一种配电网远动终端RTU装置

一种配电网远动终端rtu装置
技术领域
1.本发明属于供配电装置，是基于stm32设计的一种配电网远动终端装置。


背景技术：

2.在变电站自动化系统中，rtu的主要作用是采集远距离设备的数据并对该设备进行监控。同时，电网馈线回路、远方监控以及配电变压等设备的功能也是由rtu来完成的。配电网rtu设备可以对一次设备进行直接的检测和控制，其工作优势是非常明显的，它的可靠性更高，可以克服更加恶劣的工作环境，将工作人员从中解救出来。和传统的变送器相比，目前应用的rtu的采集方式可以使电力参数的采集更加准确，从而使得测量结果的准确度有所提升。rtu的通信方式是使用通信电缆，控制室和现场之间的通信方式发生了改变，减少了电缆的使用率，使得施工量有所降低。同时，在后期对rtu进行维护时的工作量也减少了许多。
3.目前，配电网远动终端设备的开发主要还是依赖于单片机，但由于单片机无法处理变电站中巨大的数据量，使得本在设计中的许多功能都无法实现。另一方面，许多传统的分散式变电站仍采用串行口通信的工作方式，这种方式存在着诸如效率不高以及不稳定等弊端。因此，在本次发明中，以微处理芯片系统来取代串行口通信，从而实现rtu的供电安全性和实时性的问题，而且有效地降低了供电成本。
4.经过检索，申请公开号cn207650261u，一种新型配电网数据采集终端。它包括主控板、数据采集板和基板，主控板上设有主控模块、gprs模块、串口模块、存储模块、报警模块、人机交互模块以及检测配电开关状态的开关状态采集电路，数据采集板上设有电能表模块，基板上设有电源模块和交流信号转换电路，主控模块分别与gprs模块、串口模块、存储模块、报警模块、人机交互模块和开关状态采集电路电连接，主控模块通过串口模块与电能表模块电连接，电能表模块与交流信号转换电路电连接。本实用新型实现了对电压、电流、功率、功率因数等电力参数的实时监测，采集开关状态，将数据和状态反馈给主站，为配电网规划、设计、运维和营销提供数据基础和科学决策依据。
5.第一，在申请公开号cn207650261u的专利中并未涉及到对滤波电路的设计，电源产生的高频杂波和电压波动可能会影响电力参数采集的准确性，而在本发明中，不仅设有滤波电路，而且电源电路也是以ams1117-3.3为主体进行设计的，ams1117-3.3是一种输出电压为3.3v的正向低压降稳压器，也能起到一定的稳压效果。
6.第二，在电力参数采样电路中，本发明采用交流采样的方式，提高了稳定性。在采样电路中运用的是im1281b单相交流电能计量模块，对电力参数的有效值进行测量，提高了精确度。
7.第三，在显示模块电路中，本发明采用了oled显示屏，与lcd显示屏相比，提高了显示效果，避免了无法完整显示的问题，同时减小了rtu设备的体积。


技术实现要素：

8.本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种配电网远动终端rtu装置。本发明的技术方案如下：
9.一种配电网远动终端rtu装置，其包括：核心模块、采样模块、人机交互模块和电源模块，所述核心模块设有复位电路和时钟信号电路，所述采样模块设有电力参数采样电路，所述人机交互模块设有显示模块电路、键盘输入电路和led指示电路，所述电源模块设有电源电路、电源开关电路和滤波电路，其中，复位电路用于使电路恢复到起始位置)，时钟信号电路用于产生rtu工作所需要的时钟信号，电力参数采样电路用于运用交流采样的方式采集相关电力参数)，显示模块电路用于显示采集到的相关电力参数，键盘输入模块电路用于输入人工指令对rtu的运行状态进行人工干预，led指示电路用于指示rtu的工作状态，电源电路用于为rtu供电，电源开关电路用于控制系统总电源，和滤波电路用于减少因电源产生的高频杂波和电压波动的影响，所述电力参数采样电路(7)分别与显示模块电路(8)、键盘输入电路(9)和led指示电路(10)连接，所述复位电路(5)分别与键盘输入电路(9)和电源电路(11)连接，所述时钟信号电路(6)与电力参数采样电路(7)连接，所述电源电路(11)分别与电源开关电路(12)、滤波电路(13)、电力参数采样电路(7)、显示模块电路(8)、led指示电路(10)和复位电路连接。
10.进一步的，所述时钟信号电路的作用是用来产生rtu工作所需要的时钟信号，采用晶振进行时钟电路的设计，晶振通过振荡电路起振形成与晶振频率相应的时钟信号，晶振连接在核心模块stm32的输入osc_in引脚和输出osc_out引脚上。
11.进一步的，所述核心模块采用stm32系列的cpu，主要包括复位电路和时钟信号电路两个部分，其中，时钟信号电路连接在核心模块stm32的输入osc_in引脚和输出osc_out引脚上，复位电路连接在nrst引脚上。
12.进一步的，所述电力参数采样电路采用im1281b单相交流电能计量模块。
13.进一步的，所述复位电路包括电感r15、电容c13、复位器reset1，电感r15的一端与vcc相连接，电感r15的另一端分别与复位器reset1、电容c13相连接，复位器reset1、电容c13分别接地。
14.进一步的，所述显示模块采用了oled显示屏。
15.进一步的，所述电源电路采用了ams1117-3.3稳压器，用于为rtu提供3.3v、5v、12v电源，ams1117-3.3是一款低压差的线性稳压器，当输出1a电流时，输入输出的电压差典型值仅为1.2v。
16.进一步的，所述键盘输入电路6*6mm的按键key1和key2分别一端与电感r8和电感r9相连接，另一端接地，led指示电路4个led指示灯分别一端串联一个电感，另一端接地，电源开关电路开关sw1引脚6与vcc相连接，引脚5与电容c6相连接，电容c6的另一端接地，滤波电路并联4个10uf的电容c14、c15、c16和c17，避免其在高频杂波中失效。
17.本发明的优点及有益效果如下：
18.本发明电力参数采样电路通过采集交流瞬时值获得有效数值，再将连续信号离散化，然后通过相关的计算得到真实值，rtu能根据相关电力参数做出相应的控制行为。同时，操作人员也可通过oled屏幕上显示的相关电力参数进行分析，做出人为干预。从而实现配电网远动终端rtu装置的基本功能。
19.本发明可以在不影响rtu基本功能的情况下，更好的维护rtu的稳定性、安全性以及提高经济效益。
20.第一，对于图2的核心模块电路图，核心模块主要由三部分组成：(1)cpu；(2)时钟信号电路；(3)复位电路。这主要是考虑到，时钟信号电路可以为rtu提供工作需要的时钟信号，而当cpu出现故障时，核心模块就能迅速执行复位动作。
21.第二，本发明选择的微处理芯片是stm32系列单片机，其具有数据采集速度快、处理能力强、耗能低等优点。
22.第三，在电力参数采样电路中，本发明采用交流采样的方式，提高了稳定性。在采样电路中运用的是im1281b单相交流电能计量模块，对电力参数的有效值进行测量，提高了精确度。
23.第四，本发明除设计有滤波电路外，电源电路是以ams1117-3.3为主体进行设计的，ams1117-3.3是一种输出电压为3.3v的正向低压降稳压器，具有一定的稳压作用，电力参数采样的精确度得到保障和提升。
附图说明
24.图1是本发明提供优选实施例本发明的硬件设计总体方案图。
25.图2为本发明的核心模块电路图。
26.图3为本发明的复位电路图。
27.图4为本发明的时钟信号电路图。
28.图5为本发明的电力参数采样电路图。
29.图6为本发明的显示模块电路图。
30.图7为本发明的键盘输入电路图。
31.图8为本发明的led指示灯电路图。
32.图9为本发明的电源电路设计图。
33.图10为本发明的电源开关电路设计图。
34.图11为本发明的滤波电路设计图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
36.本发明解决上述技术问题的技术方案是：
37.一种配电网远动终端rtu装置，其包括：核心模块1、采样模块2、人机交互模块3和电源模块4，所述核心模块1设有复位电路5和时钟信号电路6，所述采样模块2设有电力参数采样电路7，所述人机交互模块3设有显示模块电路8、键盘输入电路9和led指示电路10，所述电源模块4设有电源电路11、电源开关电路12和滤波电路13，其中，复位电路用于使电路恢复到起始位置，时钟信号电路用于产生rtu工作所需要的时钟信号，电力参数采样电路用于运用交流采样的方式采集相关电力参数，显示模块电路用于显示采集到的相关电力参数，键盘输入模块电路用于输入人工指令对rtu的运行状态进行人工干预，led指示电路用于指示rtu的工作状态，电源电路用于为rtu供电，电源开关电路用于控制系统总电源，和滤
波电路用于减少因电源产生的高频杂波和电压波动的影响，所述电力参数采样电路7分别与显示模块电路8、键盘输入电路9和led指示电路10连接，所述复位电路5分别与键盘输入电路9和电源电路11连接，所述时钟信号电路6与电力参数采样电路7连接，所述电源电路11分别与电源开关电路12、滤波电路13、电力参数采样电路7、显示模块电路8、led指示电路10和复位电路连接。
38.并且把连接关系描述出来，比如核心模块分别与哪些模块相连接？电力参数采样电路与哪些模块相连接。
39.优选的，所述时钟信号电路的作用是用来产生rtu工作所需要的时钟信号，采用晶振进行时钟电路的设计，晶振通过振荡电路起振形成与晶振频率相应的时钟信号，晶振连接在核心模块stm32的输入osc_in引脚和输出osc_out引脚上。
40.优选的，所述核心模块采用stm32系列的cpu，主要包括复位电路和时钟信号电路两个部分，其中，时钟信号电路连接在核心模块stm32的输入osc_in引脚和输出osc_out引脚上，复位电路连接在nrst引脚上。可以结合图2对其进行文字描述，还包括哪些外围电路或者管脚。
41.优选的，所述电力参数采样电路采用im1281b单相交流电能计量模块。
42.优选的，所述复位电路包括电感r15、电容c13、复位器reset1，电感r15的一端与vcc相连接，电感r15的另一端分别与复位器reset1、电容c13相连接，复位器reset1、电容c13分别接地。
43.优选的，所述显示模块采用了oled显示屏。
44.优选的，所述电源电路采用了ams1117-3.3稳压器，用于为rtu提供3.3v、5v、12v电源，ams1117-3.3是一款低压差的线性稳压器，当输出1a电流时，输入输出的电压差典型值仅为1.2v。
45.优选的，所述键盘输入电路6*6mm的按键key1和key2分别一端与电感r8和电感r9相连接，另一端接地，led指示电路4个led指示灯分别一端串联一个电感，另一端接地，电源开关电路开关sw1引脚6与vcc相连接，引脚5与电容c6相连接，电容c6的另一端接地，滤波电路并联4个10uf的电容c14、c15、c16和c17，避免其在高频杂波中失效。
46.图1为本发明的硬件设计总体方案图。其中，在核心模块的电路设计中，主要考虑三个方面：第一是cpu；第二是时钟信号电路；第三是复位电路。时钟信号电路的作用是用来产生rtu工作所需要的时钟信号。本发明采用晶振进行时钟电路的设计，晶振通过振荡电路起振形成与晶振频率相应的时钟信号，晶振连接在stm32的osc_in和osc_out引脚上。复位电路的作用是当cpu出现故障时，复位电路可以快速做出反应，确保rtu装置正常运行。在电力参数采样方面，对比直流采样和交流采样两种方式，因直流速度较慢，时效性差且误差大，最终采用了交流采样的方式，其工作原理是通过采集交流瞬时值获得有效数值，再将连续信号离散化，然后通过相关的计算得到真实值。在本发明中，采用了im1281b单相交流电能计量模块，它在交流充电桩、路灯监控、基站监控等许多行业都有所应用，其功能十分全面，可以采集单相交流电参，包括电压、电流、功率、功率因数、频率、电能、温度等，基本符合电力参数采样电路的设计要求。对于相关电力参数采集后如何显示和利用的问题，就由显示模块来完成，本发明的显示模块采用了oled显示屏，oled显示屏的优势明显高于lcd显示屏。由于lcd有液晶层和背光层的存在，其厚度也会高于oled，如果在rtu中使用oled就可以
减少rtu的体积，在更小的体积内提升rtu的性能。在配电网远动终端rtu装置的运行过程中，人机交互模块是必不可少的，本发明中设计有键盘输入模块可进行人工介入控制，可以有效的对一些突发状况进行反应。同时本发明设有4个led指示灯来指示rtu的工作状态，当系统出现故障时，起到指示报警的作用，便于操作人员迅速做出判断。对于电源电路的设计，本发明采用了ams1117-3.3稳压器为rtu提供3.3v、5v、12v电源，ams1117-3.3是一款低压差的线性稳压器，当输出1a电流时，输入输出的电压差典型值仅为1.2v。为确保电源电压的稳定性，在本发明中加入了滤波电路，避免系统因电源产生的高频杂波和电压波动而受到影响，使电源的电能供给更加稳定，提高了系统的稳定性。对于电源开关电路的设计，本发明加入了一个led指示灯，可以更加直接方便的观察rtu是否处于运行状态。
47.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
48.以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。