无线通讯式配电综合测录仪

1.一种无线通讯式配电综合测录仪，包括交-直流供电模块、电 压互感器、电流互感器、数模转换器(ADC)、第一数字信号处理器 (CPU1)、系统时钟及参数存储器、第一程序存储器、数据存储器、 第一外部逻辑电路，其特征是该测录仪还包括与第一数字信号处理器 (CPU1)连接的通讯模块接口和GPRS通讯卡，GPRS通讯卡包括第 二数字信号处理器(CPU2)、第二程序存储器、第二外部逻辑电路、 通讯接口模块、GPRS模块和SIM卡，第二数字信号处理器(CPU2) 经中断及控制线、数据总线、地址总线连接第二外部逻辑电路、第二 数字信号处理器(CPU2)经地址总线和数据总线连接第二程序存储 器，第二数字信号处理器(CPU2)通过通讯模块经串行通讯接口连 接第一数字信号处理器(CPU1)，与第一数字信号处理器(CPU1) 交换数据，同时第二数字信号处理器(CPU2)通过串并转换模块连 接GPRS模块，GPRS模块连接SIM卡，第二数字信号处理器(CPU2) 与GPRS模块和SIM卡进行数据交换，GPRS模块连接天线，数据信 号经天线发送出去。

技术领域\n本发明涉及一种配电系统电能质量综合监测和记录装置，该装置 集数据采集、数据分析、数据存储和数据传输与一体，用于配电系统 电能质量的实时监测和定期分析评估。\n背景技术\n目前，配电系统中常用的电能质量监测装置是由电气量采集(互 感器)、数据分析存储(16位单片机或DSP)、数据显示、通讯接口(RS232 或RS485)组成。将监测的电能质量指标在液晶屏幕上滚动显示，可 以在监测现场查看，或者由技术人员定期持专门抄表器到现场抄表， 将抄得数据带回监测中心，输入计算机中进行数据统计分析。但是， 采用此技术方案的监测装置有以下两个问题：1.单片机运算速度较慢， 不利于实时监测，尤其是电压电流的谐波监测。2.使用串行通讯接口， 需要技术人员定期用抄表器到现场抄表，抄表速度慢。由于是定期到 现场抄表，若出现问题可能无法及时发现，并且无法做到随时随地获 得实时监测数据，不利于供电部门及时对电能质量进行监测工作的实 施。若要实现远程抄表则需要专门布设通讯线路，加装通讯装置，费 用大，成本高。\n发明内容\n本发明克服了现有配电系统电能质量监测装置要定期到现场抄 表、不能实现远程实时监测的缺陷，提供一种无线通讯式配电综合测 录仪，该综合测录仪不仅能准确快速地测量配电系统的各项电能质量 指标，而且能够以无线方式进行通讯，将数据传送到远方，实现配电 系统电能质量的远程无线实时监测。\n本发明是这样实现的：一种无线通讯式配电综合测录仪，包括交- 直流供电模块、电压互感器、电流互感器、数模转换器、第一数字信 号处理器、系统时钟及参数存储器、第一程序存储器、数据存储器、 第一外部逻辑电路、与第一数字信号处理器连接的通讯模块接口和 GPRS通讯卡，GPRS通讯卡包括第二数字信号处理器、第二程序存 储器、第二外部逻辑电路、通讯接口模块、GPRS模块和SIM卡，第 二数字信号处理器经中断及控制线、数据总线、地址总线连接第二外 部逻辑电路、第二数字信号处理器经地址总线和数据总线连接第二程 序存储器，第二数字信号处理器通过通讯模块经串行通讯接口连接第 一数字信号处理器，与第一数字信号处理器交换数据，同时第二数字 信号处理器通过串并转换模块连接GPRS模块，GPRS模块连接SIM 卡，第二数字信号处理器与GPRS模块和SIM卡进行数据交换，GPRS 模块连接天线，数据信号经天线发送出去。\n本发明采用了基于GPRS的无线通讯方式，免去了技术人员现场 抄表的麻烦，只需支付合理的信息通讯费用，就能在各级监控中心进 行实时监控，且无需布设专门的通讯线路。选用高性能CPU芯片， 使得数据采集分析的速度更快、精度更高、数据存储量更大，既满足 了电力系统电能质量的定期分析，又适用于电能质量的实时监测和故 障报警。\n附图说明\n图1为本发明无线通讯式配电综合测录仪结构框图，图2为无线 通讯式配电综合测录仪数据采集、处理、存储部分的电路框图，图3 为通讯卡的电路框图。\n图中：1多路数模转换器(简称ADC)，2数字信号处理器(简称 CPU或DSP)，3数据存储，4系统时钟，5GPRS通讯卡，6通讯模 块。AC-DC供电模块：交-直流供电模块，CPU1：第一数字信号处理 器，CPU2：第二数字信号处理器，程序存储器1：第一程序存储器， 程序存储器2：第二程序存储器，外部逻辑电路1：第一外部逻辑电 路，外部逻辑电路2：第二外部逻辑电路。\n具体实施方式\n参见图1、图2、图3，一种无线通讯式配电综合测录仪，包括信 号采集、数据处理、数据通讯三部分。信号采集包括AC-DC供电模 块、电压、电流互感器、数模转换器ADC；数据处理包括第一数字信 号处理器CPU1、系统时钟及参数存储器、第一程序存储器、数据存 储器、第一外部逻辑电路；数据通讯包括与第一数字信号处理器CPU1 连接的通讯模块接口和GPRS通讯卡。\n参见图2，电源部分采用定制的AC-DC供电模块，采样电源同 时作为工作电源，无需另接电源，即使用三相交流供电。监测电压(二 次侧，相电压)可以从50V-350V；并且在电力系统缺相运行时(甚 至任意两相都缺电时)，配电综合测录仪都能维持正常工作。\n待监测电压、电流经电压、电流互咸器检测后得到的电压、电流 信号输入模数转换模块(包括运算放大电路和AD转换器)，AD转换 模块选用的ADC芯片是MAXIM公司的MAX125，该芯片采样精度 高，具有14位分辨率，采样频率76kHz(4通道)；内部集成采样保 持电路；并行输出，由电平转换模块将数字信号转换到适合第一数字 信号处理器CPU1芯片的3.3V电平；该芯片量程是±5V，差分输入， 模拟部分只需再加上简单量程放大电路即可，抗干扰能力强、精度高。\n第一数字信号处理器CPU1选用TI公司的32位浮点DSP- TMS320VC33。该芯片采用哈佛结构，4级流水线操作，指令执行周 期17ns，外设包括一个DMA控制器和一个缓冲串口。这样数据采集 和处理的速度快、精度高：全部监测量的刷新时间小于0.5s，精度为 0.5％；使用DS1553提供系统日期、时间，走时准确，时间误差小于 1s/星期，系统参数存储在DS1553中，停电时该芯片有锂电池供电， 数据可以保存十年不丢失；第一数字信号处理器CPU1连接第一外部 逻辑电路，第一外部逻辑电路采用CPLD-XC9572XL，实现模块接口、 时序控制等功能。采样结果送至第一数字信号处理器CPU1运算处理 (DFT变换、相关分析计算)后，用专门的flash存储器存储数据；flash 存储器还用作程序存储器，系统上电后，程序1(UI运算存储程序) 自动加载到第一数字信号处理器CPU1中运行。\n兼有两种通讯方式。1)RS232通讯：提供现场通讯的接口，可 以用作设备初装时的数据读取和参数设定，也可以用作定期设备检查 时数据读取端口。2)GPRS无线通讯：使用装置本身自带的GPRS通 讯模块无线发送数据，通过已有的公用通讯网络传输数据，无需申请 专线或布设电缆。其通讯速率高，最高上行波特率可达42.8kbps。该 通讯方式不仅可以用作设备的远程参数设定、定期数据读取，还可以 用来进行远程无线实时数据监测。\nGPRS(General Packet Radio Service)通用分组无线业务，是在 现有的GSM系统上发展出来的一种分组数据承载系统。适用于间断 的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量 传输。\n参见图3，GPRS通讯卡包括第二数字信号处理器CPU2、第二程 序存储器、第二外部逻辑电路、通讯接口模块(通讯模块和串并转换 模块)、GPRS模块和SIM卡，第二数字信号处理器CPU2经中断及 控制线、数据总线、地址总线连接第二外部逻辑电路，第二外部逻辑 电路与第一外部逻辑电路相同，采用CPLD-XC9572XL，实现模块接 口、时序控制等功能；第二数字信号处理器CPU2经地址总线和数据 总线连接第二程序存储器，第二程序存储器只用于存储程序，系统上 电后，程序2(GPRS通讯程序)自动加载到第二数字信号处理器CPU2 中运行，第二数字信号处理器CPU2完成数据通讯、数据暂存、GPRS 网络登陆、通讯连接建立、通讯协议实现等任务；第二数字信号处理 器CPU2通过通讯模块经串行通讯接口连接第一数字信号处理器 CPU1，与第一数字信号处理器CPU1交换数据；同时第二数字信号 处理器CPU2通过串并转换模块连接GPRS模块，GPRS模块连接SIM 卡，第二数字信号处理器CPU2与GPRS模块和SIM卡进行数据交换， GPRS模块连接天线，数据信号经天线发送出去。第二数字信号处理 器CPU2与第一数字信号处理器CPU1相同，选用TI公司的32位浮 点DSP-TMS320VC33。GPRS模块采用CMS91-80。本发明的实 施例选用工业级芯片，工作温度从-20℃--80℃，采用防火、抗电磁干 扰外壳，完全适应电力配电系统的工作环境。