直流母线槽监测模块的制作方法

本实用新型涉及电力参数检测，尤其涉及一种直流母线槽监测模块。

背景技术：

在用电设备集中密集部署的地方(如数据中心机房)，会使用一种便于配电的智能母线槽(母线连接件)，如图1所示，母线槽通过悬挂件悬挂。母线槽上给用电设备配电的装置称为插接箱，包括单路插接箱、三路插接箱，每个插接箱可对一组或多组用电设备进行供电。对于集中密集部署的用电设备，需要对母线槽上每一路插接箱的配电状态及用电情况实行监测，以实现设备及能耗管理。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述需求，提供一种直流母线槽监测模块。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种直流母线槽监测模块，包括：

计量模块，可连接母线以及母线上的霍尔传感器，用于采样母线上的电流、电压并进行处理得到计量数据；

开关量输入模块，可连接母线上的开关，用于采集母线中开关的开关量输入信号；

通信模块，可与后台建立通信连接；

主控模块，连接所述计量模块、开关量输入模块以及通信模块，用于获取所述计量数据以及开关量输入信号，并将对应的监测结果经由所述通信模块上传至后台；

电源模块，可连接外置的电源适配器接入外部电源，并将接入的外部电源进行转换后给整个监测模块提供所需的电源。

优选地，所述电源模块用于将所述外部电源转换为计量模块、开关量输入模块、通信模块以及主控模块所需的电源；

所述监测模块还包括连接所述电源模块的电源隔离电路，用于将电源模块转换得到的给计量模块和主控模块的电源进行隔离输出。

优选地，所述计量模块包括：

电压信号调理电路，用于对采样的电压信号进行调理后输出；

电流信号调理电路，用于对采样的电流信号进行调理后输出；

计量电路，连接所述电压信号调理电路、电流信号调理电路以及主控模块，用于根据调理后的电压、电流信号得到计量数据并发往所述主控模块。

优选地，所述计量电路包括rn8302b计量芯片，主控模块包括stm32f103rct6主控单片机以及bl24c256a存储芯片，所述主控单片机与存储芯片之间通过i2c总线连接，所述主控单片机与计量芯片之间通过spi总线连接。

优选地，所述监测模块还包括连接所述开关量输入模块和所述主控模块的信号隔离电路，用于将开关量输入模块输出的开关量输入信号隔离输出至所述主控模块。

优选地，所述监测模块还包括连接所述通信模块和所述主控模块的信号隔离电路，用于实现主控模块与通信模块之间的信号隔离。

优选地，所述通信模块为rs485通信模块。

优选地，所述监测模块还包括：

电压信号输入接口，用于通过与之插拔连接的接线端子与母线的连接，计量模块连接所述电流信号输入接口；

电流信号输入接口，用于通过与之插拔连接的接线端子与母线上的电流霍尔互感器连接，计量模块连接电流信号输入接口；

开关量输入接口，用于通过与之插拔连接的接线端子与母线上的开关连接，开关量输入模块连接所述开关量输入接口；

通信接口，用于通过与之插拔连接的接线端子连接后台，所述通信接口连接通信模块；

电源输入接口，用于通过与之插拔连接的接线端子连接外置的电源适配器，电源模块连接所述电源输入接口。

优选地，所述电压信号输入接口、电流信号输入接口、开关量输入接口、通信接口、电源输入接口设置有带防浪涌或放静电功能的防护电路。

本实用新型的直流母线槽监测模块，具有以下有益效果：本实用新型的模块结构简单，低功耗、体积微小、安装方便、安全可靠,可方便的嵌入智能母线槽的所需部件中，如安装于进线箱或插接箱中，接线完毕后即可对直流智能母线槽的进行电力参数及状态监测，且监测的数据可以同步到后台；而且整个模块通过外置的电源适配器供电，独立于母线槽的供电系统，在母线槽失电等异常情况下不影响装置工作，能够可靠、准确、及时的发现母线槽异常及故障；整个模块是外置连接外置霍尔电流互感器的，能有效与被测回路隔离开，更加安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是直流母线槽的结构示意图；

图2是本实用新型的直流母线槽监测模块的结构示意图；

图3是开关量输入模块中的其中一路开关量输入的电路图；

图4是本实用新型的直流母线槽监测模块的接线原理图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

参考图2，本实施例的直流母线槽监测模块包括三大部分100、200、300，第一部分100主要是：计量模块。第二部分200主要是主控模块。第三部分主要是：开关量输入模块、通信模块、电源模块。优选的，图2中的三大部分电路100、200、300可以分别设置在三个电路板上，如此能有效的保护整个模块及其关联线路或设备。

其中，计量模块用于根据采样到的母线上的电流、电压进行处理得到计量数据；开关量输入模块，用于采集母线中开关的开关量输入信号；通信模块，可与后台建立通信连接；主控模块，连接所述计量模块、开关量输入模块以及通信模块，用于获取所述计量数据以及开关量输入信号，并将对应的监测结果经由所述通信模块上传至后台；电源模块用于接入外部电源，并将接入的外部电源进行转换后给整个监测模块提供所需的电源。

可以理解的是，本实用新型的监测模块需要接线才能使用，接线包括：将计量模块连接母线以及母线上的霍尔传感器，从而采样母线上的电流、电压；将开关量输入模块连接母线上的开关；通信模块与后台建立通信连接，通信模块就可以采用无线通信模块，也可以采用有线通信模块，如果采用有线通信模块，需要将其与后台的通信线进行连接；将电源模块连接外置的电源适配器。

优选地，为了便于接线，还可以设计与相关模块连接的接口和与接口连接的端子，接口与模块连接固定，需要安装本实用新型的监测模块时，只需要将接口与对应的端子插好，然后将端子的引线连接至对应的位置，可以理解的是，以上接口可以参考普通的插拔式接口。

例如，本实施例中包括如下接口：

1)电压信号输入接口，用于通过与之插拔连接的接线端子与母线的连接，计量模块连接所述电压信号输入接口。如图2中，电压信号输入接口获取的电压采样信号是v1+、v2+、v3+、v1-，电压信号输入接口是直接与图4所示母线l1、l2、l3、ln连接的，即此四个信号分别来自图4所示母线l1、l2、l3、ln。

2)电流信号输入接口，用于通过与之插拔连接的接线端子与母线上的电流霍尔互感器连接，计量模块连接电流信号输入接口。如图2中电流信号输入接口获取的电流采样信号是i1+、i2+、i3+、i1-，来自图4中的母线l1、l2、l3上的三个互感器，这里需要说明的是，实际上每一个母线上设置一个电流霍尔互感器，每一个电流霍尔互感器的输出是两根线，图4中的线路仅为原理示意，并非实际的信号线数量，三个互感器的信号线分别输出上述的i1+、i2+、i3，三个互感器的地线均输出上述的i1-。

3)开关量输入接口，用于通过与之插拔连接的接线端子与母线上的开关连接，开关量输入模块连接所述开关量输入接口。

4)通信接口，用于通过与之插拔连接的接线端子连接后台，所述通信接口连接通信模块。

5)电源输入接口，用于通过与之插拔连接的接线端子连接外置的电源适配器，电源模块连接所述电源输入接口。

进一步优选的，所述电压信号输入接口、电流信号输入接口、开关量输入接口、通信接口、电源输入接口设置有带防浪涌或放静电功能的防护电路。

参考图2，更具体的，所述计量模块具体包括：

电压信号调理电路，连接所述电压信号输入接口，用于对输入的电压信号进行调理后输出。

电流信号调理电路，连接所述电流信号输入接口，用于对输入的电流信号进行调理后输出。

计量电路，连接所述电压信号调理电路、电流信号调理电路以及主控模块，用于根据调理后的电压、电流信号得到计量数据并发往所述主控模块，计量数据包括电压、电流、功率、电能等。一个具体的实施例中，所述计量电路包括rn8302b计量芯片。

需要说明的是，可以理解的是，计量芯片的计量算法是电能计量领域的常识，并非本实用新型的改进点，本实用新型对此并不做限制，计量算法可以是芯片自带的，也可以参考既有的计量算法实现。

另外，电压信号调理电路、电流信号调理电路的调理作用，主要是将信号幅度调理到主控模块的单片机所能接收的信号幅度，图2中的电压信号调理电路、电流信号调理电路中所示意的运放，仅仅是表示电压信号调理电路、电流信号调理电路可以采用运放组成的调理电路，并非具体的电路结构。

继续参考图2，开关量输入模块主要是将代表母线开关的状态的开关量输入信号转换为主控模块中的单片机可接受的信号传递给单片机。开关量输入模块包括三路输入电路，参考图3，示意了其中一个母线上的开关量输入信号的输入，即图3代表其中一路输入电路，其包括一个电阻r101和一个双向稳压管d16，图中d1_1_0即表示从接口输入的开光量信号，根据开光量信号的电平高低即可确定开关状态。

优选地，所述监测模块还包括连接所述开关量输入模块和所述主控模块的信号隔离电路，用于将开关量输入模块输出的开关量输入信号隔离输出至所述主控模块，具体的，可以利用光耦实现信号隔离，如图3所示，最终输出的d1_1直接输出到单片机。

继续参考图2，本实施例中通信模块优选采用有线通信模块，比如本实施例中通信模块具体包括rs485通信接口芯片及附属器件。优选地，所述监测模块还包括连接所述通信模块和所述主控模块的信号隔离电路，用于实现主控模块与通信模块之间的信号隔离，比如可以采用光耦实现信号隔离。

一个具体的实施例中，主控模块包括stm32f103rct6主控单片机、bl24c256a存储芯片以及其他相关附属器件，所述主控单片机与存储芯片之间通过i2c总线连接，所述主控单片机与计量芯片之间通过spi总线连接。主控单片机主要是负责数据存储以及将数据发往通信模块上传到后台。

继续参考图2，具体的，电源模块是将所述外部电源(6～36vdc)转换为计量模块、开关量输入模块、通信模块以及主控模块所需的电源(5.0v、3.3v等)，比如假设外部电源是24v直流电，则电源模块可以直接利用电源转换芯片，比如dc-dc芯片，将24v直流电转换为其他模块所需的电源。

优选地，所述监测模块还包括连接所述电源模块的电源隔离电路，用于将电源模块转换得到的给计量模块和主控模块的电源进行隔离输出，也就是说，电源隔离电路将电力参数检测部分的电路与主电源、通信以及开关量检测部分的电路隔离开，如此可以提高整个模块的安全性。

综上可见，本实施例整个模块具有如下优点：结构简单，体积微小，相对于传统的电力参数检测仪表，其体积缩小50％以上，有利于母线槽插接箱的小型化；安装方便，配有预制的标准化的接口，比如连接线及插接件，安装时不需要动用工具，安装方便、省时；总线供电，独立于母线槽的供电系统，在母线槽失电等异常情况下不影响装置工作，能够可靠、准确、及时的发现母线槽异常及故障；装置外置连接外置霍尔电流互感器，能有效与被测回路隔离开，更加安全；低功耗。装置整机功耗(含霍尔电流互感器)小于2w；宽电压供电。模块工作电压范围6～36vdc。

词语“相等”、“相同”“同时”或者其他类似的用语，不限于数学术语中的绝对相等或相同，在实施本专利所述权利时，可以是工程意义上的相近或者在可接受的误差范围内。

所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。

这里，要说明的是，本实用新型对于现有技术的改进，实质在于硬件之间的连接关系，而非针对算法、方法本身，本实用新型对于算法、方法的描述，是为了更好的说明本实用新型，以便更好的理解本实用新型。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。