一种三相电源电气特性采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及电气采集设备领域，具体涉及一种三相电源电气特性采集装置。


背景技术：

2.随着三相供电系统在工业领域的广泛应用，三相供电系统的安全性需求也在日益提高。为了实时有效的监测三相电源的电参数值，一类专用于采集三相电源电气特性的装置成为了三相供电系统安全性需求的解决方案。现行的三相电源电气特性采集装置(一下简称采集装置)一般为通过各种通信方式将经过调理的三相电各相的电压、电流波形实时上传到监测处理主体，由监测处理主体根据经过调理的三相电各相电压、电流波形来完成对三相电参数的计算，这种方案使得监测处理主体的运行负载过高，增加了监测处理主体的实施成本。


技术实现要素：

3.为此，本实用新型提供一种三相电源电气特性采集装置，以解决现有三相电源的电气特性监控运行负载大、成本高的问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.本实用新型公开了一种三相电源电气特性采集装置，所述三相电源电气特性采集装置包括：采集电路单元、主控电路单元、通信电路单元、信号量电压转换单元和供电电路单元；
6.所述供电电路单元分别为集电路单元、主控电路单元、通信电路单元、信号量电压转换单元进行供电；
7.所述采集电路单元同时采集两组经过调理的三相电各相的电压、电流波形并对采集的波形进行计算；
8.所述主控电路单元实时处理采集数据以及控制各单元协调工作；
9.所述通信电路单元实现采集装置与外部设备的通信，采用以太网菊花链式拓扑；
10.所述信号量电压转换单元负责将输入信号转换成匹配计算与控制单元的ttl电平输入信号，将ttl电平的输出信号转换成匹配外部设备的驱动信号。
11.进一步地，所述供电电路单元支持 12v～ 28v直流电源输入，输出两组隔离的 5v直流供电、
‑
5v直流供电、两组隔离 3.3v供电以及、两组隔离电源地。
12.进一步地，所述采集电路单元包括与供电电路单元相连的d_ 3v3、 d_gnd、a_ 3v3、a_gnd四个引脚，实现对采集电路单元的供电，采集电路单元上还设置有与主控电路单元相连的spi_cs1、spi_cs2、spi_miso、 spi_mosi、spi_sck引脚，实现主控电路单元与采集电路单元的串行通信，采集装置上还设置有多个外部接口引脚，对第一路的三相电压差分信号、三相电流差分信号和第二路各的三相电压差分信号、三相电流差分信号进行采集。
13.进一步地，所述采集电路单元通过计算采集到的数值从而得出所欲要的有效值、频率等特性值，并通过与主控电路单元相连的串行通信引脚将特性值传输到主控电路单
元。
14.进一步地，所述主控电路单元包括与供电电路单元相连的d_ 3v3、 d_gnd引脚，实现主控电路单元的供电，主控电路单元与采集电路单元相连的spi_cs1、spi_cs2、spi_miso、spi_mosi、spi_sck五个引脚，实现主控电路单元与采集电路单元的串行通信，主控电路单元与通信电路单元相连的enet_txd0、enet_txd1、enet_txen、enet_crs、enet_rxd0、enet_rxd1、enet_rxer、enet_refclk、enet_mdc、enet_mdio十个引脚，实现主控电路单元与通信电路单元之间的标准rmii接口通信，主控电路单元与信号量电平转换电路单元相连的do0、do1、di0～di7引脚，实现主控电路单元与信号量电压转换电路单元之间ttl电平的数字信号量的传输。
15.进一步地，所述通信电路单元包括与供电电路单元相连的d_ 3v3、 d_gnd引脚，实现供电电路单元为通信电路单元供电，通过十个引脚实现主控电路单元与通信电路单元之间的标准rmii接口通信，并且通信电路单元连接两路以太网电口rj45接口引脚，实现以太网电口指示灯电源，指示灯控制信号和两路以太网电口差分信号线的连接。
16.进一步地，所述信号量电压转换电路包括与供电电路单元相连的 d_ 5v、d_ 3v3、d_gnd引脚，实现供电电路单元为信号量电压转换电路单元供电，信号量电压转换电路与主控电路单元相连的十个引脚，实现主控电路单元与信号量电压转换电路单元之间ttl电平的数字信号量的传输，所述信号量电压转换电路与采集电路单元对外的信号量接口引脚连接，实现电平转换的输出信号和外部输入信号的传输。
17.本实用新型具有如下优点：
18.本实用新型公开了一种三相电源电气特性采集装置，通过应用一种新型电能采集ic，采集装置自身完成了对三相电有效值、相位角、频率等电参数的计算，直接上传计算后的参数而不是采集的电压、电流波形，避免了监测主体因处理大量波形数据而负载过高，有效降低了运行负载。附带了开关量输入输出功能，通过对输入输出的开关量电信号进行光耦合电压转换，具备了对输入输出开关量进行逻辑判断、数据计算后信息异常即时告警等功能，进一步降低监测处理主体的负载。采用以太网通信交互，菊花链式拓扑，在复杂的工业应用情景中，有效的减少了通信线路的铺设成本。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
20.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
21.图1为本实用新型实施例提供的一种三相电源电气特性采集装置连接示意图；
22.图2为本实用新型实施例提供的供电电路单元电路图；
23.图3为本实用新型实施例提供的采集电路单元电路图；
24.图4为本实用新型实施例提供的通信电路单元电路图；
25.图5为本实用新型实施例提供的信号量电压转换电路单元电路图；
26.图6为本实用新型实施例提供的主控电路单元电路图；
27.图中：1
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采集电路单元、2
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主控电路单元、3
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通信电路单元、4
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信号量电压转换单元、5
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供电电路单元。
具体实施方式
28.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.实施例
30.参考图1，本实施例公开了一种三相电源电气特性采集装置，所述三相电源电气特性采集装置包括：采集电路单元1、主控电路单元2、通信电路单元3、信号量电压转换单元4和供电电路单元5；
31.所述供电电路单元5分别为采集电路单元1、主控电路单元2、通信电路单元3、信号量电压转换单元4进行供电；
32.所述采集电路单元1同时采集两组经过调理的三相电各相的电压、电流波形并对采集的波形进行计算；
33.所述主控电路单元2实时处理采集数据以及控制各单元协调工作；
34.所述通信电路单元3实现采集装置与外部设备的通信，采用以太网菊花链式拓扑；
35.所述信号量电压转换单元4负责将输入信号转换成匹配计算与控制单元的ttl电平输入信号，将ttl电平的输出信号转换成匹配外部设备的驱动信号。
36.供电电路单元5支持 12v～ 28v直流电源输入，输出两组隔离的 5v 直流供电、
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5v直流供电、两组隔离 3.3v供电以及、两组隔离电源地。如图2所示：in 与in
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引脚为外部接入的 12v～ 28v电源正负极，d_ 5v、 d_ 3v3、d_gnd、a_ 5v、a_
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5v、a_ 3v3、a_gnd引脚为系统提供电源。
37.参考图3，采集电路单元1包括与供电电路单元5相连的d_ 3v3、 d_gnd、a_ 3v3、a_gnd四个引脚，实现对采集电路单元1的供电，采集电路单元1上还设置有与主控电路单元2相连的spi_cs1、spi_cs2、 spi_miso、spi_mosi、spi_sck引脚，实现主控电路单元2与采集电路单元1的串行通信。其中所述引脚spi_cs1、spi_cs2为片选引脚，所述引脚spi_miso、spi_mosi为数据传输引脚，所述引脚spi_sck为时钟引脚。
38.采集装置外部接口引脚van1、vap1、vbn1、vbp1、vcn1、vcp1、 ian1、iap1、ibn1、ibp1、icn1、icp1、van2、vap2、vbn2、vbp2、vcn2、 vcp2、ian2、iap2、ibn2、ibp2、icn2、icp2，其中所述van1、vap1引脚为第一路三相电a相电压差分信号采集，所述vbn1、vbp1引脚为第一路三相电b相电压差分信号采集，所述vcn1、vcp1引脚为第一路三相电c相电压差分信号采集，所述ian1、iap1引脚为第一路三相电a相电流差分信号采集，所述ibn1、ibp1引脚为第
一路三相电b相电流差分信号采集，所述icn1、icp1引脚为第一路三相电c相电流差分信号采集，所述van1、vap1引脚为第二路三相电a相电压差分信号采集，所述vbn1、 vbp1引脚为第二路三相电b相电压差分信号采集，所述vcn1、vcp1引脚为第二路三相电c相电压差分信号采集，所述ian1、iap1引脚为第二路三相电a相电流差分信号采集，所述ibn1、ibp1引脚为第二路三相电 b相电流差分信号采集，所述icn1、icp1引脚为第二路三相电c相电流差分信号采集，采集电路单元1通过计算采集到的数值从而得出所欲要的有效值、频率等特性值，并通过与主控电路单元2相连的串行通信引脚将特性值传输到主控电路单元2。
39.参考图6，主控电路单元2包括与供电电路单元5相连的d_ 3v3、 d_gnd引脚，实现主控电路单元2的供电，主控电路单元2与采集电路单元1相连的spi_cs1、spi_cs2、spi_miso、spi_mosi、spi_sck五个引脚，实现主控电路单元2与采集电路单元1的串行通信，主控电路单元2 与通信电路单元3相连的enet_txd0、enet_txd1、enet_txen、enet_crs、 enet_rxd0、enet_rxd1、enet_rxer、enet_refclk、enet_mdc、 enet_mdio十个引脚，实现主控电路单元2与通信电路单元3之间的标准rmii接口通信，主控电路单元2与信号量电平转换电路单元相连的do0、 do1、di0～di7引脚，实现主控电路单元2与信号量电压转换电路单元之间ttl电平的数字信号量的传输。
40.参考图4，通信电路单元包括与供电电路单元5相连的d_ 3v3、d_gnd引脚，实现供电电路单元5为通信电路单元3供电，通过与主控电路单元2相连的enet_txd0、enet_txd1、enet_txen、enet_crs、 enet_rxd0、enet_rxd1、enet_rxer、enet_refclk、enet_mdc、 enet_mdio引脚，上述10个引脚的走线是主控电路单元2与通信电路单元3之间的标准rmii接口通信总线。并且通信电路单元连接两路以太网电口rj45接口引脚txp1、txm1、rxp1、rxm1、eth_3v3、eth_earth、 speed、link/act、txp2、txm2、rxp2、rxm2；其中所述引脚eth_3v3 为以太网电口指示灯电源，所述引脚speed、link/act为指示灯控制信号，所述引脚txp1、txm1、rxp1、rxm1、txp2、txm2、rxp2、rxm2为2 路以太网电口差分信号线。
41.参考图5，信号量电压转换电路包括与供电电路单元5相连的d_ 5v、 d_ 3v3、d_gnd引脚，实现供电电路单元5为信号量电压转换电路单元供电，信号量电压转换电路与主控电路单元2相连的do0、do1、di0～di7 引脚，上述10个引脚的走线是主控电路单元2与信号量电压转换电路单元之间ttl电平的数字信号量的传输线，对于主控电路单元2来说所述引脚do0、do1是输出信号，所述引脚di0～di7是经过电平转换的外部输入信号。
42.信号量电压转换电路单元与采集电路单元1对外的信号量接口引脚 do0_outside、do1_outside、di0_outside～di7_outside，对于本采集装置来说所述引脚do0_outside、do1_outside是经过电平转换的输出信号，所述引脚di0_outside～di7_outside是外部输入信号。
43.本实用新型公开的一种三相电源电气特性采集装置，通过应用一种新型电能采集ic，采集装置自身完成了对三相电有效值、相位角、频率等电参数的计算，直接上传计算后的参数而不是采集的电压、电流波形，避免了监测主体因处理大量波形数据而负载过高，有效降低了运行负载。附带了开关量输入输出功能，通过对输入输出的开关量电信号进行光耦合电压转换，具备了对输入输出开关量进行逻辑判断、数据计算后信息异常即时告警等功能，进一步降低监测处理主体的负载。采用以太网通信交互，菊花链式拓扑，在复杂的工业应用情景中，有效的减少了通信线路的铺设成本。
44.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。