一种变压器台电能数据采集终端及应用所述数据采集终端实现数据采集的方法 【技术领域】
本发明涉及一种电能数据采集终端。
背景技术
变压器台是指在一个绝缘保护壳体内固定有变压器、避雷器、电能表等装置的电能转化设施。由于变压器台具有分布不集中，使用地域广，负荷差别大，使用季节性、时段性强，无法及时反馈被破坏信息等一系列缺点，这给变压器台的数据采集和管理带来很大困难。
传统的数据采集采用人工读数、手写记录的方式实现，因此，采集到的数据及时性、准确性和一致性较差，近几年来，利用数据采集终端对电能表进行数据采集和远程传输，能够有效的提高数据的准确率。就现有的数据采集终端而言，在数据采集接口出现故障时，数据采集终端无法正常工作，对其及时、无缺失地进行采集数据带来了很大的不便。
【发明内容】
本发明的目的是为解决现有的数据采集终端在数据采集接口出现故障时无法继续进行数据采集的问题，提供了一种变压器台电能数据采集终端及应用所述数据采集终端实现数据采集的方法。
本发明是通过下述方案予以实现的：一种变压器台电能数据采集终端，它包括控制电路、主站通讯接口电路、无线通讯模块、电源供电电路、内部时钟电路、Flash存储器、服务接口电路、电池和数据采集接口电路，控制电路的通讯接口信号输入输出端与主站通讯接口电路的通讯接口信号输入输出端相连，主站通讯接口电路的输入输出端与无线通讯模块的输入输出端相连，电池的电压输出端与无线通讯模块的电压输入端相连，内部时钟电路的时钟信号输出端与控制电路的时钟信号输入端相连，控制电路的存储数据输入输出端与Flash存储器的存储数据输入输出相连，控制电路的读取数据输入端与服务接口电路的读取数据输出端相连，电源供电电路的四个电压输出端分别与控制电路的电压输入端、主站通讯接口电路的电压输入端、Flash存储器的电压输入端和服务接口电路的电压输入端相连，所述的数据采集接口电路由一号接口芯片、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、一号防雷管、电感L1、电感L2和电压抑制器组成，控制电路的第一收/发控制信号输出端分别与一号接口芯片的第一接收控制信号输入端和第一发送控制信号输入端相连，控制电路的第一发送数据输出端与一号接口芯片的第一发送数据输入端相连，一号接口芯片的第一接收数据输出端分别与控制电路的第一接收数据输入端及电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电源供电电路的一个电压输出端相连，一号电表接口的一个采集数据输出端分别与一号防雷管的一端、电阻R4的一端及电感L1的一端相连，一号电表接口的另一个采集数据输出端分别与一号防雷管的另一端、电阻R4的另一端及电感L2的一端相连，电感L1的另一端分别与电压抑制器的一端、电阻R2的一端及一号接口芯片的第一采集数据输入端相连，电感L2的另一端分别与电压抑制器的另一端、电阻R2的另一端及一号接口芯片的第二采集数据输入端相连，电源供电电路的一个电压输出端分别与一号接口芯片的电压输入端、电阻R1地一端相连，电阻R1的另一端与一号接口芯片的第一采集数据输入端相连，一号接口芯片的第二采集数据输入端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与一号接口芯片的地线相连并接地，它还包括数据采集扩展接口电路，所述的数据采集扩展接口电路由二号接口芯片、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、二号防雷管和二号电表接口组成，控制电路的第二收/发控制信号输出端分别与二号接口芯片的第一接收控制信号输入端和第一发送控制信号输入端相连，控制电路的第二发送数据输出端与二号接口芯片的第二发送数据输入端相连，二号接口芯片的第二接收数据输出端分别与控制电路的第二接收数据输入端及电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与电源供电电路的一个电压输出端相连，二号电表接口的一个采集数据输出端分别与二号防雷管的一端、电阻R9的一端、电阻R7的一端及二号接口芯片的第一采集数据输入端相连，二号电表接口的另一个采集数据输出端分别与二号防雷管的另一端、电阻R9的另一端、电阻R7的另一端及二号接口芯片的第二采集数据输入端相连，电源供电电路的一个电压输出端分别与二号接口芯片的电压输入端、电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与二号接口芯片的第一采集数据输入端相连，二号接口芯片的第二采集数据输入端与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与二号接口芯片的地线相连并接地。
所述的基于一种变压器台电能数据采集终端实现数据采集的方法，数据采集的过程为：
步骤一、对所述的一种变压器台电能数据采集终端上电，根据控制电路的微处理器设定的运行参数，将无线通讯模块电路与主站服务器建立无线连接；
步骤二、控制电路中的微处理器根据设定的任务，在既定的时间，响应内部时钟的中断请求，通过数据采集接口电路对电能表进行数据采集，当数据采集接口电路出现故障时，控制电路屏蔽相应的接口，同时触发数据采集扩展接口电路的相应接口，将采集到的数据存储在Flash存储器中；
步骤三、通过无线通讯模块，主站定时或是随时读取存储在数据采集终端的Flash存储器中的数据。
本发明所述的数据采集终端中设计有数据采集扩展接口电路，所述的控制电路对数据采集接口电路起到监控的作用，当数据采集接口电路出现故障无法正常采集电能表数据时，数据采集扩展接口电路由微处理器控制，代替数据采集接口电路对电能表进行数据采集，数据采集扩展接口电路与数据采集接口电路也可以同时工作，能够高效地对多种类型的电能表同时进行数据采集，本发明用于变压器台的数据采集，使供、配电管理部门及时准确地掌握了变压器台的使用情况，而且降低了管理费用，加大了用电监督力度。
【附图说明】
图1是具体实施方式一中所述的一种变压器台电能数据采集终端的结构示意图；图2是具体实施方式4的结构示意图；图3是具体实施方式五的结构示意图；图4是具体实施方式六的结构示意图；图5是具体实施方式七的流程图。
【具体实施方式】
具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。一种变压器台电能数据采集终端，它包括控制电路1、主站通讯接口电路2、无线通讯模块3、电源供电电路4、内部时钟电路5、Flash存储器6、服务接口电路7、电池8和数据采集接口电路9，控制电路1的通讯接口信号输入输出端与主站通讯接口电路2的通讯接口信号输入输出端相连，主站通讯接口电路2的输入输出端与无线通讯模块3的输入输出端相连，电池8的电压输出端与无线通讯模块3的电压输入端相连，内部时钟电路5的时钟信号输出端与控制电路1的时钟信号输入端相连，控制电路1的存储数据输入输出端与Flash存储器6的存储数据输入输出相连，控制电路1的读取数据输入端与服务接口电路7的读取数据输出端相连，电源供电电路4的四个电压输出端分别与控制电路1的电压输入端、主站通讯接口电路2的电压输入端、Flash存储器6的电压输入端和服务接口电路7的电压输入端相连，所述的数据采集接口电路9由一号接口芯片T1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、一号防雷管Q1、电感L1、电感L2和电压抑制器P1组成，控制电路1的第一收/发控制信号输出端KM1分别与一号接口芯片T1的第一接收控制信号输入端RE1和第一发送控制信号输入端DE1相连，控制电路1的第一发送数据输出端TX1与一号接口芯片T1的第一发送数据输入端DI1相连，一号接口芯片T1的第一接收数据输出端RO1分别与控制电路1的第一接收数据输入端RX1及电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电源供电电路4的一个电压输出端相连，一号电表接口J1的一个采集数据输出端分别与一号防雷管Q1的一端、电阻R4的一端及电感L1的一端相连，一号电表接口J1的另一个采集数据输出端分别与一号防雷管Q1的另一端、电阻R4的另一端及电感L2的一端相连，电感L1的另一端分别与电压抑制器P1的一端、电阻R2的一端及一号接口芯片T1的第一采集数据输入端A1相连，电感L2的另一端分别与电压抑制器P1的另一端、电阻R2的另一端及一号接口芯片T1的第二采集数据输入端B1相连，电源供电电路4的一个电压输出端分别与一号接口芯片T1的电压输入端VCC1、电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与一号接口芯片T1的第一采集数据输入端A1相连，一号接口芯片T1的第二采集数据输入端B1与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与一号接口芯片T1的地线GND1相连并接地，它还包括数据采集扩展接口电路10，所述的数据采集扩展接口电路10由二号接口芯片T2、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、二号防雷管Q2和二号电表接口J2组成，控制电路1的第二收/发控制信号输出端KM2分别与二号接口芯片T2的第一接收控制信号输入端RE2和第一发送控制信号输入端DE2相连，控制电路1的第二发送数据输出端TX2与二号接口芯片T2的第二发送数据输入端DI2相连，二号接口芯片T2的第二接收数据输出端RO2分别与控制电路1的第二接收数据输入端RX2及电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与电源供电电路4的一个电压输出端相连，二号电表接口J2的一个采集数据输出端分别与二号防雷管Q2的一端、电阻R9的一端、电阻R7的一端及二号接口芯片T2的第一采集数据输入端A2相连，二号电表接口J2的另一个采集数据输出端分别与二号防雷管Q2的另一端、电阻R9的另一端、电阻R7的另一端及二号接口芯片T2的第二采集数据输入端B2相连，电源供电电路4的一个电压输出端分别与二号接口芯片T2的电压输入端VCC2、电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与二号接口芯片T2的第一采集数据输入端A2相连，二号接口芯片T2的第二采集数据输入端B2与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与二号接口芯片T2的地线GND2相连并接地。
本实施方式中所述的一号接口芯片T1与二号接口芯片T2的型号均为TI184。
本发明所述的数据采集接口电路9能够接入国内外主要电能表，实现采集包括普通电能表、多功能电能表、台区考核表和电压考核表在内的各种电能表的电能量、需量、变量和参变量等参数。对于未能接入的电能表，亦可根据其电能表通讯规约进行定制。
性能指标：
1.可接入的电能表通讯规约有DL/T645、IEC62056-21、DLMS、ION等；
2.所述的数据采集接口电路9及数据采集扩展接口电路10也可以作为设置服务口和终端运行状态监视接口；
3.可接入的电能表通讯接口类型为RS485，亦可根据用户需求定制；
4.本发明所述的数据采集终端可同时检测36块电能表，根据用户需要将其扩展为两路，将接入的电能表平均分配到各个电能表通讯接口，并行采集数据，采用此种方式，能够提高数据采集效率、保证了采集数据量的实时性。
本实施方式所述的电源供电电路4根据其不同的电路构成方式能够实现输出为内置交直流两用电源。
所述的电源供电电路4支持交流电源的输入电压范围为160～400V，频率为47～65Hz，电源供电电路4支持直流电源的输入电压范围为80～300V。
所述的电源供电电路4，使得本发明所述的一种变压器台电能数据采集终端在电磁兼容性方面具有以下特点：
1. 所述的电源供电电路4能够抵御4kV的高频干扰；
2. 所述的电源供电电路4抗快速瞬变脉冲群能力为4kV；
3. 所述的电源供电电路4能够抵御4kV的浪涌冲击；
4. 所述的数据采集终端抗静电能力为8kV的空气放电；
5. 所述的数据采集终端能够承受400A/m连续正弦波的工频磁场干扰；
6. 交变湿热性能符合GB/T13729-1992中4.7规定。
本实施方式所述的内部时钟电路5对控制电路1的微控制芯片提供固定的时钟周期，保持跟踪时间和日期等信息，时钟准确度误差低于0.1秒/天，并可根据获得的移动通讯网络的时间自动校时。
本实施方式所述的Flash存储器6是近些年发展起来的新型非易失性存储器，它具有掉电数据不丢失、快速的数据存取速度、电可擦除、容量大、在线可编程、价格低廉以及多达十万次的擦写次数和较高的可靠性等诸多优点，本实施方式中Flash存储器6用于存储大量的实时数据、历史数据及事件记录，Flash存储器6容量为8MB，可根据实际需要对其进行扩展。
本实施方式所述的服务接口电路7连接电脑，通过电脑的输入信息可以更改本发明所述的数据采集终端的运行参数。
本实施方式所述的电池8用于对无线通讯模块3供电，保持无线通讯模块3的内部信息。
本发明所述的一种变压器台电能数据采集终端，采用低功耗设计，能够减少线路损耗。对于不同的配置模块及工作方式，所述的数据采集终端整机功耗小于2W。
本发明所述的一种变压器台电能数据采集终端具有内部保护功能，能够实现自诊断和自恢复功能。
本发明所述的一种变压器台电能数据采集终端，采集周期根据用户具体需求，可编程设定。
本发明所述的数据采集终端中设计有数据采集扩展接口电路，所述的控制电路1对数据采集接口电路9起到监控的作用，当数据采集接口电路9出现故障无法正常采集电能表数据时，数据采集扩展接口电路10由微处理器控制，代替数据采集接口电路9对电能表进行数据采集，数据采集扩展接口电路与数据采集接口电路也可以同时工作，能够高效地对多种类型的电能表同时进行数据采集，本发明用于变压器台的数据采集，使供、配电管理部门及时准确地掌握了变压器台的使用情况，而且降低了管理费用，加大了用电监督力度。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的一种变压器台电能数据采集终端的不同之处在于，所述的控制电路1的微处理器采用ATmega2560系列单片机芯片实现。
本发明采用的ATmega2560系列单片机芯片是一款高性价比、抗干扰能力强、功能齐全的芯片，适合C语言及汇编语言混合编程。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的一种变压器台电能数据采集终端的不同之处在于，所述的无线通讯模块3的类型选择为GPRS通讯模块、CDMA通讯模块、MODEM专线或拨号通讯模块、数传电台通讯模块、蓝牙通讯模块或是以太网通讯模块中的一种。
本实施方式所述的无线通讯模块3是可更换的。
主站通讯接口电路2可以实现对无线通讯模块3的连接，根据无线通讯模块3的类型选择相应的主站通讯接口电路2的接口类型，主站通讯接口电路2根据实际情况设定为GPRS接口、CDMA接口、MODEM专线或拨号接口、数传电台接口、蓝牙接口和以太网接口中的一个类型，并可根据具体需要进行扩展。
具体实施方式四：下面结合图2具体说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所述的一种变压器台电能数据采集终端的不同之处在于，它还包括环境加热电路13，所述的环境加热电路13由继电器S、加热电阻Rh组成，控制电路1的温度控制信号输出端与继电器S的控制端相连，第二电源14通过继电器S对加热电阻Rh进行加热。
本实施方式中控制电路1通过检测电源供电电路4中热敏电阻的阻值，判断外界环境的温度，当环境温度过低时，控制电路1的微处理器输出控制信号，使继电器S的线圈两端加上一定的电压，此时线圈中会流过一定的电流，从而产生电磁效应，带衔铁的动触点在电磁力的吸引力作用下与常闭触点吸合，达到了电路的导通目的，使得接在第二电源14两个输出端的加热电阻Rh开始工作，产生热量，改变电源供电电路4的工作环境。
本实施方式所述的电能数据采集终端能够在超低温的环境下进行工作，根据温度、湿度、雷击等各种恶劣条件，合理设计各功能电路的结构和各模块的安装方式，使其具有稳定的工作性能和超强的抗干扰能力。在无凝露的情况下，能够在相对湿度低于95%的环境下均可正常工作；运行温度范围宽，能够在-40°至70°范围内正常工作，适合于国内外大部分地域。
具体实施方式五：下面结合图3具体说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所述的一种变压器台电能数据采集终端的不同之处在于，它还包括RAM存储器11，控制电路1的缓存数据输入输出端与RAM存储器11的缓存数据输入输出端相连，电源供电电路4的电压输出端与RAM存储器11的电压输入端相连。
本实施方式增加了用于存储大量的实时数据的RAM存储器11，RAM存储器11的特点是速度快，读写功耗极低。采用RAM存储器11作为微处理器与Flash存储器6之间的一个中间站，用以提高系统的整体性能。
微处理器控制采集端口采集数据，并将采集得到的数据存储在RAM存储器11中，当数据采集完成后，将RAM存储器11中的数据转存到Flash存储器6。
具体实施方式六：下面结合图4具体说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一及具体实施方式三所述的一种变压器台电能数据采集终端的不同之处在于，它还包括LED显示电路12，控制电路1的显示信号输出端与LED显示电路12的显示信号输入端相连，电源供电电路4的电压输出端与LED显示电路12的电压输入端相连。
本发明所述的LED显示电路12包括4个指示灯，分别表示运行状态、电表采集状态、主站与数据采集终端状态和无线网络状态。采用指示灯作为显示装置，成本低，能够清楚明确的显示各部分的运行状况。
具体实施方式七：下面结合图5具体说明本实施方式。本实施方式所述的是基于具体实施方式一至六任意一种基于变压器台电能数据采集终端实现数据采集的方法的过程为：
步骤一、对所述的一种变压器台电能数据采集终端上电，根据控制电路1的微处理器设定的运行参数，将无线通讯模块电路3与主站服务器建立无线连接；
步骤二、控制电路1中的微处理器根据设定的任务，在既定的时间，响应内部时钟的中断请求，通过数据采集接口电路9对电能表进行数据采集，当数据采集接口电路9出现故障时，控制电路1屏蔽相应的接口，同时触发数据采集扩展接口电路10的相应接口，将采集到的数据存储在Flash存储器6中；
步骤三、通过无线通讯模块3，主站定时或是随时读取存储在数据采集终端的Flash存储器6中的数据。
在步骤二中，所述的控制电路1对数据采集接口电路9起到监控的作用，当数据采集接口电路9出现故障无法正常采集电能表数据时，数据采集扩展接口电路10由微处理器控制，代替数据采集接口电路9对电能表进行数据采集。
在步骤二中，当所述的数据采集终端无法采集电能表的数据，控制电路1中的微处理器可根据定制参数，补抄未采集到的数据。
在步骤三中，主站还可获得微处理器记录的系统事件、电能表事件及采集终端事件。
通过观测LED显示电路12的指示灯状态，可以检测本发明所述的数据采集终端的工作运行状态。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式七所述的一种变压器台电能数据采集终端实现数据采集的方法的进一步限定，在步骤一中所述的运行参数是通过本地RS485接口或是远方主站进行设置的。
所述的通过本地RS485接口进行设置，是指服务接口电路7的通讯接口类型是RS485，计算机通过服务接口电路7连接本发明所述的数据采集终端，改变计算机中设定的信息即实现对本发明所述的数据采集终端运行参数的更改。
所述的通过远方主站进行设置，是指主站通过固网或是移动网络实现对所述的数据采集终端的远程控制。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式七所述的一种变压器台电能数据采集终端实现数据采集的方法的进一步限定，在步骤二中它增加了以下步骤：
当所述的数据采集终端包括RAM存储器11时，则将采集到的数据先存入RAM存储器11中，待数据采集完成后，再将RAM存储器11中的数据转移到Flash存储器6。