专利名称：工业电能网络节点传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工业电能网络节点传感器，属电能监测数据采集传感器技术 领域。
技术背景在我国的工业生产实际过程中，存在着大量需要对电能进行计量和监测的场合。 如电能计量、电网质量监测、用电设备效率评估等。传统的电能监测设计大多采用工业计算机配备数据采集卡，来实现电能的数据采 集和分析，这些电能监测设备主要存在以下一些不足1、由于采用各种计算机作为现场监 测分析工具，导致设备成本偏高；2、设备配置的灵活性、通用性差，往往只能用于特定的操 作环境；3、远程通信能力有限，不易实现远程监控、数据共享和长期评估及预测；4、实时性 差，时频分析手段落后，不具备对瞬时扰动和暂态谐波的跟踪和捕获能力；5、现场设备不具 备实时分析能力，大量采样数据都要传送给专门的分析工具去处理，导致对现场设备的存 储容量要求很大。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种制造成本低、通用性强、具有多个标准输入输出 接口、能实现远程监控和电能监测点的自动组网；使传感器具有标准化、模块化、系列化结 构，能适应各种应用场合的工业电能网络节点传感器。本实用新型是通过如下的技术方案来实现上述目的的该工业电能网络节点传感器由传感器壳体、三相电流传感器、三相电压传感器、微 处理器、电源、接口电路和通讯接口构成，其特征在于传感器壳体内装有三相电流传感器、 三相电压传感器、微处理器、电源及接口电路，传感器壳体的侧面装有通讯接口 ；微处理器 的一侧连接三相电流传感器和三相电压传感器，微处理器的另一侧连接接口电路，接口电 路通过连接线与通讯接口连接。所述的通讯接口为RS-232通讯接口、RS-485通讯接口和GPRS/CDMA模块接口本实用新型与现有技术相比的有益效果在于1、通过把电能传感技术和无线网络节点技术有机的结合，采用一体化集成设计方 法，使电能传感器具备标准输入输出接口，通过内置的嵌入式微处理器的计算处理，输出符 合国家标准要求的各种监测用电参数。集成标准通讯接口和无线通讯模块接口，实现电能 监测点的自动组网，便于系统功能的实现。2、以传感器能适应各种应用场合为目的，采用标准化、模块化、系列化方法设计传 感器的硬件和软件结构。传感器系统能够在核心任务调度模块的控制下，按照设置的传感 器配置参数，通过灵活配置模块化的软硬件，完成传感器功能的选择，使传感器具备全参数 柔性设置功能，用户仅需通过预先设定或远程修改传感器的配置参数，就能构建适应自身 应用场合和检测要求的电能检测点。
图1为工业电能网络节点传感器的结构示意图；图2为工业电能网络节点传感器的电路方框图；图3为工业电能网络节点传感器的通讯接口接线端子图。图中1、三相电流传感器，2、三相电压传感器，3、微处理器，4、电源，5、接口电路， 6、通讯接口，7、传感器壳体。
具体实施方式
该工业电能网络节点传感器由传感器壳体7、三相电流传感器1、三相电压传感器 2、微处理器3、电源4、接口电路5和通讯接口 6构成。传感器壳体7内的底部装有三相电 流传感器1、三相电压传感器2、微处理器3、电源4及接口电路5，微处理器3的一侧连接三 相电流传感器1和三相电压传感器2，微处理器3的另一侧连接接口电路5，接口电路5通 过连接线与通讯接口 6连接。通讯接口 6装在传感器壳体7的侧面，通讯接口 6为RS-232 通讯接口、RS-485通讯接口和GPRS/CDMA模块接口(参见附图1 2)。通讯接口 6的引脚定义及说明如下(参见附图3)(1)、GraS/CDMA DTU 发送端，(2)、GraS/CDMA DTU 接收端，(3)、GraS/CDMA DTU 地， (4)、RS-232 接口的 RXD 端，(5)、RS-232 接口的 TXD 端，(6)、RS-232 接口的 GND 端，(7)、 RS-485接口的B，(8)、RS-485接口的A，(9)、传感器电源正，(10)、传感器电源负，(11)、测 试电压地线，(12)、待用，(13)、测试A电压输入，(14)、待用，(15)、测试B电压输入，(16)、 待用，(17)、测试C电压输入，(18)、待用，(19)、待用，(20)、待用，(21)、测试A电流正输入， (22)、测试A电流负输入，(23)、测试B电流正输入，(24)、测试B电流负输入，(25)、测试C 电流正输入，(26)、测试C电流负输入。该工业电能网络节点传感器应用微处理器及接口电路组成一体化，传感器壳体7 上只有接线端子。工作时，微处理器3将三相电流传感器1和三相电压传感器2采集的电 流和电压信号处理后，通过接口电路5由微处理器软件分别送到RS-232通讯接口、RS-485 通讯接口和GPRS/CDMA模块接口，再将信号传送出去，该传感器在现场可以组成电能测试 网络。该传感器工作原理如下测量方法采用三表法或者二表法，角型或者星型接法。交 流输入包括A、B、C三相电压和电流。电流是直接把线穿入小型电流互感器的圆孔；电压则 采用4个端子，分别为UA，UB, UC和UN ；对于中性点不接地的系统，UA, UB, UC可以直接与电 网的A相、B相、C相连接，UN可以浮空或者在需要绝缘监视的系统中直接接大地或者通过 一个高阻值电阻接入大地，这样系统可以非常准确的计算3U0。输入的交流电压信号通过小型的PT (电压互感器)，变换为交流0. 5V的信号，经过 滤波处理，滤除干扰信号，然后进行电平平移，使得原来的交流信号，叠加1/2的VREF(参考 电压)，直接送到微处理器的A/D转换，进行采样。输入的电流信号，通过导线穿入小CT(电流互感器)，CT的输出接一个精密电阻， 变换成电压信号，经过滤波处理，滤除干扰信号，然后进行电平平移，使得原来的交流信号， 叠加1/2的VREF (参考电压)，直接送到微处理器的A/D转换，进行采样，采样好的信号存入微处理器的RAM中供软件处理。在软件中，每个周波采样16个点，根据采样定理，可以计算出输入信号的8次谐 波。但是在应用中对奇次谐波更为关心。在数字信号处理中，由于电网的频率是在变化的， 如果采样频率不是电网频率的整数倍，会有频谱泄漏问题。对于6路输入信号，进行FFT (付立叶)变换，得出各次谐波的幅值和相角，并且计 算零序电流和负序电流。计算的结果存入微处理器的RAM中，供通信程序、保护程序等其他 程序使用。用户可以通过相应的软件得到这些数据。该工业电能网络节点传感器具备电能全参数(电压、电流、有功、无功、功率因数、 电能、谐波等)的高速检测功能，可以通过内置的网络节点模块，按照优化的自适应路由协 议，完成传感器节点的自组网，从而构建成本低廉，性能优越的电能监测网络系统。
权利要求一种工业电能网络节点传感器，它由传感器壳体(7)、三相电流传感器(1)、三相电压传感器(2)、微处理器(3)、电源(4)、接口电路(5)和通讯接口(6)构成，其特征在于传感器壳体(7)内装有三相电流传感器(1)、三相电压传感器(2)、微处理器(3)、电源(4)及接口电路(5)，传感器壳体(7)的侧面装有通讯接口(6)；微处理器(3)的一侧连接三相电流传感器(1)和三相电压传感器(2)，微处理器(3)的另一侧连接接口电路(5)，接口电路(5)通过连接线与通讯接口(6)连接。
2.根据权利要求1所述的工业电能网络节点传感器，其特征在于所述的通讯接口(6) 为RS-232通讯接口、RS-485通讯接口和GPRS/CDMA模块接口。
专利摘要本实用新型涉及一种工业电能网络节点传感器，属电能监测数据采集传感器技术领域。它由传感器壳体、三相电流传感器、三相电压传感器、微处理器、电源、接口电路和通讯接口构成，微处理器的一侧连接三相电流传感器和三相电压传感器，另一侧连接接口电路，接口电路通过连接线与通讯接口连接。本实用新型采用微处理器将三相电流传感器和三相电压传感器采集的电流和电压信号处理后，通过接口电路由微处理器软件送到通讯接口将信号传送出去，解决了现有电能网络传感器成本偏高，灵活性、通用性差，往往只能用于特定的操作环境，不易实现远程监控、数据共享和长期评估及预测，现场设备不具备实时分析能力的问题。该传感器在现场可以组成电能测试网络。
文档编号H04W88/02GK201697959SQ20102023989
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者李南春, 王雄, 袁伯利, 齐文东 申请人:荆州市微远网络科技有限公司