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一种电参数综合测量管理系统.pdf

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一种 参数 综合 测量 管理 系统
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摘要
申请专利号:

CN201611103194.3

申请日:

2016.12.03

公开号:

CN106483412A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 31/00申请日:20161203|||公开
IPC分类号: G01R31/00; G01R19/00 主分类号: G01R31/00
申请人: 河池学院
发明人: 彭建盛; 韦庆进; 覃勇; 何奇文; 彭金松; 马元杰
地址: 546300 广西壮族自治区河池市宜州市庆远镇龙江路42号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: ?#26412;?#22825;奇智新知识产权代理有限公司 11340 代理人: 但玉梅
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611103194.3

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及智能仪表技术领域,特别涉及一种电参数综合测量管理系统,包括电源模块,电参数测量模块、测量控制模块、无线组网模块、串口模块和数据处理模块;所述电源模块为整个电参数综合测量管理系统提供电源;所述无线组网模块包括终端节点单元和网络接入节点单元,所述终端节点单元和网络接入节点单元实现无线组网;所述数据处理模块包括主控制器单元和网络单元构成一个嵌入式WEB服务器;所述电参数测量模块采集信号并完成电流、电压有效值、有用功、频率和无用功的测量;所述测量控制模块用于将所述电参数测量模块采集到的数据进行处理、运算得到各个电参数,再将处理得到的电参数传输数据处理模块。

权利要求书

1.一种电参数综合测量管理系统,其特征在于,包括电源模块,电参数测量模块、测量
控制模块、无线组网模块、串口模块和数据处理模块;
所述电源模块为整个电参数综合测量管理系统提供电源;
所述无线组网模块包括终端节点单元和网络接入节点单元,所述终端节点单元和网络
接入节点单元实现无线组网;
所述串口模块包括第一串口单元及第二串口单元;
所述数据处理模块包括主控制器单元和网络单元,所述主控制器单元和所述网络单元
组合构成一个嵌入式WEB服务器;
所述电参数测量模块包括电流采集单元、电压采集单元及电能处理单元,所述电流采
集单元和所述电压采集单元分别与所述电能处理单元电性连接,所述电流采集单元及电压
采集单元分别将采集到的电流参数及电压参数传递给电能处理单元,电能处理单元对接受
到的信号处理完成对电流、电压有效值、有用功、频率和无用功的测量;
所述测量控制模块用于将所述电参数测量模块采集到的数据进行处理、运算得到各个
电参数,再将处理得到的电参数传输给第一串口单元;第一串口单元将接受到的数据传输
给终端节点单元,终端节点单元再将数据发?#36879;?#32593;络节点单元,网络节点单元通过第二串
口单元将数据传输给数据处理模块。
2.根据权利要求1所述电参数综合测量管理系统,其特征在于,所述电流采集单元包括
零线电流采样及相线电流采样;所述零线电流采样包括一锰铜分流器、两个等值电阻和两
个等值电容,锰铜分流器两端分别与两电阻一端相连,两个等值电阻和两个等值电容组成
差分电路;相线电流采样包括一互感器及若干电阻电容器件,所述若干电阻电容组成差分
电路与所述互感器相连。
3.根据权利要求1所述电参数综合测量管理系统,其特征在于,所述电参数测量模块还
包括光耦隔离单元,所述光耦隔离单元用于隔离所述电参数测量模块和所述测量控制模
块。
4.根据权利要求1所述电参数综合测量管理系统,其特征在于,所述电能处理单元包括
计量芯片RN8209,所述电流采集单元和所述电压采集单元采集到的信号传输给所述计量芯
片RN8209。
5.根据权利要求1所述电参数综合测量管理系统,其特征在于,所述电压采集单元由若
干串联电阻及RC滤波电路连接组成。
6.根据权利要求3所述电参数综合测量管理系统,其特征在于,所述光耦隔离单元由四
个光耦及八个上拉电阻构成,每个光耦连接两个上拉电阻。

说明书

一种电参数综合测量管理系统

【技术领域】

本发明涉及智能仪表技术领域,特别涉及一种电参数综合测量管理系统。

【背景技术】

近年来,我国经济的迅速发展,人?#23884;?#30005;力资源的消耗也迅速加快。人?#23884;?#22914;何高
效?#23454;?#20351;用电能资源的要求也愈来愈高。电子技术的广?#27827;?#29992;使人们生活变得简单方便,
电子技术的飞速发展也带动着国家能源消耗的?#25214;?#22686;高,能源需求明显扩大,能源价格不
断攀高。这些现象给国家电力能源部门带来?#21496;?#22823;挑战。国家在加大电力建设投入,开发新
能源的同时,也在积极引导电力用户调整用电习惯,合理利用电能,提高社会经济效益。

其次,在我国大部分地区采用的仍是以往的人工抄表的方式,这种方式弊端很多,
加剧了资源的浪?#36873;?#25454;官方统治显示,我国手工抄表的工作人?#24065;?#32463;多达几万人。再加上我
国大部分人口在城市,人口密度大,有些?#29992;?#30340;住宅不仅高度高而?#19968;?#24456;分散。这种情况的
出现增加了抄表人员的劳动强度,也许还会出现许多难以预?#31995;?#38382;题[2]。这给电力系统对
电力资源的有效管理提出?#21496;?#22823;挑战,导致电力工作人员对电力用户的负荷情况很难准确
把握,导致整个电力系统运行效?#23454;?#19979;。而且,在居户的日常生活用电中,很多地方采用的
仍是传统的感应式电能表。由于传统的电能表存在精确度不高,使用不方便,不能远程监测
各个用电设备的电参数情况等问题。当出?#32456;?#26679;的情况时,大量的电能资源不仅被白白浪
费掉,而?#19968;?#20250;不同程度的损耗了电器设备的使用寿命。基于以上因数,可以有效监测用户
的负荷情况,显示各种电参数外,而?#19968;?#21487;以在局域网内就可以实时观察各种电器设备的
运行情况的电能表是目前人们所需要的。

【发明内容】

鉴于以上内容,有必要提供一种电参数综合测量管理系统,提高电表便利性及便
于电力部门管理电力系统。

为达到上述目?#27169;?#26412;发明采用的技术方案是:

一种电参数综合测量管理系统,包括电源模块,无线组网模块、电参数测量模块、
测量控制模块、串口模块和数据处理模块;

所述电源模块为整个电参数综合测量管理系统提供电源;

所述无线组网模块包括终端节点单元和网络接入节点单元,所述终端节点单元和
网络接入节点单元实现无线组网;

所述串口模块包括第一串口单元及第二串口单元;

所述数据处理模块包括主控制器单元和网络单元,所述主控制器单元和所述网络
单元组合构成一个嵌入式WEB服务器;

所述电参数测量模块包括电流采集单元、电压采集单元及电能处理单元,所述电
流采集单元和所述电压采集单元分别与所述电能处理单元电性连接,所述电流采集单元及
电压采集单元分别将采集到的电流参数及电压参数传递给电能处理单元,电能处理单元对
接受到的信号处理完成对电流、电压有效值、有用功、频率和无用功的测量;

所述测量控制模块用于将所述电参数测量模块采集到的数据进行处理、运算得到
各个电参数,再将处理得到的电参数传输给第一串口单元;第一串口单元将接受到的数据
传输给终端节点单元,终端节点单元再将数据发?#36879;?#32593;络节点单元,网络节点单元通过第
二串口单元将数据传输给数据处理模块。

进一步?#27169;?#25152;述电流采集单元包括零线电流采样及相线电流采样;所述零线电流
采样包括一锰铜分流器、两个等值电阻和两个等值电容,锰铜分流器两端分别与两电阻一
端相连,两个等值电阻和两个等值电容组成差分电路;相线电流采样包括一互感器及若干
电阻电容器件,所述若干电阻电容组成差分电路与所述互感器相连。

进一步?#27169;?#25152;述电参数测量模块还包括光耦隔离单元,所述光耦隔离单元用于隔
离所述电参数测量模块和所述测量控制模块。

进一步?#27169;?#25152;述电能处理单元包括计量芯片RN8209,所述电流采集单元和所述电
压采集单元采集到的信号传输给所述计量芯片RN8209。

进一步?#27169;?#25152;述电压采集单元由若干串联电阻及RC滤波电路连接组成。

进一步?#27169;?#25152;述光耦隔离单元由四个光耦及八个上拉电阻构成,每个光耦连接两
个上拉电阻。

本发明具有如下有益效果:

1.本发明电参数综合测量管理系统对电流、电压信号进行高精度采样,同时又要
将将电能表所处的高压电路和电能计量芯片进行电气隔离,让采样到的电流、电压信号不
受其他信号的干扰。

2.本发明电参数综合测量管理系统可以在局域网内就可以有效监测用户负荷情
况,显示各种电参数,给电路部门及电力用户带来便利。而且本发明电参数综合测量管理系
统功耗低,有较好的稳定性,而且精确度高,使用方便。

【附图说明】

图1为本发明电参数综合测量管理系统流程图。

图2为本发明电参数综合测量管理系统光耦隔离单元电路图。

图3为本发明电参数综合测量管理系统电能处理单元电路图。

图4为本发明电参数综合测量管理系统电压采集单元电路图。

图5为本发明电参数综合测量管理系统相线电流采样电路图。

图6为本发明电参数综合测量管理系统零线电流采样电路图。

附图标记说明:1-电参数测量模块;2-测量控制模块;3-串口模块;4-无线组网模
块;6-数据处理模块;41-终端节点单元;42-网络接入节点单元;31-第一串口单元;32-第二
串口单元;11-电流采集单元;12-电压采集单元;13-电能处理单元。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例?#26800;?#38468;图,对本发明实施例?#26800;?#25216;术方?#38468;?#34892;清楚、完
整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于
本发明?#26800;?#23454;施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例,都属于本发明保护的范围。

需要说明的是,当组件被称为“固定于”另一个组件,它可以直接在另一个组件上
或者也可?#28304;?#22312;居?#26800;?#32452;件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件,它可以是直接连接
到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件,它
可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直
的”、?#20843;?#24179;的”、?#30333;蟆薄ⅰ?#21491;?#24065;?#21450;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发明的技术领域的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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?#27169;?#19981;是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相
关的所列项目的?#25105;?#30340;和所有的组合。

请参见附图,本发明实施方式提供一种电参数综合测量管理系统。包括电源模块
(未标示),电参数测量模块1、测量控制模块2、串口模块3、无线组网模块4和数据处理模块
6;电源模块为整个电参数综合测量管理系统提供电源。无线组网模块4包括终端节点单元
41和网络接入节点单元42,终端节点单元41和网络接入节点单元42实现无线组网。串口模
块3包括第一串口单元31及第二串口单元32。数据处理模块6包括主控制器单元(未标示)和
网络单元(未标示),主控制器单元和所述网络单元组合构成一个嵌入式WEB服务器;电参数
测量模块1包括电流采集单元11、电压采集单元12及电能处理单元13,电流采集单元11和电
压采集单元12分别与电能处理单元13电性连接,电流采集单元11及电压采集单元12分别将
采集到的电流参数及电压参数信号传递给电能处理单元13,电能处理单元13对接受到的信
号处理完成对电流、电压有效值、有用功、频率和无用功的测量。测量控制模块2用于将电参
数测量模块1采集到的数据进行处理、运算得到各个电参数,再将处理得到的电参数传输给
第一串口单元31;第一串口单元31将接受到的数据传输给终端节点单元41,终端节点单元
41再将数据发?#36879;?#32593;络节点单元42,网络节点单元42通过第二串口单元32将数据传输给数
据处理模块6。

请参见附图2,所述电能处理单元13包括计量芯片RN8209及外围电路部分,电流采
集单元11和电压采集单元12采集到的信号传输给所述计量芯片RN8209,计量芯片RN8209采
样信号进行放大,A/D转换和滤波处理,在进行处理,完成电流、电压有效值、有用功、频率、
无用功的测量。电流采集单元11包括零线电流采样及相线电流采样;零线电流采样包括一
锰铜分流器L1及由R1,R5,C7,C8组成的差分电路,当有电流通过时,锰铜分流器L1两端会产
生电压,经过R1,R5,C7,C8组成的差分电?#20998;?#21518;以差分电压的形式输入到RN8209计量芯
V1P,V2P脚。相线电流采样由电流互感器U4和由R7、R23、R24、R6、C9、C10元器件组成的差分
电路采集,电流互感器U4从相线上采集到电流信号经过差分电路后产生电压信号输入到
RN8209计量芯V2P,V2N脚。电压采集单元12由电阻R16~R22组成的电路构成,经过R16~R22
串联电阻分压后得到适于的电压信号,然后经R8、C11、R9、C12组成RC滤波网络,产生稳定合
?#23454;?#30005;压信号输入到RN8209计量?#38236;腣3P、V3N脚。电参数测量模块1还包括光耦隔离单元,
光耦隔离单元由U6、U7、U5、U8四个光耦和R11、R12、R13、R14、R2、R3、R4等八个上拉电阻组成
的电路图构成,光耦隔离单元用于隔离电参数测量模块1和测量控制模块2防止两者信号相
互影响。

在本实施例中测量控制模块2包括STC12C5A60S2控制器,无线组网模块4包括
CC2530控制芯片,使用CC2530控制芯片及其与之相匹配的外围电电路构成了无线组网模
块;数据处理模块6?#26800;?#20027;控制器单元包括STM32F103RBT6芯片、网络单元包括ENC28J60芯
片。

本实施例中CC2530控制芯片具有组建网络、接收终端节点单元41发送来的电参数
数据、并将采集到的电参数通过串口3发?#36879;鳳C机的功能。无线组网模块工作流程为:数据
处理模块6开始工作时,首先要进行系统初始化,包括硬件设备层初始化和时钟初始化,打
开相应的中断并初始化网络协议栈组建无线网络,无线网络组建成功后数据处理模块6便
一直监测状态,当收到终端节点单元41有信号发送过来并且发送过来的信号是入网请求信
号时,数据处理模块6就自动分配地址给相应的节点。如果发送过来的不是入网请求指令而
是电参数数据帧,数据处理模块6便读出该数据帧并经串口发?#36879;鳶TM32F103RBT6芯片。
STM32F103RBT6芯片控制网络模块移植uip1.0协议,最后将数据通过串口将数据发?#36879;鴚eb
服务器,显示在网?#25104;稀?br />

终端节点工作流程为,单终端节点元在开始运行时进行初始化,然后进行网络的
检测,如果检测?#25509;?#32593;络存在时则向创建网络的数据中心发出请求连接网络的信号,当主
控制单元接收到终端节点发送过来的连接请求,就分配相应的地址给终端节点。终端节点
联网成功后,开始接收电参数测量模块通过串口发送过来的电参数。然后再将接收到的电
参数数据无线传输给数据处理模块6。

本实施例中,电参数测量模块和测量控制模块将采集到的电参数分析处理之后,
通过CC2530无线模块组网技术组成两个终端节点和一个网络接入节点的无线网络,通过无
线网络将电参数数据传输给由STM32单片机和网络模块的数据处理中?#27169;?#20998;析处理后,在网
?#25104;?#26174;示出来。

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