CN205844498U - 一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路，包括：电源模块、处理器模块、多通道切换模块、单通道电压隔离采集模块、温度采集电路、串口通信模块和显示模块，所述单通道电压隔离采集模块和温度采集电路的输出端连接处理器模块，所述处理器模块的输出端连接多通道切换模块、串口通信模块和显示模块，所述电源模块为处理器模块、单通道电压隔离采集模块、温度采集电路和显示模块供电。本实用新型通过实时采集蓄电池组内单节蓄电池的电压等参数来监测和管理智能变电站内部的直流供电***，保证变电站内各类设备的安全稳定可靠的运行，具有模块体积小，测量精度高，抗干扰能力强，在智能用电领域有较好应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于智能变电站的高精度电池巡检测量电路的产品，具体涉及一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路。
背景技术
随着近几年我国经济的发展，在电力、建筑等行业使用的设备越来越多，设备也越来越重要，大部分要求不间断供电和紧急情况时可及时供电。目前，市场上通常是通过使用多节蓄电池串联方式解决此类问题。这样就需要及时准确的了解蓄电池组的设备状态，以便做到紧急供电时的安全性和高可靠性。如果采用多通道蓄电池电压采集或每节蓄电池配备检查装置通信，在实际应用中，不能高效、精确的采集所接入蓄电池状态信号，在与远端控制设备之间通信较为复杂，不能主动上送问题蓄电池告警信息。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，公开了一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路。通过实时采集蓄电池组内单节蓄电池的电压等参数来监测和管理智能变电站内部的直流供电***，为变电站内各类设备的安全稳定可靠的运行保驾护航。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路，包括：电源模块、处理器模块、多通道切换模块、单通道电压隔离采集模块、温度采集电路、串口通信模块和显示模块，所述单通道电压隔离采集模块和温度采集电路的输出端连接处理器模块，所述处理器模块的输出端连接多通道切换模块、串口通信模块和显示模块，所述电源模块为处理器模块、单通道电压隔离采集模块、温度采集电路和显示模块供电。
进一步地，所述电源模块包括220VDC转12VDC输出电路和12VDC转5VDC输出电路；
其中220VDC转12VDC输出电路将外部接入的220V直流电通过压敏电阻RV1、限流保险丝F1与DC-DC电源转换芯片LH05-10B12连接产生12VDC，DC-DC电源转换芯片的输出端设置退耦电容C1、C2、C3；
12VDC转5VDC输出电路包括前置退耦电容C5、C7，DC-DC电源转换芯片AP1501、储能电感L1，瞬态抑制二极管D5和输出退耦电容C6、C8、C11，其中12VDC直流电源通过前置退耦电容C5、C7与DC-DC电源转换芯片AP1501的输入端连接，DC-DC电源转换芯片AP1501的OUT端连接储能电感L1的一端和瞬态抑制二极管D5的负极，储能电感L1的另一端连接输出退耦电容C6、C8、C11，瞬态抑制二极管D5的正极接地。
进一步地，所述处理器模块采用ARM处理器芯片NUC100，电容C18、C19与晶体Y1组成了ARM处理器芯片NUC100的时钟电路，J11为ARM处理器芯片NUC100的TTL串口调试接口，电阻R11、电容C17与D7组成了低电平复位电路，C25、C26、C27、C29为NUC100芯片的电源退耦电容。
进一步地，所述多通道切换模块包括限流电阻R27和MOSFET继电器G3VM-3F，处理器模块通过GPIO口控制MOSFET继电器G2VM-3F来实现单节蓄电池的正负极端口的切入与切出。
进一步地，所述单通道电压隔离采集模块包括SPI信号隔离芯片，直流电压采集计量芯片和电源隔离模块，5VDC通过电源隔离芯片使蓄电池电压与处理器电压之间实现电源隔离并产生5VDC_ISO为前端信号采集电路供电，并通过SPI信号隔离芯片实现前端SPI信号与处理器间的交互。
进一步地，所述温度采集模块包括温度传感器LM75、运算放大器LM358、电阻R17，R18，R19，R20，R21和滤波电容C29，温度传感器LM75的输出端通过电阻R17与运算放大器LM358的正极输入端连接，运算放大器的负极输入端通过电阻R20接地，电阻R21的两端分别连接运算放大器LM358的负极输入端和输出端形成反馈电路，运算放大器LM358的输出端通过电阻R18和滤波电容C29输出与处理器模块连接。
进一步地，所述串口通信模块采用ADM2582E芯片，ADM2582E芯片输入VDD_5V和GND经隔离后输出VCC_485和GND_485的隔离电源，从处理器模块输出的TTL电平发信号：UART_TXD、收信号：UART_RXD，方向控制信号：UART_DIR经过ADM2582E芯片输出隔离后差分信号RS485_A+和RS485_B-，在ADM2582E芯片的输入端和输出端分别设置输入端退耦电容C49、C50、C57、C58和输出端退耦电容C53、C54。
进一步地，所述显示模块采用直插发光二极管，直插发光二极管的阳极经电阻接5VDC电源，负端接处理器模块的GPIO管脚。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
本实用新型通过实时采集蓄电池组内单节蓄电池的电压等参数来监测和管理智能变电站内部的直流供电***，为变电站内各类设备的安全稳定可靠的运行保驾护航。它具备单通道隔离采集蓄电池组内任一节蓄电池的电压值，能够实现远程通信，可通过RS485总线进行通信，可实时查看所接入蓄电池运行状态、历史信息以及告警等信息。该模块将极大的方便蓄电池的管理、延长蓄电池使用寿命、提高设备用电可靠性。本实用新型具有模块体积小，测量精度高，抗干扰能力强以及电路简单实用，在智能用电领域有较好应用前景。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路结构图；
图2为本实用新型提供的所述220VDC转12VDC输出电路图；
图3为本实用新型提供的所述12VDC转5VDC输出电路图；
图4为本实用新型提供的所述处理器模块电路图；
图5为本实用新型提供的所述多通道切换电路图；
图6a为本实用新型提供的所述单通道电压隔离采集模块电路图；
图6b为本实用新型提供的所述单通道电压隔离采集模块中的SPI信号隔离电路图；
图7为本实用新型提供的所述温度采集电路图；
图8为本实用新型提供的所述串口通信模块电路图；
图9为本实用新型提供的所述显示模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：
参见图1为本实用新型提供的一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路结构图。
如图1所示，一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路，包括：电源模块、处理器模块、多通道切换模块、单通道电压隔离采集模块、温度采集电路、串口通信模块和显示模块，所述单通道电压隔离采集模块和温度采集电路的输出端连接处理器模块，所述处理器模块的输出端连接多通道切换模块、串口通信模块和显示模块，所述电源模块为处理器模块、单通道电压隔离采集模块、温度采集电路和显示模块供电。
参见图2和图3，其中图2为本实用新型提供的所述220VDC转12VDC输出电路图；图3为本实用新型提供的所述12VDC转5VDC输出电路图。
电源模块由两部分组成，一个是220VDC转12VDC电路，另一个是12VDC转5VDC电路。220VDC转12VDC电路的实现方式是先将外部接入的220V直流电通过压敏电阻RV1、限流保险丝F1以提升内部电源的抗干扰能力和稳定性，然后通过DC-D所述电源模块由LH05-10B12芯片实现DC220V直流电压转换为DC12V，给后续电路供电；通过AP1501芯片实现DC12V转换成DC5V，给处理器等电路供电，电源转换芯片LH05-10B12产生12VDC，C1、C2、C3是电源转换芯片LH05-10B12的退耦电容，12VDC转5VDC电路的实现方式是通过DC-DC电源转换芯片AP1501将12VDC转换成5VDC，C5、C7、C6、C8、C11是电源转换芯片AP1501的退耦电容，L1是AP1501的储能电感，D5是瞬态抑制二极管。
图4为本实用新型提供的所述处理器模块电路图。
参见图4，处理器模块由自带ARM CortexM0内核的NUC100芯片作为主处理器来实现单通道电池电压采集、环境温度采集、串口通信以及显示等功能，电容C18、C19与晶体Y1组成了处理器的时钟电路，J11为处理器的TTL串口调试接口，电阻R11、电容C17与D7组成了低电平复位电路，C25、C26、C27、C29为NUC100芯片的电源退耦电容。
图5为本实用新型提供的所述多通道切换模块电路图。
参见图5，处理器通过GPIO口来操作MOSFET继电器G2VM-3F来实现单节蓄电池的正负极端口的切入与切出功能，U5是MOSFET继电器G3VM-3F，R27是限流电阻。
图6a为本实用新型提供的所述单通道电压隔离采集模块电路图；图6b为本实用新型提供的所述单通道电压隔离采集模块中的SPI信号隔离电路图。
参见图6a和图6b，单通道电压隔离采集模块是由SPI信号隔离芯片ADuM3471和电压隔离芯片JA4631实现SPI信号和5V直流电压的隔离，然后在隔离端通过电阻分压采集单个通道的蓄电池电压值。将5VDC通过电源隔离芯片产生5VDC_ISO来为前端信号采集电路供电并实现蓄电池电压与处理器电压之间实现电源隔离，并通过SPI隔离芯片实现前端SPI信号与处理器间的交互。U28是直流电压采集计量芯片，L4是电源隔离模块，U41是SPI信号隔离芯片。
图7为本实用新型提供的所述温度采集电路图。
参见图7，温度采集电路是通过运算放大器LM358将温度传感器LM75的模拟电压值放大至处理器能够合理处理的范围内，然后由处理器自带的模数转换器实现AD转换，最终得到相应的温度数值。该图是将温度传感器LM75采集的模拟信号进行适度缩放并滤波以便在处理器的最佳处理范围内，实现模数转换，最终获取到实时温度值。U4A是运算放大器LM358，R17，R18，R19，R20，R21是电阻，C29是滤波电容。
图8为本实用新型提供的所述串口通信模块电路图。
参见图8，串口通信模块是由ADM2582E芯片实现TTL转RS485差分通信信号，并实现串口信号的隔离。该图是通过ADM2582E芯片实现，ADM2582E芯片内部集成有隔离电源，输入VDD_5V和GND经隔离后输出VCC_485和GND_485独立电源。从ARM主控芯片输出的TTL电平发信号：UART_TXD、收信号：UART_RXD，方向控制信号：UART_DIR经过ADM2582E后，输出隔离后差分信号RS485_A+和RS485_B-，C49、C50、C57和C58为输入端退耦电容、C53和C54为输出端退耦电容。
图9为本实用新型提供的所述显示模块电路图。
参见图9，显示模块通过处理器的GPIO口电平高低的输出来控制LED的亮灭，显示出***的工作状态。该电路采用直插发光二极管，直插发光二极管阳极经4.7K电阻接5VDC电源，负端接处理器模块GPIO管脚，处理器模块程序控制GPIO管脚高低电平控制发光二极管亮灭，高电平为亮，低电平为灭。
本实用新型适用于智能变电站的高精度电池巡检测量电路具有模块体积小，测量精度高，抗干扰能力强以及电路简单实用，在智能用电领域有较好应用前景。
通过实时采集蓄电池组内单节蓄电池的电压等参数来监测和管理智能变电站内部的直流供电***，为变电站内各类设备的安全稳定可靠的运行保驾护航。它具备单通道隔离采集蓄电池组内任一节蓄电池的电压值，能有效改善蓄电池内单节电池的管理，在紧急备用电管理方面有很好的应用前景。能够实现远程通信，可通过RS485总线进行通信，可实时查看所接入蓄电池运行状态、历史信息以及告警等信息。该模块将极大的方便蓄电池的管理、延长蓄电池使用寿命、提高设备用电可靠性。
上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。
Claims (8)
1.一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路，其特征在于：包括：电源模块、处理器模块、多通道切换模块、单通道电压隔离采集模块、温度采集电路、串口通信模块和显示模块，所述单通道电压隔离采集模块和温度采集电路的输出端连接处理器模块，所述处理器模块的输出端连接多通道切换模块、串口通信模块和显示模块，所述电源模块为处理器模块、单通道电压隔离采集模块、温度采集电路和显示模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路，其特征在于，所述电源模块包括220VDC转12VDC输出电路和12VDC转5VDC输出电路；
其中220VDC转12VDC输出电路将外部接入的220V直流电通过压敏电阻RV1、限流保险丝F1与DC-DC电源转换芯片LH05-10B12连接产生12VDC，DC-DC电源转换芯片的输出端设置退耦电容C1、C2、C3；
12VDC转5VDC输出电路包括前置退耦电容C5、C7，DC-DC电源转换芯片AP1501、储能电感L1，瞬态抑制二极管D5和输出退耦电容C6、C8、C11，其中12VDC直流电源通过前置退耦电容C5、C7与DC-DC电源转换芯片AP1501的输入端连接，DC-DC电源转换芯片AP1501的OUT端连接储能电感L1的一端和瞬态抑制二极管D5的负极，储能电感L1的另一端连接输出退耦电容C6、C8、C11，瞬态抑制二极管D5的正极接地。
3.根据权利要求1所述的一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路，其特征在于，所述处理器模块采用ARM处理器芯片NUC100，电容C18、C19与晶体Y1组成了ARM处理器芯片NUC100的时钟电路，J11为ARM处理器芯片NUC100的TTL串口调试接口，电阻R11、电容C17与D7组成了低电平复位电路，C25、C26、C27、C29为NUC100芯片的电源退耦电容。
4.根据权利要求1所述的一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路，其特征在于，所述多通道切换模块包括限流电阻R27和MOSFET继电器G3VM-3F，处理器模块通过GPIO口控制MOSFET继电器G2VM-3F来实现单节蓄电池的正负极端口的切入与切出。
5.根据权利要求1所述的一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路，其特征在于，所述单通道电压隔离采集模块包括SPI信号隔离芯片，直流电压采集计量芯片和电源隔离模块，5VDC通过电源隔离芯片使蓄电池电压与处理器电压之间实现电源隔离并产生5VDC_ISO为前端信号采集电路供电，并通过SPI信号隔离芯片实现前端SPI信号与处理器间的交互。
6.根据权利要求1所述的一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路，其特征在于，所述温度采集模块包括温度传感器LM75、运算放大器LM358、电阻R17，R18，R19，R20，R21和滤波电容C29，温度传感器LM75的输出端通过电阻R17与运算放大器LM358的正极输入端连接，运算放大器的负极输入端通过电阻R20接地，电阻R21的两端分别连接运算放大器LM358的负极输入端和输出端形成反馈电路，运算放大器LM358的输出端通过电阻R18和滤波电容C29输出与处理器模块连接。
7.根据权利要求1所述的一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路，其特征在于，所述串口通信模块采用ADM2582E芯片，ADM2582E芯片输入VDD_5V和GND经隔离后输出VCC_485和GND_485的隔离电源，从处理器模块输出的TTL电平发信号：UART_TXD、收信号：UART_RXD，方向控制信号：UART_DIR经过ADM2582E芯片输出隔离后差分信号RS485_A+和RS485_B-，在ADM2582E芯片的输入端和输出端分别设置输入端退耦电容C49、C50、C57、C58和输出端退耦电容C53、C54。
8.根据权利要求1所述的一种适用于智能变电站用的高精度电池巡检测量电路，其特征在于，所述显示模块采用直插发光二极管，直插发光二极管的阳极经电阻接5VDC电源，负端接处理器模块的GPIO管脚。
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