专利名称：煤矿关口电量监测终端及监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤矿关口电量监测终端，也涉及由多个煤矿关 口电量监测终端组成的煤矿关口电量监测系统，属于电工仪器仪表技术 领域。
背景技术：
随着自动化采煤技术的不断发展，越来越多的大型机电设备和先进 的控制系统在煤矿企业得到了广泛的应用。因此，对煤矿电网的供电质 量要求也随之提高。煤矿供电系统的供电质量不仅关系到煤矿企业的产 量和效益，而且直接影响到矿井的安全生产，因此，拥有一套安全可靠 的供电系统，是保证煤炭企业安全、高产、高效的必要条件。
在甄健发表于《煤》2007年16巻9期的论文《变电站自动化系统 (PS 6000)在煤矿供电系统中的应用》中指出，建设数字化电网是煤矿 电网的发展方向。
煤矿系统的数字化电网建设主要包括以下几个方面
1. 继电保护装置的计算机化、智能化
继电保护装置的微机化、计算机化是未来的发展趋势，而微机化继 电保护装置的全面采用是建设数字化供电网的基础。目前，国内已经研 制出多种机型的微机线路和主设备保护装置并且各具特色，为电力系统 提供了性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。因此，全面实 现保护装置的计算机化已具备较为坚实的基础。
2. 继电保护、控制、测量、数据通信一体化
继电保护装置是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。因 此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运 行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，从而实现保护、控制、 测量、数据通信一体化。
3. 继电保护装置的网络化
实现继电保护装置计算机联网能够获得供电系统故障的全面信息， 对故障性质、故障位置的判断和故障范围判断准确，使继电保护装置的动作更加合理。另外，对于某些保护装置实现计算机联网，协调动作，
能够提高继电保护的可靠性。
发明内容
鉴于煤矿系统数字化电网建设的迫切需求，本实用新型的目的是提
供一种全数字化的煤矿关口电量监测终端。该煤矿关口电量监测终端为
组建数字化的煤矿电力系统提供了技术支持。
本实用新型的另外一个目的是提供一种由多台上述煤矿关口电量监
测终端组成的煤矿关口电量监测系统。
为实现上述的目的，本实用新型采用下述的技术方案 一种煤矿关口电量监测终端，用在煤矿的电力系统中，其特征在于 所述煤矿关口电量监测终端包括微控制器、电源电路、电压/电流信
号采集电路、A/D转换电路、程序下载接口、液晶显示接口、键盘、温
度监测电路、时钟芯片电路和GPRS单元；
所述电压/电流信号采集电路连接所述A/D转换电路，所述A/D转换 电路连接所述微控制器；
所述微控制器分别连接所述程序下载接口、液晶显示接口、键盘、 温度监测电路、时钟芯片电路和GPRS单元。
所述微控制器还具有外围电路，所述外围电路包括时钟电路和复位 电路。
所述温度监测电路采用DS1820数字温度计。
所述时钟芯片电路中，时钟芯片的VCC1管脚连接外部电源，VCC2 管脚连接所述电源电路。
一种煤矿关口电量监测系统，包括监控中心和Internet服务器，所 述监控中心通过互联网连接所述Internet服务器，其特征在于
所述煤矿关口电量监测系统还包括至少一台上述的煤矿关口电量监 测终端；所述煤矿关口电量监测终端通过移动互联网连接所述Internet 服务器。
本实用新型所提供的煤矿关口电量监测终端及监测系统用在煤矿电 力系统的数字化监测工作中，可以实现对有功功率、无功功率、三相电 压、三相电流、功率因数等多项参数的抄表计量，同时还具有数据管理、 报警、告警信息短信/电话通知等多项功能。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的说明。
图1为本煤矿关口电量监测终端的整体电路原理示意图2为电源电路的原理图3显示了 MCU及其外围电路；
图4为A/D转换电路的原理图5为程序下载接口的原理图6为时钟芯片电路的原理图7为键盘的电路原理图8为液晶显示接口的电路图9为温度监测电路的原理图10为GPRS单元的电路原理图11为多台电量监测终端组成的煤矿关口电量监测系统的示意图。
具体实施方式
参见图1所示，本实用新型所提供的煤矿关口电量监测终端采用模 块化设计，包括MCU (微控制器)及外围电路、电源电路、电压/电流信 号采集电路、A/D转换电路、程序下载接口、液晶显示接口、键盘、温 度监测电路、时钟芯片电路和GPRS单元等多个组成部分。其中，电压/ 电流信号采集电路连接A/D转换电路。该A/D转换电路的PB0 PB4管脚 与MCU中的PB0 PB4管脚对应连接。MCU可以采用Atmel公司推出的AVR 系列微控制器中的任意一种。如AT73C500或AT90S2313等。MCU的PB5 PB7连接程序下载接口， PA0 PA7管脚连接液晶显示接口电路、KEY1 KEY4管脚连接用于接受外界输入信息的键盘，PC3管脚连接温度监测电 路，SCLK和RST管脚连接时钟芯片电路。此外，该微控制器也与GPRS 单元进行连接。电源电路与各功能芯片的VCC管脚连接，用于向它们提 供稳定的工作电压。
图2为电源电路的原理图。在煤矿电力系统中， 一般采用四线三相 制，线电压为220V。考虑到本煤矿关口电量监测终端中各功能芯片的额 定电压，首先经过变压器将220V电变压为13V，再经过整流变成直流电。 通过7812稳压芯片稳压成12V直流电，供给电压/电流信号采集电路， 再通过7805稳压芯片稳压成5V直流电，给各个功能芯片供电。在7812 和7805之间加上9V直流电源，当220V交流电有输入时，给9V电源充 电，当220V交流电没有输入时，9V电源通过D6、 Ql到7805，使输出5V电压，完成备用电源的功能；当9V电源电压放电下降到6V左右时， 由于D7的作用，Ql截止，电池放电结束。
图3显示了 MCU及其外围电路。该MCU是整个电量监测终端的核心 功能元件，其外围电路包括时钟电路和复位电路。时钟电路主要是给MCU 提供准确的时钟信号。复位电路是使MCU复位，从程序的开始执行。MCU 控制所有的功能电路，使它们协调工作，计算出有功功率、无功功率、 三相电压、三相电流、功率因素等数据，并在某一时刻通过GPRS单元将 数据发送给服务器；同时，当某一参数超过预先设定值时，发出告警信 息。
在本实用新型中，电压、电流信号的采集通过传感器U2和U3实现。 它们将380V的交流信号处理成0 5V信号，将电流信号也处理成0 5V 信号。电压、电流传感器处理后的信号传给图4所示的A/D转换电路， A/D转换电路在MCU的控制下，将模拟信号处理成数字信号，再进行处 理，得出所需的数据。
图5显示了本实用新型中的程序下载接口。通过这个接口，连上一 条特制的单片机下载线，就可以将电脑上编译好的单片机程序烧入到 MCU中，进而实现所需功能。
图6显示了时钟芯片电路的原理图。首先通过MCU将当前时间写入 到时钟芯片的寄存器中，启动时钟芯片。MCU可以通过时钟芯片知道现 在的时间，进行一些预定的处理。
时钟芯片由两路电源供电，其VCC1管脚连接外部电源BT2， VCC2 管脚连接电源电路。当电源电路比BT2提供的电压高时，采用电源电路 供电，同时给BT2电源充电，否则，采用BT2电源供电。通过这种设计， 可以保证时钟芯片工作正常，确保时间的准确性。MCU还可以通过GPRS 单元传送的信号修正时钟芯片的时间，从而进一步保证时间的准确性。
图7显示了键盘的电路原理图。本实用新型中的键盘为专用键盘， 不同于PS2键盘。该键盘结构简单，容易控制，主要是用来向MCU输入 当前的时间、温度上下限、电压上限、电流上限等参数。
图8显示了液晶显示接口的电路图。该液晶显示接口用来显示MCU 测得的一系列数据以及当键盘输入时显示键盘设定的参数。MCU可以控 制LCDJ(EY的通断。 一般情况下，液晶是关闭的，当某一时刻按下开关 S6，通过中断触发MCU转入中断服务子程序，打开液晶，同时显示数据。这种液晶显示控制方式，减少了系统的功耗，节约了能源。
图9显示了本实用新型中温度监测电路的原理图。本实用新型采用
单线制DS1820数字温度计进行温度监测。DS1820数字温度计提供9位 温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS1820或从DS1820 送出，读、写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不 需要外部电源。每一个DS1820有唯一的序列号，因此多个DS1820可以 挂接在同 一 条总线上。 一 台煤矿关口电量监测终端可以使用多个 DS1820，测量时取多个DS1820的测量平均值。
图10为本实用新型中的GPRS单元的电路原理图。针对煤矿的特殊 工作环境，如果采用人工巡逻的方式，存在实时性差、成本高、无法对 环境恶劣的地区进行监控等缺点。因此在本煤矿关口电量监测终端中设 置了 GPRS单元。该GPRS单元利用基于GPRS协议的移动互联网，可以实 现监控数据的实时上传，还可以将异常报警信息通过短信/电话的方式通 知相关的管理人员。MCU通过串行协议，将命令或者数据发送给GPRS单 元。单片机为TTL电平，而串行协议中电压为土15V。所以通过此电路， 将TTL数据电平转换成RS232电平发送给GPRS单元，再发送给服务器。
本煤矿关口电量监测终端不仅可以单独使用，还可以由多台终端组 合在一起，形成一个煤矿关口电量监测系统。参见图11所示，该煤矿关 口电量监测系统包括至少一台煤矿关口电量监测终端、由多台计算机组 成的监控中心和一台提供Internet服务的服务器。煤矿关口电量监测终 端通过移动互联网连接Internet服务器，监控中心也通过互联网连接 Internet服务器。电量监测终端读取电能质量的实时数据，并通过GPRS 单元将数据发送至Internet服务器。Internet服务器提供电量信息的 转发服务，供授权用户访问电量信息。监控中心作为煤矿电力系统的一 部分，用于对电能质量的信息进行实时监控。
以上对本煤矿关口电量监测终端及监测系统进行了详细的说明。对 于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本实用新型技术方案的精 神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本实用 新型的保护范围之内。
权利要求1. 一种煤矿关口电量监测终端，用在煤矿的电力系统中，其特征在于所述煤矿关口电量监测终端包括微控制器、电源电路、电压/电流信号采集电路、A/D转换电路、程序下载接口、液晶显示接口、键盘、温度监测电路、时钟芯片电路和GPRS单元；所述电压/电流信号采集电路连接所述A/D转换电路，所述A/D转换电路连接所述微控制器；所述微控制器分别连接所述程序下载接口、液晶显示接口、键盘、温度监测电路、时钟芯片电路和GPRS单元。
2. 如权利要求1所述的煤矿关口电量监测终端，其特征在于 所述微控制器还具有外围电路，所述外围电路包括时钟电路和复位电路。
3. 如权利要求1所述的煤矿关口电量监测终端，其特征在于 所述温度监测电路采用DS1820数字温度计。
4. 如权利要求1所述的煤矿关口电量监测终端，其特征在于 所述时钟芯片电路中，时钟芯片的VCC1管脚连接外部电源，VCC2管脚连接所述电源电路。
5. —种煤矿关口电量监测系统，包括监控中心和Internet服务器， 所述监控中心通过互联网连接所述Internet服务器，其特征在于-所述煤矿关口电量监测系统还包括至少一台如权利要求1所述的煤 矿关口电量监测终端；所述煤矿关口电量监测终端通过移动互联网连接 所述Internet服务器。
专利摘要本实用新型公开了一种煤矿关口电量监测终端，同时也公开了由多个煤矿关口电量监测终端组成的煤矿关口电量监测系统。电量监测终端包括MCU及外围电路、电源电路、电压/电流信号采集电路、A/D转换电路、程序下载接口、液晶显示接口、键盘、温度监测电路、时钟芯片电路和GPRS单元。煤矿关口电量监测系统包括至少一台煤矿关口电量监测终端、由计算机组成的监控中心和一台提供Internet服务的服务器。本煤矿关口电量监测终端及监测系统用在煤矿电力系统的数字化监测工作中，可以实现对有功功率、无功功率、三相电压、三相电流、功率因数等多项参数的抄表计量，同时还具有数据管理、报警、告警信息短信/电话通知等多项功能。
文档编号G01R22/06GK201255749SQ20082011008
公开日2009年6月10日 申请日期2008年8月20日 优先权日2008年8月20日
发明者徐击水, 焘 李, 超 杨, 艳 梁, 华 肖, 烁 闫, 虎 陈 申请人:杨 超;肖 华;徐击水;梁 艳;陈 虎;闫 烁;李 焘