一种交直流电压信号远程数据采集装置的制作方法

1.本发明涉及工频高电压、大电流计量领域，具体涉及一种交直流电压信号远程数据采集装置。


背景技术：

2.随着社会经济的快速发展，我国即将迈入高电压、大容量、多元化的智能大电网时代。其中高电压作为社会经济发展的基础工程，近几年的快速发展，广泛应用于生活、生产、国防等领域。高电压测量是电力资源厂、网关口贸易结算的计量结点，电力设备生产制造(如损耗测量)和运行检查(安全检测)以及电器设备的耐压试验均涉及到高压测量，而工业企业耗电大用户的节能减排定量考核更是需要网、终端结点间的高压准确测量。因此高压计量标准和测量技术是重要的技术保障。
3.高电压测量装置由分压器、二次信号数据采集装置构成。现有高电压测量装置中的标准分压器与采集装置显示部分间为有线连接，而在高压相关设备生产企业、电力工程类企业中，现场环境复杂，实现有线连接较为困难，给检测工作带来诸多不便。另外，现有标准装置显示数据无法进行远距离传输，需要工作人员在离高压较近距离读数，存在安全隐患。最后，现有标准装置需要220v供电电源、而有的现场无法提供供电电源，无法保证检测工作正常进行。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题，在于提供一种交直流电压信号远程数据采集装置，通过设计外接电源与电池双路供电模式的交直流电压信号远程数据采集方式，从而克服现有高电压测量装置接线困难、读数困难以及供电困难等不足。
5.本发明是这样实现的：
6.一种交直流电压信号远程数据采集装置，包括：
7.数据采集模块，与高压分压器的分压电阻的两端连接；
8.无线传输模块，与所述数据采集模块连接；
9.数据处理模块，与所述无线传输模块无线连接，用于获取数据采集模块二次电压采样数据的接收，然后计算高压电参数；以及
10.双电源模块，分别与所述数据采集模块和无线传输模块连接，用于为所述数据采集模块和无线传输模块供电；
11.其中，所述双电源模块包括：
12.开关选通模块；
13.外接电源模块，所述外接电源模块的输出端与所述开关选通模块的输入端连接；
14.电池模块，所述电池模块的输出端与所述开关选通模块的输入端连接；
15.第一电压转换模块，所述第一电压转换模块的输入端与所述开关选通模块的输出端连接，用于当开关选通模块与所述外接电源模块导通时，将5v电压升压至24v；
16.第二电压转换模块，与所述第一电压转换模块的输出端连接，用于将24v电压降压至15v，为模拟电路供电；
17.第三电压转换模块，所述第三电压转换模块的输入端与所述开关选通模块的输出端连接，用于将5v电压降至3.3v，为数字电路供电；
18.第四电压转换模块，所述第四电压转换模块的输入端与所述开关选通模块的输出端连接，用于当开关选通模块与电池模块导通时，将电池输出电压升压为5v；所述第四电压转换模块的输出端分别与所述第一电压转换模块的输入端以及所述第三电压转换模块的输入端连接；
19.电池电量监测模块，与所述电池模块连接，用于监测所述电池模块的电量。
20.进一步地，所述数据采集模块包括：
21.mcu模块；
22.交流采集模块，与所述mcu模块连接，用于交流信号的采集；
23.直流采集模块，与所述mcu模块连接，用于直流信号的采集；
24.所述交流采集模块包括依次连接的交流输入模块、第一跟随器、第一衰减器以及第一adc模块；
25.所述直流采集模块包括依次连接的直流输入模块、第二跟随器、第二衰减器以及第二adc模块；
26.所述第一adc模块和第二adc模块的输出端分别与mcu模块连接。
27.进一步地，所述数据采集模块还包括：
28.lcd显示模块，与所述mcu模块连接，用于显示测量数据；以及
29.按键模块，与所述mcu模块连接，用于输入调试命令。
30.进一步地，还包括：电池充电模块，所述电池充电模块的输入端与所述外接电源模块的输出端连接，所述电池充电模块的输出端与所述电池模块的输入端连接。
31.进一步地，所述无线传输模块包括：usb模块、zigbee模块以及蓝牙模块。
32.进一步地，所述高压电参数包括：一次电压值、电压最大值、电压最小值、电压有效值以及采样电压波形。
33.本发明具有如下优点：
34.1、实现了高电压测量装置数据的无线传输功能，解决了现场接线困难问题，提高了工作效率；
35.2、具有外接电源与电池供电双路供电模式，同时电路采用低功耗设计，在现场无法提供供电电源时，亦可正常运行，解决了现场供电困难问题，适用性广；
36.3、实现了高电压测量装置数据的远程传输功能，解决了工作人员检测过程中读数困难问题，大大提高了工作过程的安全性；
37.4、使用高准确度电压跟随电路以及高准确度交直流电压采集模块，且无线通信和数据采集部分预留了多模块并行接口，即可同时与两个采集模块进行实时通信，实现数据的同步采样，确保了计量的准确性；
38.5、无线传输模块预留了多个并行接口，可通过蓝牙、usb以及zigbee无线通信技术进行数据传输，选择多样、使用便捷。
附图说明
39.下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
40.图1为本发明实施例一种交直流电压信号远程数据采集装置的结构示意图。
41.图2为发明实施例的数据采集模块的结构示意图。
42.图3为发明实施例的双电源模块的结构示意图。
具体实施方式
43.本发明实施例通过提供一种交直流电压信号远程数据采集装置，通过设计外接电源与电池双路供电模式的交直流电压信号远程数据无线采集方式，从而克服现有高电压测量装置接线困难、读数困难以及供电困难等不足。
44.本发明实施例中的技术方案，总体思路如下：
45.该装置将从分压器中接收的交直流电压信号，通过高准确度电压跟随器的缓冲、隔离和衰减器的调整后，经由模数转换器(adc)进行模数转换后输入mcu中，然后通过基于蓝牙、usb以及zigbee无线通信技术进行数据的传输，最后由数据采集分析软件完成采集模块二次电压采样数据的接收，计算一次电压值，分析最大值、最小值、有效值等，显示绘图波形，记录采样波形。
46.该装置的电路供电模块使用的是外接电源与电池双路供电模式，即在没有外接电源时，使用电池供电，当外接电源时则使用外接电源供电，同时通过电池充电模块对电池充电。电路供电模块中的开关选通模块具有自动选择相应供电电源的能力，当外接电源没有输入的时候，接外接电源侧的二极管截止，而接电池侧的二极管导通，此时电池供电；当外接电源输入的时候，接外接电源侧的二极管导通，而接电池侧的截止，此时外接电源供电。外接电源通过type-c接口，接入的5v电压信号，一路经第一电压转换模块升压至24v，再经第二电压转换模块降至15v，最后输入模拟模块，经第一、第二电压转换模块的升降过程可以达到减少纹波、提高供电精度的效果；另一路则经第三电压转换模块降至3.3v，输入数字电路模块；18650电池供电时，3.7v～4.2v的电压信号，先经第四电压转换模块升压至5v，后则同外接电源接入的5v电压信号流向一致，分别为模拟和数字模块供电。
47.请参考图1，本发明一种交直流电压信号远程数据采集装置的较佳实施例，包括：
48.数据采集模块1，与高压分压器的分压电阻的两端连接；
49.无线传输模块2，与所述数据采集模块连接；
50.数据处理模块3，与所述无线传输模块无线连接，用于获取数据采集模块二次电压采样数据的接收，然后计算高压电参数(比如：一次电压值、电压最大值、电压最小值、电压有效值以及采样电压波形)；以及
51.双电源模块4，分别与所述数据采集模块1和无线传输模块2连接，用于为所述数据采集模块1和无线传输模块2供电；
52.请参考图3，所述双电源模块4包括：
53.开关选通模块41；
54.外接电源模块42，所述外接电源模块42的输出端与所述开关选通模块41的输入端连接；
55.电池模块43，所述电池模块43的输出端与所述开关选通模块41的输入端连接；
56.第一电压转换模块44，所述第一电压转换模块44的输入端与所述开关选通模块41的输出端连接，用于当开关选通模块41与所述外接电源模块42导通时，将5v电压升压至24v；
57.第二电压转换模块45，与所述第一电压转换模块44的输出端连接，用于将24v电压降压至15v，为模拟电路供电；
58.第三电压转换模块46，所述第三电压转换模块46的输入端与所述开关选通模块41的输出端连接，用于将5v电压降至3.3v，为数字电路供电；
59.第四电压转换模块47，所述第四电压转换模块47的输入端与所述开关选通模块41的输出端连接，用于当开关选通模块41与电池模块43导通时，将电池输出电压升压为5v；所述第四电压转换模块47的输出端分别与所述第一电压转换模块41的输入端以及所述第三电压转换模块46的输入端连接；
60.电池电量监测模块49，与所述电池模块43连接，用于监测所述电池模块43的电量。
61.请参考图2，在一种可能的实现方式中，所述数据采集模块1包括：
62.mcu模块10(比如，可以采用型号为stm32f103的芯片)；
63.交流采集模块11，与所述mcu模块1连接，用于交流信号的采集；
64.直流采集模块12，与所述mcu模块1连接，用于直流信号的采集；
65.所述交流采集模块11包括依次连接的交流输入模块111、第一跟随器112、第一衰减器113以及第一adc模块114；
66.所述直流采集模块12包括依次连接的直流输入模块121、第二跟随器122、第二衰减器123以及第二adc模块124；
67.所述第一adc模块114和第二adc模块124的输出端分别与mcu模块10连接。
68.在一种可能的实现方式中，所述数据采集模块1还包括：
69.lcd显示模块13，与所述mcu模块10连接，用于显示最基本的测量数据，便于现场调试；以及
70.按键模块14，与所述mcu模块10连接，用于输入调试命令。
71.在一种可能的实现方式中，还包括：电池充电模块48，所述电池充电模块48的输入端与所述外接电源模块42的输出端连接，所述电池充电模块48的输出端与所述电池模块43的输入端连接。
72.在一种可能的实现方式中，所述无线传输模块2包括：usb模块、zigbee模块以及蓝牙模块。
73.本发明的工作原理如下：
74.数据采集模块1将从高压分压器中接收的交直流电压信号，通过高准确度电压跟随器(比如，型号为opa140跟随器)的缓冲、隔离和衰减器的调整后，经由模数转换器(比如，采用型号为ads1246的adc用于直流采样，采用型号为ads1271的adc用于交流采样)进行模数转换后输入mcu中，实现高准确度交直流电压采集，然后通过无线传输模块2基于蓝牙、usb以及zigbee无线通信技术进行数据的传输，最后由数据处理模块3完成采集模块二次电压采样数据的接收，计算一次电压值，分析最大值、最小值、有效值等，显示绘图波形，记录采样波形。
75.双电源模块4为无线传输模块2和数据处理模块3供电。双电源模块4的开关选通模
块41具有自动选择相应供电电源的能力，当外接电源没有输入的时候，接外接电源侧的二极管截止，而接电池侧的二极管导通，此时电池供电；当外接电源输入的时候，接外接电源侧的二极管导通，而接电池侧的截止，此时外接电源供电。外接电源通过type-c接口，接入的5v电压信号，一路经第一电压转换模块44升压至24v，再经第二电压转换模块45降至15v，最后输入模拟电路，经第一、第二电压转换模块的升降过程可以达到减少纹波、提高供电精度的效果。另一路则经第三电压转换模块46降至3.3v，输入数字电路；电池(比如采用18650锂电池)供电时，3.7v～4.2v的电压信号，先经第四电压转换模块47升压至5v，后则同外接电源接入的5v电压信号流向一致，分别为模拟和数字模块供电。
76.本发明实现了高电压测量装置数据的无线传输功能，解决了现场接线困难问题，提高了工作效率；具有外接电源与电池供电双路供电模式，同时电路采用低功耗设计，在现场无法提供供电电源时，亦可正常运行，解决了现场供电困难问题，适用性广；实现了高电压测量装置数据的远程传输功能，解决了工作人员检测过程中读数困难问题，大大提高了工作过程的安全性；使用高准确度电压跟随电路以及高准确度交直流电压采集模块，且无线通信和数据采集部分预留了多模块并行接口，即可同时与两个采集模块进行实时通信，实现数据的同步采样，确保了计量的准确性；无线传输模块预留了多个并行接口，可通过蓝牙、usb以及zigbee无线通信技术进行数据传输，选择多样、使用便捷。
77.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。