一種適用于智能變電站用的高精度電池巡檢測量電路的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種適用于智能變電站的高精度電池巡檢測量電路的產(chǎn)品，具體涉及一種適用于智能變電站用的高精度電池巡檢測量電路。

背景技術(shù)：

隨著近幾年我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在電力、建筑等行業(yè)使用的設(shè)備越來越多，設(shè)備也越來越重要，大部分要求不間斷供電和緊急情況時(shí)可及時(shí)供電。目前，市場上通常是通過使用多節(jié)蓄電池串聯(lián)方式解決此類問題。這樣就需要及時(shí)準(zhǔn)確的了解蓄電池組的設(shè)備狀態(tài)，以便做到緊急供電時(shí)的安全性和高可靠性。如果采用多通道蓄電池電壓采集或每節(jié)蓄電池配備檢查裝置通信，在實(shí)際應(yīng)用中，不能高效、精確的采集所接入蓄電池狀態(tài)信號(hào)，在與遠(yuǎn)端控制設(shè)備之間通信較為復(fù)雜，不能主動(dòng)上送問題蓄電池告警信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，公開了一種適用于智能變電站用的高精度電池巡檢測量電路。通過實(shí)時(shí)采集蓄電池組內(nèi)單節(jié)蓄電池的電壓等參數(shù)來監(jiān)測和管理智能變電站內(nèi)部的直流供電系統(tǒng)，為變電站內(nèi)各類設(shè)備的安全穩(wěn)定可靠的運(yùn)行保駕護(hù)航。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種適用于智能變電站用的高精度電池巡檢測量電路，包括：電源模塊、處理器模塊、多通道切換模塊、單通道電壓隔離采集模塊、溫度采集電路、串口通信模塊和顯示模塊，所述單通道電壓隔離采集模塊和溫度采集電路的輸出端連接處理器模塊，所述處理器模塊的輸出端連接多通道切換模塊、串口通信模塊和顯示模塊，所述電源模塊為處理器模塊、單通道電壓隔離采集模塊、溫度采集電路和顯示模塊供電。

進(jìn)一步地，所述電源模塊包括220VDC轉(zhuǎn)12VDC輸出電路和12VDC轉(zhuǎn)5VDC輸出電路；

其中220VDC轉(zhuǎn)12VDC輸出電路將外部接入的220V直流電通過壓敏電阻RV1、限流保險(xiǎn)絲F1與DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片LH05-10B12連接產(chǎn)生12VDC，DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片的輸出端設(shè)置退耦電容C1、C2、C3；

12VDC轉(zhuǎn)5VDC輸出電路包括前置退耦電容C5、C7，DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片AP1501、儲(chǔ)能電感L1，瞬態(tài)抑制二極管D5和輸出退耦電容C6、C8、C11，其中12VDC直流電源通過前置退耦電容C5、C7與DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片AP1501的輸入端連接，DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片AP1501的OUT端連接儲(chǔ)能電感L1的一端和瞬態(tài)抑制二極管D5的負(fù)極，儲(chǔ)能電感L1的另一端連接輸出退耦電容C6、C8、C11，瞬態(tài)抑制二極管D5的正極接地。

進(jìn)一步地，所述處理器模塊采用ARM處理器芯片NUC100，電容C18、C19與晶體Y1組成了ARM處理器芯片NUC100的時(shí)鐘電路，J11為ARM處理器芯片NUC100的TTL串口調(diào)試接口，電阻R11、電容C17與D7組成了低電平復(fù)位電路，C25、C26、C27、C29為NUC100芯片的電源退耦電容。

進(jìn)一步地，所述多通道切換模塊包括限流電阻R27和MOSFET繼電器G3VM-3F，處理器模塊通過GPIO口控制MOSFET繼電器G2VM-3F來實(shí)現(xiàn)單節(jié)蓄電池的正負(fù)極端口的切入與切出。

進(jìn)一步地，所述單通道電壓隔離采集模塊包括SPI信號(hào)隔離芯片，直流電壓采集計(jì)量芯片和電源隔離模塊，5VDC通過電源隔離芯片使蓄電池電壓與處理器電壓之間實(shí)現(xiàn)電源隔離并產(chǎn)生5VDC_ISO為前端信號(hào)采集電路供電，并通過SPI信號(hào)隔離芯片實(shí)現(xiàn)前端SPI信號(hào)與處理器間的交互。

進(jìn)一步地，所述溫度采集模塊包括溫度傳感器LM75、運(yùn)算放大器LM358、電阻R17，R18，R19，R20，R21和濾波電容C29，溫度傳感器LM75的輸出端通過電阻R17與運(yùn)算放大器LM358的正極輸入端連接，運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端通過電阻R20接地，電阻R21的兩端分別連接運(yùn)算放大器LM358的負(fù)極輸入端和輸出端形成反饋電路，運(yùn)算放大器LM358的輸出端通過電阻R18和濾波電容C29輸出與處理器模塊連接。

進(jìn)一步地，所述串口通信模塊采用ADM2582E芯片，ADM2582E芯片輸入VDD_5V和GND經(jīng)隔離后輸出VCC_485和GND_485的隔離電源，從處理器模塊輸出的TTL電平發(fā)信號(hào)：UART_TXD、收信號(hào)：UART_RXD，方向控制信號(hào)：UART_DIR經(jīng)過ADM2582E芯片輸出隔離后差分信號(hào)RS485_A+和RS485_B-，在ADM2582E芯片的輸入端和輸出端分別設(shè)置輸入端退耦電容C49、C50、C57、C58和輸出端退耦電容C53、C54。

進(jìn)一步地，所述顯示模塊采用直插發(fā)光二極管，直插發(fā)光二極管的陽極經(jīng)電阻接5VDC電源，負(fù)端接處理器模塊的GPIO管腳。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型通過實(shí)時(shí)采集蓄電池組內(nèi)單節(jié)蓄電池的電壓等參數(shù)來監(jiān)測和管理智能變電站內(nèi)部的直流供電系統(tǒng)，為變電站內(nèi)各類設(shè)備的安全穩(wěn)定可靠的運(yùn)行保駕護(hù)航。它具備單通道隔離采集蓄電池組內(nèi)任一節(jié)蓄電池的電壓值，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程通信，可通過RS485總線進(jìn)行通信，可實(shí)時(shí)查看所接入蓄電池運(yùn)行狀態(tài)、歷史信息以及告警等信息。該模塊將極大的方便蓄電池的管理、延長蓄電池使用壽命、提高設(shè)備用電可靠性。本實(shí)用新型具有模塊體積小，測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)以及電路簡單實(shí)用，在智能用電領(lǐng)域有較好應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型提供的一種適用于智能變電站用的高精度電池巡檢測量電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型提供的所述220VDC轉(zhuǎn)12VDC輸出電路圖；

圖3為本實(shí)用新型提供的所述12VDC轉(zhuǎn)5VDC輸出電路圖；

圖4為本實(shí)用新型提供的所述處理器模塊電路圖；

圖5為本實(shí)用新型提供的所述多通道切換電路圖；

圖6a為本實(shí)用新型提供的所述單通道電壓隔離采集模塊電路圖；

圖6b為本實(shí)用新型提供的所述單通道電壓隔離采集模塊中的SPI信號(hào)隔離電路圖；

圖7為本實(shí)用新型提供的所述溫度采集電路圖；

圖8為本實(shí)用新型提供的所述串口通信模塊電路圖；

圖9為本實(shí)用新型提供的所述顯示模塊電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例描述本實(shí)用新型具體實(shí)施方式：

參見圖1為本實(shí)用新型提供的一種適用于智能變電站用的高精度電池巡檢測量電路結(jié)構(gòu)圖。

如圖1所示，一種適用于智能變電站用的高精度電池巡檢測量電路，包括：電源模塊、處理器模塊、多通道切換模塊、單通道電壓隔離采集模塊、溫度采集電路、串口通信模塊和顯示模塊，所述單通道電壓隔離采集模塊和溫度采集電路的輸出端連接處理器模塊，所述處理器模塊的輸出端連接多通道切換模塊、串口通信模塊和顯示模塊，所述電源模塊為處理器模塊、單通道電壓隔離采集模塊、溫度采集電路和顯示模塊供電。

參見圖2和圖3，其中圖2為本實(shí)用新型提供的所述220VDC轉(zhuǎn)12VDC輸出電路圖；圖3為本實(shí)用新型提供的所述12VDC轉(zhuǎn)5VDC輸出電路圖。

電源模塊由兩部分組成，一個(gè)是220VDC轉(zhuǎn)12VDC電路，另一個(gè)是12VDC轉(zhuǎn)5VDC電路。220VDC轉(zhuǎn)12VDC電路的實(shí)現(xiàn)方式是先將外部接入的220V直流電通過壓敏電阻RV1、限流保險(xiǎn)絲F1以提升內(nèi)部電源的抗干擾能力和穩(wěn)定性，然后通過DC-D所述電源模塊由LH05-10B12芯片實(shí)現(xiàn)DC220V直流電壓轉(zhuǎn)換為DC12V，給后續(xù)電路供電；通過AP1501芯片實(shí)現(xiàn)DC12V轉(zhuǎn)換成DC5V，給處理器等電路供電，電源轉(zhuǎn)換芯片LH05-10B12產(chǎn)生12VDC，C1、C2、C3是電源轉(zhuǎn)換芯片LH05-10B12的退耦電容，12VDC轉(zhuǎn)5VDC電路的實(shí)現(xiàn)方式是通過DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片AP1501將12VDC轉(zhuǎn)換成5VDC，C5、C7、C6、C8、C11是電源轉(zhuǎn)換芯片AP1501的退耦電容，L1是AP1501的儲(chǔ)能電感，D5是瞬態(tài)抑制二極管。

圖4為本實(shí)用新型提供的所述處理器模塊電路圖。

參見圖4，處理器模塊由自帶ARM CortexM0內(nèi)核的NUC100芯片作為主處理器來實(shí)現(xiàn)單通道電池電壓采集、環(huán)境溫度采集、串口通信以及顯示等功能，電容C18、C19與晶體Y1組成了處理器的時(shí)鐘電路，J11為處理器的TTL串口調(diào)試接口，電阻R11、電容C17與D7組成了低電平復(fù)位電路，C25、C26、C27、C29為NUC100芯片的電源退耦電容。

圖5為本實(shí)用新型提供的所述多通道切換模塊電路圖。

參見圖5，處理器通過GPIO口來操作MOSFET繼電器G2VM-3F來實(shí)現(xiàn)單節(jié)蓄電池的正負(fù)極端口的切入與切出功能，U5是MOSFET繼電器G3VM-3F，R27是限流電阻。

圖6a為本實(shí)用新型提供的所述單通道電壓隔離采集模塊電路圖；圖6b為本實(shí)用新型提供的所述單通道電壓隔離采集模塊中的SPI信號(hào)隔離電路圖。

參見圖6a和圖6b，單通道電壓隔離采集模塊是由SPI信號(hào)隔離芯片ADuM3471和電壓隔離芯片JA4631實(shí)現(xiàn)SPI信號(hào)和5V直流電壓的隔離，然后在隔離端通過電阻分壓采集單個(gè)通道的蓄電池電壓值。將5VDC通過電源隔離芯片產(chǎn)生5VDC_ISO來為前端信號(hào)采集電路供電并實(shí)現(xiàn)蓄電池電壓與處理器電壓之間實(shí)現(xiàn)電源隔離，并通過SPI隔離芯片實(shí)現(xiàn)前端SPI信號(hào)與處理器間的交互。U28是直流電壓采集計(jì)量芯片，L4是電源隔離模塊，U41是SPI信號(hào)隔離芯片。

圖7為本實(shí)用新型提供的所述溫度采集電路圖。

參見圖7，溫度采集電路是通過運(yùn)算放大器LM358將溫度傳感器LM75的模擬電壓值放大至處理器能夠合理處理的范圍內(nèi)，然后由處理器自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換，最終得到相應(yīng)的溫度數(shù)值。該圖是將溫度傳感器LM75采集的模擬信號(hào)進(jìn)行適度縮放并濾波以便在處理器的最佳處理范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，最終獲取到實(shí)時(shí)溫度值。U4A是運(yùn)算放大器LM358，R17，R18，R19，R20，R21是電阻，C29是濾波電容。

圖8為本實(shí)用新型提供的所述串口通信模塊電路圖。

參見圖8，串口通信模塊是由ADM2582E芯片實(shí)現(xiàn)TTL轉(zhuǎn)RS485差分通信信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)串口信號(hào)的隔離。該圖是通過ADM2582E芯片實(shí)現(xiàn)，ADM2582E芯片內(nèi)部集成有隔離電源，輸入VDD_5V和GND經(jīng)隔離后輸出VCC_485和GND_485獨(dú)立電源。從ARM主控芯片輸出的TTL電平發(fā)信號(hào)：UART_TXD、收信號(hào)：UART_RXD，方向控制信號(hào)：UART_DIR經(jīng)過ADM2582E后，輸出隔離后差分信號(hào)RS485_A+和RS485_B-，C49、C50、C57和C58為輸入端退耦電容、C53和C54為輸出端退耦電容。

圖9為本實(shí)用新型提供的所述顯示模塊電路圖。

參見圖9，顯示模塊通過處理器的GPIO口電平高低的輸出來控制LED的亮滅，顯示出系統(tǒng)的工作狀態(tài)。該電路采用直插發(fā)光二極管，直插發(fā)光二極管陽極經(jīng)4.7K電阻接5VDC電源，負(fù)端接處理器模塊GPIO管腳，處理器模塊程序控制GPIO管腳高低電平控制發(fā)光二極管亮滅，高電平為亮，低電平為滅。

本實(shí)用新型適用于智能變電站的高精度電池巡檢測量電路具有模塊體積小，測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)以及電路簡單實(shí)用，在智能用電領(lǐng)域有較好應(yīng)用前景。

通過實(shí)時(shí)采集蓄電池組內(nèi)單節(jié)蓄電池的電壓等參數(shù)來監(jiān)測和管理智能變電站內(nèi)部的直流供電系統(tǒng)，為變電站內(nèi)各類設(shè)備的安全穩(wěn)定可靠的運(yùn)行保駕護(hù)航。它具備單通道隔離采集蓄電池組內(nèi)任一節(jié)蓄電池的電壓值，能有效改善蓄電池內(nèi)單節(jié)電池的管理，在緊急備用電管理方面有很好的應(yīng)用前景。能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程通信，可通過RS485總線進(jìn)行通信，可實(shí)時(shí)查看所接入蓄電池運(yùn)行狀態(tài)、歷史信息以及告警等信息。該模塊將極大的方便蓄電池的管理、延長蓄電池使用壽命、提高設(shè)備用電可靠性。

上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下做出各種變化。

不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和范圍可以做出許多其他改變和改型。應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型不限于特定的實(shí)施方式，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求限定。