本實用新型涉及對變壓器運行狀監(jiān)測及數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N裝置。實現(xiàn)對變壓器開關(guān)量信號、4-20mA信號、溫濕度信號進(jìn)行實時監(jiān)測，采用無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)將采集的數(shù)據(jù)上傳至后臺服務(wù)器。

背景技術(shù)：

變壓器是變電站內(nèi)設(shè)備的核心組成部分，在實際運行過程中，可通過對其狀態(tài)量信號監(jiān)測來判斷其運行情況。變壓器本身成本高，一旦發(fā)生故障，成本損失以及對國民經(jīng)濟(jì)、居民生活影響重大。因此，對變壓器運行參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測意義重大。

市場上很多產(chǎn)品可以對變壓器開關(guān)量信號進(jìn)行監(jiān)測并通過光字牌顯示，但多數(shù)都是需要先將變壓器狀態(tài)信號通過線纜有線接入到端子箱，然后在端子箱內(nèi)取信號。有的產(chǎn)品現(xiàn)場將信號采集到，然后有線傳輸?shù)娇刂浦行幕蛘弑Ｗo(hù)室。這種情況下都需要鋪設(shè)大量線纜，施工過程中人力成本和物力成本大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對變壓器狀態(tài)監(jiān)測過程中存在的不足，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可對變壓器開關(guān)量信號，4-20mA信號，現(xiàn)場溫度進(jìn)行采集監(jiān)測，無需現(xiàn)場走線，采用無線傳輸技術(shù)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行無線遠(yuǎn)傳的裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：變壓器信息遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)采集裝置，包括CPU以及與其連接的開關(guān)量信號處理電路、4-20mA信號處理電路、溫濕度信號處理電路、無線通信電路、實時時鐘電路、電源電路。

所述4-20mA信號處理電路采用雙向穩(wěn)壓二極管、運放、肖特基二極管；輸入的4-20mA正、負(fù)信號線之間連有雙向穩(wěn)壓二極管，還通過依次連接的分壓電路、濾波電路、運放與CPU連接；運放的正向輸入端與濾波電路輸出端連接，反向輸入端與運放輸出端連接，運放輸出端與肖特基二極管的串接端連接，肖特基二極管的陰極與電源連接，肖特基二極管的陽極接模擬地。

所述分壓電路包括三個電阻；輸入的4-20mA正、負(fù)信號線分別串聯(lián)一個電阻后作為分壓電路的正輸出端和負(fù)輸出端；正輸出端和負(fù)輸出端之間并聯(lián)一個電阻。

所述濾波電路包括兩個電阻和兩個電容；分壓電路的正端通過串聯(lián)的兩個電阻與運放的正向輸入端連接，串聯(lián)的兩個電阻間結(jié)點、運放的正向輸入端與分壓電路的負(fù)端間分別連有電容。

所述無線通信電路包括無線通信芯片以及與其連接的電源控制電路、SIM卡保護(hù)電路。

所述電源控制電路包括MOSFET管和三極管Q2；MOSFET管的漏極與無線通信芯片連接，還通過并聯(lián)的陶瓷電容和鉭電容與無線通信芯片的接地端連接；MOSFET管的源極與電源連接，柵極與三極管集電極連接后，通過電阻與電源連接；三極管的發(fā)射極接地，基極通過電阻與CPU連接。

所述SIM卡保護(hù)電路包括保護(hù)二極管；保護(hù)二極管的兩個正極接地，四個負(fù)極與無線通信芯片連接，還與SIM卡電路連接。

所述無線通信芯片還通過三極管Q4與CPU連接；所述三極管Q4的基極與CPU連接，發(fā)射極接地，集電極與無線通信芯片連接，集電極還通過并聯(lián)的電阻和二極管與電源連接；無線通信芯片的數(shù)據(jù)發(fā)送端、接收端、數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備端與CPU連接，無線通信芯片的天線端與天線連接。

所述無線通信芯片的網(wǎng)絡(luò)指示狀態(tài)端經(jīng)電阻與三極管Q3的基極連接，三極管Q3的集電極用于連接指示燈，發(fā)射極接地。

變壓器信息遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)采集裝置還包括RS485通信電路、繼電器電路和數(shù)碼管顯示電路。

本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點：

1.裝置可以實時監(jiān)測變壓器運行狀態(tài)中的開關(guān)量信號，4-20mA信號。

2.裝置采用無線傳輸技術(shù)，通過SIM卡實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸。不需現(xiàn)場走線就可以將采集到的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。減少現(xiàn)場線纜施工帶來的人力和財力 成本。

3.裝置支持上位機(jī)通信功能，可以通過串口實現(xiàn)對裝置參數(shù)的設(shè)定和監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取，方便現(xiàn)場的調(diào)試及故障分析處理。

4.裝置具有溫濕度采集功能，可對運行現(xiàn)場溫濕度進(jìn)行監(jiān)測。

5.裝置支持兩路RS485通信，滿足特殊現(xiàn)場數(shù)據(jù)的有線傳輸需求。

6.裝置支持一路繼電器輸出，節(jié)點電壓等級5A/250AC,1A/DC24V。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)圖；

其中，1、開關(guān)量信號處理電路，2、4-20mA信號處理電路，3、溫濕度信號處理電路，4、CPU，5、無線通信電路，6、RS485電路，7、繼電器電路，8、實時時鐘電路，9、電源電路，10、數(shù)碼管顯示電路。

圖2是4-20mA信號處理電路圖；

圖3是無線通信電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

考慮到監(jiān)測信號的特點，本實用新型裝置應(yīng)用廣泛，即可以用于變壓器現(xiàn)場信號采集監(jiān)測，然后對采集的信息進(jìn)行無線傳輸，還可以針對控制箱內(nèi)信號特點，將裝置安裝在控制箱內(nèi)，對控制箱內(nèi)開關(guān)量信號、4-20mA信號以及箱內(nèi)溫濕度進(jìn)行采集監(jiān)測，然后無線傳輸?shù)娇刂剖一蛘哌h(yuǎn)程后臺服務(wù)器。根據(jù)實際需求，該裝置既可以做前端的采集監(jiān)測裝置，也可以做中間的接收轉(zhuǎn)發(fā)裝置。同時無線傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器方式，可以實時對監(jiān)測信息進(jìn)行顯示，工作人員可以不到現(xiàn)場就知道變壓器運行情況

本實用新型公開的變壓器遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集裝置，支持多通道信號輸入，可對輸入的4路開關(guān)量信號，4路4-20mA信號，以及現(xiàn)場溫濕度信號進(jìn)行監(jiān)測。裝置采用無線傳輸技術(shù)，可對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行無線遠(yuǎn)傳，解決有線傳輸帶來的布線及現(xiàn)場干擾問題。裝置支持一路繼電器輸出功能，輸出節(jié)點電壓等級為 5A/250AC；同時支持兩路RS485有線通信，可以滿足現(xiàn)場有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。實時時鐘采用可充電紐扣電池，保證掉電后時鐘保持功能；裝置支持上位機(jī)通信功能，可以通過串口實現(xiàn)對裝置參數(shù)的設(shè)定和監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取，方便現(xiàn)場的調(diào)試及故障分析處理。顯示電路可以對裝置運行信息，數(shù)據(jù)采集信息進(jìn)行現(xiàn)場顯示。

如圖1所示，外部輸入開關(guān)量信號，4-20mA信號，溫濕度信號分別通過開關(guān)量信號處理電路1、4-20mA信號處理電路2、溫濕度信號處理電路3處理，然后將處理后的信號發(fā)送給CPU。開關(guān)量信號處理電路1包括電阻分壓電路和光耦隔離電路；4-20mA信號處理電路2采用精密電阻對信號進(jìn)行提取，通過運放電路對信號進(jìn)行阻抗匹配處理，信號輸出端外加保護(hù)二極管對IO電平信號進(jìn)行過壓保護(hù)。溫濕度信號處理電路3采用高精度、低功耗溫濕度傳感器對現(xiàn)場溫濕度進(jìn)行采集。CPU4采用contex M3內(nèi)核的ARM芯片，通過對采集到的開關(guān)量信號，4-20mA信號還有溫濕度信號進(jìn)行計算處理，然后根據(jù)實時時鐘8提供的數(shù)據(jù)發(fā)送時間基準(zhǔn)，將采集到的數(shù)據(jù)通過無線通信電路5上傳到后臺服務(wù)器；現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)也可以通過RS485通信電路6，有線方式將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心，RS485通信電路6同時支持裝置與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，操作人員可通過電腦現(xiàn)場讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時也可對裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。在監(jiān)測到故障信號時，CPU控制繼電器電路7進(jìn)行狀態(tài)輸出,輸出狀態(tài)可對下一級繼電器進(jìn)行驅(qū)動，或者將繼電器狀態(tài)信號有線傳送到控制中心。電源電路9主要是給裝置各個電路單元提供工作電源，包括主CPU電路電源、無線通信電路電源、模擬電路電源及通信電路隔離電源模塊等。數(shù)碼管顯示電路10，可對采集到的開關(guān)量信號、4-20mA信號進(jìn)行就地顯示，也可以對裝置運行狀態(tài)進(jìn)行顯示。

如圖2所示，無線通信電路，主要包括電源控制電路，GSM電路，SIM卡保護(hù)電路，其中電源控制電路芯片Q1選擇MOSFET開關(guān)器件，導(dǎo)通速度快，壓降極低。CPU通過GSM_PSWH電平信號控制Q1的導(dǎo)通與關(guān)斷，實現(xiàn)對無線通信電路電源管理，在不需要無線通信時，關(guān)閉Q1，可以降低裝置功耗，延長裝置運行 時間。GSM電路選擇SIM900D通信芯片，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，工作頻率為850/900/1800/1900MHZ，可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信號的傳輸。SIM卡保護(hù)電路中SIMVCC是SIM卡電源，SIM_RST是SIM卡復(fù)位信號，SIM_CLK是SIM卡時鐘信號，SIM_DATA是SIM卡數(shù)據(jù)信號，主要實現(xiàn)SIM卡信號與SIM900D信號之間交互的穩(wěn)定性和可靠性，選擇具有四路保護(hù)通道的U17保護(hù)二極管，交互信號中，SIM_DATA接U17的1腳，SIM_CLK接U17的3腳，SIM_RST接U17的4腳，SIMVCC接U17的6腳，U17的2腳和5腳接地信號。交互信號另一端連接到SIM卡電路中相應(yīng)的SIM卡電源、SIM卡復(fù)位信號、SIM卡時鐘信號以及SIM卡數(shù)據(jù)信號引腳上。

其他電路中，Q3集電極外接LED指示燈，指示燈通過電阻接到電源，發(fā)射極接地，SIM900D指示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)腳定時輸出高低電平，這樣通過LED燈閃爍情況，就可以知道SIM900D工作狀態(tài)；Q4三極管集電極接通信芯片12引腳，同時通過并聯(lián)的電阻和二極管，二極管主要是防止芯片上電后，斷電瞬間反向電流對芯片的沖擊。Q4發(fā)射極接地，基級接CPU，CPU通過控制三極管Q4的通斷，來控制無線通信芯片12引腳的高低電平狀態(tài)，從而使芯片正常工作。

如圖3所示，4-20mA信號處理電路，輸入信號通過雙向穩(wěn)壓二極管D6進(jìn)行電路保護(hù)，F(xiàn)1為400mA電流熔斷絲，在外部信號發(fā)生短路時，對電路進(jìn)行保護(hù)。R22，R26和R27是由精密電阻組成的分壓電路，主要作用是將輸入電流信號提取出來轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓信號，分壓電路輸出端連有濾波電容C22，后面是由R23，C23，R24，C24組成的濾波電路，之后信號接入運算放大器正輸入端，運算放大器匹配輸入輸出阻抗，提高信號采樣精度，經(jīng)過運算放大器后，信號通過對電源對地的肖特基保護(hù)二極管，然后與CPU相應(yīng)的引腳連接，保護(hù)二極管可以將輸出信號的電壓最高鉗位在3.3V，實現(xiàn)對CPU引腳的保護(hù)。