直流系統(tǒng)智能傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直流系統(tǒng)智能傳感器，包括直流電流測量單元TA1，漏電流測量單元TA2，分壓電路DVC1、DVC2，濾波電路LC1、LC2，5V電源，去耦電路DEC1、DEC2、DEC3，電能計量芯片U1，ARM芯片和通信調(diào)理電路。芯片U1的SPI端與ARM芯片的SPI端連接，進(jìn)行串行通訊；ARM芯片的CAN端通過所述通信調(diào)理電路與外部通信主站連接，進(jìn)行CAN通訊。該傳感器將直流電流、漏電流信號的采集，AD轉(zhuǎn)換、采樣數(shù)值的實時校準(zhǔn)以及數(shù)字通信傳輸集成為一體，簡化了直流系統(tǒng)的安裝接線，且實現(xiàn)了模擬信號的數(shù)字傳輸，保證了信號傳遞的準(zhǔn)確性、快速性和及時性，且避免了信號傳輸過程中的干擾。
【專利說明】
直流系統(tǒng)智能傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種直流系統(tǒng)智能傳感器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在超高壓、大電網(wǎng)、大容量、自動化、智能化的格局下大規(guī)模的電力系統(tǒng)是當(dāng)今各個國家的發(fā)展方向。因此，保證其安全可靠運行并保證經(jīng)濟性是發(fā)展主線，同時為了消除安全隱患，杜絕大型事故發(fā)生率是當(dāng)今重點進(jìn)行研究方向之一。發(fā)電廠和變電站離不開為電力系統(tǒng)運行設(shè)備、控制保護(hù)設(shè)備和信號監(jiān)測設(shè)備提供基礎(chǔ)電源的直流系統(tǒng)。直流系統(tǒng)是一個龐大復(fù)雜的直流供電系統(tǒng)。由于發(fā)電廠和變電站系統(tǒng)母線中有很多支路，故要在線監(jiān)測每一條支路是否發(fā)生絕緣故障是十分困難的。并且長期排在電氣故障率首位的一直是直流系統(tǒng)母線及支路對地絕緣故障。直流系統(tǒng)經(jīng)過長時間運行后，由于潮濕、雨水等天氣原因和各種人為原因造成其絕緣下降現(xiàn)象十分普遍，這無疑會成為電力系統(tǒng)安全運行過程中的隱患，一旦事故發(fā)生由直流系統(tǒng)絕緣故障造成二次保護(hù)設(shè)備拒動作或者誤動作將會給國家和人民造成巨大經(jīng)濟損失。
[0003]在直流系統(tǒng)運行期間需要利用直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置對其進(jìn)行長期監(jiān)測，一旦系統(tǒng)母線對地絕緣情況下降必須快速查找故障支路防止故障蔓延影響整個電力系統(tǒng)的安全運行。而對故障支路直流電流和漏電流的采集是進(jìn)行直流系統(tǒng)對地絕緣電阻檢測的關(guān)鍵， 所以對擔(dān)當(dāng)此任務(wù)的直流系統(tǒng)傳感器的研究意義重大。
[0004]目前國內(nèi)對于直流系統(tǒng)的監(jiān)測通常采用兩種電流互感器組合的方式，一種互感器用于測量直流電流，另一種互感器用于測量直流漏電流，再將兩種模擬量測量信號通過線路傳送到監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，并進(jìn)行故障報警，當(dāng)直流系統(tǒng)中有多個監(jiān)測點時， 整個系統(tǒng)的線路連接非常復(fù)雜，而且測量的模擬信號在傳輸?shù)倪^程中會受到較大干擾。
[0005]本發(fā)明針對上述情況，設(shè)計了一種直流系統(tǒng)智能傳感器，該傳感器將直流電流、漏電流信號的采集，數(shù)據(jù)處理及數(shù)字通信傳輸集成為一體，簡化了直流系統(tǒng)的接線，實現(xiàn)了模擬信號的數(shù)字傳輸，保證了信號傳遞的快速性和及時性，且避免了信號傳輸過程中的干擾。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的是為直流系統(tǒng)提供一種新型的智能傳感器，該傳感器可以同時采集直流電流和漏電流，并對所采集的模擬量信號進(jìn)行就地模數(shù)轉(zhuǎn)換、實時校準(zhǔn)等數(shù)字處理，并將處理之后的數(shù)字量信號通過CAN通信接口傳遞給監(jiān)控系統(tǒng)，該傳感器將直流電流、 漏電流信號的采集，數(shù)據(jù)處理及數(shù)字通信傳輸集成為一體，簡化了直流系統(tǒng)的接線，實現(xiàn)了模擬信號的數(shù)字傳輸，保證了信號傳遞的準(zhǔn)確性、快速性和及時性，且避免了信號傳輸過程中的干擾。
[0007]本發(fā)明具體通過如下技術(shù)手段實現(xiàn)其發(fā)明目的:包括直流電流測量單元TA1，漏電流測量單元漏電流測量單元TA2，分壓電路DVC1、DVC2，濾波電路LC1、LC2，5V電源，去耦電路 DEC1、DEC2、DEC3,電能計量芯片U1，ARM芯片和通信調(diào)理電路;所述直流電流測量單元TA1的測量信號經(jīng)過所述分壓電路DVC1與所述濾波電路LC1的一端連接，濾波電路LC1的另一端分別與所述電能計量芯片U1的V1P端和V1N端連接;所述漏電流測量單元漏電流測量單元TA2 的測量信號經(jīng)過所述分壓電路DVC2與所述濾波電路LC2的一端連接，濾波電路LC2的另一端分別與所述電能計量芯片U1的V2P端和V2N端連接;V1P端和V1N端、V2P端和V2N端分別對應(yīng)兩個電流通道的正、負(fù)模擬輸入引腳;所述5V電源分別通過所述去耦電路DEC1、DEC2與所述電能計量芯片U1的AVDD端和DVDD端連接，所述去耦電路DEC3直接與電能計量芯片U1的REFV 端連接，所述AVDD端為電能計量芯片U1的模擬電源引腳，給芯片的模擬部分供電，所述DVDD 端為電能計量芯片U1的數(shù)字電源引腳，給芯片的數(shù)字部分供電，所述REFV端為基準(zhǔn)電壓的輸入引腳;所述電能計量芯片U1的SPI端與所述ARM芯片的SPI端連接，進(jìn)行串行通訊;所述 ARM芯片的CAN端通過所述通信調(diào)理電路與外部通信主站連接，進(jìn)行CAN通訊。
[0008]優(yōu)選的，所述電能計量芯片U1的型號為RN8209G，所述V1P端、V1N端和V2P端、V2N端分別為電能計量芯片U1的電流通道A和電流通道B的正、負(fù)模擬輸入引腳，所述電流通道A、B 均采用完全差分輸入方式;所述AVDD端和所述DVDD端的供電電壓范圍均為4.5V-5.5V;所述 REFV端為2.5V基準(zhǔn)電壓的輸入引腳，使用電能計量芯片U1內(nèi)部的基準(zhǔn)源;所述電能計量芯片U1包含一個SPI串行通訊接口。優(yōu)選的，所述電能計量芯片U1對電流通道A、B輸入的電流模擬量信號進(jìn)行一系列處理，包括A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，直流偏置校正環(huán)節(jié)和增益校正環(huán)節(jié)，輸出經(jīng)過校準(zhǔn)的數(shù)字量電流信號。
[0009]優(yōu)選的，所述ARM芯片的型號為STM8S208CX，包含一個SPI串行通訊接口和一個CAN 通訊接口。
[0010]優(yōu)選的，所述直流電流測量單元TA1和漏電流測量單元TA2均為霍爾電流傳感器。 [〇〇11] 優(yōu)選的，所述分壓電路由一個大于或等于7KQ的電阻和一個1KQ的小電阻串聯(lián)， 所述小電阻兩端的電壓為分壓電路的輸出值。
[0012]優(yōu)選的，所述濾波電路均由一個電阻和一個電容串聯(lián)組成，所述電容兩端的電壓為濾波電路的輸出。
[0013]優(yōu)選的，所述去耦電路均由一個或一個以上電容并聯(lián)組成。
[0014]優(yōu)選的，所述通訊調(diào)理電路包括濾波環(huán)節(jié)、去耦環(huán)節(jié)和穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，所述濾波環(huán)節(jié)由電阻和電容串聯(lián)組成，去耦環(huán)節(jié)由多個電容并聯(lián)組成，穩(wěn)壓環(huán)節(jié)由多個穩(wěn)壓管組成。
[0015]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:1)該傳感器將直流電流、漏電流信號的采集，A/D轉(zhuǎn)換、采樣數(shù)值的實時校準(zhǔn)以及數(shù)字通信傳輸集成為一體，簡化了直流系統(tǒng)的安裝接線。
[0016]2)實現(xiàn)了模擬信號的數(shù)字傳輸，保證了信號傳遞的準(zhǔn)確性、快速性和及時性，且避免了信號傳輸過程中的干擾?！靖綀D說明】
[0017]圖1為本發(fā)明較佳實施例的直流系統(tǒng)智能傳感器原理圖?！揪唧w實施方式】
[0018]如圖1所示，本實施例的直流系統(tǒng)智能傳感器包括直流電流測量單元TA1，漏電流測量單元TA2,分壓電路DVCUDVC2,濾波電路LC1、LC2,5V電源，去耦電路DEC1、DEC2、DEC3，電能計量芯片U1，ARM芯片和通信調(diào)理電路;所述直流電流測量單元TA1的測量信號經(jīng)過所述分壓電路DVC1，與所述濾波電路LC1的一端連接，濾波電路LC1的另一端分別與所述電能計量芯片U1的V1P端和V1N端連接;所述漏電流測量單元TA2的測量信號經(jīng)過所述分壓電路 DVC2，與所述濾波電路LC2的一端連接，濾波電路LC2的另一端分別與所述電能計量芯片U1 的V2P端和V2N端連接;所述5V電源分別通過所述去耦電路DEC1、DEC2與所述電能計量芯片 U1的AVDD端和DVDD端連接，所述去耦電路DEC3直接與電能計量芯片U1的REFV端連接;所述電能計量芯片U1的SPI端與所述ARM芯片的SPI端連接，進(jìn)行串行通訊;所述ARM芯片的CAN端通過所述通信調(diào)理電路與外部通信主站連接，進(jìn)行CAN通訊。
[0019]本實施例的工作原理如下:直流電流測量單元TA1測量的直流電流信號經(jīng)過分壓電路DVC1分壓，和濾波電路LC1濾波處理之后，輸入到電能計量芯片U1的電流通道A的正、負(fù)模擬輸入引腳，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、直流偏置校正環(huán)節(jié)以及增益校正環(huán)節(jié)，輸出數(shù)字量的電流校準(zhǔn)值;然后電能計量芯片U1和ARM芯片通過SPI串行通訊，傳遞經(jīng)過處理的數(shù)字量電流校準(zhǔn)值，ARM芯片將該數(shù)字量電流校準(zhǔn)值存儲在相關(guān)寄存器內(nèi)部，當(dāng)通信主站通過CAN通信線路發(fā)送數(shù)據(jù)請求指令時，該指令經(jīng)過通信調(diào)理電路的調(diào)理之后，發(fā)送至ARM芯片的CAN通信端口，ARM芯片接受到數(shù)據(jù)請求指令后，從相關(guān)寄存器內(nèi)讀取數(shù)字量電流校準(zhǔn)值，發(fā)送至 CAN通信端口，再經(jīng)過通信調(diào)理電路調(diào)理之后，通過CAN通信線路發(fā)送至通信主站。
[0020] 漏電流測量單元TA2測量的漏電流信號的處理和傳輸過程與上述直流電流測量單元TA1測量的直流電流信號類似。
[0021]當(dāng)然上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.直流系統(tǒng)智能傳感器，包括直流電流測量單元(TA1)，漏電流測量單元(TA2)，分壓電 路DVC1、DVC2，濾波電路LC1、LC2，5V電源，去耦電路DEC1、DEC2、DEC3，電能計量芯片(U1)， ARM芯片和通信調(diào)理電路;所述直流電流測量單元(TA1)的測量信號經(jīng)過所述分壓電路DVC1 與所述濾波電路LC1的一端連接，濾波電路LC1的另一端分別與所述電能計量芯片(U1)的 V1P端和V1N端連接;所述漏電流測量單元(TA2)的測量信號經(jīng)過所述分壓電路DVC2與所述 濾波電路LC2的一端連接，濾波電路LC2的另一端分別與所述電能計量芯片(U1)的V2P端和 V2N端連接;V1P端和V1N端、V2P端和V2N端分別對應(yīng)兩個電流通道的正、負(fù)模擬輸入引腳;所 述5V電源分別通過所述去耦電路DECUDEC2與所述電能計量芯片(U1)的AVDD端和DVDD端連 接，所述去耦電路DEC3直接與電能計量芯片(U1)的REFV端連接，所述AVDD端為電能計量芯 片(U1)的模擬電源引腳，給芯片的模擬部分供電，所述DVDD端為電能計量芯片(U1)的數(shù)字 電源引腳，給芯片的數(shù)字部分供電，所述REFV端為基準(zhǔn)電壓的輸入引腳;所述電能計量芯片 (U1)的SPI端與所述ARM芯片的SPI端連接，進(jìn)行串行通訊;所述ARM芯片的CAN端通過所述通 信調(diào)理電路與外部通信主站連接，進(jìn)行CAN通訊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流系統(tǒng)智能傳感器，其特征在于:所述電能計量芯片(U1)的 型號為RN8209G，所述V1P端、V1N端和V2P端、V2N端分別為電能計量芯片(U1)的電流通道A和 電流通道B的正、負(fù)模擬輸入引腳，所述電流通道A、B均采用完全差分輸入方式;所述AVDD端 和所述DVDD端的供電電壓范圍均為4.5 V-5.5V;所述REFV端為2.5V基準(zhǔn)電壓的輸入引腳，使 用電能計量芯片(U1)內(nèi)部的基準(zhǔn)源;所述電能計量芯片(U1)包含一個SPI串行通訊接口。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流系統(tǒng)智能傳感器，其特征在于:所述電能計量芯片(U1)對 電流通道A、B輸入的電流模擬量信號進(jìn)行一系列處理，包括A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，直流偏置校正環(huán) 節(jié)和增益校正環(huán)節(jié)，輸出經(jīng)過校準(zhǔn)的數(shù)字量電流信號。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流系統(tǒng)智能傳感器，其特征在于:所述ARM芯片的型號為 STM8S208CX，包含一個SPI串行通訊接口和一個CAN通訊接口。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流系統(tǒng)智能傳感器，其特征在于:所述直流電流測量單元 (TA1)和漏電流測量單元(TA2)均為霍爾電流傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流系統(tǒng)智能傳感器，其特征在于:所述分壓電路由一個大于 或等于7KQ的電阻和一個1KQ的小電阻串聯(lián)，所述小電阻兩端的電壓為分壓電路的輸出 值。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流系統(tǒng)智能傳感器，其特征在于:所述濾波電路均由一個電 阻和一個電容串聯(lián)組成，所述電容兩端的電壓為濾波電路的輸出。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流系統(tǒng)智能傳感器，其特征在于:所述去耦電路均由一個或 一個以上電容并聯(lián)組成。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流系統(tǒng)智能傳感器，其特征在于:所述通訊調(diào)理電路包括濾 波環(huán)節(jié)、去耦環(huán)節(jié)和穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，所述濾波環(huán)節(jié)由電阻和電容串聯(lián)組成，去耦環(huán)節(jié)由多個電容 并聯(lián)組成，穩(wěn)壓環(huán)節(jié)由多個穩(wěn)壓管組成。10.—種根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流系統(tǒng)智能傳感器的工作方法，其特征在于:直流電流測量單元(TA1)或漏電流測量單元(TA2)測量的電流信號經(jīng)過分壓、濾波處理 之后，輸入到電能計量芯片(U1)的電流通道的正、負(fù)模擬輸入引腳V1P、V1N或V2P、V2N，經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、直流偏置校正環(huán)節(jié)以及增益校正環(huán)節(jié)，輸出數(shù)字量的電流校準(zhǔn)值;然后電能計量芯片(U1)和ARM芯片通過SPI串行通訊，傳遞經(jīng)過處理的數(shù)字量電流校準(zhǔn)值，ARM芯片將 該數(shù)字量電流校準(zhǔn)值存儲在相關(guān)寄存器內(nèi)部，當(dāng)通信主站通過CAN通信線路發(fā)送數(shù)據(jù)請求 指令時，該指令經(jīng)過通信調(diào)理電路的調(diào)理之后，發(fā)送至ARM芯片的CAN通信端口，ARM芯片接 受到數(shù)據(jù)請求指令后，從相關(guān)寄存器內(nèi)讀取數(shù)字量電流校準(zhǔn)值，發(fā)送至CAN通信端口，再經(jīng) 過通信調(diào)理電路調(diào)理之后，通過CAN通信線路發(fā)送至通信主站。
【文檔編號】G01R19/00GK106018925SQ201610557398
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】吳國兵, 蔡曉燕
【申請人】廣州開能電氣實業(yè)有限公司