通过rs485通信电路与外部电路进行通信，由于rs485接口芯片为半双工的通信机制，需要对rs485接口芯片的接收器和驱动器进行分时控制，当接收器使能端为低电平时，使能数据接收功能，当驱动器使能端为高电平时，使能数据发送功能。

本实用新型中主控电路在不进行数据发送时，将串口发送引脚置为高电平，经反相器反相之后，变为低电平，连接到接收器的使能端，使能数据接收功能；当主控电路需要进行数据发送时，接收器的使能端被禁止，使能数据发送功能。

9、本实用新型还可以通过gprs通信电路与外部电路进行通信，gprs电源电路为gprs接口芯片提供稳定的电源，确保gprs接口芯片的正常工作。

10、本实用新型中，按键和显示电路能够实现人机交互功能，其中，lcd驱动芯片通过驱动液晶屏，对变压器系统的检测数据进行直观的展示；按键电路便于用户进行指令输入；主控电路也可以将变压器的工作状态字发送给lcd驱动芯片，lcd驱动芯片通过控制指示灯电路用于对变压器的工作情况进行直观的展示。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型电路原理框图；

图2为本实用新型中主控电路原理图；

图3为本实用新型中信号调理电路原理图；

图4为本实用新型中信号采集电路原理图；

图5为本实用新型中继电器输出电路原理图；

图6为本实用新型中开关量输入电路原理图；

图7为本实用新型中温度采集电路原理图；

图8为本实用新型中usb通信电路原理图；

图9为本实用新型中rs485通信电路原理图；

图10为本实用新型中gprs通信电路原理图；

图11为本实用新型中按键和显示电路原理图；

图12为实用新型中以太网通信电路原理图；

图中：1-信号采集电路，101-电压采集电路，1011-电压互感器，102-电流采集电路，1021-电流互感器，2-信号调理电路，21-电压调理电路，211-加法运算电路一，22-电流调理电路，221-加法运算电路二，23-电压频率计算电路，231-电压比较电路，232-光耦隔离电路一，3-主控电路，31-串口发送引脚，32-串口接收引脚，4-继电器输出电路，41-光耦隔离电路二，42-继电器电路，5-开关量输入电路，51-限流电阻，52-整流桥，53-光耦隔离电路三，54-辅助电源检测电路，541-光耦隔离电路四，6-温度采集电路，61-加法运算电路三，62-电压跟随器电路，7-usb通信电路，71-usb接口电路，72-usb/rs232转换芯片，73-复位和引导控制电路，8-rs485通信电路，81-rs485接口芯片，82-反相器，9-gprs通信电路，91-gprs接口芯片，92-sim卡接口端子，93-gprs电源电路，10-按键和显示电路，1001-lcd驱动芯片，1002-按键电路，1003-指示灯电路，11-以太网通信电路，1101-以太网接口电路，1102-以太网接口芯片。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图12所示，包括依次连接的信号采集电路1、信号调理电路2和主控电路3，主控电路3还与继电器输出电路4连接，

信号采集电路1包括

电压采集电路101，包括电压互感器1011，电压互感器1011的输入端用于与变压器低压侧连接，

电流采集电路102，包括电流互感器1021，电流互感器1021的输入端用于与变压器低压侧连接，

信号调理电路2包括

电压调理电路21，包括加法运算电路一211，加法运算电路一211的输入端与电压互感器1011的输出端连接，加法运算电路一211的输出端与主控电路3连接，

电流调理电路22，包括加法运算电路二221，加法运算电路二221的输入端与电流互感器1021的输出端连接，加法运算电路二221的输出端与主控电路3连接，

电压频率计算电路23，包括依次连接的电压比较电路231和光耦隔离电路一232，电压比较电路231的输入端与电压互感器1011的输出端连接，光耦隔离电路一232与主控电路3连接。

本实施例中电压互感器1011用于采集变压器低压侧的电压信号，并经电压调理电路21送入主控电路3，电流互感器1021用于采集变压器低压侧的电流信号，并经电流调理电路22送入主控电路3，电压频率计算电路23用于捕获电压波形的上升沿信号，主控电路3通过计算两个上升沿之间的时间即可计算电压频率，进而计算功率因数、有功功率和无功功率。

当主控电路3判断电压、电流或电压频率信号异常时，可以控制继电器输出电路4断开相应的电路连接，从而实现变压器系统的可靠保护。

本实施例实现了变压器低压侧电压、电流、电压频率、功率因数、有功功率和无功功率的自动测量，有利于实现变压器低压侧的综合自动化遥测。

进一步，电压采集电路101、电流采集电路102、电压调理电路21和电流调理电路22均为电路结构相同的四路，

四路电压采集电路101分别与四路电压调理电路21连接，四路电流采集电路102分别与四路电流调理电路22连接，

电压比较电路231的输入端与一路电压采集电路101的输出端连接。

本实施例可以应用在三相电路中，四路电压采集电路101分别为u相电压采集电路101、v相电压采集电路101、w相电压采集电路101、中线电压采集电路101，四路电流采集电路102分别为u相电流采集电路102、v相电流采集电路102、w相电流采集电路102、中线电流采集电路102，

其中，u相电压采集电路101用于采集u相的电压信号，u相电流采集电路102用于采集u相的电流信号，v相电压采集电路101用于采集v相的电压信号，v相电流采集电路102用于采集v相的电流信号，w相电压采集电路101用于采集w相的电压信号，w相电流采集电路102用于采集w相的电流信号，并经对应的电压调理电路21和电流调理电路22送入主控电路3，

电压频率计算电路23用于捕获其中一相电压波形的上升沿信号，主控电路3通过计算两个上升沿之间的时间即可计算电压频率，进而计算功率因数、有功功率和无功功率。

本实施例实现了三相电压、三相电流、电压频率、功率因数、有功功率和无功功率的自动测量，有利于实现变压器低压侧的综合自动化遥测。

进一步，继电器输出电路4包括电路结构相同的多路，其中一路包括依次连接的光耦隔离电路二41和继电器电路42，光耦隔离电路二41与主控电路3连接。

本实施例中多路继电器输出电路4分别对变压器系统中的不同位置进行控制，可以选择性的关断某些继电器，有利于实现变压器系统的灵活控制。

进一步，还包括开关量输入电路5，包括电路结构相同的多路，其中一路包括依次连接的限流电阻51、整流桥52和光耦隔离电路三53，限流电阻51的一端用于与控制开关的触点连接，光耦隔离电路三53与主控电路3连接。

本实施例设置多路开关量输入电路5，可采集负荷开关位置信号、低压断路器位置信号、低压隔离开关熔断器组位置信号、小空开位置信号、熔断器熔断信号，箱变门开关信号等普通开关量信号，一旦上述控制开关误动作，主控电路3能够及时发现、以采取相应的措施。

进一步，开关量输入电路5还包括辅助电源检测电路54，辅助电源检测电路54包括光耦隔离电路四541，光耦隔离电路四541的输入端用于与辅助电源的电压输出端连接，光耦隔离电路四541的输出端与主控电路3连接。

上述控制开关可能是无源器件，在进行这些控制开关的信号检测时，需要外加辅助电源；辅助电源检测电路54用于检测辅助电源的输出是否正常，以确保控制开关信号的准确检测。

进一步，还包括温度采集电路6，温度采集电路6包括电路结构相同的多路，多路温度采集电路6分别用于与多个不同位置的温度传感器连接，

其中一路温度采集电路6包括依次连接的加法运算电路三61和电压跟随器电路62，加法运算电路三61与温度传感器连接，电压跟随器电路62与主控电路3连接。

本实施例中多路温度采集电路6的设置，用于检测变压器箱体内不同位置的温度信号，并且设置温度超限告警功能，方便变压器现场综合自动化系统的监视。

加法运算电路三61用于对温度传感器采集的信号放大，调理为主控电路3能够识别的电压信号，电压跟随器可以起到缓冲隔离的作用。

进一步，还包括usb通信电路7，usb通信电路7包括依次连接的usb/rs232转换芯片72和usb接口电路71，usb/rs232转换芯片72与主控电路3连接，usb接口电路71用于与pc机连接，

usb/rs232转换芯片72和主控电路3之间还连接有复位和引导控制电路73，复位和引导控制电路73的控制端与usb/rs232转换芯片72连接，复位和引导控制电路73的输出端与主控电路3连接。

本实施例可以通过usb数据线与pc机连接，pc机通过向usb/rs232转换芯片72下发相应的指令，实现对主控电路3的复位和引导控制。

如图8所示，usb/rs232转换芯片72的具体型号为ch340g，ch340g的d+和d-引脚与pc机连接，rts和dtr引脚作为复位和引导控制电路73的控制信号，复位和引导控制电路73包括相互连接的第一三极管和第二三极管，第一三极管为pnp管，第二三极管为npn管，

第二三极管的基极与dtr引脚连接，第二三极管的射极与第一三极管的基极连接，第二三极管的集电极输出与主控电路3的复位引脚连接，

第一三极管的基极还与rts引脚连接，第一三极管的射极与主控电路3的引导控制引脚连接，第一三极管的集电极与偏置电源连接。

当pc机发送数据，使ch340g的dtr引脚输出高电平，rts引脚输出低电平时，第二三极管和第一三极管均导通，第二三极管的集电极输出低电平，第一三极管的射极输出低电平，控制主控电路3按照pc机指定的引导模式复位。

进一步，还包括rs485通信电路8，主控电路3包括串口发送引脚31和串口接收引脚32，

rs485通信电路8包括依次连接的rs485接口芯片81和反相器82，串口发送引脚31与反相器82的输入端连接，反相器82的输出端与rs485接口芯片81的使能端连接，rs485接口芯片81的接收器输出端与串口接收引脚32连接，rs485接口芯片81的驱动器输入与地信号连接。

本实施例可以通过rs485通信电路8与外部电路进行通信，由于rs485接口芯片81为半双工的通信机制，需要对rs485接口芯片81的接收器和驱动器进行分时控制，当接收器使能端为低电平时，使能数据接收功能，当驱动器使能端为高电平时，使能数据发送功能。

本实施例中主控电路3在不进行数据发送时，将串口发送引脚31置为高电平，经反相器82反相之后，变为低电平，连接到接收器的使能端，使能数据接收功能；当主控电路3需要进行数据发送时，接收器的使能端被禁止，使能数据发送功能。

如图9所示，rs485接口芯片81的具体型号为max487，反相器82的具体型号为1g14，反相器82和主控电路3之间还连接有隔离芯片adum1201，用于进行信号隔离，避免干扰信号进入主控电路3。

主控电路3的串口接收引脚32usart4_rx经隔离芯片adum1201之后，与rs485接口芯片81的ro引脚连接，主控电路3的串口发送引脚31usart4_tx经隔离芯片adum1201之后，再经反相器82反相，然后接入rs485接口芯片81的re/引脚。

进一步，还包括gprs通信电路9，gprs通信电路9包括依次连接的gprs接口芯片91和sim卡接口端子92，gprs接口芯片91与主控电路3连接，sim卡接口端子92用于放置sim卡，gprs接口芯片91还与gprs电源电路93连接。

本实施例还可以通过gprs通信电路9与外部电路进行通信，gprs电源电路93为gprs接口芯片91提供稳定的电源，确保gprs接口芯片91的正常工作。

进一步，还包括按键和显示电路10，包括

lcd驱动芯片1001，用于驱动液晶显示，并与主控电路3通信；

按键电路1002，与lcd驱动芯片1001连接，

指示灯电路1003，与lcd驱动芯片1001连接。

本实施例中，按键和显示电路10能够实现人机交互功能，其中，lcd驱动芯片1001通过驱动液晶屏，对变压器系统的检测数据进行直观的展示；按键电路1002便于用户进行指令输入；主控电路3也可以将变压器的工作状态字发送给lcd驱动芯片1001，lcd驱动芯片1001通过控制指示灯电路1003用于对变压器的工作情况进行直观的展示。

进一步，还包括以太网通信电路11，以太网通信电路11包括依次连接的以太网接口芯片1102和以太网接口端子1101，以太网接口芯片1102与主控电路3连接。

本实施例还可以通过太网通信电路11与外部进行通信，用户可以根据自己的需要选择以太网通信电路11、gprs通信电路9和rs485通信电路8中的一种，实现多种方式通信，进一步提高本实施例的通用性。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。