一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，至少包括：8路交流電流信號采樣單元，8路模擬開關(guān)、真有效值轉(zhuǎn)換單元、模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元、中央處理器單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、濾波單元、數(shù)據(jù)顯示單元、數(shù)據(jù)通訊單元、485數(shù)據(jù)接口；8路交流電流信號采樣單元的8路輸出端分別與8路模擬開關(guān)的8路輸入端電連接；8路模擬開關(guān)的輸出端通過真有效值轉(zhuǎn)換單元與模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元的輸入端電連接；模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元的輸出端與中央處理器單元的I/O口電連接；中央處理器單元的控制口與8路模擬開關(guān)、真有效值轉(zhuǎn)換單元、模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元的控制端電連接；數(shù)據(jù)通訊單元與485數(shù)據(jù)接口單元電連接。該裝置為網(wǎng)絡(luò)云端大數(shù)據(jù)處理提供底層基本數(shù)據(jù)。
【專利說明】
一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電子信號檢測領(lǐng)域，特別是涉及用于高壓柜高精度多路交流電流的檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，電力高壓柜的交流電流信號的測量主要有兩種方法;第一種是通過檢測電阻加運算放大器模式。第二種是采用模塊型霍爾電流傳感器作為電流檢測元件模式。
[0003]以上兩種傳統(tǒng)的交流電流信號檢測方法，都存在問題；第一種方法問題在于溫漂較大，精密電阻的選擇較難，低端檢測電路易對地線造成干擾;高端檢測，電阻與運放的選擇要求高，無隔離效果，安全可靠性低，風(fēng)險大，易造成安全事故。第二種方法采用模塊型霍爾電流傳感器作為電流檢測元件，模塊型霍爾電流傳感器分開環(huán)模式與閉環(huán)模式，開環(huán)模式又稱為直接測量式霍爾電流傳感器，輸入為電流，輸出為電壓。這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，測量結(jié)果的精度和線性度都較高?？蓽y量各種波形的電流。但它的測量范圍小、帶寬低。在這種應(yīng)用中，霍爾器件是磁場檢測器，它檢測的是磁芯氣隙中的磁感應(yīng)強度。電流增大后，磁芯可能達到飽和；隨著頻率升高，磁芯中的渦流損耗、磁滯損耗等也會隨之升高。這些都會對測量精度產(chǎn)生影響。閉環(huán)模式又稱為零磁通模式或磁平衡模式，其輸入與輸出端均為電流信號將霍爾器件的輸出電壓進行放大，再經(jīng)電流放大后，讓這個電流通過補償線圈，并令補償線圈產(chǎn)生的磁場和被測電流產(chǎn)生的磁場方向相反，最終達到磁平衡。這個平衡過程是自動建立的，是一個動態(tài)平衡。建立平衡所需的時間極短。平衡時，霍爾器件處于零磁通狀態(tài)。磁芯中的磁感應(yīng)強度極低，不會使磁芯飽和，也不會產(chǎn)生大的磁滯損耗和渦流損耗。但模塊霍爾電流傳感器，一般體積較大，雙電源供電，價格較高。另外兩種檢測方法均為模擬量測量方法，所得結(jié)果均為模擬量，無法進行通訊網(wǎng)絡(luò)化處理，更不能為網(wǎng)絡(luò)云端大數(shù)據(jù)處理提供底層數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種尚壓柜尚精度多路交流電流檢測裝置，以便解決尚壓柜模擬數(shù)據(jù)測量的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、為網(wǎng)絡(luò)云端大數(shù)據(jù)處理提供底層基本數(shù)據(jù)。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，其特征是:至少包括:8路交流電流信號采樣單元，8路模擬開關(guān)、真有效值轉(zhuǎn)換單元、模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元、中央處理器單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、濾波單元、數(shù)據(jù)顯示單元、數(shù)據(jù)通訊單元、485數(shù)據(jù)接口；8路交流電流信號采樣單元的8路輸出端分別與8路模擬開關(guān)的8路輸入端電連接;8路模擬開關(guān)的輸出端通過真有效值轉(zhuǎn)換單元與模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元的輸入端電連接；模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元的輸出端與中央處理器單元的I/O口電連接；中央處理器單元的控制口與8路模擬開關(guān)、真有效值轉(zhuǎn)換單元、模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元的控制端電連接；中央處理器單元的分別通過I/O 口與數(shù)據(jù)顯示單元、數(shù)據(jù)通訊單元電連接;數(shù)據(jù)通訊單元與485數(shù)據(jù)接口單元電連接。
[0006]所述8路交流電流信號采樣單元，由8路O?10A的電流互感器和分壓電阻組成，在電流互感器兩個引腳之間接入一個阻值為80歐姆的電阻網(wǎng)R，將電阻網(wǎng)R的一端接地，另一端接電壓信號檢測系統(tǒng)，通過電壓信號檢測系統(tǒng)測量出電阻網(wǎng)R的端電壓V，然后用測量出的端電壓V除以電阻網(wǎng)R的阻值就可以得出電流互感器測量出的電流信號大小。
[0007]所述有電阻網(wǎng)R由3個240歐姆的電阻并聯(lián)組成。
[0008]所述8路模擬開關(guān)，其型號為CD4051，采用雙電源供電，其中正向電源電壓為+9V，負(fù)向電源電壓為_5V。
[0009]所述真有效值轉(zhuǎn)換單元，其型號為D0N14。
[0010]所述模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元，采用AD公司的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1110。
[0011]所述中央處理器單元是STC公司生產(chǎn)的單片機STCl 5W408AS。
[0012]所述的數(shù)據(jù)顯示單元由4個8位數(shù)碼管以及驅(qū)動芯片組成，驅(qū)動芯片型號為MAX7219。
[00?3] 所述數(shù)據(jù)通訊單元采用RS485通訊協(xié)議進行通訊。
[0014]本實用新型的優(yōu)點是:通過對多路交流電流信號的高精度檢測，即對一個高壓柜中的多路輸電線路電流信號進行檢測，并將檢測到的模擬電流信號進行數(shù)字化處理，然后將處理后的電流信號數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫诉M行大數(shù)據(jù)優(yōu)化處理。解決高壓柜模擬數(shù)據(jù)測量的數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合實施例附圖對本實用新型作進一步說明:
[0016]圖1是本實用新型實施例電路原理圖；
[0017]圖2是電阻網(wǎng)電路原理圖。
[0018]圖中:1、8路交流電流信號采樣單元;2、8路模擬開關(guān)；3、真有效值轉(zhuǎn)換單元；4、模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元;5、中央處理器單元;6、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元;7、濾波單元;8、數(shù)據(jù)顯示單元；
9、數(shù)據(jù)通訊單元；1、485數(shù)據(jù)接口單元；11、電流互感器；12、電阻網(wǎng)R;13、電阻Rl; 14、電阻R2； 15、電阻 R3。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
[0020]—種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，其特征是:至少包括:8路交流電流信號采樣單元I，8路模擬開關(guān)2、真有效值轉(zhuǎn)換單元3、模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4、中央處理器單元
5、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元6、濾波單元7、數(shù)據(jù)顯示單元8、數(shù)據(jù)通訊單元9、485數(shù)據(jù)接口 10 ;8路交流電流信號采樣單元I的8路輸出端分別與8路模擬開關(guān)2的8路輸入端電連接;8路模擬開關(guān)2的輸出端通過真有效值轉(zhuǎn)換單元3與模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4的輸入端電連接;模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4的輸出端與中央處理器單元5的I/O口電連接；中央處理器單元5的控制口與8路模擬開關(guān)2、真有效值轉(zhuǎn)換單元3、模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4的控制端電連接；中央處理器單元5的分別通過I/O 口與數(shù)據(jù)顯示單元8、數(shù)據(jù)通訊單元9電連接;數(shù)據(jù)通訊單元9與485數(shù)據(jù)接口單元10電連接。
[0021]實施例2
[0022]如圖1所示，一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，至少包括:8路交流電流信號采樣單元I，8路模擬開關(guān)2、真有效值轉(zhuǎn)換單元3、模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4、中央處理器單元
5、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元6、濾波單元7、數(shù)據(jù)顯示單元8、數(shù)據(jù)通訊單元9，485接口 10; 8路交流電流信號采樣單元I的8路輸出端分別與8路模擬開關(guān)2的8路輸入端電連接;8路模擬開關(guān)2的輸出端通過真有效值轉(zhuǎn)換單元3與模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4的輸入端電連接;模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4的輸出端與中央處理器單元5的I/O口電連接；中央處理器單元5的控制口與8路模擬開關(guān)2、真有效值轉(zhuǎn)換單元3、模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4的控制端電連接;濾波單元7分別與中央處理器單元5和數(shù)據(jù)顯示單元8的電源端口連接；中央處理器單元5的分別通過I/O口與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元6、數(shù)據(jù)顯示單元8電連接;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元6輸出端與數(shù)據(jù)通訊單元9輸入端電連接;數(shù)據(jù)通訊單元9輸出端與485接口 10電連接。
[0023]所述8路交流電流信號采樣單元，由8路O?100A的電流互感器和分壓電阻組成，交流電流信號采樣模塊的目的是將每路信號為O?100A的交流電流信號轉(zhuǎn)換成O?200mV的交流電壓信號，通過測量電壓信號的大小，然后通過一定的算法處理，從而測算出電流信號的大小。其實現(xiàn)方法是:在電流互感器兩個引腳之間接入一個阻值為80歐姆的電阻網(wǎng)R，將電阻網(wǎng)R的一端接地，另一端接電壓信號檢測系統(tǒng)，通過電壓信號檢測系統(tǒng)測量出電阻網(wǎng)R的端電壓V，然后用測量出的端電壓V除以電阻網(wǎng)R的阻值就可以得出電流互感器測量出的電流信號大小。
[0024]如圖2所示，所述電阻網(wǎng)R由3個240歐姆的Rl電阻13、R2電阻14、R3電阻15并聯(lián)組成，電流互感器11的輸出腳分別與Rl電阻13、R2電阻14、R3電阻15的兩個端口電連接;每一個電阻為貼片封裝的高精度電阻，其特點是精度可達千分之一，但其缺點是溫度漂移性差，隨著溫度的升高，電阻精度降低，本實用新型采用3個電阻并聯(lián)進行分流，使一個電阻上的功耗由3個電阻分擔(dān)，有效降低電阻的工作溫度，從而保證了分壓電阻的精度。
[0025]所述8路模擬開關(guān)，其型號為CD4051，采用雙電源供電，其中正向電源電壓為+9V，負(fù)向電源電壓為-5V，模擬開關(guān)8個引腳分別與8路交流電流信號采樣單元的輸出腳相連接，三個控制引腳，分別與中央處理器單元5的三個I/O接口相連接，8路模擬開關(guān)工作時，由中央處理器單元5的三個I/O接口發(fā)出開關(guān)量，通過模擬開關(guān)內(nèi)部的3-8譯碼器決定模擬開關(guān)輸出端口的通/斷。
[0026]所述真有效值轉(zhuǎn)換單元，其型號為D0N14，真有效值轉(zhuǎn)換單元的作用是將O?2V的交流電壓信號轉(zhuǎn)換為O?2V的直流電壓信號，轉(zhuǎn)換過程中電壓信號的絕對值保持不變。由于電流采樣單元8采集的電流信號為交流信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換為電壓信號后，所得電壓信號仍為交流信號，為了將此交流信號轉(zhuǎn)換成為模數(shù)轉(zhuǎn)換單元能夠識別的直流電壓信號，且測量值保持不變，本實用新型采用真有效值轉(zhuǎn)換單元有效的解決這一問題。
[0027]所述模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4，采用AD公司的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADSl110，其特點是轉(zhuǎn)換精度高，可達24位，工作能耗低，電路設(shè)計簡單。模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4的輸入腳與真有效值轉(zhuǎn)換單元3的輸出腳相連，待測電壓信號經(jīng)真有效值轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后進入模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4，并經(jīng)入模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元4將待測電壓由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，供中央處理器單元5處理。模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元的控制信號由央處理器單元5發(fā)出。
[0028]所述中央處理器單元5是單片機及其最小系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)采用STC公司生產(chǎn)的STC15W408AS，該單片機系統(tǒng)的特點是寬工作電壓，工作電壓寬度可達2.6V-5.5V，，可靠性高，加密性能強。單片機系統(tǒng)與8路模擬開關(guān)單元，模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元，數(shù)據(jù)顯示單元，數(shù)據(jù)通訊單元相連接，分別控制各個單元模塊的工作狀態(tài)。
[0029]所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元是將單片機系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)型號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)型號，由于單片機系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)信號為TTL電平，而數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)信號為232電平，故在此需要增設(shè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將TTL電平的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為232電平類型的數(shù)據(jù)信號。
[0030]所述濾波單元，其作用是為單片機系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的供電系統(tǒng)進行濾波處理，由于單片機系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)進行工作時，其工作頻率高，對供電系統(tǒng)的要求也就比較高，一旦電源系統(tǒng)雜波增多，容易造成對這兩個系統(tǒng)的干擾，影響其正常工作。因此本實用新型設(shè)計有專門的濾波系統(tǒng)，以此解決供電系統(tǒng)雜波干擾大的問題。
[0031]所述數(shù)據(jù)顯示單元，由4個8位數(shù)碼管以及驅(qū)動芯片組成，驅(qū)動芯片型號為MAX7219。
[0032]所述數(shù)據(jù)通訊單元采用RS485通訊協(xié)議進行通訊，單片機發(fā)出通訊數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元進行電平后經(jīng)485驅(qū)動芯片傳送至數(shù)據(jù)通訊鏈路。
[0033]該裝置的工作過程是:通過8路電流互感器將高壓柜8處電流采樣，在單片機控制下，由8路模擬開關(guān)分時逐個輸入，經(jīng)高精度真有效值器件轉(zhuǎn)換成0-200mV的直流電壓信號，由24位高精度AD轉(zhuǎn)換器變換后送入單片機系統(tǒng)，經(jīng)單片機計算得到高壓柜8路被測電流的有效值(其測量范圍為0-1000A，精度可達千分之一)，并可通過485接口傳送到云端進行大數(shù)據(jù)匯總與處理。
[0034]本實施例沒有詳細敘述的部件和結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知部件和常用結(jié)構(gòu)或常用手段，這里不一一敘述。
【主權(quán)項】
1.一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，其特征是:至少包括:8路交流電流信號采樣單元(I)，8路模擬開關(guān)(2)、真有效值轉(zhuǎn)換單元(3)、模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元(4)、中央處理器單元(5)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元(6)、濾波單元(7)、數(shù)據(jù)顯示單元(8)、數(shù)據(jù)通訊單元(9)、485數(shù)據(jù)接口(10) ;8路交流電流信號采樣單元(I)的8路輸出端分別與8路模擬開關(guān)(2)的8路輸入端電連接;8路模擬開關(guān)(2)的輸出端通過真有效值轉(zhuǎn)換單元(3)與模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元(4)的輸入端電連接;模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元(4)的輸出端與中央處理器單元(5)的I/O口電連接；中央處理器單元(5)的控制口與8路模擬開關(guān)(2)、真有效值轉(zhuǎn)換單元(3)、模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元(4)的控制端電連接；中央處理器單元(5)的分別通過I/O口與數(shù)據(jù)顯示單元(8)、數(shù)據(jù)通訊單元(9 )電連接;數(shù)據(jù)通訊單元(9 )與485數(shù)據(jù)接口單元(1 )電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，其特征是:所述8路交流電流信號采樣單元(I)，由8路O?100A的電流互感器和分壓電阻組成，在電流互感器兩個引腳之間接入一個阻值為80歐姆的電阻網(wǎng)R，將電阻網(wǎng)R的一端接地，另一端接電壓信號檢測系統(tǒng)，通過電壓信號檢測系統(tǒng)測量出電阻網(wǎng)R的端電壓V，然后用測量出的端電壓V除以電阻網(wǎng)R的阻值就可以得出電流互感器測量出的電流信號大小。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，其特征是:所述有電阻網(wǎng)R由3個240歐姆的電阻并聯(lián)組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，其特征是:所述8路模擬開關(guān)(2)，其型號為CD4051，采用雙電源供電，其中正向電源電壓為+9V，負(fù)向電源電壓為-5V。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，其特征是:所述真有效值轉(zhuǎn)換單元(3)，其型號為D0N14。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，其特征是:所述模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換單元(4)，采用AD公司的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1110。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，其特征是:所述中央處理器單元(5)是STC公司生產(chǎn)的單片機STCl 5W408AS。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，其特征是:所述的數(shù)據(jù)顯示單元(8)由4個8位數(shù)碼管以及驅(qū)動芯片組成，驅(qū)動芯片型號為MAX7219。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓柜高精度多路交流電流檢測裝置，其特征是:所述數(shù)據(jù)通訊單元(9)采用RS485通訊協(xié)議進行通訊。
【文檔編號】G01R19/25GK205450101SQ201620242733
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】淮琳, 楊振江
【申請人】西安同創(chuàng)電力設(shè)備自動控制工程有限公司