基于单片机的低压配电网监测电路的制作方法

1.本实用新型的实施例涉及一种电压、电流监测电路，具体而言，涉及基于单片机的低压配电网监测电路。


背景技术：

2.电力系统划分为发电、输电和配电三大组成系统，即，发电系统发出的电能经由输电系统的输送，最后由配电系统分配给各个用户。配电系统由总降压变电所(高压配电所)、高压配电线路、车间变电所、低压配电网及用电设备组成。其中，低压配电网是指变压器出线侧所接的电线电路，一般指的是终端变压器二次侧与电力负荷之间的连接线路。
3.具体的，低压配电网分为三级配电，分别为：一级配电，统称为动力配电中心，集中安装在企业的变电站，把电能分配给不同地点的下级配电设备；二级配电，是动力配电柜和电动机控制中心的统称，动力配电柜使用在负荷比较分散、回路较少的场合，电动机控制中心用于负荷集中、回路较多的场合，这级设备应对负荷提供保护、监视和控制；末级配电，统称为照明动力配电箱，远离供电中心，是分散的小容量配电设备。
4.由于配电系统作为电力系统的最后一个环节直接面向终端用户，因此配电系统的供电可靠性是电力系统可靠性的一个重要组成部分，也是最为关键和直接的部分，因此，对低压电网运行状态进行实时监测，掌握低压配电网运行的情况，及时发现异常线损，杜绝供电隐患很有必要。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种基于单片机的低压配电网监测电路，可以对低压配电网的电压、电流进行实时远程监测。
6.为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种基于单片机的低压配电网监测电路，包括电压采样电路、电流采样电路、单片机电路以及无线通信电路，其中，电压采样电路包括依次耦接的电压互感器、第一滤波电路和第一信号调理电路，其中，第一信号调理电路的输出端与单片机电路耦接，并输出电压监测信号；电流采样电路包括依次耦接的电流互感器、采样电阻r10、第二滤波电路和第二信号调理电路，其中，第二信号调理电路的输出端与单片机电路耦接，并输出电流监测信号；单片机电路接收电压监测信号和电流监测信号，并转送给无线通信电路；无线通信电路与单片机电路耦接，用于将电压监测信号和电流监测信号无线发送至上位机。
7.此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：
8.优选的，第一滤波电路包括相互并联的滤波电容c1和滤波电容c2。
9.优选的，第一信号调理电路包括第一分压式偏置电路、第一前级电压跟随器、第一运算放大器、第一反馈电阻和第一后级电压跟随器，其中，第一分压式偏置电路耦接第一前级电压跟随器的同相输入端，第一前级电压跟随器的输出端耦接第一运算放大器的反相输入端，第一滤波电路的输出端耦合第一运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的输出
端耦接第一后级电压跟随器的同相输入端，第一后级电压跟随器的输出端耦接单片机电路，第一反馈电阻耦接在第一运算放大器的输出端与反相输入端之间。
10.优选的，第二滤波电路包括相互并联的滤波电容c3和滤波电容c4。
11.优选的，第二信号调理电路包括第二分压式偏置电路、第二前级电压跟随器、第二运算放大器、第二反馈电阻和第二后级电压跟随器，其中，第二分压式偏置电路耦接第二前级电压跟随器的同相输入端，第二前级电压跟随器的输出端耦接第二运算放大器的反相输入端，第二滤波电路的输出端耦合第二运算放大器的同相输入端，第二运算放大器的输出端耦接第二后级电压跟随器的同相输入端，第二后级电压跟随器的输出端耦接单片机电路，第二反馈电阻耦接在第二运算放大器的输出端与反相输入端之间。
12.优选的，无线通信电路包括电平转换接口与3g通信模块，3g通信模块通过电平转换接口与单片机电路耦接，并与上位机远程通信。
13.相比于现有技术，本实用新型的基于单片机的低压配电网监测电路的优势在于：其包括电压采样电路、电流采样电路、单片机电路以及无线通信电路，其中的电压采样电路又包括依次耦接的电压互感器、第一滤波电路和第一信号调理电路，电流采样电路包括依次耦接的电流互感器、采样电阻r10、第二滤波电路和第二信号调理电路。电压采样电路用于对低压配电网的电压进行监测并输出电压监测信号，电流采样电路用于对低压配电网的电流进行监测并输出电流监测信号，单片机电路用于对电压监测信号和电流监测信号进行数据接收、处理、转发，无线通信电路用于将电压监测信号和电流监测信号无线发送至上位机。综上所述，本实用新型的基于单片机的低压配电网监测电路可以对低压配电网的电压、电流进行实时远程监测。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。
15.图1是本实用新型的基于单片机的低压配电网监测电路的电路框图。
16.图2是电压采样电路的电路图。
17.图3是电流采样电路的电路图。
18.图4是单片机电路的电路图。
19.图5是无线通信电路与单片机的电路连接图。
具体实施方式
20.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。
21.见图1，本实施例的基于单片机的低压配电网监测电路包括电压采样电路1、电流采样电路2、单片机电路3以及无线通信电路4，其中，电压采样电路1用于对低压配电网的电压进行监测并输出电压监测信号，电流采样电路2用于对低压配电网的电流进行监测并输出电流监测信号，单片机电路3用于对电压监测信号和电流监测信号进行数据接收、处理、转发，无线通信电路4用于将电压监测信号和电流监测信号无线发送至上位机。
22.见图2，电压采样电路包括电压互感器t1、第一滤波电路和第一信号调理电路。
23.本实施例，电压互感器t1选用pt41d001型号的电压互感器，其参数为：线性误差为0.08％，工频相差为35’，负载条件为1mω，变比为200v/1v，频率响应为25hz～5khz。电压互感器t1的输入端耦接低压配电网，输出端耦接第一滤波电路，输出为电压信号，输出电压范围为
‑
1.5v～1.5v。而为了保护后级电路，在电压互感器的输出端与第一滤波电路之间耦接有分压电阻rt1，该分压电阻rt1为滑动电阻，最大阻值为10kω。
24.第一滤波电路包括相互并联的滤波电容c1和滤波电容c2，滤波电容c1和滤波电容c2的容值均为33μf。第一滤波电路通过采用电容进行低通滤波，滤除电压监测信号的高频部分。
25.第一信号调理电路包括第一分压式偏置电路、第一前级电压跟随器u1、第一运算放大器u2、第一反馈电阻r3和第一后级电压跟随器u3。第一分压式偏置电路包括电阻r1和电阻r2，电阻r1和电阻r2的阻值均为100kω。电阻r1和电阻r2相互串联，并且电阻r1的另一端耦接电源vcc(5v)，电阻r2的另一端接地，第一前级电压跟随器u1的同相输入端耦接电阻r1和电阻r2的连接点。由于电阻r1与电阻r2的阻值相等，所以分压后的电压为2.5v，第一前级电压跟随器u1用于对偏置电压进行隔离跟随后输出给第一运算放大器u2。本实施例，第一前级电压跟随器u1选用op07型双极性运算放大器，其反相输入端耦接其输出端，构成负反馈，其输出端还耦接第一运算放大器u2的反相输入端。本实施例，第一运算放大器u2选用lm358型运算放大器，其同相输入端耦接第一滤波电路，输出端耦接第一后级电压跟随器u3的同相输入端，该第一运算放大器u2用于对经第一滤波电路处理后的电压监测信号进行放大处理。第一反馈电阻r3的两端分别耦接第一运算放大器u2的反相输入端和输出端，其阻值为100kω，第一反馈电阻r3用于调节第一运算放大器u2的输出精准放大倍数。本实施例，第一后级电压跟随器u3同样选用op07型双极性运算放大器，其反相输入端耦接其输出端，构成负反馈，其输出端还耦接单片机电路，该第一后级电压跟随器u3用于对经第一运算放大器u2放大处理后的电压监测信号进行隔离跟随后输出到单片机电路。
26.见图3，电流采样电路包括电流互感器t2、采样电阻r10、第二滤波电路和第二信号调理电路。
27.本实施例，电流互感器t2选用ct53c902型号的电流互感器，其参数为：参数如下：线性误差为0.08％，工频相差为10’，负载条件为≤3v，变比为30a/10ma，频率响应为25hz～5khz。电流互感器t2的输入端耦接低压配电网，输出端耦接采样电阻r10，采样电阻r10的阻值为100ω，使电流信号转变为电压信号，幅值范围为
‑
1.4v～ 1.4v。采样电阻r10的输出端耦接第一滤波电路。同样的，为了保护后级电路，在采样电阻r10与第二滤波电路之间耦接有分压电阻rt2，该分压电阻rt2为滑动电阻，最大阻值为10kω。
28.第二滤波电路包括相互并联的滤波电容c3和滤波电容c4，滤波电容c3和滤波电容c4的容值均为33μf。第二滤波电路通过采用电容进行低通滤波，滤除电压监测信号的高频部分。
29.第二信号调理电路包括第二分压式偏置电路、第二前级电压跟随器u4、第二运算放大器u5、第二反馈电阻r13和第二后级电压跟随器u6。第二分压式偏置电路包括电阻r11和电阻r12，电阻r11和电阻r12的阻值均为100kω。电阻r11和电阻r12相互串联，并且电阻r11的另一端耦接电源vcc(5v)，电阻r12的另一端接地，第二前级电压跟随器u4的同相输入
端耦接电阻r11和电阻r12的连接点。由于电阻r11与电阻r12的阻值相等，所以分压后的电压为2.5v，第二前级电压跟随器u4用于对偏置电压进行隔离跟随后输出给第二运算放大器u5。本实施例，第二前级电压跟随器u4选用op07型双极性运算放大器，其反相输入端耦接其输出端，构成负反馈，其输出端还耦接第二运算放大器u5的反相输入端。本实施例，第二运算放大器u5选用lm358型运算放大器，其同相输入端耦接第二滤波电路，输出端耦接第二后级电压跟随器u6的同相输入端，该第二运算放大器u5用于对经第二滤波电路处理后的电压监测信号进行放大处理。第二反馈电阻r13的两端分别耦接第二运算放大器u5的反相输入端和输出端，其阻值为100kω，第二反馈电阻r13用于调节第二运算放大器u5的输出精准放大倍数。本实施例，第二后级电压跟随器u6同样选用op07型双极性运算放大器，其反相输入端耦接其输出端，构成负反馈，其输出端还耦接单片机电路，该第二后级电压跟随器u6用于对经第二运算放大器u5放大处理后的电压监测信号进行隔离跟随后输出到单片机电路。
30.见图4，单片机电路包括单片机u7及其外围电路，本实施例，单片机u7的型号为stc89c52，外围电路包括复位电路、晶振电路和显示电路，晶振频率为12mhz。由于本实施例型号的单片机u7内部有模数转换功能，电压采样电路的第一后级电压跟随器u3的输出端与单片机u7的p1.0脚耦接，电流采样电路的第二后级电压跟随器u6的输出端与单片机u7的p1.1脚耦接，单片机u7可将电压采样电路1和电流采样电路2送来的模拟信号转换为数字信号，并通过显示电路显示电压值和电流值。
31.见图5，无线通信电路包括电平转换接口u8和3g通信模块u9，电平转换接口u8的型号nl27wz07，3g通信模块u9的型号为西门子mc55 gprs模块。电平转换接口u8的a1引脚接单片机u8的发送端txd，a2引脚连接3g通信模块u9的接收端rxd，作为单片机u8向3g通信模块u9发送数据的信号通道；与之对应，电平转换接口u8的y1引脚接3g通信模块u9的发送端txd，y2引脚连接单片机u8的接收端rxd，作为单片机6从3g通信模块u9接收数据的信号通道。
32.3g通信模块u9可插入sim卡，并通过外部网络(如internet)与上位机(图未示)远程通信，上位机可采用http协议接入外部网络，并通过发送http请求和3g通信模块建立连接通路，获取实时电压监测信号和电流监测信号，并向3g通信模块u9发送控制信息。
33.需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。