专利名称：便携式电力故障监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数字式电力故障监测装置，尤其涉及一种便携式电力故障监测仪。
背景技术：
电力故障监测仪用于检测并正确记录电力系统异常运行状态。当系统运行发生故障或出现大的扰动时，故障监测装置能够根据外部信号或软件设定的录波起动条件，自动记录系统当时的电压、电流、频率、功率变化及保护装置和开关设备动作的全过程。
通过这种记录，工程技术人员可以了解电力系统暂态过程中各电气参数的变化趋势，并查找出故障原因以及故障点。除此以外，目前故障监测装置还用于检验继电保护装置和安全自动系统的动作行为。
随着80年代开始的计算机技术在电力系统的应用，电力故障监测装置得到了迅速发展，成为系统安全运行不可缺少的“黑匣子”，在许多重大事故的调查分析中发挥了重要的作用。
目前，电力故障监测装置通常包括中央处理单元(CPU)、数据采集单元、存储器单元以及故障报警单元等组成部分。它的中央处理单元大多采用单片机，其集成程度不高，故产品性能不可靠，体积庞大；实现故障告警大多是采用声光信号、局域网等方式，虽然可以起到“发出告警信息”的目的，但其直观性和实时性有待提高；数据的存储有两种方式存入本地硬盘或通过网络传送至监测中心，这两种方式都不适于便携式设备。
实用新型内容针对现有技术的缺点，本实用新型的目的是提供一种便携式电力故障监测仪。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为一种便携式电力故障监测仪，包括中央处理单元以及分别与所述中央处理单元连接的数据采集单元、存储器单元，所述的便携式电力故障监测仪内还设有分别与所述中央处理单元连接的显示屏和短消息收发模块。
所述的中央处理单元为高速数字信号处理器。
所述的存储器单元由作为数据缓存用的静态数据存储器和作为后备存储用的U盘组成。
所述的数据采集单元包括模拟量调理电路、开关量隔离采样电路和时间记录电路。
所述的模拟量调理电路由电量隔离传感器和运算放大器调理电路组成。
与现有技术相比本实用新型由于采用集成度高的高端数字信号处理(DPS)芯片进行核心模块设计，所以其外围电路简单，整体体积小，便于携带；由于采用短消息收发模块而通过GSM移动通信网络发送短信进行告警，所以其反馈速度快，工作稳定；采用了USB接口技术的U盘为存储介质，所以故障数据可以方便的携带，完好地备份在上位机上；采用液晶显示模块，在监测仪上可以直接观测故障波形的全部信息；同时可以把故障文件转移到PC机上，利用软件做进一步分析与备份。
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型的电量隔离传感电路图。
图3是本实用新型的运算放大器调理电路图。
图4是本实用新型的开关量隔离采样接口电路图。
图5是本实用新型的实时时钟电源及接口电路图。
图6是本实用新型的U盘读写模块接口电路图。
图7是本实用新型的SRAM接口电路图。
具体实施方式
请参阅图1，本实施例的便携式电力故障监测仪包括中央处理单元以及分别与中央处理单元连接的数据采集单元、存储器单元，中央处理单元为高速数字信号处理器(DSP)，数据采集单元包括模拟量调理电路、开关量隔离采样电路和时间记录电路，存储器单元由作为数据缓存用的静态数据存储器和作为后备存储用的U盘组成，便携式电力故障监测仪内还设有分别与中央处理单元连接的键盘及液晶屏幕等人机接口模块以及短消息收发模块。模拟量调理电路通过I/O接口与高速数字信号处理器连接，开关量隔离采样电路通过A/D接口与高速数字信号处理器连接，时间记录电路通过I2C总线与高速数字信号处理器连接；短消息收发模块通过SCI串行口与高速数字信号处理器连接；键盘及液晶屏幕等人机接口模块通过数据总线与高速数字信号处理器连接；U盘通过USB总线与USB接口连接，USB接口通过数据总线与高速数字信号处理器连接。
中央处理单元是整个系统运作的核心，所以器件的选取也是甚为考究。该部分采用TI公司高端数字信号处理(DPS)芯片□□TMS320F2812，其特性与该仪器要求较为吻合(1)处理速度高30～150M的运行速度，可对故障数据进行高速采集与存储处理；(2)32位数据宽度内核，可进行各种高精度数字信号处理算法；(3)内部集成16路12位A/D转换器，适合电力系统故障监测装置多通道采样的需求；(4)32个数字I/O，并具备自动滤波功能，可有效地滤除开关量抖动；(5)外部最大寻址空间达2M×16b，可接大容量存储器(RAM)进行故障数据缓存，同时又可以控制液晶显示模块及USB接口模块；两个串行通信口(SCI)，对短信数据进行收发。
由于监测仪工作时需对大量数据进行高速采集，并进行高精度故障判断与波形数据存储，因此存储器既要满足容量大的同时，还要满足一定的读写速度，并在监测仪工作电源关闭后数据能够完整的保存。因此采用高速SRAM做缓冲，大容量U盘为后备存储设备。实践证明，该种方案在降低开发成本以及提高性能上有较大的优势。
作为一台智能化的仪器，除能够稳定运行外，友好的用户界面及便捷的使用方式同样很重要。以往国产电力故障监测装置大都存在着使用复杂、界面不直观等缺陷，而且数据必须通过局域网等其他手段传给上位机进行分析，极少具备故障波形或数据在线观测功能。而国外产品，如德国西门子公司的故障录波仪，都配备了大屏幕液晶显示屏(LCD)，这也成为了国产品牌故障监测装置缺乏竞争力的一个重要因素。为此，作者在设计该作品时也在此方面做了大量的努力，已实现在线波形回放、数据显示等功能。液晶屏幕采用YXD-240128V1型号，其内置T6963C控制器，可以直接将该模块挂接在数据总线上进行控制。键盘采用通用扫描式电路，共24键。其中包括数字键、方向键、确认及取消键，并备有8个软键，与液晶屏幕上的快捷方式对应。所谓“软键”，是指其功能不确定，由检测仪在某种特定运行方式下确定，对应于液晶屏幕右侧8个小图标。
短消息收发模块负责发送故障信息及接受远程遥控命令。为了使仪器工作稳定，功能的具体实现采用了集成短信收发模块□□JB35G。该模块可通过DSP芯片的串行通信口(SCI总线)以9600b/s的波特率进行控制。因为模块的工作必须通过特定的通信网络运行，所以采用了信号稳定的中国移动公司GSM网络进行通信。当故障发生时，产品可以马上将故障信息发送到多达12个用户的手机上，通知技术人员到达现场进行诊断与维护。虽在某些公司的产品上也有远程告警功能，但是都是将信息通过GPRS网络发回控制中心，这种方式对于网络式监控比较合适，但该产品为“便携式”设备，此种“仪器对技术人员”的直接报警方式更加适用。该设备还可以通过GSM网络技术通信，所以该产品可以进行手机远程开关机、手机短信起动检测仪记录波形以及客户通过监测仪享受在线服务等功能。
请参阅图2，供变电站二次系统额定输出电压一般110V，额定输出电流为5A，此类强信号不能被DSP系统直接处理，所以必须有隔离传感电路。
请参阅图3，由传感器发出的信号为双极性有效值为4V的交流信号，而DSP芯片的A/D转换器输入电压范围为0～3V信号。为解决这一矛盾，必须经运算放大器对传感器信号进行电压偏置、量程范围转换等工作。
请参阅图4，所谓开关量，是指变电站内大量使用的断路器、隔离开关以及继电器等元件触点的位置状态及变化情况。因此可以采用逻辑信号的“0”与“1”来表示。但是开关位置一般距离监测仪的工作场所较远，因此需要提高逻辑电平(该仪器采用12V逻辑电平)才能保证开关信号在传输中的抗干扰能力，并且开关每次分合都伴随着大电流或者电弧的出现。基于以上因素，为了使逻辑电平与DSP的I/O电平匹配，并且防止大电流损坏弱电工作部分，必须将开关量信号加以光电隔离。具体实现中，采用了TI公司的TLP521-4光电耦合芯片。
请参阅图5，作为故障原始数据的一部分，故障发生的时刻也极为重要。因为这涉及到事后故障数据的正确分析与时间推算。作为该仪器的实时时钟，应满足以下条件①时间可校准，便于与工作场所的时区相对应；②仪器工作电源关闭后，时钟仍可继续运行。
因此，选择了Philps公司的PCF8563芯片为实时时钟芯片，它的访问接口为I2C总线，并采用DSP芯片的I/O接口仿照该接口时序进行控制。为保证在仪器工作电源关闭后仍能可靠运行，采用了氧化银电池(纽扣电池)为后备电源。
请参阅图6，该部分采用CH375集成U盘读写模块对U盘文件进行管理，它集成了USB1.1协议与U盘文件系统协议，价位低廉，可靠性好。
请参阅图7，在芯片的选型上，采用了IS61LV25616-10T为缓冲RAM，其存储量为256K×16b，读写延迟仅为10nS，因此可满足高速采集、高速存储的要求。
权利要求1.一种便携式电力故障监测仪，它包括中央处理单元以及分别与所述中央处理单元连接的数据采集单元、存储器单元，其特征在于，所述的便携式电力故障监测仪内还设有分别与所述中央处理单元连接的液晶屏和短消息收发模块。
2.如权利要求1所述的便携式电力故障监测仪，其特征在于，所述的中央处理单元为高速数字信号处理器。
3.如权利要求1所述的便携式电力故障监测仪，其特征在于，所述的存储器单元由作为数据缓存用的静态数据存储器和作为后备存储用的U盘组成。
4.如权利要求1所述的便携式电力故障监测仪，其特征在于，所述的数据采集单元包括模拟量调理电路、开关量隔离采样电路和时间记录电路。
5.如权利要求4所述的便携式电力故障监测仪，其特征在于，所述的模拟量调理电路由电量隔离传感器和运算放大器调理电路组成。
专利摘要本实用新型公开了一种便携式电力故障监测仪，它包括中央处理单元以及分别与所述中央处理单元连接的数据采集单元、存储器单元，所述的便携式电力故障监测仪内还设有分别与所述中央处理单元连接的液晶屏和短消息收发模块。本实用新型由于采用短消息收发模块而通过GSM移动通信网络发送短信进行告警，所以其反馈速度快，工作稳定；采用液晶显示模块，在监测仪上可以直接观测故障波形的全部信息；同时可以把故障文件转移到PC机上，利用软件做进一步分析与备份。
文档编号G01D21/02GK2844930SQ20052006709
公开日2006年12月6日 申请日期2005年11月15日 优先权日2005年11月15日
发明者邓宇 申请人:邓宇