专利名称：配电监控终端的制作方法
技术领域：
本实用新型配电监控终端涉及一种公用变压器运行工况监测的装置，该装置能够统计公用变压器运行情况，并统计出总的用电量、三相用电平衡状况，同时利用移动通信技术把监测数据传回控制中心。
背景技术：
目前，公知的配电监测终端是由交流采样部分、数据处理部分组成，交流采样和数据处理部分由同一个中央处理单元来完成。只能监测公用变压器的电压、电流、功率等少量数据，不能计算电量、也不能够监测温、湿度，不能对监测的数据进行记录，缺少交互性能，不能全面监测公用变压器的运行状况。另外，上传方式太过简单及上传容易出现死机。

发明内容
为了克服现有的配电监控终端只能对电压、电流进行监测，不能计算电量、也不能够监测温、湿度，不能对监测的数据进行记录，上传方式太过简单及上传容易出现死机等不足之处，本实用新型提供一种配电监控终端，该配电监控终端不但能够统计出电压、电流、功率、功率因数、电量，并能够监测温、湿度，同时具有遥控、遥信、脉冲采取功能，最后利用移动通信技术，把数据以GSM/GPRS的方式进行上传，更重要的是能够对通信模块进行实时监控，确保通信模块不死机，达到“不死猫”的效果。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是本配电监控终端由机箱、三相电源模块、数据处理通信模块、数据采样计量模块组成。集电能计量、数据处理通信、三遥(遥控、遥信、遥脉)、GSM/GPRS通信、三相电源于一体的配电监控的设备。数据采样计量模块与数据处理通信模块之间通过接口电路RS485进行接口，数据处理通信模块定时采集数据采样计量模块数据。数据采样计量模块保存变压器运行的实时数据，数据处理通信模块保存变压器运行的历史数据并记录下运行过程。数据处理通信模块与GSM/GPRS通信模块之间通过RS232口相连，利用GSM手机短信或GPRS数字传真技术上传信息。
数据处理通信模块包括单片机、大容量数据存储器D5、数据缓存器D13、程序存储器D4、时钟芯片D15、复位电路D2、脉冲遥信采集电路D1、D7、对外接口电路(1)、对外接口电路(2)、GSM/GPRS通信模块的电源控制电路、对外控制电路、通信接口电路、温度采集电路、湿度采集电路、运行指示电路、地址分配电路。
单片机包括单片机D2、晶振G2、电容C3、C4。
复位电路包括复位芯片D2、电阻R7。
脉冲遥信采集电路包括脉冲遥信采集集成电路D1、D7、电阻R1～R6、R22～R31、电容C49～C56、发光二极管V1～V8。
对外接口电路(1)包括三路二选一电子开关D14、RS485接口电路D16、RS232接口D17，插座X2，电阻R32、R33、R47，电容C5、C7、C10、C12、C14、C16，电感L1、L2，二极管V9、V10、V11。
对外接口电路(2)包括三路二选一电子开关D20，接口电路D21、D22，插座X5，电阻R66~R68，电容C6、C8、C9、C11、C13、C15，电感L3、L4，二极管V17、V19、V20。
GSM/GPRS通信模块电源控制电路包括光隔D23、三极管V23，继电器K1，电阻R70~R72，电容C42，二极管V16。
对外控制电路包括3-8译码器D24，光隔D25，继电器K2、K3，三极管V26，电阻R73~R76，电容C43~C48，二极管V18、V24、V25、V27。
通信接口电路包括通信接口芯片D6、晶振G1、电容C1、C2。
温度采集电路包括运算放大器D8、电阻R56，运算放大器D8第5脚与温度传感器相连。
湿度采集电路包括运算放大器D8，运算放大器D8第3脚与湿度传感器相连。
运行指示电路包括集成门电路D19、电阻R57~R60、R69、发光二极管V12~V15、V22。
地址分配电路包括锁存器D11、3-8译码电路D12。
数据处理通信模块是采用单片机N80C196KB作为中央处理单元，采用DS12C887作为时钟、采用Flash W29C020作为数据存储单元，采用HK1235作为数据的缓存，采用TL16C550BN来扩展通信口，这些辅助元件与中央处理单元之间通过数据总线相连。
工作原理首先对电压、电流进行实时采样，采样结果送到计量芯片，计量CPU再对计量芯片内的数据进行分析、处理、计算，最后生成电压、电流、功率、电量、功率因数等数据并保存在数据采样计量模块中。存储处理通信模块定时读取数据采样计量模块中的数据，并按照设置的时间进行存储和记录。另外数据处理通信模块还可以实现遥控、遥信、脉冲的采集。最后存储处理通信模块通过GSM/GPRS通信模块把变压器监控数据以短信或数字传真的方式发回到主站，可以实现在远端了解变压器的运行工况，尽可能保证变压器处于经济、安全的运行。
本实用新型的有益效果是，可以及时地了解各类配电变压器的运行状态，为安全生产提供保障，提高供电可靠性。同时为线损统计、负荷分析预测、电压合格率统计、配网规划、优化供电方案、业扩报装等提供科学依据。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。


图1是本实用新型的电路原理框图。
图2为数据处理通信模块的原理图1。
图3为数据处理通信模块的原理图2。
具体实施方式
参照图1、2、3，配电监控终端由机箱、三相电源模块、数据处理通信模块、数据采样计量模块组成。集电能计量、数据处理通信、三遥、GSM/GPRS通信、三相电源于一体的配电监控的设备。数据采样计量模块与数据处理通信模块之间通过RS485进行接口，数据处理通信模块定时采集数据采样计量模块中的数据，数据采样计量模块保存变压器运行的实时数据，数据处理通信模块保存变压器运行的运行记录，其与GSM/GPRS通信模块之间通过RS232口相连，利用GSM手机短信或GPRS数字传真技术上传信息。
数据处理通信模块包括单片机、大容量数据存储器D5、数据缓存器D13、程序存储器D4、时钟芯片D15、复位电路D2、脉冲遥信采集电路D1、D7、对外接口电路(1)、对外接口电路(2)、GSM/GPRS通信模块的电源控制电路、对外控制电路、通信接口电路、温度采集电路、湿度采集电路、运行指示电路、地址分配电路。
单片机包括单片机D9、晶振G2、电容C3、C4。
复位电路包括复位芯片D2、电阻R7。
脉冲遥信采集电路包括脉冲遥信采集集成电路D1、D7、电阻R1~R6、R22~R31、电容C49~C56、发光二极管V1~V8。
对外接口电路(1)包括三路二选一电子开关D14、485接口电路D16、RS232接口D17，插座X2，电阻R32、R33、R47，电容C5、C7、C10、C12、C14、C16，电感L1、L2，二极管V9、V10、V11。
对外接口电路(2)包括三路二选一电子开关D20，接口电路RS485D21、RS232D22，插座X5，电阻R66~R68，电容C6、C8、C9、C11、C13、C15，电感L3、L4，二极管V17、V19、V20。
GSM/GPRS通信模块电源控制电路包括光隔D23、三极管V23，继电器K1，电阻R70~R72，电容C42，二极管V16。
对外控制电路包括3-8译码器D24，光隔D25，继电器K2、K3，三极管V26，电阻R73~R76，电容C43~C48，二极管V18、V24、V25、V27。
通信接口电路包括通信接口芯片D6、晶振G1、电容C1、C2。
温度采集电路包括运算放大器D8、电阻R56，运算放大器D8第5脚与温度传感器相连。
湿度采集电路包括运算放大器D8，运算放大器D8第3脚通过数据线与湿度传感器相连。
运行指示电路包括集成门电路D19、电阻R57、R58、R59、R60、R69、发光二极管V12~V15、V22，集成门电路D18、D19采用7407。
地址分配电路包括锁存器D11、3-8译码电路D12，锁存器D11采用74HC157。
在图1中，电流采样、电压采样分别对IA、IB、IC、UA、UB、UC进行采样，采样结果送到计量芯片中，计量CPU读取计量芯片中的数据并进行计算，得到最后的电压、电流、功率、功率因数、频率、电量。数据处理通信模块定时与计量CPU通信，读取计量CPU中的数据，并进行处理保存。同时通过GSM/GPRS通信模块来实现数据的上传。其中，数据处理通信模块、GSM/GPRS通信模块电源由三相电源模块来提供工作电源。数据处理通信模块还具有遥控、遥信、脉冲采集功能及温、湿度采集功能。
图2中的单片机N80C196KB(D9)是核心，它是中央处理单元，通过锁存器74HC373(D3)以总线[地址总线A0，A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8，A9，A10，A11，A12，A13，A14，A15，A16，A17，A18，A19，A20；数据总线AD0，AD1，AD2，AD3，AD4，AD5，AD6，AD7]的方式与数据缓存器(RAM)62256(D13)、数据存储器(FLASH)W29C020(D5)、程序存储器(ROM)27C512(D4)、时钟芯片DS12C887(D15)、通信接口芯片TL16C550BN(D6)相连；这些芯片的地址通过锁存器74HC157(D11)和3-8译码器74HC138(D12)来分别选址。其中上电监测电路MAX809L(D2)的2脚与电阻R7的一端相连，电阻R7另一端与单片机(D9)的16脚相连，负责对工作电压进行监测，确保单片机正常工作。另外温度、湿度传感器分别与运算放大器LM358(D8)的5、3脚相连，LM358(D8)的1、7脚与单片机(D9)的5、6脚相连，进行AD采样，通过采样值，计算出温度和湿度。整个电路上还有状态运行指示灯，其中红色发光二极管(V13、V14)通过门电路7407(D19)与通信芯片(D6)相连，分别表示通信芯片(D6)是处于发送还是处于接收状态；红色发光二极管(V15、V12)通过门电路7407(D19)与单片机(D9)相连，表示单片机(D9)的串口是处于发送还是处于接收状态；红色发光二极管(V22)通过门电路7407(D19)与单片机(D9)相连，表示单片机的运行状态，单片机的状态由软件根据硬件的状况来确定。
图3表示整个系统对外的接口电路，其中一个3路二选一的开关4053(D14)的4、14、15脚分别与单片机(D9)的39、18、17脚相连，4053(D14)的5、12、2脚与接口电路SP232ACN(D17)的10、11、9脚相连，接口电路SP232ACN(D17)的8、7、13、14、15脚与插座X2的1、2、3、4、5脚相连；4053(D14)的3、13、1脚，与接口电路MAX3082EPA(D16)的2、4、1脚相连，MAX3082EPA(D16)的6、7脚分别通过电感与X1的9、11脚相连；4053(D14)的9、10、11脚连在一起与单片机(D9)的26脚相连，是选择RS232接口还是选择RS485接口由单片机软件来决定。
另一个3路二选一的开关4053(D20)的4、14、15脚分别与通信接口芯片TL16C550BN(D6)的32、11、10脚相连，4053(D20)的5、12、2脚与接口电路SP232ACN(D22)的10、11、9脚相连，接口电路SP232ACN(D22)的8、7、1 3、14、15脚与插座(X5)的1、2、3、4、5脚相连；4053(D20)的3、13、1脚，与接口电路MAX3082EPA(D21)的2、4、1脚相连，MAX3082EPA(D21)的6、7脚分别通过电感与插座(X1)的5、7脚相连；4053(D20)的9、10、11脚连在一起与单片机(D9)的27脚相连，是选择RS232接口还是选择RS485接口由单片机软件来决定。
光隔TLP521-1(D23)的第2脚与单片机(D9)的38脚相连，光隔TLP521-1(D23)的第4脚与OUAZSH112L(K1)的2脚相连，来控制继电器OUAZSH112L(K1)的开关来控制+12V电源的输出，该电源为GSM/GPRS通信模块提供电源。
单片机(D9)的34、29、28脚与3-8译码器74HC138(D24)的1、2、3脚相连，3-8译码器74HC138(D24)的10脚与光隔TLP521-1(D25)的第2脚与相连来控制继电器OUAZSH112L(K2)，继电器OUAZSH112L(K2)控制继电器JW1FSN-DC12V(K3)的电源，继电器JW1FSN-DC12V(K3)的控制脚与单片机相连，确保控制的可靠性。
光隔TLP521-4(D1)的1、3、5、7脚分别与电阻R1、R2、R3、R22一端相连，电阻R1、R2、R3、R22另一端与插座X1的18、22、26、30脚相连，同时与电容C53、C54、C55、C56的一端相连，电容C53、C54、C55、C56另一端与插座X1的20、24、28、32脚相连，同时连接到光隔TLP521-4(D1)的2、4、6、8脚；光隔TLP521-4(D1)的10、12、14、16脚与分别与电阻R27、R6、R5、R4一端相连，同时连接到单片机(D9)的9、8、10、11脚，电阻R27、R6、R5、R4另一端与二极管V4、V3、V2、V1相连，二极管V4、V3、V2、V1的另一端与电源VCC相连，光隔TLP521-4(D1)的9、11、13、15脚与VSS相连。光隔TLP521-4(D7)的1、3、5、7脚分别与电阻R23、R24、R25、R26一端相连，电阻R23、R24、R25、R26另一端与插座X1的13、17、21、25脚相连，同时与电容C49、C50、C51、C52的一端相连，电容C49、C50、C51、C52另一端与插座X1的15、19、23、27脚相连，同时连接到光隔TLP521-4(D7)的2、4、6、8脚；光隔TLP521-4(D7)的10、12、14、16脚与分别与电阻R31、R30、R29、R28一端相连，同时连接到单片机(D9)的42、44、24、25脚，电阻R31、R30、R29、R28另一端与二极管V8、V7、V6、V5相连，二极管V8、V7、V6、V5的另一端与电源VCC相连，光隔TLP521-4(D7)的9、11、13、15脚与VSS相连。
单片机D9采用N80C196KB、锁存器D3采用74HC373、D11采用74HC157、D12采用74HC138、数据缓存器D13采用62256、数据存储器D5采用W29C020、程序存储器D4采用27C512、时钟芯片D15采用DS12C887、通信接口芯片D6采用TL16C550BN、上电监测电路D2采用MAX809L、运算放大器D8采用LM358、门电路D19采用7407。
光隔D23、D25采用TLP521-1、光隔D1、D7采用TLP521-4。
继电器K1、K2采用OUAZSH112L、K3采用JW1FSN-DC12V。
译码器D24采用74HC138。
接口电路D17采用SP232ACN、D16采用MAX3082EPA、D22采用SP232ACN、接口电路D21采用MAX3082EPA。
电子开关D14、D20选用三路二选一的开关4053。
数据采样计量模块与数据处理通信模块之间通过RS485进行接口。
数据处理通信模块与GSM/GPRS通信模块之间通过RS232口相连，利用GSM手机短信或GPRS数字传真技术上传信息。
数据处理通信模块是采用N80C196KB作为中央处理单元，采用DS12C887作为时钟、采用Flash W29C020作为数据存储单元，采用HK1235作为数据的缓存，采用16C550来扩展通信口，这些辅助元件与中央处理单元之间通过数据总线相连。
权利要求1.一种配电监控终端，包括机箱、三相电源模块、GSM/GPRS通信模块、数据处理通信模块、数据采样计量模块，数据采样计量模块具有电流采样电路、电压采样电路、计量芯片、计量CPU，其特征在于数据采样计量模块与数据处理通信模块之间通过接口电路进行接口，数据处理通信模块包括单片机、大容量数据存储器D5、数据缓存器D13、程序存储器D4、时钟芯片D15、复位电路D2、脉冲遥信采集电路D1、D7、对外接口电路(1)、对外接口电路(2)、GSM/GPRS通信模块的电源控制电路、对外控制电路、通信接口电路、温度采集电路、湿度采集电路、运行指示电路、地址分配电路；单片机包括单片机D9、晶振G2、电容C3、C4；复位电路包括复位芯片D2、电阻R7；脉冲遥信采集电路包括脉冲遥信采集集成电路D1、D7、电阻R1～R6、R22～R31、电容C49～C56、发光二极管V1～V8；对外接口电路(1)包括三路二选一电子开关D14、RS485接口电路D16、RS232接口D17，插座X2，电阻R32、R33、R47，电容C5、C7、C10、C12、C14、C16，电感L1、L2，二极管V9、V10、V11；对外接口电路(2)包括三路二选一电子开关D20，接口电路D21、D22，插座X5，电阻R66～R68，电容C6、C8、C9、C11、C13、C15，电感L3、L4，二极管V17、V19、V20；GSM/GPRS通信模块电源控制电路包括光隔D23、三极管V23，继电器K1，电阻R70～R72，电容C42，二极管V16；对外控制电路包括3-8译码器D24，光隔D25，继电器K2、K3，三极管V26，电阻R73～R76，电容C43～C48，二极管V18、V24、V25、V27；通信接口电路包括通信接口芯片D6、晶振G1、电容C1、C2；温度采集电路包括运算放大器D8、电阻R56，运算放大器D8第5脚与温度传感器相连；湿度采集电路包括运算放大器D8，运算放大器D8第3脚与湿度传感器相连；运行指示电路包括集成门电路D19、电阻R57～R60、R69、发光二极管V12～V15、V22；地址分配电路包括锁存器D11、3-8译码电路D12；数据处理通信模块电路中的单片机D9通过锁存器D3以地址总线A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18、A19、A20，数据总线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7的方式与数据缓存器D13、数据存储器D5、程序存储器D4、时钟芯片D15、通信接口芯片D6相连；这些芯片的地址通过D11和D12来分别选址，其中上电监测电路D2的2脚与电阻R7的一端相连，电阻R7另一端与单片机D9的16脚相连，另外温度、湿度传感器分别与运算放大器LM358 D8的3、5脚相连，运算放大器LM358(D8)的1、7脚与单片机D9的5、6脚相连，进行AD采样，通过采样值，计算出温度和湿度；整个电路上还有状态运行指示灯，其中红色发光二极管V13、V14通过门电路D19与通信芯片D6相连，分别表示通信芯片D6是处于发送还是处于接收状态；红色发光二极管V15、V12通过门电路D19与单片机D9相连，表示单片机D9的串口是处于发送还是处于接收状态；红色发光二极管V22通过门电路D19与单片机D9相连，闪烁表示单片机工作正常；对外的接口电路，其中一个3路二选一的开关D14的4、14、15脚分别与单片机D9的39、18、17脚相连，D14的5、12、2脚与接口电路D17的10、11、9脚相连，接口电路D17的8、7、13、14、15脚与插座X2的1、2、3、4、5脚相连；D14的3、13、1脚，与D16的2、4、1脚相连，D16的6、7脚分别通过一个电感与X1的9、11脚相连；D14的9、10、11脚连在一起与单片机D9的26脚相连；另一个3路二选一的开关D20的4、14、15脚分别与通信接口芯片D6的32、11、10脚相连，D20的5、12、2脚与接口电路D22的10、11、9脚相连，接口电路D22的8、7、13、14、15脚与插座X5的1、2、3、4、5脚相连；D20的3、13、1脚，与接口电路D21的2、4、1脚相连，D21的6、7脚分别通过一个电感与插座X1的5、7脚相连；D20的9、10、11脚连在一起与单片机D9的27脚相连；光隔D23的第2脚与单片机D9的38脚相连，光隔D23的第4脚与K1的2脚相连，来控制继电器K1的开关来控制+12V电源的输出，该电源为GSM/GPRS通信模块提供电源；单片机D9的34、29、28脚与3-8译码器D24的1、2、3脚相连，3-8译码器D24的10脚与光隔D25的第2脚与相连来控制继电器K2，继电器K2控制继电器K3的电源，继电器K3的控制脚与单片机相连；光隔D1的1、3、5、7脚分别与电阻R1、R2、R3、R22一端相连，电阻R1、R2、R3、R22另一端与插座X1的18、22、26、30脚相连，同时与电容C53、C54、C55、C56的一端相连，电容C53、C54、C55、C56另一端与插座X1的20、24、28、32脚相连，同时连接到光隔D1的2、4、6、8脚；光隔D1的10、12、14、16脚与分别与电阻R27、R6、R5、R4一端相连，同时连接到单片机D9的9、8、10、11脚，电阻R27、R6、R5、R4另一端与二极管V4、V3、V2、V1相连，二极管V4、V3、V2、V1的另一端与电源VCC相连，光隔D1的9、11、13、15脚与VSS相连，光隔D7的1、3、5、7脚分别与电阻R23、R24、R25、R26一端相连，电阻R23、R24、R25、R26另一端与插座X1的13、17、21、25脚相连，同时与电容C49、C50、C51、C52的一端相连，电容C49、C50、C51、C52另一端与插座X1的15、19、23、27脚相连，同时连接到光隔D7的2、4、6、8脚；光隔D7的10、12、14、16脚与分别与电阻R31、R30、R29、R28一端相连，同时连接到单片机D9的42、44、24、25脚，电阻R31、R30、R29、R28另一端与二极管V8、V7、V6、V5相连，二极管V8、V7、V6、V5的另一端与电源VCC相连，光隔D7的9、11、13、15脚与VSS相连。
2.根据权利要求1所述的配电监控终端，其特征在于数据采样计量模块与数据处理通信模块之间通过RS485进行接口。
3.根据权利要求1所述的配电监控终端，其特征在于数据处理通信模块与GSM/GPRS通信模块之间通过RS232口相连，利用GSM手机短信或GPRS数字传真技术上传信息。
4.根据权利要求1所述的配电监控终端，其特征在于数据处理通信模块是采用N80C196KB作为中央处理单元，采用DS12C887作为时钟、采用Flash W29C020作为数据存储单元，采用HK1235作为数据的缓存，采用16C550来扩展通信口，这些辅助元件与中央处理单元之间通过数据总线相连。
专利摘要本实用新型配电监控终端涉及一种公用变压器运行工况监测的装置，该装置能够统计公用变压器运行情况并记录运行全过程，并统计出总用电量、三相用电平衡状况，同时利用移动通信技术把监测数据传回控制中心。配电监控终端，包括机箱、三相电源模块、GSM/GPRS通信模块、数据处理通信模块、数据采样计量模块，其特征在于数据采样计量模块与数据处理通信模块之间通过接口电路进行接口，数据处理通信模块包括单片机、大容量数据存储器D5、数据缓存器D13、程序存储器D4、时钟芯片D15、复位电路D2、脉冲遥信采集电路D1、D7、对外接口电路(1)、对外接口电路(2)、GSM/GPRS通信模块的电源控制电路、对外控制电路等。
文档编号G01R21/00GK2634487SQ03222359
公开日2004年8月18日 申请日期2003年6月3日 优先权日2003年6月3日
发明者林剑波, 罗玉孙, 刘国鹏, 周一心, 孙玉海 申请人:南京世纪东方电子有限责任公司