接地电阻及雷击无线监测传输仪的制作方法

1.本发明属于电力测量技术领域，具体涉及雷电灾害防御，静电灾害预防技术领域，更具体地说，是一种接地电阻及雷击无线监测传输仪。


背景技术：

2.接地电阻是衡量接地状态是否良好的一个重要参数，各种设备机构筑物的接地电阻值是电力、铁路等行业防雷需求的一个重要技术指标，现有技术中，接地电阻一般由人工在现场测量，不能自动测量也不能连续监测，不能无线传输数据；而且，雷击次数也不能无线自动传输，只能在机器上查看，大大降低了测量效率。


技术实现要素：

3.本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种接地电阻及雷击无线监测传输仪，以实现接地电阻及雷击次数的无线监测和传输。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种接地电阻及雷击无线监测传输仪，包括单片机、接地电阻测量模块、ad转换电路、雷击检测模块、电压监测模块、温度采集模块和通信模块，
5.所述接地电阻测量模块包括高压方波产生电路、恒流电路和信号采集电路，高压方波产生电路和恒流电路产生的交流电恒流信号输出至接地体，接地体出采集的电压信号经信号采集电路、ad转换电路后输出至单片机；
6.所述雷击检测模块包括电流互感器和信号转换电路，所述电流互感器的感应信号经信号转换电路进行经限幅、极性变换、光电转换后输出至单片机；
7.所述温度采集模块用于采集环境温度后输出至单片机；
8.所述电压监测模块用于采集电池电压后输出至单片机；
9.所述通信模块与所述单片机连接，用于将单片机与上位机连接，包括232通信电路、485通信电路和蜂窝移动网络通信电路。
10.所述信号转换电路包括瞬态抑制双向二极管d13、d14，电阻r29、r32，全桥整流模块d10，光耦u19，电阻r42，全桥整流模块d10的ac引脚1经接地线端子j14连接感应信号的一端，ac引脚2经电阻r29、电阻r32、接地线端子j14连接感应信号的另一端，瞬态抑制双向二极管d13、d14的一端与全桥整流模块d10的ac引脚1连接，另一端经电阻r29与全桥整流模块d10的ac引脚2连接，全桥整流模块d10的v 引脚与光耦u19的输入正极连接，全桥整流模块d10的v-引脚与光耦u19的输入负极连接，光耦u19的输出正极与单片机连接，其输出正极还通过电阻r42连接电源正极，光耦u19的输出负极接地。
11.所述ad转换电路包括放大器u15、线性光耦u12和ad转换芯片u14，所述信号采集电路输出的信号依次经放大器u15、线性光耦u12和ad转换芯片u14后输出至单片机。
12.所述电压监测模块包括：采样电阻vr4和ad转换芯片u18，所述采样电阻vr4的一端与电池正极连接，另一端与地连接，采样电阻vr4的采样端子与ad转换芯片u18的输入端连
接，ad转换芯片u18的输出端与所述单片机连接。
13.所述的一种接地电阻及雷击无线监测传输仪，还包括独立时钟电路，所述独立时钟电路采用型号为ds1302的时钟芯片。
14.所述蜂窝移动网络通信电路采用air724ug通信模块，所述232通信电路采用max232芯片，所述485通信电路采用max485芯片。
15.所述的一种接地电阻及雷击无线监测传输仪，还包括lcd显示模块和电源供电模块；所述lcd显示模块与所述单片机的输出端连接；所述电源供电模块用于供电。
16.本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
17.1、本实用新型提供了一种接地电阻及雷击无线监测传输仪，自动定时监测(记录)并发送接地电阻和雷击发生的时间，也能在机器上手工测量接地电阻，在机器的液晶显示屏上查看雷击记录。极大地节省人力物力，解决了接地电阻不能连续监测的难题。
18.2、采用4g、rs232及rs485等多种通讯方式，可以针对不同的用户需求，满足近距离和远距离的数据通信。
19.3、本实用新型内置充电控制器给锂电池充电，防止过充过放。通过单片机控制各功能模块的供电，最大程度地降低功耗，延长电池放电时间。
20.4、本实用新型的采用的器件成本低，在不影响功能的前提下，采用低端元器件降低成本，增加市场竞争力。
21.5、本实用新型还可以自动监测机器温度和电池电压，便于随时掌握机器的工作状态。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例提供的一种接地电阻及雷击无线监测传输仪的电路框图；
23.图2为本实用新型实施例中雷击信号转换电路的电路原理图；
24.图3为本实用新型实施例中电阻检测信号ad转换电路的电路原理图；
25.图4为本实用新型实施例中电池电压监测模块的电路原理图；
26.图5为本实用新型实施例中独立时钟电路的电路原理图；
27.图6为本实用新型实施例中蜂窝移动网络通信电路的电路原理图；
28.图7为本实用新型实施例中232通信电路的电路原理图；
29.图8为本实用新型实施例中485通信电路的电路原理图；
30.图9为本实用新型实施例中lcd显示模块的电路原理图；
31.图10为本实用新型实施例中电源供电模块的电路原理图；
32.图11为本实用新型实施例中温度采集电路的电路原理图；
33.图12为本实用新型实施例中单片机的电路原理图；
34.图13为本实用新型实施例中接地电阻测量的电路原理图。
具体实施方式
35.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分
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。
36.如图1所示，本实用新型实施例提供了一种接地电阻及雷击无线监测传输仪，包括单片机、接地电阻测量模块、ad转换电路、雷击检测模块、电压监测模块、温度采集模块和通信模块。所述接地电阻测量模块包括高压方波产生电路、恒流电路和信号采集电路，高压方波产生电路和恒流电路产生的交流电恒流信号输出至接地体，接地体出采集的电压信号经信号采集电路、ad转换电路后输出至单片机。所述雷击检测模块包括电流互感器和信号转换电路，所述电流互感器的感应信号经信号转换电路进行经限幅、极性变换、光电转换后输出至单片机。所述温度采集模块用于采集环境温度后输出至单片机。所述电压监测模块用于采集电池电压后输出至单片机。所述通信模块与所述单片机连接，用于将单片机与上位机连接，包括232通信电路、485通信电路和蜂窝移动网络通信电路。
37.进一步地，如图2所示，所述信号转换电路包括瞬态抑制双向二极管d13、瞬态抑制双向二极管d14、电阻r29、电阻r32、全桥整流模块d10、光耦u19、电阻r42，全桥整流模块d10的ac引脚1经接地线端子j14连接感应信号的一端，ac引脚2经电阻r29、电阻r32、接地线端子j14连接感应信号的另一端，瞬态抑制双向二极管d13、d14的一端与全桥整流模块d10的ac引脚1连接，另一端经电阻r29与全桥整流模块d10的ac引脚2连接，全桥整流模块d10的v 引脚与光耦u19的输入正极连接，全桥整流模块d10的v-引脚与光耦u19的输入负极连接，光耦u19的输出正极与单片机连接，其输出正极还通过电阻r42连接电源正极，光耦u19的输出负极接地。
38.所述信号转换电路中，电阻r29、r32是分压电阻，瞬态抑制双向二极管d13、d14起到嵌位电压的作用，防止烧坏后级电路；j14两端分别连接电流互感器的两端，感应电压经过分压和嵌位后被嵌位在6.8v以内，再经过瞬态抑制双向二极管d10得到固定极性直流电压，d10的v 引脚与光耦u19的输入正极连接，d10的v-引脚与光耦u19的输入负极连接，光耦u19的输出正极与单片机连接，其输出正极还通过电阻r42连接电源正极，光耦u19的输出负极接地；j13是信号测试端子，开关k2用于调试仪器，每按一次相当于产生一次雷击。由于雷击电流极大(大约在3万安培至30万安培之间)，直接测量雷击电流非常危险，本实用新型采用安全的罗哥夫斯基线圈电流互感器，这种互感器是无铁芯的、有开口的软体线圈，套在被测体上即可测量。取得的感应电压信号需经限幅、极性变换、光电转换，变成电压信号输入单片机。触发方式拟采用外部中断方式，中断服务程序记录雷击的次数和时间并存储在存储器内，存储器采用at24c08，共可存储64条记录。
39.进一步，如图13所示，为本实施例中接地电阻测量模块的电路原理图。该部分电路由高压方波发生器、恒流电路产生一个约700hz、50v的交流电恒流信号，从接地体开始的40m处施加交流信号，在其中点20m处采集电压信号，经过信号处理电路得到一个正比于电阻的模拟电压信号vl ，经过16位ad转换器u14(ads1110)转换成为数字信号，再输入单片机，根据欧姆定律的计算即可得到对应接地电阻的数字信号。ads1110是一个16位ad转换器，内置2.048v基准电压。
40.如图13所示，高压方波发生器电路为由开关变压器tr1的初级线圈l1、l2、l3，三极管q4、q6，电阻r30、r36、r38、r44，电容c34、c35、c38和二极管d8、d9组成自激震荡电路，在开关变压器tr1的次级线圈l4、l5分别产生约700hz、50v的交流方波信号。恒流电路由电容
c31，线圈l4、l5，三极管q3、二极管d5、d7，电阻r43、r24、r25、r26等组成。接线方式：j12是外部接线端子，按照土壤电阻三点测量法，三个端子e(接地端)、c(电流端)、p(电位端)分别连接三个接地桩且在一条直线上，e连接接地体；c距离e端40米，中点p距离e端20米。恒流电路产生的电流信号由线圈l4经由电阻r43输出至c端，线圈l5，电容c31，三极管q3，二极管d5、d7，电阻r25、r26、、r24组成稳流电路，控制信号是二极管d5两端的电压。信号采集电路中，外部接线端子j12的p端采集的电压信号经过电容c25、c26组成的无极性电容分成两路，一路经由可变电阻器vr2、电阻r21接至二极管d5负极，其作用是通过人工调节可变电阻器vr2校正二极管d5两端电压使其对应于接地电阻值；另一路是反馈电路，包括运算放大器u16(双运放)，电容c22，电阻r19、r20、r27、r28、r31、r33、r35、r40、r41、r45、r46，三极管q7，电容c27、c29，其作用是根据p端电压自动校正二极管d5两端电压。二极管d5两端直流电压经过电阻r16、电容c32组成的rc滤波电路及开关sw1后，得到vl 信号，即是对应于接地电阻的直流输出电压，输出至ad转换电路，开关sw1仅在调试机器时有用，工作时接通。
41.进一步地，如图3所示，所述ad转换电路包括放大器ad620模块、线性光耦u12和ad转换芯片u14，所述信号采集电路输出的vl 信号依次经放大器ad620模块、线性光耦u12和ad转换芯片u14后输出至单片机。其中，ad620模块是高精度线性放大器，线性光耦u12的型号为a7840，ad转换芯片u14的型号为ads1110。
42.进一步地，如图4所示，所述电压监测模块包括：采样电阻vr4和ad转换芯片u18，所述采样电阻vr4的一端与电池正极连接，另一端与地连接，采样电阻vr4的采样端子与ad转换芯片u18的输入端连接，ad转换芯片u18的输出端与所述单片机连接。通过电压监测模块，可以随时监测机器的工作电压，用adc0832监测内部电池电压并上传，adc0832是8位双通道ad转换器，把电池电压经a/d转换变成数字信号输入单片机。
43.进一步地，本实施例的一种接地电阻及雷击无线监测传输仪，还包括独立时钟电路，如图5所示，所述独立时钟电路采用型号为ds1302的时钟芯片。高性能、低功耗的实时时钟芯片ds1302，可以用来记录所有数据采集的时间，实现逐分钟或逐小时发送数据。此外，通信模块中的蜂窝移动网络通信电路可以利用4g模块获取网络时间以校准机器时钟。
44.进一步地，如图6所示，本实施例中，所述蜂窝移动网络通信电路采用air724ug通信模块。上海合宙通讯科技有限公司生产的air724ug通信模块，它是一款超小型的4gcat.1bis模块，最大下行速率10mbps，最大上行速率5mbps，同时兼容移动、联通、电信网络，完全满足通信需求，性价比高；兼容单片机串口的ttl电平，实现4g传输。内置看门狗，保证不宕机；支持多个云平台；支持在线固件升级、工作温度-35℃～ 75℃，低功耗。如图7～8所示，所述232通信电路采用max232芯片，所述485通信电路采用max485芯片。
45.进一步地，本实施例的一种接地电阻及雷击无线监测传输仪，还包括lcd显示模块和电源供电模块，其电路原理图如图9～10所示；所述lcd显示模块与所述单片机的输出端连接；所述电源供电模块用于供电。电源供电模块采用3组18650锂电池，每组额定电压3.7v，它具有重量轻、体积小、容量大的优点，配合太阳能电池板和充电控制器为无线监测传输仪供电。电源供电模块中，通过单片机控制光耦u11的通断，可以控制三极管q1的导通，进而控制稳压芯片u6的6v电源供电。j4是直流电源输入孔，二极管d2、d4是极性保护二极管，j5是连接内部锂电池的开关，开关s1是整机电源开关，电容c10、c11、c12、c19是滤波电容，三极管q1是受单片机控制的电子开关，电阻r10、r12、u11是控制三极管q1基极信号的元
件，稳压芯片u6是6v三端稳压器，为高压发生器提供6v电源；稳压器u8、u13均是5v三端稳压器，为提高电流输出能力所以并联使用，产生机器的5v主工作电压。电阻r14和发光二极管led3是机器的工作指示电路。ce1是单节锂电池，ce2是双节锂电池，ce3是充电控制模块。本实施例采用太阳能电池板给内置锂电池充电，其工作电压18v，有阳光时给锂电池充电，光照不足时由锂电池放电。为保护锂电池，由充电控制模块ce3控制：放电截止电压是3.3v，充电截止电压是4.2v。
46.如图11所示，为本实施例中温度采集电路的电路原理图，温度采集电路中，采用单总线温度传感器(ds18b20)，测量温度范围-55℃～ 125℃，误差最低可达
±
0.4℃，稳定性高、响应快、抗干扰、接线简单、性价比高，直接输出数字信号，可与单片机直接相连。采集温度的意义在于，通过实时温度来评估机器的工作环境。
47.如图12所示，为本实施例中单片机的电路原理图，单片机采用高速、低功耗、强抗干扰的8位单片机(stc89c54rc)，单片机控制程序采用c语言编程；内部的异步串行通信接口(uart)连接4g通信模块用以传输数据；为防止系统死机，利用内部的看门狗功能监控系统运行，一旦发生死机则立刻重启系统。在程序控制下可实现数据采集和逐分钟或逐小时数据发送。为防止系统长时间运行产生误差，定时重启，网络校准机器时钟。
48.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。