专利名称：配变终端的制作方法
技术领域：
配变终端
技术领域：
本实用新型涉及安装在配电变压器附近，对配电变压器的各项运行参数的 监视、测量的远方配变终端。背景技术：
现在电力局对大用电量客户的管理一般是用一块多功能电表对用电情况进 行计量，然后再用一个配变终端对多功能表的运行情况进行监控，通过无线通 信网络将监测数据发到电力局的相关系统，局方就根据这些实时数据来判断用 电现场的用电情况是否正常、用于计量的电表工作是否正常。这样其实对配变 终端的性能要求是非常高的，因为它在这个系统中其实起到的是一个标准表和 监测者的作用，而且相关的监测数据要通过它传输到无线通讯网络，所以对它
的可靠性的要求是相当高的，特别是在计量芯片、GPRS通讯方面的要求都较高， 目前的配变终端计量精度较差、长时间运行不够稳定可靠、无功补偿的效果不 好。
发明内容
本实用新型的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种配变终端，能够 提高计量精度，并能长时间稳定可靠运行。
为实现上述目的，本实用新型提出了一种配变终端，包括三相计量芯片、 带液晶驱动的功能处理芯片，三相计量芯片连接在功能处理芯片的输入端，功 能处理芯片上还分别连接有脉冲输出电路、LCD显示电路、存储器、红外通讯电 路、RS485电路、带温度补偿的时钟芯片、GPRS通讯电路，所述三相计量芯片 采用AD73360L芯片，功能处理芯片采用STR710FZ2T6芯片。
作为优选，所述存储器采用24LC256I芯片。
作为优选，所述功能处理芯片的输入端还连接有按键输入电路和逆相序检
3测电路。
作为优选，所述红外通讯电路采用一根输入线、 一根输出38K波形的输出
线、 一根输出发送信号波形的三线控制电路。
作为优选，所述RS485电路采用MAX13485芯片。 作为优选，所述带温度补偿的时钟芯片采用DS3231芯片。 本实用新型的有益效果本实用新型电压、电流经取样电路分别取样后， 送入三相计量芯片进行处理，并转化为数字信号送到功能处理芯片进行计算， 根据需要向存储器存取数据，在LCD显示电路的LCD液晶上显示各项数据、通 过红外通讯电路或RS485电路进行通讯传输。采用模块化设计方法既可以自行 采集配电变压器的各项电量参数，也可以通过RS485总线(或脉冲)采集用户 现场电表的数据，或者通过RS485总线与其它配变终端或其它集中器设备级联， 转发数据，监测并管理配电变压器的供电情况。采用高精度计量芯片AD73360L， 使得电压电流采样分辨率大为提高，提高了配变终端的计量精度，并能够长时 间稳定可靠运行。
本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
图1是本实用新型配变终端的结构示意图。
具体实施方式
参阅图1，配变终端，包括三相计量芯片1、带液晶驱动的功能处理芯片2， 三相计量芯片1连接在功能处理芯片2的输入端，功能处理芯片2上还分别连 接有脉冲输出电路3、 LCD显示电路4、存储器5、红外通讯电路6、 RS485电路 7、带温度补偿的时钟芯片8、 GPRS通讯电路15，所述三相计量芯片1采用 AD73360L芯片，功能处理芯片2采用STR710FZ2T6芯片。所述功能处理芯片2 的输入端还连接有按键输入电路9和逆相序检测电路10。电压、电流经取样电 路分别取样后，送入三相计量芯片1进行处理，并转化为数字信号送到功能处 理芯片2进行计算。由于采用了专用的AD73360L芯片，使得电压电流采样分辨率大为提高，提高了配变终端的计量精度，并能够长时间稳定可靠运行。功能 处理芯片2用于分时计费和处理各种输入输出数据，通过串行接口将专用电能 芯片的数据读出，并根据带温度补偿的时钟芯片8的实时时间和预先设定的时
段完成分时有功电能计量和最大需量计量功能，根据需要向存储器5存取数据， 在LCD显示电路4的LCD液晶上显示各项数据、通过红外通讯电路6或者RS485 电路7进行通讯传输，并完成运行参数的监测，记录存储各种数据。同时利用 GPRS通讯电路完成用电现场各种参数的监控，记录存储各种数据。
整个电路采用线性电源11及电池电路13通过电源管理电路12供电。采用 线性变压器降压方式，变压器采用全密封方式，整洁可靠，同时由于后端功耗 很大，所以变压器的输出功率也是比较大。由于GPRS发射时的功耗非常之大， 可以达到1A之上，普通的稳压管根本不能输出这样的电流，所以选择最大可以 输出3A电流的LM2576 5. 0V作为稳压器件，5V电源供给计量部分外，通过 3. 3VLD0供给单片机和ARM等相关器件，通过LM29302输出4. 2V左右供给GPRS 通讯模块，采用LM29302的原因是模块对电源的质量要求比较高，尤其是纹波 要绝对的小，此外因为是将5V电源变换到4. 2V，而且4. 2V电源的功耗相当的 大，可以达到1.6A左右，且在这样的输出电流情况下要求电压的跌落要小于 400mA，跌落后的电压值一定要大于3.3V的模块最低工作电压，所以选择输出 功率大，纹波小，低压差的LM29302作为稳压输出。由于终端在没有外部电源 时只需要维持其正常工作3分钟，让其能够将最后的相关数据发到通信网路， 此后只需要保证时钟的正常运行就可以了，我们设计用镍氢充电电池保证没有 外部电源后的3分钟供电，用单节3.6V电池保证时钟芯片DS3231的供电。有 外部电源且镍氢电池电量不足时，通过电池充电控制芯片BQ2507对镍氢电池进 行充电，充电过程可分为预充电、快速充电、补足充电和涓流充电4个阶段。 在刚开始充电时采用小电流预充电，电池的端电压上升较快，上升到1.2 V时 转入快速充电，快速充电是用大电流充电， 一般采用1 C以上，电池的大部分 电能在这一阶段恢复。为了保证电池充人100%的电能，还就加入补足充电过程，
5即当电池电压达到4.2V后进入涓流浮充阶段，对电池进行维护，以防止电池自 放电，充电速率一般为(1/30)C，蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示，C 为蓄电池的额定容量。例如，用2A电流对1Ah电池充电，充电速率就是2C;同 样地，用2A电流对500mAh电池充电，充电速率就是4C。我们将充电电池的输 出端接到LM2576 5.0V的前端，在没有外部电源时充电电池电源输出提供整个 设备的电源。
所述存储器5采用24LC256I芯片。24LC256I是美国Microchip公司的低 功耗CMOS串行EEPR0M，它是内含32K x 8 (256K bit)存储空间，具有工作电 压宽(2.5 5.5V)、擦写次数多(大于10000次)、写入速度快(小于5ms)等 特点。24LC256I的1、 2、 3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址，第8 脚和第4脚分别为正、负电源，第5胆卩SDA为串行数据输入/输出，数据通过这 条双向I2C总线串行传送，第6脚SCL为串行时钟输入线，SDA和SCL都需要 和正电源间各接一个10K的电阻上拉，第7脚需要接地。24LC256I中带有片内 地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加l，以实现对 下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时 间， 一次操作可写入多达8个字节的数据。
所述红外通讯电路6采用一根输入线、 一根输出38K波形的输出线、 一根 输出发送信号波形的三线控制电路。红外通讯电路6分为发射和接收两部分。 发射部分的发射元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光，常 用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，发射功率约100mW。接收 电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压， 它才能正常工作而获得高的灵敏度。由于红外发光二极管的发射功率较小，红 外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。然而现 在不论是业余制作或正式的产品，大都采用成品的一体化接收头。红外线一体 化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。 红外部分线路采用三线控制电路，即输出(发射)用两根线，输入(接收)用一根线，输出其中一个口利用定时器一直输出38K波，另一个口输出发送信号 波形，可以看作是控制38K波的发送；接收由于采用集成接收头，到功能处理 芯片2管脚的为普通电平，所以用一个中断口连接，当接受到电平变化后进入 中断开始接收红外数据。 ..
所述RS485电路7采用MAX13485芯片。RS485电路7是一种常用的串口， 具有网络连接方便、抗干扰性能好、传输距离远等优点。使用RS-485总线组网， 只需一对双绞线就可实现多系统联网构成分布式系统、设备简单、价格低廉、 通信距离长。在应用系统中，RS-485半双工异步通信总线是被各个研发机构广 泛使用的数据通信总线，它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。为 了实现总线与功能处理芯片系统的隔离，在功能处理芯片的异步通信口与 MAX13485之间采用光耦隔离。由于应用系统中，主机与分机相隔较远，通信线 路的总长度往往超过400米，而分机系统上电或复位又常常不在同一个时刻完 成。如果在此时MAX13485的DE端电位为"1 "，那么它的485总线输出将会 处于发送状态，也就是占用了通信总线，这样其它的分机就无法与主机进行通 信。这种情况尤其表现在某个分机出现异常情况下(死机)，会使整个系统通信 崩溃。因此在电路设计时，应保证系统上电复位时MAX13485的DE端电位为 "0"。由于功能处理芯片在复位期间，I/O 口输出高电平，故电路的接法有效 地解决复位期间分机"咬"总线的问题。输出电路的设计要充分考虑到线路上 的各种干扰及线路特性阻抗的匹配。由于工程环境比较复杂，现场常有各种形 式的干扰源，所以485总线的传输端一定要加有保护措施。在电路设计中可以 选用能够抗浪涌的TVS瞬态杂波抑制器件，考虑到线路的特殊情况(如某一块 表的485芯片被击穿短路)，为防止总线中其它分机的通信受到影响，在MAX13485 的485信号输出端串联两个热敏电阻。这样本机的硬件故障就不会使整个总线 的通信受到影响。
配变终端表因牵涉分时计费，必须使用外部硬件时钟时钟芯片，不宜采用 软件时钟，软件时钟在受到干扰时，引起时钟不准确,.靠软件算法纠错，会造
7成一定的误差，例采用一分钟纠错一次技术，在干扰出错需要纠错时，会引起
一分钟误差。采用外部时钟早期采用飞利浦PCF8563，外部采用32. 768KHZ晶体， 外部时钟晶体在焊接工艺上要求严格，只能采用拉线技术，否则会造成晶体停 振，时钟停走。DS3231芯片为带自动温度补偿芯片，在-4(TC +8(TC时钟时钟误 差为3PPM，日误差为0.26秒每天，在标称温度为2PPM，日误差为O. 18秒每天。 批量生产能保证日误差在0.2秒，能满足贵局要求。EPSON公司生产的RX8025， 时钟为士5P丽，即日误差为0.4秒每天，其精度可以调整，但步距为3PPM，即 0.26秒每天，即原为-0.5秒，经调整后可以为-0.24秒。但其输出脉冲为不均 匀，必须将测试周期放大。采用RX8025外部还必须有温度传感器，采用软件方 式方式进行温度补偿， 一般10分钟计算一次，补偿达不到预期效果；停电情况 下无法进行温度补偿，时钟误差难以控制，在运行过程中对时钟进行改写，风 险大，容易造成时钟紊乱。DS3231为微功耗，停电情况下也能进行时钟温度自 动补偿。
GPRS通讯电路15采用移动通信网络，与电力终端系统进行通讯；每一个 电表通过一张入电力系统的S頂卡确定自己的身份，可以通过此号码接入电力 终端系统通讯，相当于一个手机终端，只是加入了不同的网络。采用性能稳定 可靠的sonyericsson GR64模块作为通讯模块。GR64是带有GSM/GPRS全套语音 和数据功能的先进无线模块。其体积超小(仅50 x 33 x 7.2 mm)，所有功能都 集中在一块集成的芯片内；内嵌TCP/IP协议栈，使用户可以最大程度的縮短GPRS 产品的研发周期。GR64模块是可以配置的，使得外部输入、输出接口提供的外 部控制应用更有效，从而令GR64产品更适合M2M解决方案。
电网输出的功率包括两部分， 一是有功功率，二是无功功率。直接消耗电 能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功 率称为有功功率。不消耗电能，-只是把电能转换为另一种形式的能，这种能作 为电气设备能够作功的必备条件，并且，这种能是在电网中与电能进行周期性 转换，这部分功率称为无功功率，如电磁元件建立磁场占用的电能，电容器建
8立电场所占的电能。电流在电感元件中作功时，电流超前于电压90"C。而电流
在电容元件中作功时，电流滞后电压9(TC。在同一电路中，电感电流与电容电流 方向相反，互差18(TC。如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件，使两者 的电流相互抵消，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角縮小，从而提高电能作 功的能力，这就是无功补偿的道理。无功补偿的方式很多，本实用新型采用无 功功率自动补偿控制器根据电网无功功率是否达到无功设定值来控制电力电容 器的投入和切除，并且有过,欠电压保护功能。 .
上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本 实用新型简单变换后的结构均属于本实用新型的保护范围。
权利要求1. 配变终端，其特征在于包括三相计量芯片(1)、带液晶驱动的功能处理芯片(2)，三相计量芯片(1)连接在功能处理芯片(2)的输入端，功能处理芯片(2)上还分别连接有脉冲输出电路(3)、LCD显示电路(4)、存储器(5)、红外通讯电路(6)、RS485电路(7)、带温度补偿的时钟芯片(8)、GPRS通讯电路(15)，所述三相计量芯片(1)采用AD73360L芯片，功能处理芯片(2)采用STR710FZ2T6芯片。
2. 如权利要求1所述的配变终端，其特征在于所述存储器(5)采用24LC256I 心片。
3. 如权利要求1所述的配变终端，其特征在于所述功能处理芯片(2)的输入端还连接有按键输入电路(9)和逆相序检测电路(10)。
4. 如权利要求l所述的配变终端，其特征在于所述红外通讯电路(6)采用一根输入线、 一根输出38K波形的输出线、 一根输出发送信号波形的三线控制 电路。
5. 如权利要求1所述的配变终端，其特征在于所述RS485电路(7)采用MAX13485 心片。
6. 如权利要求1至5中任何一项所述的配变终端，其特征在于所述带温度补偿的时钟芯片(8)采用DS3231芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种配变终端，包括三相计量芯片、带液晶驱动的功能处理芯片，三相计量芯片连接在功能处理芯片的输入端，功能处理芯片上还分别连接有脉冲输出电路、LCD显示电路、存储器、红外通讯电路、RS485电路、带温度补偿的时钟芯片、GPRS通讯电路，所述三相计量芯片采用AD73360L芯片，功能处理芯片采用STR710FZ2T6芯片。本实用新型采用高精度计量芯片AD73360L，使得电压电流采样分辨率大为提高，提高了配变终端的计量精度，并能够长时间稳定可靠运行。
文档编号H02J13/00GK201266853SQ200820163000
公开日2009年7月1日 申请日期2008年8月25日 优先权日2008年8月25日
发明者顾海松 申请人:浙江恒业电子有限公司