本實(shí)用新型涉及一種開關(guān)柜智能操控裝置。

背景技術(shù)：

開關(guān)柜智能操控裝置是一種集多功能開關(guān)模擬顯示、溫濕度數(shù)據(jù)顯示、多參數(shù)監(jiān)控于一體的高度集成化裝置，可用于各種電壓等級(jí)的開關(guān)柜，包括中置柜、手車柜、固定柜、環(huán)網(wǎng)柜等多種柜體，具有動(dòng)態(tài)一次模擬圖、柜內(nèi)溫濕度顯示、高壓帶電提示等功能。目前市場(chǎng)上的開關(guān)柜智能操控裝置存在如下缺陷：(1)采用八位或十六位單片機(jī)設(shè)計(jì)，外圍電路較多，可靠性和安全性低；(2)多功能電力儀表和操控裝置獨(dú)立安裝使用，造成系統(tǒng)功能重疊、接線復(fù)雜、成本高；(3)手車自動(dòng)進(jìn)出易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，調(diào)節(jié)效果無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提出一種開關(guān)柜智能操控裝置，基于32位ARM微控制器和三相電能計(jì)量芯片實(shí)現(xiàn)，在沒有額外增加成本的前提下提升了智能操控裝置的性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

開關(guān)柜智能操控裝置，包括ARM處理器、電力參數(shù)采集模塊、三相電能計(jì)量芯片、溫濕度傳感器、霍爾電流傳感器、開關(guān)量輸入模塊、LCD液晶顯示模塊、語(yǔ)音提示模塊、報(bào)警模塊、開關(guān)量輸出模塊和RS485通信接口；其中，ARM處理器分別與溫濕度傳感器、霍爾電流傳感器、LCD液晶顯示模塊、語(yǔ)音提示模塊和報(bào)警模塊連接；在開關(guān)量輸入模塊與ARM處理器之間設(shè)有一號(hào)光耦隔離模塊，開關(guān)量輸入模塊、一號(hào)光耦隔離模塊和ARM處理器依次連接；在ARM處理器與開關(guān)量輸出模塊之間設(shè)有二號(hào)光耦隔離模塊，ARM處理器、二號(hào)光耦隔離模塊和開關(guān)量輸出模塊依次連接；在ARM處理器與RS485通信接口之間設(shè)有三號(hào)光耦隔離模塊，ARM處理器、三號(hào)光耦隔離模塊和RS485通信接口依次連接；所述電力參數(shù)采集模塊包括三只電壓互感器PT、三只電流互感器CT、電壓變送器和電流變送器；其中，三只電壓互感器PT分別與電壓變送器相連，三只電流互感器CT分別與電流變送器相連；電壓變送器和電流變送器分別與三相電能計(jì)量芯片相連。

優(yōu)選地，所述ARM處理器采用32位的ARM微控制器AT91SAM7A3；所述微控制器AT91SAM7A3內(nèi)集成有具有ARM7內(nèi)核的ARM7TDMI、256KB Flash ROM、32KB SRAM、62個(gè)多功能復(fù)用I/O端口、9個(gè)16位可獨(dú)立編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器通道、多個(gè)中斷源、3個(gè)增強(qiáng)型全雙工USART、2個(gè)CAN2.0B的CAN控制器、2個(gè)高速SPI串口、帶I²C的USB2.0接口、振蕩器和看門狗電路。

優(yōu)選地，在電壓變送器與三相電能計(jì)量芯片之間設(shè)有信號(hào)濾波電路，電壓變送器、信號(hào)濾波電路和三相電能計(jì)量芯片依次連接。

優(yōu)選地，所述三相電能計(jì)量芯片采用三相電能計(jì)量專用芯片ADE7758。

優(yōu)選地，所述溫濕度傳感器選用數(shù)字復(fù)合型傳感器DHT21，其內(nèi)部包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件。

優(yōu)選地，所述RS485通信接口的通訊采用中斷方式，異步傳輸，以幀為單位，每個(gè)數(shù)據(jù)幀包括11位數(shù)據(jù)，其中包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位偶校驗(yàn)位和1位停止位，數(shù)據(jù)傳輸波特率為9600bit/s或19200bit/s。

本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型基于ARM微處理器和三相電能計(jì)量芯片實(shí)現(xiàn)，能夠有效的將多功能電力儀表和智能操控裝置功能集成為一體，既有效節(jié)約了成本，又減少了接線，從而克服了以往使用8位或16位單片機(jī)和常規(guī)A/D轉(zhuǎn)換帶來的缺陷。本實(shí)用新型不僅能夠準(zhǔn)確采集電壓和電流等參數(shù)，還能模擬現(xiàn)實(shí)一次接線圖，指示斷路器、手車、接地開關(guān)的位置以及聯(lián)鎖的狀態(tài)，對(duì)柜內(nèi)溫濕度可自行調(diào)節(jié)，具有語(yǔ)音防誤操作提示功能。本實(shí)用新型大大改善了智能操控裝置的性能，擴(kuò)充了功能，彌補(bǔ)了現(xiàn)有開關(guān)柜智能操控裝置的不足。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型中開關(guān)柜智能操控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中電力參數(shù)采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-ARM處理器，2-電力參數(shù)采集模塊，3-三相電能計(jì)量芯片，4-溫濕度傳感器，5-霍爾電流傳感器，6-開關(guān)量輸入模塊，7-LCD液晶顯示模塊，8-語(yǔ)音提示模塊，9-報(bào)警模塊，10-開關(guān)量輸出模塊，11-RS485通信模塊，12-一號(hào)光耦隔離模塊，13-二號(hào)光耦隔離模塊，14-三號(hào)光耦隔離模塊，15-電壓互感器PT，16-電流互感器CT，17-電壓變送器，18-電流變送器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明：

結(jié)合圖1所示，開關(guān)柜智能操控裝置，包括ARM處理器1、電力參數(shù)采集模塊2、三相電能計(jì)量芯片3、溫濕度傳感器4、霍爾電流傳感器5、開關(guān)量輸入模塊6、LCD液晶顯示模塊7、語(yǔ)音提示模塊8、報(bào)警模塊9、開關(guān)量輸出模塊10和RS485通信接口11。

其中，ARM處理器1分別與溫濕度傳感器4、霍爾電流傳感器5、LCD液晶顯示模塊7、語(yǔ)音提示模塊8和報(bào)警模塊9連接。

在開關(guān)量輸入模塊6與ARM處理器1之間設(shè)有一號(hào)光耦隔離模塊12，開關(guān)量輸入模塊6、一號(hào)光耦隔離模塊12和ARM處理器1依次連接。

在ARM處理器1與開關(guān)量輸出模塊10之間設(shè)有二號(hào)光耦隔離模塊13，ARM處理器1、二號(hào)光耦隔離模塊13和開關(guān)量輸出模塊10依次連接。

在ARM處理器1與RS485通信接口11之間設(shè)有三號(hào)光耦隔離模塊14，ARM處理器1、三號(hào)光耦隔離模塊14和RS485通信接口11依次連接。

ARM處理器1采用32位的ARM微控制器AT91SAM7A3，其片內(nèi)集成有具有ARM7內(nèi)核的ARM7TDMI、256KB Flash ROM、32KB SRAM、62個(gè)多功能復(fù)用I/O端口、9個(gè)16位可獨(dú)立編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器通道、多個(gè)中斷源、3個(gè)增強(qiáng)型全雙工USART、2個(gè)CAN2.0B的CAN控制器、2個(gè)高速SPI串口、帶I²C的USB2.0接口、振蕩器和看門狗電路。

由于本實(shí)用新型中的ARM處理器1片內(nèi)資源豐富且存儲(chǔ)器容量大，因此不需要擴(kuò)展存儲(chǔ)器等外圍電路，明顯簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)。

ARM處理器1可以通過溫濕度傳感器4對(duì)柜內(nèi)的溫濕度進(jìn)行測(cè)量和調(diào)節(jié)，可根據(jù)用戶要求設(shè)置溫濕度上下限，ARM處理器1實(shí)時(shí)采集溫濕度值，判斷是否超限并啟動(dòng)降溫除濕操作。

在ARM處理器1上還連接有用于控制降溫除濕設(shè)備的驅(qū)動(dòng)模塊。此外，ARM處理器1還需要實(shí)時(shí)采集顯示開關(guān)和手車等的狀態(tài)。

三相電能計(jì)量芯片3采用三相電能計(jì)量專用芯片ADE7758。

該芯片內(nèi)嵌DSP，集成了6路2階∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器，帶有一個(gè)SPI串行通訊接口，兩路脈沖輸出。采用數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)，可通過SPI接口完成對(duì)芯片的設(shè)置、電量數(shù)據(jù)的傳輸和校準(zhǔn)。內(nèi)有溫度傳感器，單5V供電，低功耗，適用于三相三線或三相四線電力系統(tǒng)中。

如圖2所示，電力參數(shù)采集模塊2包括三只電壓互感器PT15、三只電流互感器CT16、電壓變送器17和電流變送器18。

其中，三只電壓互感器PT15分別與電壓變送器17相連，三只電流互感器CT16分別與電流變送器18相連；電壓變送器17和電流變送器18分別與三相電能計(jì)量芯片3相連。

電壓、電流模擬量的采集分別由三只電壓互感器PT15、三只電流互感器CT16完成，即將回路中的電壓和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成100V、5A的二次信號(hào)，再分別經(jīng)電壓變送器17和電流變送器18輸送至三相電能計(jì)量芯片3中。三相電能計(jì)量芯片3完成對(duì)電流和電壓信號(hào)的判斷、處理和計(jì)算，并進(jìn)行存儲(chǔ)。三相電能計(jì)量芯片3將經(jīng)過計(jì)算得到的結(jié)果發(fā)送至ARM處理器1中，ARM處理器1根據(jù)互感器、變送器變換比推算出參量的實(shí)際值。

優(yōu)選地，在電壓變送器17與三相電能計(jì)量芯片3之間設(shè)有信號(hào)濾波電路，電壓變送器17、信號(hào)濾波電路和三相電能計(jì)量芯片3依次連接。

通過上述設(shè)計(jì)，可以保證進(jìn)入三相電能計(jì)量芯片3的信號(hào)幅值不超過500mV。

溫度時(shí)導(dǎo)致設(shè)備絕緣老化、性能下降的重要因素。低溫潮濕又會(huì)使設(shè)備表面產(chǎn)生凝露而發(fā)生爬電閃絡(luò)事故。因此必須對(duì)開關(guān)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行溫濕度控制。

本實(shí)用新型中的溫濕度傳感器優(yōu)選采用數(shù)字復(fù)合型傳感器DHT21，其內(nèi)部包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，單總線串行接口，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上。

在ARM處理器1上還分別連接有排風(fēng)扇和加熱器控制開關(guān)。

當(dāng)檢測(cè)到柜內(nèi)溫度和濕度超出人工設(shè)定范圍時(shí)，報(bào)警模塊9產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，同時(shí)ARM處理器1分別啟動(dòng)排風(fēng)扇或加熱器，直到溫度或濕度恢復(fù)至設(shè)定范圍，停止排風(fēng)或加熱。

RS485通信接口11的通訊采用中斷方式，異步傳輸，以幀為單位。

每個(gè)數(shù)據(jù)幀包括11位數(shù)據(jù)，其中：包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位偶校驗(yàn)位和1位停止位，數(shù)據(jù)傳輸波特率為9600bit/s或19200bit/s。

此外，在ARM處理器1上還可以連接有無(wú)線通信模塊，以便將開關(guān)柜智能操控裝置監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至控制室內(nèi)的上位機(jī)，省去了布線的麻煩，信號(hào)傳輸穩(wěn)定性好。

本實(shí)用新型中的無(wú)線通信模塊例如可以采用2.4G無(wú)線發(fā)射模塊JF24D-TX。與此同時(shí)，可以在控制室內(nèi)的上位機(jī)上設(shè)置2.4G無(wú)線接收模塊JF24D-RX。

通過上述設(shè)計(jì)，使得智能操控裝置上的數(shù)據(jù)能夠通過無(wú)線方式實(shí)時(shí)上傳至控制室內(nèi)的上位機(jī)，且通訊距離可以達(dá)到100米，很好的滿足了使用要求。

在ARM處理器1上還連接有人體感應(yīng)探頭和照明燈開關(guān)，人體感應(yīng)探頭位于開關(guān)柜位置，照明燈開關(guān)位于開關(guān)柜內(nèi)。當(dāng)人體感應(yīng)探頭探測(cè)到有人靠近開關(guān)柜位置時(shí)，可以及時(shí)向ARM處理器1發(fā)送信號(hào)，由ARM處理器1控制柜內(nèi)照明燈點(diǎn)亮。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型中的人體感應(yīng)探頭采用紅外感應(yīng)模塊等。

當(dāng)然，以上說明僅僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，本實(shí)用新型并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本實(shí)用新型的保護(hù)。