專利名稱：一種電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種電エ儀器儀表行業(yè)能效采集裝置，具體講涉及ー種電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中基礎(chǔ)技術(shù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匱乏給節(jié)能產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展帶來(lái)了很大障礙。準(zhǔn)確的能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是評(píng)價(jià)所有節(jié)能技術(shù)效果的關(guān)鍵。當(dāng)前各種節(jié)能數(shù)據(jù)、能效信息混亂給節(jié)能產(chǎn)業(yè)帶來(lái)很多隱患。因此，亟待建立統(tǒng)ー的能效數(shù)據(jù)中心，獲取全面的節(jié)能服務(wù)行業(yè)數(shù)據(jù)，為節(jié)能行業(yè)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)保障，對(duì)節(jié)能項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)和節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，為國(guó)家和各級(jí)政府機(jī)構(gòu)節(jié)能政策提供支撐。準(zhǔn)確的能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要依賴于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集，需采用專用采集終端進(jìn)行采集并傳輸。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)存在許多諸如相/線電壓/電流、功率因數(shù)、基波功率、諧波功率等電參數(shù)，這些參數(shù)的實(shí)時(shí)采集效果直接影響能效分析結(jié)果的可靠性。因此，亟待開發(fā)ー種滿足エ業(yè)現(xiàn)場(chǎng)及能效監(jiān)測(cè)要求的實(shí)時(shí)電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端。專利號(hào)為ZL201020214236. 2的實(shí)用新型披露了一種安裝模塊化通信模塊的專變采集終端，用以采集專變用戶電能信息的裝置。所述專變采集終端內(nèi)固化的遠(yuǎn)程通信模塊和信號(hào)擴(kuò)展接ロ模塊都設(shè)計(jì)成插拔式的模塊，并制定統(tǒng)ー的管腳。專利號(hào)為ZL200920069055. 2的實(shí)用新型披露了ー種無(wú)線數(shù)據(jù)采集終端，該終端包括射頻識(shí)別模塊、主控模塊以及通信模塊，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線采集和無(wú)線傳輸。專利號(hào)為ZL200920279096. 4的實(shí)用新型披露了一種電量管理系統(tǒng)用采集終端，以便于部署及擴(kuò)展。專利號(hào)為ZL200920236498. 6的實(shí)用新型披露了一種用于低壓電カ用戶集中抄表系統(tǒng)的采集終端，可以在主站上操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)更新。以上的實(shí)用新型為電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端的研發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，但沒(méi)有達(dá)到集群式部署、多種數(shù)據(jù)類型采集、多種接ロ傳輸?shù)韧耆m應(yīng)エ業(yè)現(xiàn)場(chǎng)能效諧波電量采集的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述缺陷，本實(shí)用新型提供了一種電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端，通過(guò)集群式部署，可以對(duì)多種諧波電量參數(shù)進(jìn)行采集。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端，所述采集終端包括外殼、MCU模塊、與所述MCU模塊連接的電源存儲(chǔ)模塊，其改進(jìn)之處在于，與所述MCU模塊分別連接的AD轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊；上述全部模塊都設(shè)置在所述外殼中。本實(shí)用新型提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述MCU模塊控制所述電源存儲(chǔ)模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊，并接所述AD轉(zhuǎn)換模塊傳遞的參數(shù)。本實(shí)用新型提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，所述電源存儲(chǔ)模塊包括直流電源、輔助電源和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本實(shí)用新型提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，所述AD轉(zhuǎn)換模塊為型號(hào)ADS1178的芯片。本實(shí)用新型提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，所述通信模塊包括RS485和擴(kuò)展接ロ ；所述擴(kuò)展接ロ根據(jù)通信需求可插入PLC単元或微功率無(wú)線單元。本實(shí)用新型提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，所述外殼設(shè)有顯示采集到的參數(shù)的顯示裝置和采集數(shù)據(jù)的輔助端子；所述顯示裝置與所述MCU模塊連接，所述輔助端子分別與所述AD轉(zhuǎn)換模塊、所述傳感器模塊和所述通信模塊連接。本實(shí)用新型提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，所述MCU模塊是型號(hào)為AT91SAM9260的芯片。本實(shí)用新型提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是型號(hào)為AT24C64的芯片。本實(shí)用新型提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，所述PLC單元為型號(hào)為74HTC244的芯片，所述微功率無(wú)線單元為型號(hào)為CCllOO的芯片。本實(shí)用新型提供的第九優(yōu)選技術(shù)方案中，所述顯示裝置為2048色液晶顯示屏，大小為3. 5英寸。與現(xiàn)有技術(shù)比，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可根據(jù)能效測(cè)評(píng)的實(shí)際需要，不僅解決了電能質(zhì)量電量型能效數(shù)據(jù)采集和傳輸難題，而且電能質(zhì)量分析功能靈活，完全滿足實(shí)時(shí)能效監(jiān)測(cè)的目的；電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端實(shí)現(xiàn)了多種電能量信息的顯示和多種接ロ安全、穩(wěn)定、可靠的傳輸，使能效諧波電量型數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸成為可能，特別是對(duì)2至19次諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，解決了應(yīng)用智能電表成本高的缺點(diǎn)，適于全面推廣，而且可為能效數(shù)據(jù)中心提供準(zhǔn)確的能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為節(jié)能政策提供技術(shù)支撐；此外，該終端還充分考慮了不同工作環(huán)境需求，如通訊模式可選擇微功率無(wú)線或PLC等信號(hào)傳輸，并為未來(lái)主站實(shí)現(xiàn)智能控制留下擴(kuò)展接ロ ；再者，所述采集終端抗干擾性強(qiáng)，所采用的電磁屏蔽層具備完善周密的電磁兼容性設(shè)計(jì)，能夠使采集終端在高低溫、高壓和高濕等惡劣環(huán)境運(yùn)行時(shí)免除電磁干擾，還具備完善周密的三級(jí)防雷措施。

圖I為電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為采集終端外殼的前部示意圖。圖3為米集終端外殼的后部和側(cè)部不意圖。圖4為輔助端子示意圖。圖5為RS485接ロ的遠(yuǎn)程本地示意圖。圖6為PLC単元和微功率無(wú)線單元的遠(yuǎn)程本地示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖I至圖4所示，所述電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端采集電壓傳感器、電流傳感器的相電壓、相電流及中性線電流模擬量，經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊運(yùn)算處理獲得功率、功率因數(shù)、頻率、諧波及電能等信息。由微控制単元(MCU)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算存儲(chǔ)與管理，再通過(guò)RS485接ロ、PLC或微功率無(wú)線等方式實(shí)現(xiàn)上行通訊。所述微控制單元(MCU)，采用具有ARM9內(nèi)核的AT91SAM9260作為MCU，AT91SAM9260的最高頻率可達(dá)180MHZ。所述AD轉(zhuǎn)換模塊采用TI的ADSl 178模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器精度達(dá)到了 16位，轉(zhuǎn)換速率最高可達(dá)52kS PS，以保證在進(jìn)行諧波計(jì)算時(shí)的速度和精度。所述微控制単元(MCU)模塊為整個(gè)終端的核心，所述MCU模塊是型號(hào)為AT91SAM9260的芯片；所述MCU模塊通過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理實(shí)現(xiàn)下述事件及下述功能的記錄諧波I曲線、諧波2曲線、電壓/電流曲線、功率曲線、諧波越限事件、諧波功率曲線、ABC電流/電壓偏差越限事件、失壓/失流事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、跨月結(jié)算、電能量?jī)鼋Y(jié)、上電、掉電、清零、斷相和校吋。其中，所述諧波I曲線是指對(duì)2至19次的諧波以及相應(yīng)的電壓總諧波畸變率THDU、電流總諧波畸變率THDI的曲線進(jìn)行記錄；所述諧波2曲線是指對(duì)20至50次的諧波以及相應(yīng)的電壓總諧波畸變率THDU、電流總諧波畸變率THDI的曲線進(jìn)行記錄；所述掉電事件是指三相電壓均低于電能表臨界電壓，且負(fù)荷電流不大于5%額定電流的エ況。所述失壓是指在三相供電系統(tǒng)中，某相負(fù)荷電流大于啟動(dòng)電流，但電壓線路的電壓低于電能表參比電壓的78%時(shí),且持續(xù)時(shí)間大于I分鐘。所述失流是指在三相供電系統(tǒng)中，三相電壓大于電能表的臨界電壓，三相電流中任一相或兩相小于啟動(dòng)電流，且其他相線負(fù)荷電流大于5%額定電流的エ況。所述電能量?jī)鼋Y(jié)事件是指對(duì)當(dāng)前凍結(jié)的電能量進(jìn)行通知。對(duì)電壓/電流曲線、功率曲線、諧波越限事件、諧波功率曲線、ABC電流/電壓偏差越限事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、跨月結(jié)算、上電、清零、斷相和校時(shí)的記錄均符合以下國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12326-2000標(biāo)準(zhǔn)、GB12325-2003標(biāo)準(zhǔn)、GB/T 14549-1993標(biāo)準(zhǔn)、和GB/T 15945-1995 標(biāo)準(zhǔn)。其中，所述諧波越限事件、電壓/電流不平衡度越限事件、ABC電流/電壓偏差越限事件記錄，是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電能質(zhì)量要求，通過(guò)上述標(biāo)準(zhǔn)限值下裝到設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量分析功能。其中，所述曲線記錄，抄收時(shí)間間隔缺省為15min，可以靈活設(shè)置其他數(shù)值。如圖5、6所示，所述通信模塊利用RS485接ロ、微功率無(wú)線單元或者PLC單元中的其中之一，其中RS485接ロ作為儀表的標(biāo)準(zhǔn)配置接ロ，微功率無(wú)線模塊和PLC模塊設(shè)計(jì)成可插拔的擴(kuò)展接ロ的形式，在儀表上使用同一個(gè)接ロ標(biāo)準(zhǔn)，以便根據(jù)環(huán)境不同及成本使用相應(yīng)通信模塊。所述RS485接ロ還可作為參數(shù)設(shè)置的維護(hù)接ロ。其中，所述PLC單元為型號(hào)為74HTC244的芯片；所述微功率無(wú)線單元為型號(hào)為CCllOO的芯片。所述CCl 100芯片的規(guī)格為工作頻段402 470mhz ;微發(fā)射功率最大發(fā)射功率IOmw ;休眠電流< IOua ;所述CC1100芯片支持高精度溫補(bǔ)晶體，可進(jìn)行8/16/32信道等多信道選擇并具有rs232/rs485/uart接ロ等多種用戶接ロ，并支持1200/2400/4800/9600/19200/38400bps等通信速率，支持8nl、8el等通信格式，還可自動(dòng)、快速完成收/發(fā)模式切換，方便用戶使用。所述電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端采取了軟時(shí)鐘和網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)結(jié)合的集約方式設(shè)計(jì)，降低硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和功耗，使工作環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力均滿足用電信息采集系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；為降低裝置成本，可采用芯片時(shí)鐘。在所述電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)操作中，由于此采集終端不作為計(jì)費(fèi)計(jì)量用，采集精度按照設(shè)備B級(jí)精度。或者采集終端精度達(dá)到(GB/T17215. 321-2008/IEC 62053-21 :2003)規(guī)定的不低于2級(jí)精度。曲線記錄抄收時(shí)間間隔缺省為15min，且可以靈活設(shè)置；根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)量的大小，選擇合適的存儲(chǔ)器大小。其中，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用的是型號(hào)為AT24C64的芯片；電能質(zhì)量電量型能效采集終端由于不采用集中器采集數(shù)據(jù)，所以所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在保存數(shù)據(jù)時(shí)間設(shè)計(jì)為存儲(chǔ)30乘以96個(gè)點(diǎn)的曲線數(shù)據(jù)，在不存儲(chǔ)20-50次諧波數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)點(diǎn)存儲(chǔ)530個(gè)Byte，共需1491K ;若需要存儲(chǔ)20-50次諧波數(shù)據(jù)，則再需增加1308K的存儲(chǔ)空間。 所述電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端的外殼涂覆有電磁屏蔽層，所述電磁屏蔽層由導(dǎo)電高分子層形成，所述導(dǎo)電高分子層可以是具有可溶性或分散性的材料，如聚苯胺、聚噻吩和聚對(duì)苯撐；所述導(dǎo)電高分子層優(yōu)選由聚こ烯ニ氧噻吩制成。所述電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端的尺寸可以為長(zhǎng)260mm至270mm,寬165mm至175mm,高70mm至80mm ;最優(yōu)選的尺寸為長(zhǎng)265mm,寬170mm,高75mm。需要聲明的是，本實(shí)用新型內(nèi)容及具體實(shí)施方式
意在證明本實(shí)用新型所提供技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本實(shí)用新型的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進(jìn)。但這些變更或修改均在申請(qǐng)待批的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電量質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端，所述采集終端包括外売、MCU模塊、與所述MCU模塊連接的電源存儲(chǔ)模塊，其特征在干，與所述MCU模塊分別連接的AD轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊；所述MCU模塊、電源存儲(chǔ)模塊、所述AD轉(zhuǎn)換模塊和所述通信模塊都設(shè)置在所述外殼中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采集終端，其特征在于，所述MCU模塊控制所述電源存儲(chǔ)模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊，并接所述AD轉(zhuǎn)換模塊傳遞的參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采集終端，其特征在于，所述電源存儲(chǔ)模塊包括直流電源、輔助電源和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采集終端，其特征在于，所述AD轉(zhuǎn)換模塊為型號(hào)ADSl178的芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采集終端，其特征在干，所述通信模塊包括RS485和擴(kuò)展接ロ ；所述擴(kuò)展接ロ根據(jù)通信需求可插入PLC単元或微功率無(wú)線單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采集終端，其特征在于，所述外殼設(shè)有顯示采集到的參數(shù)的顯示裝置和采集數(shù)據(jù)的輔助端子；所述顯示裝置與所述MCU模塊連接，所述輔助端子分別與所述AD轉(zhuǎn)換模塊、所述傳感器模塊和所述通信模塊連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采集終端，其特征在于，所述MCU模塊是型號(hào)為AT91SAM9260的芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采集終端，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是型號(hào)為AT24C64的芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采集終端，其特征在于，所述PLC單元為型號(hào)為74HTC244的芯片，所述微功率無(wú)線單元為型號(hào)為CCllOO的芯片。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采集終端，其特征在于，所述顯示裝置為2048色液晶顯示屏，大小為3. 5英寸。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端，該終端包括外殼、MCU模塊、與所述MCU模塊連接的電源存儲(chǔ)模塊，與所述MCU模塊分別連接的AD轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊；其中，所述通信模塊選自RS485接口、PLC單元或微功率無(wú)線單元。本實(shí)用新型所提供的電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端，通過(guò)集群式部署，可以對(duì)多種電量參數(shù)進(jìn)行采集。
文檔編號(hào)G08C17/02GK202422401SQ201120395599
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者何桂雄, 周昭茂, 李德智, 李濤永, 楊湘江, 王紅梅, 王鶴, 章欣, 苗常海, 蔣利民, 鐘鳴, 閆華光 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院