CN211429004U - 一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端，包括存储器与微处理器模块，还包括分别与存储器与微处理器模块连接的三相四线电能计量模块、开关电源模块、合分闸控制与状态反馈模块、LCD显示器模块、无线与有线通讯模块、智能传感器模块；开关电源模块分别给存储器与微处理器模块、三相四线电能计量模块、合分闸控制与状态反馈模块、LCD显示器模块、无线与有线通讯模块、智能传感器模块供电。本实用新型实现了三相四线供配电网的远程抄表功能，计量精确及时，具有智能感知功能并实现安全控制，实现远程预警控制跳闸及远程预付费充值及欠费跳闸，大大提高用电安全，且产品架构优化，结构简单，能耗低，具有很高的性价比。

Description

一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端

技术领域

本实用新型涉及电力物联网配用电监控领域，特别涉及一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端。

背景技术

随着我国经济快速发展，城市化建设越来越多快，出现了更多的楼宇建筑，电能使用需求日益剧增，智能配用电领域建设远远跟不上配套，尤其我国电网朝着数字化、人工智能、物联网、大数据、云计算等领先技术方向发展需求，但目前在电力物联网配用电监控终端设备方面，还大多处于功能相对单一、成本点对高、精确计量精度低、故障监测不及时等状态，由于三相四线供配电线路、开关设备与用电负载出现的故障导致电气火灾，引发大型楼宇火灾事故率占比第一，严重威胁着人们生命和财产安全，给国家经济建设带来了极其负面的影响，因此，电力物联网智能配用电三相四线供配电线路的安全监控需要进一步提升。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端，该监控终端能够克服现有三相四线电力监控终端的硬件结构复杂、成本高的不足的问题，可以达到硬件结构简化、成本降低、性能可靠耐用的效果。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端，包括存储器与微处理器模块，还包括分别与存储器与微处理器模块连接的三相四线电能计量模块、开关电源模块、合分闸控制与状态反馈模块、LCD显示器模块、无线与有线通讯模块、智能传感器模块；其中，所述开关电源模块分别给存储器与微处理器模块、三相四线电能计量模块、合分闸控制与状态反馈模块、LCD显示器模块、无线与有线通讯模块、智能传感器模块供电；

所述存储器与微处理器模块，用于实现数据存储与智能计量控制程序执行；

所述三相四线电能计量模块，用于对采样到的原始信号数据进行计算，实现电能高级计量及漏电检测功能，计算得到的各项电能数据，并传输给存储器与微处理器模块读取，同时存储器与微处理器模块对三相四线电能计量模块的芯片写操作，用于配置校准系数寄存器；

所述合分闸控制与状态反馈模块，用于接收并执行存储器与微处理器模块发出的合分闸控制指令，并且能将合分闸状态反馈输送给所述存储器与微处理器模块；

所述LCD显示器模块，用于接收存储器与微处理器模块的数据显示指令；

所述无线与有线通讯模块，用于实现存储器与微处理器模块的各项数据与上位机进行远程实时通信互联，以及近程视距通信；

所述智能传感器模块，用于对4路电缆线温度进行实时监测，以及感知监控终端外壳是否被拆开。

所述存储器与微处理器模块包括Flash存储器和CPU微处理器；其中，CPU微处理器通过SPI类型串口与Flash存储器进行数据读写通信；CPU微处理器通过SPI类型串口与三相四线电能计量模块连接，CPU微处理器通过GPIO类型管脚与合分闸控制与状态反馈模块连接，CPU微处理器通过IIC类型串口与所述LCD显示器模块连接，CPU微处理器分别通过SPI类型串口、USART类型串口、GPIO类型管脚与无线与有线通讯模块连接，CPU微处理器通过GPIO类型管脚与智能传感器模块连接。

所述Flash存储器使用8MB的Flash类型芯片，CPU微处理器使用STM32F103V系列芯片。

所述三相四线电能计量模块包括三相四线计量芯片、电流互感器3路、电压互感器3路和剩余电流互感器1路；其中，三相四线计量芯片采样电流互感器3路的电流信号、电压互感器3路的电压信号，同时采样剩余电流互感器1路的电流信号，对采样到的原始信号数据进行计算，并将得到的各项电能数据通过SPI类型串口供存储器与微处理器模块读取，同时存储器与微处理器模块通过SPI类型串口对三相四线计量芯片写操作，用于配置校准系数寄存器。

所述三相四线计量芯片使用上海钜泉光电ATT702x系列芯片。

所述合分闸控制与状态反馈模块包括合分闸控制输出1路和合分闸状态反馈输入2路；其中，合分闸控制指令由存储器与微处理器模块通过GPIO类型管脚发出，合分闸控制指令为直流低压DC3.3V高、低电平信号，通过信号放大电路驱动外部电闸开关；同时合分闸状态检测电路能够将电闸开关实时状态转换成直流低压DC3.3V高、低电平信号，通过GPIO类型管脚反馈输送给存储器与微处理器模块。

所述存储器与微处理器模块还设置有SWD调试模块，将存储器与微处理器模块的CPU微处理器的SWD接口作为SWD调试模块。

所述无线与有线通讯模块包括NB-IoT无线通讯1路、RS485总线通讯1路和红外无线通讯1路；其中，NB-IoT无线通讯1路通过SPI类型串口与存储器与微处理器模块连接，实现各项数据与上位机进行远程实时通信互联；RS485总线通讯1路通过USART类型串口与存储器与微处理器模块连接，实现有线通信；红外无线通讯1路通过红外收、发信号管脚直接与所述存储器与微处理器模块的GPIO类型管脚连接，以直流低压DC3.3V高、低电平脉冲计数方式来实现数据通信，实现近程视距无线通信。

所述NB-IoT无线通讯1路使用中国移动M531x系列物联网模组；RS485总线通讯1路由现场总线半双工RS485通信芯片及ESD保护电路组成；红外无线通讯1路使用具备红外收、发功能的模组。

所述智能传感器模块包括电缆线测温数字温度传感器4路和外壳防拆感知器2路，对4路电缆线温度进行实时监测，以及感知监控终端外壳是否被拆开。

所述LCD显示器模块由192*96点阵2.8英寸LCD液晶显示器、液晶显示器驱动芯片ST75256及封装电路组成，驱动芯片ST75256通过IIC类型串口与存储器与微处理器模块连接，并受其控制。

本实用新型所述一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端，其具体工作过程如下：

S1、开机初始化，开关电源模块供电给各个模块，LCD显示器模块显示初始化数据，并进入步骤S2；

S2、进入三相四线电能参数计算与存储，判断电能参数值是否超出报警值：如果没超出，则进入步骤S3，如果超出，则发送报警信号，并进入步骤S3；

S3、进入剩余电流互感器数据读取计算与存储过程，判断剩余电流值是否超出报警值：如果没超出，则进入步骤S4，如果超出，则发送报警信号，并进入步骤S4；

S4、进入温度传感器数据读取计算与存储过程，判断电线温度是否超出报警值：如果没超出，则进入步骤S5，如果超出，则发送报警信号，并进入步骤S5；

S5、进入读取外壳防拆感知器状态过程，判断是否遭受拆开破坏：如果没有，则进入步骤S6，如果有，则发送报警信号，并进入步骤S6；

S6、进入合分闸控制执行过程，判断是否有合闸控制：

如果没有，则跳过；

如果有，则判断当前是否为分闸状态：如果不是，则跳过；如果有，则执行合闸控制输出；

进入判断是否有分闸控制：如果没有，则进入步骤S7；如果有，则判断当前是否为合闸状态：如果不是，则进入步骤S7；如果是，则执行分闸控制输出，并进入步骤S7；

S7、进入通讯读写过程，判断是否有通讯读取数据：

如果没有，则跳过；

如果有，则发送通讯读取数据；

进入判断是否有通讯写数据：如果没有，则返回步骤S1继续循环执行程序；如果有，则写通讯数据与发送写结果反馈，并返回步骤S1继续循环执行程序。

需要说明的是，上述工作过程是以信号的走向作为线索来进一步说明本实用新型所述智能物联网三相四线多功能电力监控终端的各个组成部件的连接关系，使本领域技术人员在实施本实用新型时更加清晰、方便，但并不代表本实用新型的技术方案的改进点在于软件上，本实用新型的技术方案的改进点在于整个装置的整体架构上，虽然技术方案涉及到处理器以及其他控制器，但其执行的都是常规操作，本实用新型所选用的元器件也是现有的元器件(也给出了具体的型号以及相应的连接接口)，本实用新型的技术方案的改进点在于如何将这些现有的元器件搭建成一个装置，即创造点在于结构上，因此是属于实用新型专利的保护客体。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本实用新型克服了现有三相四线电力监控终端的功能单一、计量精度低下、通信不及时、用电安全性偏低、故障告警不及时、拖欠电费等痛点问题，其优越功能包括远程秒表、远程预付费充值及欠费跳闸、电力精确计量、剩余电流检测、线温监测、远程合分闸控制及继电保护。

附图说明

图1为本实用新型所述一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端的结构示意图。

图2为本实用新型所述一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1，一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端，包括存储器与微处理器模块、三相四线电能计量模块、开关电源模块、合分闸控制与状态反馈模块、LCD显示器模块、SWD调试模块、无线与有线通讯模块、智能传感器模块；其中所述存储器与微处理器模块分别与所述三相四线电能计量模块、所述合分闸控制与状态反馈模块、所述LCD显示器模块、所述SWD调试模块、所述无线与有线通讯模块、所述智能传感器模块进行信息交互；其中，所述开关电源模块分别给所述存储器与微处理器模块、所述三相四线电能计量模块、所述合分闸控制与状态反馈模块、所述LCD显示器模块、所述无线与有线通讯模块、所述智能传感器模块供电。

进一步地，所述的存储器与微处理器模块包括Flash存储器和CPU微处理器。

具体而言，Flash存储器使用8MB的Flash类型芯片，在掉电情况下依然可以起到数据保存功能，写操作次数达到10万次以上，用于永久保存校准系数、配置参数、故障信息记录等，CPU微处理器使用价比较高的STM32F103V系列芯片，具有100个管脚，功能非常丰富，CPU微处理器通过SPI类型串口与Flash存储器进行数据读写通信；CPU微处理器通过SPI类型串口与所述三相四线电能计量模块连接，CPU微处理器通过GPIO类型管脚与所述合分闸控制与状态反馈模块连接，CPU微处理器通过IIC类型串口与所述LCD显示器模块连接，CPU微处理器通过SPI类型串口、USART类型串口、GPIO类型管脚与所述无线与有线通讯模块连接，CPU微处理器通过GPIO类型管脚与所述智能传感器模块连接，同时CPU微处理器通过SWD接口作为所述SWD调试模块。

进一步地，所述的三相四线电能计量模块包括三相四线计量芯片、电流互感器3路、电压互感器3路和剩余电流互感器1路。

具体而言，所述的三相四线电能计量模块的三相四线计量芯片使用上海钜泉光电ATT702x系列芯片，同时采样电流互感器3路电流信号、电压互感器3路电压信号、以及剩余电流互感器1路电流信号，对采样到的原始信号数据进行精确计算，实现电能高级计量及漏电检测功能，计算得到的各项电能数据，通过SPI类型串口供所述存储器与微处理器模块读取，同时所述存储器与微处理器模块可通过SPI类型串口对三相四线计量芯片写操作，用于配置校准系数寄存器。

进一步地，所述的合分闸控制与状态反馈模块包括合分闸控制输出1路和合分闸状态反馈输入2路。

具体而言，合分闸控制指令由所述存储器与微处理器模块通过GPIO类型管脚发出，合分闸控制指令为直流低压DC3.3V高、低电平信号，通过信号放大电路驱动外部电闸开关，同时地，合分闸状态检测电路能够将电闸开关实时状态转换成直流低压DC3.3V高、低电平信号，通过GPIO类型管脚，反馈输送给所述存储器与微处理器模块。

进一步地，所述的LCD显示器模块接收所述存储器与微处理器模块的数据显示指令，可直观显示多功能电表的各项电参数及配置参数。

具体而言，所述的LCD显示器模块主要由192*96点阵2.8英寸LCD液晶显示器、液晶显示器驱动芯片ST75256及封装电路组成，驱动芯片ST75256通过IIC类型串口与所述存储器与微处理器模块连接，并受其控制。

进一步地，所述的SWD调试模块用于给所述存储器与微处理器模块烧录执行程序，并具备调试程序的功能，用于代码可行性分析。

具体而言，所述的SWD调试模块由所述存储器与微处理器模块中CPU微处理器的SWD接口及外围电路组成，可实现给CPU微处理器烧录程序的功能，同时可配合仿真分析器对程序指令进行细化分析，可分析寄存器变量数值，提高编程效率与正确率。

进一步地，所述的无线与有线通讯模块包括NB-IoT无线通讯1路、RS485总线通讯1路和红外无线通讯1路。

具体而言，所述的无线与有线通讯模块的NB-IoT无线通讯1路使用中国移动M531x系列物联网模组，通过SPI类型串口与所述存储器与微处理器模块连接，实现各项数据与上位机进行远程实时通信互联；所述的无线与有线通讯模块的RS485总线通讯1路由现场总线半双工RS485通信芯片及ESD保护电路组成，通过USART类型串口与所述存储器与微处理器模块连接，实现有线通信，单独连续通信距离可达1.2公里，可通过中继器实现更远距离通信；所述的无线与有线通讯模块的红外无线通讯1路，使用具备红外收、发功能的模组，红外收、发信号管脚直接与所述存储器与微处理器模块的GPIO类型管脚连接，以直流低压DC3.3V高、低电平脉冲计数方式来实现数据通信，起到近程视距无线通信。

进一步地，所述的智能传感器模块包括电缆线测温数字温度传感器4路和外壳防拆感知器2路，对4路电缆线温度进行实时监测，以及感知监控终端外壳是否被拆开。

具体而言，所述的智能传感器模块中电缆线测温数字温度传感器使用4个DS18B20系列数字温度传感器，信号管脚直接与所述存储器与微处理器模块的GPIO类型管脚连接，采用单总线通信方式，以直流低压DC3.3V高、低电平脉冲计数方式来实现数据通信，简单易用，温度测量精度高，速度快；所述的智能传感器模块中外壳防拆感知器使用2路直流低压DC3.3V高、低电平弹簧触碰按钮开关，开关管脚直接与所述存储器与微处理器模块的GPIO类型管脚连接，通过电平信号来识别外壳是否被拆开，起到防破坏告警功能。

进一步地，所述的开关电源模块分别给所述存储器与微处理器模块、所述三相四线电能计量模块、所述合分闸控制与状态反馈模块、所述LCD显示器模块、所述无线与有线通讯模块、所述智能传感器模块供电。

具体而言，所述开关电源模块由交流电转直流电AC-DC整流桥电路、开关电源芯片、小型高频变压器、滤波整流电路、LDO稳压电路等组成，直接输入为三相四线电源中任意两条电源线，输出为直流电DC12.0V、DC5.0V、DC3.3V电源，供电给本实用新型公开的一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端。

如图2，一种智能物联网三相四线多功能电力监控的工作流程，被编写成C语言程序，并通过C语言编译器编译成计算机可执行语言，在所述存储器与微处理器模块中执行，其具体工作流程如下：

步骤S1：开机初始化，电源供电给各个模块，LCD显示器模块显示初始化数据，并进入步骤S2；

步骤S2：进入三相四线电能参数计算与存储，电能参数值是否超出报警值，如果没超出，则进入步骤S3，如果超出，则发送报警信号，并进入步骤S3；

步骤S3：进入剩余电流互感器数据读取计算与存储过程，判断剩余电流值是否超出报警值，如果没超出，则进入步骤S4，如果超出，则发送报警信号，并进入步骤S4；

步骤S4：进入温度传感器数据读取计算与存储过程，判断电线温度是否超出报警值，如果没超出，则进入步骤S5，如果超出，则发送报警信号，并进入步骤S5；

步骤S5：进入读取外壳防拆感知器状态过程，判断是否遭受拆开破坏，如果没有，则进入步骤S6，如果有，则发送报警信号，并进入步骤S6；

步骤S6：进入合分闸控制执行过程，判断是否有合闸控制，如果没有，则跳过，如果有，则判断当前是否为分闸状态，如果不是，则跳过，如果有，则执行合闸控制输出；进入判断是否有分闸控制，如果没有，则进入步骤S7，如果有，则判断当前是否为合闸状态，如果不是，则进入步骤S7，如果是，则执行分闸控制输出，并进入步骤S7；

步骤S7：进入通讯读写过程，判断是否有通讯读取数据，如果没有，则跳过，如果有，则发送通讯读取数据；进入判断是否有通讯写数据，如果没有，则返回步骤S1继续循环执行程序，如果有，则写通讯数据与发送写结果反馈，并返回步骤S1继续循环执行程序。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能物联网三相四线多功能电力监控终端，其特征在于：包括存储器与微处理器模块，还包括分别与存储器与微处理器模块连接的三相四线电能计量模块、开关电源模块、合分闸控制与状态反馈模块、LCD显示器模块、无线与有线通讯模块、智能传感器模块；其中，所述开关电源模块分别给存储器与微处理器模块、三相四线电能计量模块、合分闸控制与状态反馈模块、LCD显示器模块、无线与有线通讯模块、智能传感器模块供电；

所述存储器与微处理器模块，用于实现数据存储与智能计量控制程序执行；

所述三相四线电能计量模块，用于对采样到的原始信号数据进行计算，实现电能高级计量及漏电检测功能，计算得到的各项电能数据，并传输给存储器与微处理器模块读取，同时存储器与微处理器模块对三相四线电能计量模块的芯片写操作，用于配置校准系数寄存器；

所述合分闸控制与状态反馈模块，用于接收并执行存储器与微处理器模块发出的合分闸控制指令，并且能将合分闸状态反馈输送给所述存储器与微处理器模块；

所述LCD显示器模块，用于接收存储器与微处理器模块的数据显示指令；

所述无线与有线通讯模块，用于实现存储器与微处理器模块的各项数据与上位机进行远程实时通信互联，以及近程视距通信；

所述智能传感器模块，用于对4路电缆线温度进行实时监测，以及感知监控终端外壳是否被拆开。

2.根据权利要求1所述智能物联网三相四线多功能电力监控终端，其特征在于：所述存储器与微处理器模块包括Flash存储器和CPU微处理器；其中，CPU微处理器通过SPI类型串口与Flash存储器进行数据读写通信；CPU微处理器通过SPI类型串口与三相四线电能计量模块连接，CPU微处理器通过GPIO类型管脚与合分闸控制与状态反馈模块连接，CPU微处理器通过IIC类型串口与所述LCD显示器模块连接，CPU微处理器分别通过SPI类型串口、USART类型串口、GPIO类型管脚与无线与有线通讯模块连接，CPU微处理器通过GPIO类型管脚与智能传感器模块连接。

3.根据权利要求2所述智能物联网三相四线多功能电力监控终端，其特征在于：所述Flash存储器使用8MB的Flash类型芯片，CPU微处理器使用STM32F103V系列芯片。

4.根据权利要求1所述智能物联网三相四线多功能电力监控终端，其特征在于：所述三相四线电能计量模块包括三相四线计量芯片、电流互感器3路、电压互感器3路和剩余电流互感器1路；其中，三相四线计量芯片采样电流互感器3路的电流信号、电压互感器3路的电压信号，同时采样剩余电流互感器1路的电流信号，对采样到的原始信号数据进行计算，并将得到的各项电能数据通过SPI类型串口供存储器与微处理器模块读取，同时存储器与微处理器模块通过SPI类型串口对三相四线计量芯片写操作，用于配置校准系数寄存器。

5.根据权利要求4所述智能物联网三相四线多功能电力监控终端，其特征在于：所述三相四线计量芯片使用上海钜泉光电ATT702x系列芯片。

6.根据权利要求1所述智能物联网三相四线多功能电力监控终端，其特征在于：所述合分闸控制与状态反馈模块包括合分闸控制输出1路和合分闸状态反馈输入2路；其中，合分闸控制指令由存储器与微处理器模块通过GPIO类型管脚发出，合分闸控制指令为直流低压DC3.3V高、低电平信号，通过信号放大电路驱动外部电闸开关；同时合分闸状态检测电路能够将电闸开关实时状态转换成直流低压DC3.3V高、低电平信号，通过GPIO类型管脚反馈输送给存储器与微处理器模块。

7.根据权利要求1所述智能物联网三相四线多功能电力监控终端，其特征在于：所述存储器与微处理器模块还设置有SWD调试模块，将存储器与微处理器模块的CPU微处理器的SWD接口作为SWD调试模块。

8.根据权利要求1所述智能物联网三相四线多功能电力监控终端，其特征在于：所述无线与有线通讯模块包括NB-IoT无线通讯1路、RS485总线通讯1路和红外无线通讯1路；其中，NB-IoT无线通讯1路通过SPI类型串口与存储器与微处理器模块连接，实现各项数据与上位机进行远程实时通信互联；RS485总线通讯1路通过USART类型串口与存储器与微处理器模块连接，实现有线通信；红外无线通讯1路通过红外收、发信号管脚直接与所述存储器与微处理器模块的GPIO类型管脚连接，以直流低压DC3.3V高、低电平脉冲计数方式来实现数据通信，实现近程视距无线通信。

9.根据权利要求8所述智能物联网三相四线多功能电力监控终端，其特征在于：所述NB-IoT无线通讯1路使用中国移动M531x系列物联网模组；RS485总线通讯1路由现场总线半双工RS485通信芯片及ESD保护电路组成；红外无线通讯1路使用具备红外收、发功能的模组。

10.根据权利要求1所述智能物联网三相四线多功能电力监控终端，其特征在于：所述智能传感器模块包括电缆线测温数字温度传感器4路和外壳防拆感知器2路，对4路电缆线温度进行实时监测，以及感知监控终端外壳是否被拆开。

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