專利名稱：電力系統(tǒng)戶內(nèi)型開關(guān)狀態(tài)提醒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸變電設(shè)備監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種輸變電設(shè)備開關(guān)狀態(tài)的 實時監(jiān)測裝置，具體涉及一種電力系統(tǒng)戶內(nèi)型開關(guān)狀態(tài)提醒裝置。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)中，開關(guān)柜等裝置中安裝有許多開關(guān)，其中任何一個開關(guān)的狀 態(tài)發(fā)生變化都有可能引起電力系統(tǒng)的故障，并且當(dāng)開關(guān)老化后，觸點發(fā)生故 障，不能通過直接觀察獲知真實的開關(guān)信息。因此，需對開關(guān)狀態(tài)的變化進(jìn) 行監(jiān)測。以往是通過人工不斷査詢和觀察，獲得開關(guān)的狀態(tài)信息，缺乏實時 監(jiān)測的手段，當(dāng)開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化時，人力監(jiān)測沒有到位，對開關(guān)柜的監(jiān)測 就失去了意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電力系統(tǒng)戶內(nèi)型開關(guān)提醒裝置，能實時監(jiān)測開 關(guān)的狀態(tài)變化，避免了開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化而監(jiān)測不到位時引發(fā)電力系統(tǒng)事故 的現(xiàn)象。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，電力系統(tǒng)戶內(nèi)型開關(guān)狀態(tài)提醒裝置，包括
多個開關(guān)信號采集模塊，其中一個信號采集模塊與主機(jī)MCU相連接，其余 的信號采集模塊與數(shù)量相同的分機(jī)MCU分別相連接，各分機(jī)MCU與數(shù)量 相同的CAN總線模塊A分別相連接，信號采集模塊、分機(jī)MCU和CAN總 線模塊A為一一對應(yīng)，各CAN總線模塊A分別與CAN總線模塊B相連接，CAN總線模塊B與主機(jī)MCU相連接，主機(jī)MCU分別與GSM通信模塊和 上位機(jī)相連接，分機(jī)MCU采用AT89S52單片機(jī)，主機(jī)MCU采用C8051F020
單片機(jī)。
本發(fā)明的特征還在于，
信號采集模塊包括八個開關(guān)電路，各開關(guān)電路分別與數(shù)據(jù)預(yù)處理電路相 連接，數(shù)據(jù)預(yù)處理電路與分機(jī)MCU或主機(jī)MCU相連接。
數(shù)據(jù)預(yù)處理電路包括依次相連接的數(shù)值鎖存器、數(shù)值比較器和開關(guān)三極 管電路，數(shù)值比較器和數(shù)值鎖存器分別與八個開關(guān)電路相連接，數(shù)值比較器 與分機(jī)MCU或主機(jī)MCU都和數(shù)值鎖存器的輸出端連接，開關(guān)三極管電路 與分機(jī)MCU或主機(jī)MCU相連接。
開關(guān)電路包括光耦合器，光耦合器采用TLP521，光耦合器包括發(fā)光二 極管和光敏三極管，發(fā)光二極管的負(fù)極與開關(guān)電連接，發(fā)光二極管的正極接 12V電壓，發(fā)光二極管的正極與12V電壓之間串聯(lián)有電阻R9，光敏三極管 的發(fā)射極接地，光敏三極管的集電極接5V電壓，光敏三極管集電極與5V 電壓之間串聯(lián)有電阻Rl 1 ，光敏三極管的集電極還與數(shù)據(jù)預(yù)處理電路相連接。
GSM通信模塊包括依次連接的微控制器、通訊引擎和手機(jī)卡，微控制 器采用LPC2131，通訊引擎采用GSM網(wǎng)絡(luò)引擎TC35i。
主機(jī)MCU通過SP3232串口與GSM通信模塊相連接。
主機(jī)MCU通過SP3232串口與上位機(jī)相連接。
本發(fā)明提醒裝置具有如下優(yōu)點
1. 采用GSM通信模塊，通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)提醒系統(tǒng)與相關(guān)工作人員通信。
2. 根據(jù)現(xiàn)場情況選擇分機(jī)數(shù)，能同時測量多個開關(guān)的狀態(tài)量，實現(xiàn)了多個開關(guān)設(shè)備之間狀態(tài)的比較。同時，良好的可擴(kuò)充性，使本裝置可以適應(yīng)在 線監(jiān)測的需要，也可用于一般的帶電檢測。
3.為了保證系統(tǒng)在高壓環(huán)境下測得信號的準(zhǔn)確性，采取了硬件抗干擾措 施，實現(xiàn)了裝置的高屏蔽和高密封，并具有良好的耐高溫、耐腐蝕性能，同 時采用光耦電路，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性能，并可有效防止系統(tǒng)死機(jī)。


圖1是本發(fā)明提醒裝置一種實例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明提醒裝置中信號采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明提醒裝置中開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明提醒裝置中GSM通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中，l.信號采集模塊，2.分機(jī)MCU， 3.CAN總線模塊A， 4.主機(jī)MCU， 5.GSM通信模塊，6.CAN總線模塊B， 7.開關(guān)電路，8.數(shù)據(jù)預(yù)處理電路單元， 9.光耦合器，IO.上位機(jī)。
其中，5-l.微控制器，5-2.通信引擎，5-3.手機(jī)卡，8-l.數(shù)值比較器，8-2. 數(shù)值鎖存器，8-3.開關(guān)三極管電路，9-l.發(fā)光二極管，9-2.光敏三極管。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 本發(fā)明提醒裝置的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。包括并排設(shè)置的多個信號采集模 塊1 (每個信號采集模塊包含8個相同的開關(guān)電路和一個數(shù)據(jù)預(yù)處理單元)， 其中一個信號采集模塊1與主機(jī)MCU4相連接，其余的信號采集模塊1與數(shù) 量相同的分機(jī)MCU2分別相連接，各分機(jī)MCU2與數(shù)量相同的CAN總線模 塊A3分別相連接，信號采集模塊1、分機(jī)MCU2和CAN總線模塊A3形成 一一對應(yīng)，各CAN總線模塊A3分別與CAN總線模塊B6相連接，CAN總線模塊B6與主機(jī)MCU4相連接，主機(jī)MCU4通過SP3232串口分別與GSM 通信模塊5的MCU以及上位機(jī)10相連接。
主機(jī)可以連接31臺相同的分機(jī)，與主機(jī)MCU4和每個分機(jī)MCU2相連 接的信號采集模塊l中各有8個結(jié)構(gòu)相同的開關(guān)電路，所以，本提醒系統(tǒng)可 以監(jiān)測的開關(guān)數(shù)達(dá)到256個。
分機(jī)MCU2采用89S52單片機(jī)，分機(jī)MCU2將監(jiān)測到的開關(guān)狀態(tài)變化 通過CAN總線模塊A3和CAN總線模塊B6傳送到主機(jī)MCU4。
主機(jī)MCU4采用C8051F020單片機(jī)，其本身也可以監(jiān)測8路開關(guān)，同 時接收CAN總線發(fā)送來的數(shù)據(jù)，然后將開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)地址和手機(jī)號碼數(shù) 據(jù)整理后發(fā)送到GSM模塊。并通過上位機(jī)對被監(jiān)測開關(guān)的地址和需送達(dá)監(jiān) 測信息的手機(jī)的號碼進(jìn)行設(shè)置，開關(guān)地址最大支持8個漢字，最大支持5個 手機(jī)號碼。
CAN總線模塊A3和CAN總線模塊B6的結(jié)構(gòu)相同，包括CAN控制器 SJA1000和CAN收發(fā)器隔離芯片CTM1050， CAN總線模塊A3和CAN總 線模塊B6是分機(jī)MCU2與主機(jī)MCU4數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄骸?br> 主機(jī)MCU4和GSM通信模塊5通過SP3232串口連接，進(jìn)行TTL電平 與232電平的轉(zhuǎn)換；主機(jī)MCU4和上位機(jī)也通過SP3232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，可
以根據(jù)現(xiàn)場情況應(yīng)用上位機(jī)軟件對開關(guān)地址和接收手機(jī)號碼進(jìn)行設(shè)置，地址 信息和手機(jī)號碼會被存放在與主機(jī)MCU4相連的串行存儲器24C128中，掉 電不失。
本發(fā)明提醒系統(tǒng)中信號采集模塊1的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。包括并排設(shè)置 的八個開關(guān)電路7，各開關(guān)電路7分別與數(shù)據(jù)預(yù)處理電路8相連接，數(shù)據(jù)預(yù) 處理電路8與分機(jī)MCU2或主機(jī)MCU4相連接。數(shù)據(jù)預(yù)處理電路8包括數(shù)值比較器8-1，數(shù)值比較器8-1分別與數(shù)值鎖存器8-2和開關(guān)三極管電路8-3 相連接；數(shù)值比較器8-1和數(shù)值鎖存器8-2分別與八個開關(guān)電路7相連接， 數(shù)值鎖存器8-2與分機(jī)MCU2或主機(jī)MCU4相連接，開關(guān)三極管電路8-3 與分機(jī)MCU2或主機(jī)MCU4相連接。
本提醒系統(tǒng)每個信號采集模塊l中各有八個結(jié)構(gòu)相同的開關(guān)電路7，其 中與開關(guān)"0"電連接的開關(guān)電路7的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。包括光耦合器9， 光耦合器9采用TLP521 ，光耦合器9包括發(fā)光二極管9-1和光敏三極管7-2， 發(fā)光二極管9-1的負(fù)極與開關(guān)"0"電連接，發(fā)光二極管9-1的正極接12V 電壓，發(fā)光二極管9-l的正極與12V電壓之間串聯(lián)有電阻R9 (1KQ);光敏 三極管9-2的發(fā)射極接地，光敏三極管9-2的集電極接5V電壓，光敏三極 管9-2集電極與5V電壓之間串聯(lián)有電阻Rll (IOKH)，光敏三極管9-2的集 電極還與數(shù)據(jù)預(yù)處理電路8相連接，進(jìn)行電壓的輸出，將經(jīng)過光耦隔離后輸 出的開關(guān)狀態(tài)信號傳送到數(shù)據(jù)預(yù)處理電路8。
開關(guān)電路7將接收的開關(guān)狀態(tài)信號進(jìn)行光耦隔離處理，并將處理后的信 號傳送到數(shù)據(jù)預(yù)處理電路8。用于傳遞模擬信號的光耦合器9中的發(fā)光器件 為發(fā)光二極管9-l、光接收器件為光敏三極管9-2。輸入的電信號(開關(guān)狀態(tài) 信號)通過發(fā)光二極管9-l時，發(fā)光二極管9-l發(fā)出一定波長的光線，該光 線照射到光敏三極管9-2的表面，使光敏三極管9-2產(chǎn)生集電極電流，該電 流的大小與光照的強(qiáng)弱，亦即流過發(fā)光二極管9-1的正向電流的大小成正比， 通過發(fā)光二極管9-1和光敏三極管9-2完成電一光一電的轉(zhuǎn)換，在電一光一 電的轉(zhuǎn)換過程中，使光耦合器7起到輸入一輸出一隔離的作用。由于光耦合 器9的輸入端和輸出端之間通過光信號傳輸，因而該輸入端和輸出端之間在 電氣上完全隔離，沒有電信號的反饋和干擾，故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。發(fā)光二級管9-1和光敏三級管9-2之間的耦合電容小(2pf左右)、耐壓高 (2.5KV左右)，因此共模抑制比很高。光耦合器9輸入端和輸出端的電隔 離度取決于該兩端供電電源間的絕緣電阻。同時，光耦合器9的輸入電阻小， 高內(nèi)阻源的噪聲相當(dāng)于被短接。因而，由光耦合器9構(gòu)成的模擬信號隔離電 路具有優(yōu)良的電氣性能。
數(shù)據(jù)預(yù)處理電路8中的數(shù)值鎖存器8-2采用八位數(shù)據(jù)鎖存器74LS373， 數(shù)值比較器8-1采用八位數(shù)值比較器74LS688。數(shù)值比較器8-1輸出端與分 機(jī)MCU2或主機(jī)MCU4的外部中斷輸入相連。數(shù)值比較器8-1可對兩個8 位字碼進(jìn)行逐次比較，并且指示該兩個字碼是否相等，當(dāng)數(shù)值完全相當(dāng)時， 數(shù)值比較器8-l的輸出端為低電平。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化時，輸入數(shù)值比較 器8-1的兩個8位信號不完全相同，此時數(shù)值比較器8-1輸出端的電平發(fā)生 變化，引起分機(jī)MCU2或主機(jī)MCU4外部中斷。
本發(fā)明提醒系統(tǒng)中GSM通信模塊5的結(jié)構(gòu)，如圖4所示，包括依次連 接的微控制器5-1、通訊引擎5-2和手機(jī)卡5-3。微控制器5-1采用32位的 LPC2131，通訊引擎5-2采用GSM網(wǎng)絡(luò)引擎TC35i。手機(jī)卡5-3采用手機(jī)Sim 卡。
32位微控制器LPC2131與GSM網(wǎng)絡(luò)引擎TC35i電連接。控制器 LPC2131不僅具有ARM處理器低功耗、高性能的優(yōu)點，同時又具有較為豐 富的片上資源，適用于嵌入式產(chǎn)品。其特點如下集成了 Thumb擴(kuò)展指令 集；32KB可在系統(tǒng)中編程(ISP)的片內(nèi)Flash和可在應(yīng)用中編程GAP) 的8KB RAM,具有向量中斷控制器；2個UART， 2個I2C串行接口， 2個 SPI串行接口， 2個定時器(7個捕獲/比較通道)，PWM單元可提供多達(dá)6 個PWM輸出，8通道10位ADC，實時時鐘RTC，看門狗定時器WDT， 48個通用I/0引腳；CPU時鐘高達(dá)60MHz，具有片內(nèi)晶體振蕩器和片內(nèi)PLL。 微控制器LPC2131通過串口進(jìn)行AT命令的發(fā)送和數(shù)據(jù)的傳輸。
GSM網(wǎng)絡(luò)引擎TC35i的主要特性與技術(shù)指標(biāo)包括以下幾點(1)頻段 為雙頻GSM900MHz和GSM1800MHz (phase2/2+); (2)支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、 短消息和傳真；(3)高集成度(54.5mmx36mmx3.6mm); (4)質(zhì)量為9g; (5) 電源電壓為單一3.3V 4.8V電壓；(6)可選波特率300bps 115kbps，動波 特率4.8 115kbps; (7)電流消耗體眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA， 發(fā)射狀態(tài)為300mA (平均)，峰值為2.5A; (8)溫度范圍正常操作-2(TC 十55。C，存放-30。C +85。C; (9) SIM電壓為3V/1.8V。
GSM網(wǎng)絡(luò)引擎TC35i有40個引腳，通過一個ZIF (Zero Insertion Force, 零阻力插座)連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸 入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第1 14腳為電源部分其中，1 5 腳為電源電壓輸入端BATT+， 6 10腳為電源地GND， 11和12腳為充電引 腳，13腳為對外輸出電壓(供外電路使用)，14腳為BATT—TEMP，接負(fù)溫 度系數(shù)的熱敏電阻。第24 29腳為SIM卡引腳，分別為CCIN (SIM卡有 無檢測)、CCRST (復(fù)位)、CCIO (數(shù)據(jù))、CCCLK (時鐘)、CCVCC (電源 2.9V)和CCGND (地)。第33 40腳為語音接口，用來接電話手柄。第15、 30、 31和32腳為控制部分15腳為點火線IGT (Ignition),當(dāng)TC35i通電 后必須給IGT —個大于100ms的低電平，模塊才啟動；第30腳為VDDLP， 第31腳為EMERGOFF，第32腳為SYNC。第16 23腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出， 分別為DSR0， RING0， RXD0， TXD0， CTS0、 RTS0、 DTR0和DCD0。
本發(fā)明提醒裝置的工作過程
當(dāng)開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化時，信號采集模塊1從被測設(shè)備采集開關(guān)狀態(tài)變化信號，開關(guān)信號通過光耦合器7轉(zhuǎn)換成MCU單片機(jī)支持的電信號，光耦合 器7將接收的信號進(jìn)行光耦隔離，并將處理后的信號輸入到信號預(yù)處理單元， 如果監(jiān)測到狀態(tài)的變化，會引起與該信號采集模塊1相連接的主機(jī)MCU4 或分機(jī)MCU2中斷，主機(jī)MCU4或分機(jī)MCU2及時采集信號，讀取開關(guān)狀 態(tài)值。分機(jī)MCU2將監(jiān)測到的開關(guān)量通過CAN總線模塊A3和CAN總線模 塊B6傳送給主機(jī)MCU4;主機(jī)MCU4 —方面實時對與之相連接的信號采集 模塊1中的8路開關(guān)進(jìn)行監(jiān)測，同時還接收CAN總線模塊B6傳送來的各分 機(jī)MCU2監(jiān)測到的開關(guān)狀態(tài)。主機(jī)MCU4根據(jù)開關(guān)信號將地址信息和手機(jī) 信息從數(shù)據(jù)存儲器中讀出，并對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行調(diào)整后，將數(shù)據(jù)傳輸給GSM 通信模塊5的微處理器5-1,微處理器5-l將數(shù)據(jù)調(diào)整為PDU格式，并將調(diào) 整后的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到通訊引擎5-2，然后以手機(jī)短信的方式傳輸給所 預(yù)先設(shè)定號碼的相關(guān)工作人員的手機(jī)上，工作人員通過手機(jī)短信及時了解幵 關(guān)的狀態(tài)信息，提供單獨和全面的查詢、分析，并可對系統(tǒng)運(yùn)行做出進(jìn)一步 的改善。
本發(fā)明提醒裝置將監(jiān)測到的開關(guān)狀態(tài)變化信息以手機(jī)短信的方式實時 發(fā)送，使專業(yè)人員能夠?qū)崟r判斷當(dāng)前輸電線路中開關(guān)的運(yùn)行狀況。 一方面對 輸電線路中的開關(guān)進(jìn)行實時監(jiān)測，充分掌握開關(guān)的變化并隨時做出相應(yīng)的調(diào) 整措施，提高供電設(shè)備的運(yùn)行效率；另一方面可全面收集和長期積累開關(guān)的 狀態(tài)變化信息，為輸電線路的設(shè)計和開關(guān)柜的運(yùn)行維護(hù)提供基礎(chǔ)資料。
權(quán)利要求
1.電力系統(tǒng)戶內(nèi)型開關(guān)狀態(tài)提醒裝置，其特征在于，該裝置包括多個開關(guān)信號采集模塊(1)，其中一個信號采集模塊(1)與主機(jī)MCU(4)相連接，其余的信號采集模塊(1)與數(shù)量相同的分機(jī)MCU(2)分別相連接，各分機(jī)MCU(2)與數(shù)量相同的CAN總線模塊A(3)分別相連接，信號采集模塊(1)、分機(jī)MCU(2)和CAN總線模塊A(3)為一一對應(yīng)，各CAN總線模塊A(3)分別與CAN總線模塊B(6)相連接，CAN總線模塊B(6)與主機(jī)MCU(4)相連接，主機(jī)MCU(4)分別與GSM通信模塊(5)和上位機(jī)(10)相連接，分機(jī)MCU(2)采用AT89S52單片機(jī)，主機(jī)MCU(4)采用C8051F020單片機(jī)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的提醒裝置，其特征在于，所述信號采集模塊(l) 包括八個開關(guān)電路(7)，各開關(guān)電路(7)分別與數(shù)據(jù)預(yù)處理電路(8)相連 接，數(shù)據(jù)預(yù)處理電路(8)與分機(jī)MCU (2)或主機(jī)MCU (4)相連接。
3. 按照權(quán)利要求2所述的提醒裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理電 路(8)包括依次相連接的數(shù)值鎖存器(8-2)、數(shù)值比較器(8-1)和開關(guān)三 極管電路(8-3)，數(shù)值比較器(8-1)和數(shù)值鎖存器(8-2)分別與八個開關(guān) 電路(7)相連接，數(shù)值比較器(8-1)與分機(jī)MCU (2)或主機(jī)MCU (4) 都和數(shù)值鎖存器(8-2)的輸出端連接，開關(guān)三極管電路(8-3)與分機(jī)MCU(2)或主機(jī)MCU (4)相連接。
4. 按照權(quán)利要求2所述的提醒裝置，其特征在于，所述的開關(guān)電路(7) 包括光耦合器(9)，光耦合器(9)采用TLP521，光耦合器(9)包括發(fā)光 二極管(9-1)和光敏三極管(9-2)，發(fā)光二極管(9-1)的負(fù)極與開關(guān)電連 接，發(fā)光二極管(9-1)的正極接12V電壓，發(fā)光二極管(9-1)的正極與12V電壓之間串聯(lián)有電阻R9，光敏三極管(9-2)的發(fā)射極接地，光敏三極管(9-2) 的集電極接5V電壓，光敏三極管(9-2)集電極與5V電壓之間串聯(lián)有電阻 Rll，光敏三極管(9-2)的集電極還與數(shù)據(jù)預(yù)處理電路(8)相連接。
5. 按照權(quán)利要求1所述的提醒裝置，其特征在于，所述的GSM通信模 塊(5)包括依次連接的微控制器(5-1)、通訊引擎(5-2)和手機(jī)卡(5-3)， 所述的微控制器(5-1)采用LPC2131，通訊引擎(5-2)采用GSM網(wǎng)絡(luò)引 擎TC35i。
6. 按照權(quán)利要求1所述的提醒裝置，其特征在于，所述的主機(jī)MCU(4) 通過SP3232串口與GSM通信模塊(5)相連接。
7. 按照權(quán)利要求1所述的提醒裝置，其特征在于，所述的主機(jī)MCU(4) 通過SP3232串口與上位機(jī)(10)相連接。
全文摘要
電力系統(tǒng)戶內(nèi)型開關(guān)狀態(tài)提醒裝置，包括多個信號采集模塊，其中一個信號采集模塊與主機(jī)MCU相連接，其余的信號采集模塊與數(shù)量相同的分機(jī)MCU分別相連接，各分機(jī)MCU與數(shù)量相同的CAN總線模塊分別相連接，開關(guān)電路模塊、分機(jī)MCU和CAN總線模塊A為一一對應(yīng)，各CAN總線模塊A分別與CAN總線模塊B相連接，CAN總線模塊B與主機(jī)MCU相連接，主機(jī)MCU與GSM通信模塊和上位機(jī)分別相連接，分機(jī)MCU采用AT89S52單片機(jī)，主機(jī)MCU采用C8051F020單片機(jī)。本發(fā)明提醒裝置能實時監(jiān)測輸電線路中開關(guān)的狀態(tài)變化，避免了開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化而人力監(jiān)測不到位的現(xiàn)象。
文檔編號H04L12/40GK101577183SQ20091002296
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者朱永燦, 黃新波 申請人:西安工程大學(xué)