本實(shí)用新型涉及一種記錄儀，尤其涉及一種基于VF隔離變換的電壓記錄儀，屬于電網(wǎng)監(jiān)控儀器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電壓監(jiān)測系統(tǒng)是對電網(wǎng)電壓質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測并自動記錄的智能化儀表系統(tǒng)。為統(tǒng)計(jì)電壓的合格率及其他參數(shù)，為電壓質(zhì)量的管理提供正確的數(shù)據(jù)。電壓監(jiān)測系統(tǒng)的最小組合為一臺智能電壓監(jiān)測儀。通過智能電壓監(jiān)測儀的使用，即可實(shí)現(xiàn)對電壓監(jiān)測點(diǎn)的各種電壓參數(shù)進(jìn)行測量并記錄，同時給出電壓合格率、電壓偏高不合格率、電壓偏低不合格率等計(jì)算結(jié)果。電壓監(jiān)測系統(tǒng)的另外一種組合是有電壓監(jiān)測儀加上電卡、通訊機(jī)及上位計(jì)算機(jī)等配套設(shè)備所組成。

傳統(tǒng)使用的電壓記錄儀主要為機(jī)械式，精度較差，而且不能存儲。近年出現(xiàn)了電腦式電壓記錄儀，但精度、準(zhǔn)確度和實(shí)用性都不能令人滿意，很多電壓記錄儀不能實(shí)現(xiàn)信號和測量系統(tǒng)之間的隔離，使測量系統(tǒng)容易受到干擾，甚至受損。而且一般系統(tǒng)的存儲速度較慢，壽命有限。電壓監(jiān)測儀所記錄的數(shù)據(jù)很多，通過儀表鍵盤來查詢抄錄十分耗時耗工，而直接用小打印機(jī)打印也有許多缺點(diǎn)和不便之處。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種基于VF隔離變換的電壓記錄儀，可以產(chǎn)生精密的實(shí)時時鐘，精密測量電網(wǎng)電壓，抗干擾性能強(qiáng)，且方便用戶隨時查看。

為解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型的一種基于VF隔離變換的電壓記錄儀，包括降壓模塊、放大電路、將交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號的有效值轉(zhuǎn)換模塊、將電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號的VF變換模塊、隔離干擾的光電耦合器、采集電壓信號并進(jìn)行處理的主處理器和顯示電壓數(shù)據(jù)的顯示模塊，所述降壓模塊的輸入端接入被監(jiān)測電壓信號，所述降壓模塊的輸出端與所述放大電路的輸入端相連，所述放大電路的輸出端與所述有效值轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，所述有效值轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述VF變換模塊的輸入端相連，所述VF變換模塊的輸出端與所述光電耦合器的輸入端相連，所述光電耦合器的輸出端與所述主處理器的計(jì)數(shù)口相連，所述主處理器的顯示信號端口與所述顯示模塊的輸入端相連，所述主處理器的時鐘信號端口連接有產(chǎn)生系統(tǒng)實(shí)時時間的實(shí)時時鐘模塊，所述主處理器的數(shù)據(jù)信號端口連接有存儲實(shí)時時間和對應(yīng)電壓數(shù)據(jù)的存儲器模塊。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型取得了以下有益效果：被監(jiān)測電壓信號通常是高壓信號220V或者380V交流電，通過降壓模塊進(jìn)行降壓，降壓模塊在降壓的同時，對高壓信號進(jìn)行第一級的隔離。降壓模塊輸出降壓后的交流信號，經(jīng)放大電路放大后，由有效值轉(zhuǎn)換模塊將交流電壓信號轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，該直流電壓信號送至VF變換模塊的輸入端，VF變換模塊根據(jù)充放電原理，計(jì)算出對應(yīng)的頻率信號并輸出，頻率高低與輸入的直流電壓大小成正比，VF變換模塊輸出的頻率信號經(jīng)光電耦合器進(jìn)行第二級隔離后，送入主處理器的計(jì)數(shù)口進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，實(shí)時時鐘模塊同時向主處理器提供實(shí)時時間，主處理器定時周期結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)脈沖個數(shù)并計(jì)算出脈沖頻率，進(jìn)而算出測量電壓信號的大小，然后把電壓信號數(shù)據(jù)和時間信息存儲在存儲器模塊中，并通過顯示模塊進(jìn)行顯示，存儲器模塊中的數(shù)據(jù)可以提供用戶隨時查看。光電耦合器以光為媒介來傳輸電信號，體積小、壽命長、無觸點(diǎn)，輸出和輸入之間絕緣且單向傳輸信號，抗干擾能力強(qiáng)；該電壓記錄儀采用了兩級隔離的方式，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾的效果。

作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述主處理器的IO口還連接有可選擇查看日期和時間的按鍵模塊。用戶可以通過按鍵來選擇和設(shè)置菜單，可以查看相應(yīng)日期的電壓或者平均電壓。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述主處理器的通訊接口連接有RS485通信模塊。主處理器采集的數(shù)據(jù)可以通過RS485通信模塊輸出。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述主處理器還設(shè)有看門狗。以監(jiān)控主程序的運(yùn)行，保護(hù)數(shù)據(jù)和電路。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述主處理器采用STC12C5A60S2單片機(jī)。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述降壓模塊采用隔離變壓器，所述放大電路采用OP07芯片和雙電源供電方式。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述有效值轉(zhuǎn)換模塊由AD536芯片完成真有效值轉(zhuǎn)換，所述放大電路的輸出端與所述AD536芯片的1腳連接，所述AD536芯片的6腳與所述VF變換模塊的輸入端相連。AD536為能夠?qū)⒔涣餍盘柨焖俎D(zhuǎn)換成真有效值輸出的集成芯片，具有精度高、可靠性好的特點(diǎn)，而且具有分貝輸出功能。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述VF變換模塊采用LM331壓頻轉(zhuǎn)換器，可調(diào)電阻R1與限流電阻R2串聯(lián)后接入LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的2腳提供基準(zhǔn)電流；LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的3腳與所述光電耦合器的輸入端連接，LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的4腳接地；LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的5腳接RC定時電路且通過聚苯乙烯電容C4接地，LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的6腳通過相串聯(lián)的電阻R4和電阻R6接地，電阻R4的兩端并聯(lián)有滌綸電容C2；LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的7腳通過電阻R3與所述有效值轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連；LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的8腳接+12V電源。LM331壓頻轉(zhuǎn)換器在整個工作溫度范圍內(nèi)和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。動態(tài)范圍寬達(dá)100dB；線性度好，最大非線性失真小于0.01％，工作頻率低到0.1Hz時尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá)12位；外接電路簡單，容易保證轉(zhuǎn)換精度。LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的2腳提供基準(zhǔn)電流，LM331的5腳接了一個聚苯乙烯電容C4，大大提高了輸出信號的穩(wěn)定性；LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的6腳提供閾值，AD536芯片6腳輸出的真有效值直流電壓信號進(jìn)入LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的7腳，經(jīng)LM331壓頻轉(zhuǎn)換器根據(jù)充放電原理，計(jì)算出與真有效值直流電壓信號相對應(yīng)的頻率信號，頻率高低與輸入的直流電壓大小成正比，該頻率信號從LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的3腳輸出。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光電耦合器采用6N136光電耦合器。6N136專為高速TTL / TTL應(yīng)用而設(shè)計(jì)，具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力，響應(yīng)速度快，If電流傳輸比大于17%，隔離的同時還對信號的電壓幅度進(jìn)行匹配，由12V轉(zhuǎn)換至5V，適合于后面的主處理器進(jìn)行采集。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述存儲器模塊為FRAM 鐵電存儲器，所述FRAM 鐵電存儲器通過IIC接口與所述主處理器連接；所述實(shí)時時鐘模塊采用DS3231實(shí)時時鐘。FRAM 鐵電存儲器具有RAM和ROM優(yōu)點(diǎn)，讀寫速度快并可以像非易失性存儲器一樣使用；DS3231實(shí)時時鐘可以大大提高系統(tǒng)時間的精確度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，附圖僅提供參考與說明用，非用以限制本實(shí)用新型。

圖1為本實(shí)用新型基于VF隔離變換的電壓記錄儀的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為圖1中VF變換模塊的電氣原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型基于VF隔離變換的電壓記錄儀，包括降壓模塊、放大電路、將交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號的有效值轉(zhuǎn)換模塊、將電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號的VF變換模塊、隔離干擾的光電耦合器、采集電壓信號并進(jìn)行處理的主處理器和顯示電壓數(shù)據(jù)的顯示模塊，降壓模塊的輸入端接入被監(jiān)測電壓信號，降壓模塊的輸出端與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與有效值轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，有效值轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與VF變換模塊的輸入端相連，VF變換模塊的輸出端與光電耦合器的輸入端相連，光電耦合器的輸出端與主處理器的計(jì)數(shù)口相連，主處理器的顯示信號端口與顯示模塊的輸入端相連，主處理器的時鐘信號端口連接有產(chǎn)生系統(tǒng)實(shí)時時間的實(shí)時時鐘模塊，主處理器的數(shù)據(jù)信號端口連接有存儲實(shí)時時間和對應(yīng)電壓數(shù)據(jù)的存儲器模塊。

被監(jiān)測電壓信號通常是高壓信號220V或者380V交流電，通過降壓模塊進(jìn)行降壓，降壓模塊在降壓的同時，對高壓信號進(jìn)行第一級的隔離。降壓模塊輸出降壓后的交流信號，經(jīng)放大電路放大后，由有效值轉(zhuǎn)換模塊將交流電壓信號轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，該直流電壓信號送至VF變換模塊的輸入端，VF變換模塊根據(jù)充放電原理，計(jì)算出對應(yīng)的頻率信號并輸出，頻率高低與輸入的直流電壓大小成正比，VF變換模塊輸出的頻率信號經(jīng)光電耦合器進(jìn)行第二級隔離后，送入主處理器的計(jì)數(shù)口進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，實(shí)時時鐘模塊同時向主處理器提供實(shí)時時間，主處理器定時周期結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)脈沖個數(shù)并計(jì)算出脈沖頻率，進(jìn)而算出測量電壓信號的大小，然后把電壓信號數(shù)據(jù)和時間信息存儲在存儲器模塊中，并通過顯示模塊進(jìn)行顯示，存儲器模塊中的數(shù)據(jù)可以提供用戶隨時查看。光電耦合器以光為媒介來傳輸電信號，體積小、壽命長、無觸點(diǎn)，輸出和輸入之間絕緣且單向傳輸信號，抗干擾能力強(qiáng)；該電壓記錄儀采用了兩級隔離的方式，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾的效果。

主處理器的IO口還連接有可選擇查看日期和時間的按鍵模塊。用戶可以通過按鍵來選擇和設(shè)置菜單，可以查看相應(yīng)日期的電壓或者平均電壓。

主處理器的通訊接口連接有RS485通信模塊。主處理器采集的數(shù)據(jù)可以通過RS485通信模塊輸出。

主處理器還設(shè)有看門狗。以監(jiān)控主程序的運(yùn)行，保護(hù)數(shù)據(jù)和電路。

主處理器采用STC12C5A60S2單片機(jī)。

存儲器模塊為FRAM 鐵電存儲器，F(xiàn)RAM 鐵電存儲器通過IIC接口與主處理器連接；實(shí)時時鐘模塊采用DS3231實(shí)時時鐘。FRAM 鐵電存儲器具有RAM和ROM優(yōu)點(diǎn)，讀寫速度快并可以像非易失性存儲器一樣使用；DS3231實(shí)時時鐘可以大大提高系統(tǒng)時間的精確度。

降壓模塊采用隔離變壓器，放大電路采用OP07芯片和雙電源供電方式。

有效值轉(zhuǎn)換模塊由AD536芯片完成真有效值轉(zhuǎn)換，放大電路的輸出端與AD536芯片的1腳連接，AD536芯片的6腳與VF變換模塊的輸入端相連。AD536為能夠?qū)⒔涣餍盘柨焖俎D(zhuǎn)換成真有效值輸出的集成芯片，具有精度高、可靠性好的特點(diǎn)，而且具有分貝輸出功能。

光電耦合器采用6N136光電耦合器，隔離的同時還對信號的電壓幅度進(jìn)行匹配，由12V轉(zhuǎn)換至5V，適合于后面的主處理器進(jìn)行采集。

如圖2所示，VF變換模塊采用LM331壓頻轉(zhuǎn)換器，LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的1腳為電流輸出，可調(diào)電阻R1與限流電阻R2串聯(lián)后接入LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的2腳提供基準(zhǔn)電流；LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的3腳與光電耦合器的輸入端連接，同時3腳通過電阻R25與12V電壓連接，LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的4腳接地；LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的5腳接RC定時電路且通過聚苯乙烯電容C4接地，RC定時電路中5腳通過電容C1接地，同時通過電阻R5接+12V；LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的6腳通過相串聯(lián)的電阻R4和電阻R6接地，電阻R4的兩端并聯(lián)有滌綸電容C2；LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的7腳通過電阻R3與有效值轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連，同時7腳通過電容C3接地；LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的8腳接+12V電源。

LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的2腳提供基準(zhǔn)電流，LM331的5腳接了一個聚苯乙烯電容C4，大大提高了輸出信號的穩(wěn)定性；LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的6腳提供閾值，AD536芯片6腳輸出的真有效值直流電壓信號進(jìn)入LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的7腳，經(jīng)LM331壓頻轉(zhuǎn)換器根據(jù)充放電原理，計(jì)算出與真有效值直流電壓信號相對應(yīng)的頻率信號，頻率高低與輸入的直流電壓大小成正比，該頻率信號從LM331壓頻轉(zhuǎn)換器的3腳輸出。

以上所述僅為本實(shí)用新型之較佳可行實(shí)施例而已，非因此局限本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍。除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍內(nèi)。本實(shí)用新型未經(jīng)描述的技術(shù)特征可以通過或采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。