專利名稱：多路集中監(jiān)控儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種智能電網設備，特別涉及一種多路集中監(jiān)控儀。
背景技術：
目前，現(xiàn)有方案中采用分立式采集方式，通過相互獨立的硬件，利用RS485轉RS232轉接頭實現(xiàn)對智能電表485數據通信監(jiān)控；利用GPRS模塊實現(xiàn)對集中器主站數據通信監(jiān)控；由于ESAM模塊的特殊性(加密數據量大、采集電路需隔離)，市面沒有能實現(xiàn)ESAM模塊采集的設備，導致無法實現(xiàn)對ESAN模塊的集中監(jiān)控?，F(xiàn)在利用集中監(jiān)控軟件把各部分分立設備采集的數據進行整體管理、分析、達到集中監(jiān)控的目的。但現(xiàn)有方案由于采用分立式設備，導致布線復雜，成本高，故障點多，不易管理和維護。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種功能齊全且操作方便的多路集中監(jiān)控儀。
本發(fā)明提供的這種多路集中監(jiān)控儀，包括電源單元、GPRS監(jiān)控單元、RS485監(jiān)控單元、ESAM監(jiān)控單元和載波監(jiān)控單元，GPRS監(jiān)控單元通過信號輸入接口與采集終端的GPRS接口相連，用于截取采集GPRS通信數據，同時還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將GPRS通信監(jiān)測數據傳送至監(jiān)控主站；RS485監(jiān)控單元通過信號輸入接口與待監(jiān)測電能表的RS485接口相連，用于截取采集電能表RS485通信數據，同時該單元還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將RS485通信監(jiān)測數據傳送至監(jiān)控主站；ESAM監(jiān)控單元通過信號輸出接口與電能表的ESAM模塊接口相連，用于對電能表進行遠程身份認證、數據加密和數據解密操作，同時該單元還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將遠程身份認證結果以及數據加密和解密的結果信息傳送至監(jiān)控主站；載波監(jiān)控單元通過信號輸入接口與載波電能表的電力載波模塊接口相連，用于截取采集載波電能表的載波通信數據，同時還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將電力線載波監(jiān)測數據傳送至監(jiān)控主站；電源單元將單相交流電轉換成直流電，為所述GPRS監(jiān)控單元、RS485監(jiān)控單元、ESAM監(jiān)控單元和載波監(jiān)控單元供電。
所述GPRS監(jiān)控單元包括串口芯片IC1，串口芯片ICl的2腳通過電容C13與其4腳相連，其5腳通過電容C14與其6腳相連，其9腳通過電阻R18與發(fā)送端TXD相連，用于輸出串口通信數據，該管腳還通過電阻R20與電源VCC相連，其11腳通過電阻R21與電源VCC相連，其11腳通過電阻R19與接收端RXD相連，用于接收串口通信數據，該管腳通過電阻R19后還分別與二極管D1、二極管D2的陽極相連；二極管Dl的陰極與信號輸入接口 Jl的I腳相連，用于接收GPRS發(fā)線的數據TXDl，二極管D2的陰極與信號輸入接口 Jl的2腳相連，用于接收GPRS收線的數據RXDl ;串口芯片ICl的3腳通過電容C15后接地，其7腳通過電容C16后接地，其15腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C17后接地，其8腳通過電阻R22串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ4后接地，同時該管腳通過電阻R22與信號輸出接口 J2的6腳相連，用于輸出GPRS通信監(jiān)測信號GPRS3，其13腳通過電阻R23串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ5后接地，同時該管腳通過電阻R23與信號輸出接口 J2的I腳相連，用于輸出GPRS通信監(jiān)測信號GPRS2，其16腳接電源VCC，同時該管腳通過電容C17接地，其I腳、12腳和14腳均接地。
所述RS485監(jiān)控單元包括收發(fā)器IC6、光耦IC9、光耦IClO和串口芯片IC3， 收發(fā)器IC6的6腳通過電阻R35與信號輸入接口 Jl的7腳相連，用于傳遞信號RS485A，該管腳還通過電阻R35串聯(lián)雙向穩(wěn)壓二極管DZ9再串聯(lián)電阻R36與該收發(fā)器的7腳相連，同時該管腳還通過瞬態(tài)放電管DZ6后接地，并通過電阻R25與其8腳相連，其8腳與電源VCC相連，該管腳還通過電容C18接地，其7腳通過電阻R36與信號輸入接口 Jl的8腳相連，用于傳遞信號RS485B，同時該管腳還通過瞬態(tài)放電管DZlO后接地，并通過電阻R37與該收發(fā)器的5腳相連，其4腳和5腳接地，其I腳與光耦IC9的2腳相連，其2腳和3腳相連后與光耦IClO的3腳相連； 光耦IC9的I腳通過電阻R38與電源VCC相連，其3腳接地，同時該管腳通過電容C27串聯(lián)電阻R26與電源VCC相連，其4腳通過電阻R42與串口芯片IC3的11腳相連； 光耦IClO的3腳通過電阻R39接地，同時通過電容C26接地，其4腳接電源VCC，其I腳通過電阻R40與電源VCC相連，其2腳通過電阻R41與串口芯片IC3的9腳相連； 串口芯片IC3的I腳接地，其2腳通過電容C19與其4腳相連，其5腳通過電容C28與其6腳相連，其9腳通過電阻R28與電源VCC相連，其11腳通過電阻R43與電源VCC相連，其3腳通過電容C29接地，其7腳通過電容C30接地，其15腳通過電容C24接地，同時該管腳與電源VCC相連，串口芯片IC3的12腳和其14腳均接地，其8腳通過電阻R45串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZll后接地，同時該管腳通過電阻R45與信號輸出接口 J2的8腳相連，用于傳遞信號485-3，其13腳通過電阻R46串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ12后接地，同時該管腳通過電阻R46與信號輸出接口 J2的3腳相連，用于傳遞信號485-2，其16腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C24接地。
所述ESAM監(jiān)控單元包括MCU、光耦ICl1、光耦IC12和串口芯片IC4 ； MCU的I腳與光耦IC12的4腳相連，用于傳遞ESAM的IO信號ESAM-101，其2腳通過電阻R8與其I腳相連，其5腳接電源VCC，同時通過電容ClOO接地，其6腳通過電阻R9與電源VCC相連，同時通過電阻R9串聯(lián)電容ClOO接地，該管腳還與接插件JPl的2腳相連，用于傳遞模式信號MODE，其9腳通過電阻RlO與電源VCC相連，同時通過電阻RlO串聯(lián)電容ClOO接地，該管腳還與接插件JPl的3腳相連，用于傳遞復位信號PRST，其10腳傳遞輸出信號X0UT，同時該管腳通過電容Cl接地，其12腳傳遞輸入信號XIN，同時該管腳通過電容C2接地，晶振Yl和電阻Rl并聯(lián)后接于該MCU的10腳和12腳之間，該MCU的13腳與電源VCC相連，同時通過電容C3接地，其14腳與光耦ICll的4腳相連，用于傳遞ESAM時鐘信號ESAM-CLK1，其44腳通過電阻R12與串口芯片IC4的9腳相連，其45腳通過電阻R13與該串口芯片的11腳相連，其4腳、11腳接地； 光耦ICll的I腳通過電阻R103與電源VCCl相連，其2腳與信號輸入接口 Jl的5腳相連，用于傳遞ESAM時鐘信號ESAM-CLK，其3腳接地，同時通過電容ClOl串聯(lián)電阻R105與電源VCC相連； 光耦IC12的I腳通過電阻R104與電源VCCl相連，其2腳與信號輸入接口 Jl的4腳相連，用于傳遞ESAM的IO信號ESAM-10，其3腳接地，同時通過電容C102串聯(lián)電阻R106與電源VCC相連； 串口芯片IC4的2腳通過電容C8與其4腳相連，其5腳通過電容C9與其6腳相連，其9腳通過電阻R14與電源VCC相連，其11腳通過電阻R24與電源VCC相連，其3腳通過電容ClO后接地，其7腳通過電容Cll后接地，其15腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C12接地，其8腳通過電阻R15串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ2后接地，同時該管腳通過電阻R15與信號輸出接口 J2的9腳相連，用于輸出ESAM監(jiān)測信號ESAM3，其13腳通過電阻R16串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ3后接地，同時該管腳通過電阻R16與信號輸出接口 J2的4腳相連，用于輸出ESAM監(jiān)測信號ESAM2，其16腳接電源VCC，同時該管腳通過電容C12接地，其I腳、12腳和14腳均接地。
所述載波監(jiān)控單元包括串口芯片IC2、接線端子XS6、接線端子XS5和接線端子JP2 ； 串口芯片IC2的2腳通過電容C20與其4腳相連，其5腳通過電容C21與其6腳相連，其9腳通過電阻R31與電源VCC相連，其11腳通過電阻R32與電源VCC相連，該管腳還通過電阻R29與接線端子XS6的5腳相連，其11腳通過電阻R30與接線端子XS6的6腳相連，其3腳通過電容C22后接地，其7腳通過電容C23后接地，其15腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C25接地，其8腳通過電阻R33串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ7后接地，同時該管腳通過電阻R33與信號輸出接口 J2的7腳相連，用于輸出載波通信監(jiān)測信號ZB3，其13腳通過電阻R34串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ8后接地，同時該管腳通過電阻R34與信號輸出接口 J2的2腳相連，用于輸出載波通信監(jiān)測信號ZB2，其16腳接電源VCC，同時該管腳通過電容C25接地，其I腳、12腳和14腳均接地； 接線端子XS6的I腳、2腳、21腳和22腳均接地，其3腳和4腳分別與電源單元的電源V15P0相連，其7腳與電源VCC相連，其13腳通過電感L3與電源單元的電源V3.3相連； 接線端子XS5的I腳和2腳與A相端相連，其7腳和8腳與B相端相連，其13腳和14腳與C相端相連，其19腳和20腳與N相端相連。該接線端子一側的A相端、B相端、C相端、N相端與電力載波模塊相接，另一側的A相端、B相端、C相端、N相端與電源單元的電路相連； 接線端子JP2的3腳和4腳接地，其5腳與電源VCC相連。
本發(fā)明采用多路采集單元電路集中設計，統(tǒng)一輸入輸出接口，實現(xiàn)電網系統(tǒng)中集中器、表計的TTL信號、RS232信號、RS485信號等信號的轉換及協(xié)調，實現(xiàn)不同信號的傳送。各接口采用隔離處理，有效的保護了被測設備。本發(fā)明芯片采用市面通用芯片，外殼采用公模，成本低；集中度高，便于用戶布線和安裝；接口具有隔離功能，使用安全；系統(tǒng)穩(wěn)定，功能強大，適應性范圍廣。本發(fā)明有效解決了不同信號需配備不同監(jiān)控、線路繁雜、安全隱患多等問題，為實現(xiàn)“全采集、全覆蓋、全費控”的智能電網用電信息采集系統(tǒng)奠定了重要堅實的基礎。
圖1是本發(fā)明GPRS監(jiān)控單元的電路圖。
圖2是本發(fā)明RS485監(jiān)控單元的電路圖。
圖3是本發(fā)明ESAM監(jiān)控單元的電路圖。
圖4是本發(fā)明載波監(jiān)控單元的電路圖。
圖5是本發(fā)明接口單元的電路圖。
圖6是本發(fā)明電源單元的電路圖。
圖7是本發(fā)明的一種具體實施方式
圖。
具體實施方式
本發(fā)明包括電源單元、GPRS監(jiān)控單元、RS485監(jiān)控單元、ESAM監(jiān)控單元和載波監(jiān)控單元。GPRS監(jiān)控單元通過信號輸入接口與電能表采集終端的GPRS接口相連，用于截取采集GPRS通信數據，同時還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將GPRS通信監(jiān)測數據傳送至監(jiān)控主站；RS485監(jiān)控單元通過信號輸入接口與待監(jiān)測電能表的RS485接口相連，用于截取采集電能表RS485通信的數據，同時該單元還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將RS485通信監(jiān)測數據傳送至監(jiān)控主站；ESAM監(jiān)控單元通過信號輸出接口與電能表的ESAM模塊接口相連，用于對電能表進行遠程身份認證、數據加密和數據解密操作，同時該單元還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將遠程身份認證結果以及數據加密和解密的結果信息傳送至監(jiān)控主站；載波監(jiān)控單元通過信號輸入接口與載波電能表的電力載波模塊接口相連，用于截取采集載波電能表的載波通信數據，同時還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將電力線載波監(jiān)測數據傳送至監(jiān)控主站；電源單元將單相交流電轉換成直流電，為所述GPRS監(jiān)控單元、RS485監(jiān)控單元、ESAM監(jiān)控單元和載波監(jiān)控單元供電。
本發(fā)明采用單元形式，集合多路不同信號轉換電路。ESAM監(jiān)控單元采用單片機接收處理大量數據；收發(fā)電路采用隔離處理。RS485監(jiān)控單元也采用隔離處理，安全性能好。接口單元均采用通用接口。
如圖1所示，GPRS監(jiān)控單元用于實現(xiàn)對集中器主站數據采集，其包括串口芯片IC1。
串口芯片ICl的2腳通過電容C13與其4腳相連，其5腳通過電容C14與其6腳相連，其9腳通過電阻R18與發(fā)送端TXD相連，用于輸出串口通信數據，該管腳還通過電阻R20與電源VCC相連，其11腳通過電阻R21與電源VCC相連，其11腳通過電阻R19與接收端RXD相連，用于接收串口通信數據，該管腳通過電阻R19后還分別與二極管D1、二極管D2的陽極相連；二極管Dl的陰極與信號輸入接口 Jl的I腳相連，用于接收GPRS發(fā)線的數據TXDl，二極管D2的陰極與信號輸入接口 Jl的2腳相連，用于接收GPRS收線的數據RXDl ；串口芯片ICl的3腳通過電容C15后接地，其7腳通過電容C16后接地，其15腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C17后接地，其8腳通過電阻R22串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ4后接地，同時該管腳通過電阻R22與信號輸出接口 J2的6腳相連，用于輸出GPRS通信監(jiān)測信號GPRS3，其13腳通過電阻R23串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ5后接地，同時該管腳通過電阻R23與信號輸出接口 J2的I腳相連，用于輸出GPRS通信監(jiān)測信號GPRS2，其16腳接電源VCC，同時該管腳通過電容C17接地，其I腳、12腳和14腳均接地。
電源VCC通過電阻R17串聯(lián)發(fā)光二極管LED3再串聯(lián)電阻R19與串口芯片ICl的11腳相連，用于GPRS通信監(jiān)控指示。該指示燈閃爍，表示正在進行GPRS通信監(jiān)控；該指示燈滅，表示未進行GPRS通信監(jiān)控。
芯片ICl采用TI公司的信號轉換芯片，其型號為SN65C3221EDBR，實現(xiàn)TTL電平信號轉換成RS232信號。該芯片還可采用MAX232芯片代替。
如圖2所示，RS485監(jiān)控單元包括收發(fā)器IC6、光耦IC9、光耦IClO和串口芯片IC3。本單元利用RS485轉RS232轉接頭實現(xiàn)對智能電表485數據采集。
收發(fā)器IC6的6腳通過電阻R35與信號輸入接口 Jl的7腳相連，用于傳遞信號RS485A，該管腳還通過電阻R35串聯(lián)雙向穩(wěn)壓二極管DZ9再串聯(lián)電阻R36與該收發(fā)器的7腳相連，同時該管腳還通過瞬態(tài)放電管DZ6后接地，并通過電阻R25與其8腳相連，其8腳與電源VCC相連，該管腳還通過電容C18接地，其7腳通過電阻R36與信號輸入接口 Jl的8腳相連，用于傳遞信號RS485B，同時該管腳還通過瞬態(tài)放電管DZlO后接地，并通過電阻R37與該收發(fā)器的5腳相連，其4腳和5腳接地，其I腳與光耦IC9的2腳相連，其2腳和3腳相連后與光耦IClO的3腳相連。
光耦IC9的I腳通過電阻R38與電源VCC相連，其3腳接地，同時該管腳通過電容C27串聯(lián)電阻R26與電源VCC相連，其4腳通過電阻R42與串口芯片IC3的11腳相連。
光耦IClO的3腳通過電阻R39接地，同時通過電容C26接地，其4腳接電源VCC，其I腳通過電阻R40與電源VCC相連，其2腳通過電阻R41與串口芯片IC3的9腳相連。
串口芯片IC3的I腳接地，其2腳通過電容C19與其4腳相連，其5腳通過電容C28與其6腳相連，其9腳通過電阻R28與電源VCC相連，其11腳通過電阻R43與電源VCC相連，其3腳通過電容C29接地，其7腳通過電容C30接地，其15腳通過電容C24接地，同時該管腳與電源VCC相連，串口芯片IC3的12腳和其14腳均接地，其8腳通過電阻R45串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZll后接地，同時該管腳通過電阻R45與信號輸出接口 J2的8腳相連，用于傳遞信號485-3，其13腳通過電阻R46串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ12后接地，同時該管腳通過電阻R46與信號輸出接口 J2的3腳相連，用于傳遞信號485-2，其16腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C24接地。
電源VCC串聯(lián)發(fā)光二極管LED4，該發(fā)光二極管LED4包括兩路發(fā)光二極管電路，一路發(fā)光二極管通過電阻R27串聯(lián)電阻R42，再串聯(lián)串口芯片IC3的11腳相連，用于RS485通信監(jiān)控指示。該路指示燈閃爍，表示正在進行RS485通信接收數據監(jiān)控；該路指示燈滅，表示未進行RS485通信接收數據監(jiān)控。另一路發(fā)光二極管通過電阻RlOl串聯(lián)電阻R41，與串口芯片IC3的9腳相連，用于RS485通信監(jiān)控指示。該路指示燈閃爍，表示正在進行RS485通信發(fā)送數據監(jiān)控；該路指示燈滅，表示未進行RS485通信發(fā)送數據監(jiān)控。
串口芯片IC3采用TI公司的轉換芯片，其型號為SN65C3221EDBR ;收發(fā)器IC6采用MAXM公司的MAX13085EESA，實現(xiàn)智能電表的RS485信號到RS232信號的轉換。電路采用光耦隔離，安全性能好。該485數據采集采用市面可購買的485轉接頭。
如圖3所示，ESAM監(jiān)控單元包括MCU、串口芯片IC4、光耦ICll和光耦IC12。
MCU的I腳與光耦IC12的4腳相連，用于傳遞ESAM的IO信號ESAM-1Ol，其2腳通過電阻R8與其I腳相連，其5腳接電源VCC，同時通過電容ClOO接地，其6腳通過電阻R9與電源VCC相連，同時通過電阻R9串聯(lián)電容ClOO接地，該管腳還與接插件JPl的2腳相連，用于傳遞模式信號MODE，其9腳通過電阻RlO與電源VCC相連，同時通過電阻RlO串聯(lián)電容ClOO接地，該管腳還與接插件JPl的3腳相連，用于傳遞復位信號PRST，其10腳傳遞輸出信號X0UT，同時該管腳通過電容Cl接地，其12腳傳遞輸入信號XIN，同時該管腳通過電容C2接地，晶振Yl和電阻Rl并聯(lián)后接于該MCU的10腳和12腳之間，該MCU的13腳與電源VCC相連，同時通過電容C3接地，其14腳與光耦ICll的4腳相連，用于傳遞ESAM時鐘信號ESAM-CLK1，其44腳通過電阻R12與串口芯片IC4的9腳相連，其45腳通過電阻R13與該串口芯片的11腳相連，其4腳、11腳接地。
光耦ICll的I腳通過電阻R103與電源VCCl相連，其2腳與信號輸入接口 Jl的5腳相連，用于傳遞ESAM時鐘信號ESAM-CLK，其3腳接地，同時通過電容ClOl串聯(lián)電阻R105與電源VCC相連。
光耦IC12的I腳通過電阻R104與電源VCCl相連，其2腳與信號輸入接口 Jl的4腳相連，用于傳遞ESAM的IO信號ESAM-10，其3腳接地，同時通過電容C102串聯(lián)電阻R106與電源VCC相連。
串口芯片IC4的2腳通過電容C8與其4腳相連，其5腳通過電容C9與其6腳相連，其9腳通過電阻R14與電源VCC相連，其11腳通過電阻R24與電源VCC相連，其3腳通過電容ClO后接地，其7腳通過電容Cl I后接地，其15腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C12接地，其8腳通過電阻R15串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ2后接地，同時該管腳通過電阻R15與信號輸出接口 J2的9腳相連，用于輸出ESAM監(jiān)測信號ESAM3，其13腳通過電阻R16串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ3后接地，同時該管腳通過電阻R16與信號輸出接口 J2的4腳相連，用于輸出ESAM監(jiān)測信號ESAM2，其16腳接電源VCC，同時該管腳通過電容C12接地，其I腳、12腳和14腳均接地。
電源VCC串聯(lián)發(fā)光二極管LED2，該發(fā)光二極管LED2包括兩路發(fā)光二極管電路，一路發(fā)光二極管通過電阻R5與MCU的44腳相連，用于MCU數據通信指示。該路指示燈閃爍，表示MCU接收數據通信正常；該路指示燈滅，表示MCU接收數據通信異常。另一路發(fā)光二極管通過電阻R102與MCU的45腳相連，用于MCU數據通信指示。該路指示燈閃爍，表示MCU發(fā)送數據通信正常；該路指示燈滅，表示MCU發(fā)送數據通信異常。
MCU可采用目前廣泛使用的低功耗單片機瑞薩的R8C/L38B。MCU的I/O腳通過光耦隔離連接ESAM模塊的數據輸入輸出腳，在MCU內部設計數據采用程序，將I/O腳上的串行數據轉化為并行數據，通過MCU的串口發(fā)送給計算機。
串口芯片IC4采用TI公司的轉換芯片，其型號為SN65C3221EDBR;用于將TTL信號轉換成RS232信號。電路采用光耦隔離，能很好的保護ESAM模塊不被損壞。采用單片機方案能解決ESAM模塊采集數據大的問題。
如圖4所示，載波監(jiān)控單元包括串口芯片IC2、接線端子XS6、接線端子XS5和接線端子JP2。
串口芯片IC2的2腳通過電容C20與其4腳相連，其5腳通過電容C21與其6腳相連，其9腳通過電阻R31與電源VCC相連，其11腳通過電阻R32與電源VCC相連，該管腳還通過電阻R29與接線端子XS6的5腳相連，其11腳通過電阻R30與接線端子XS6的6腳相連，其3腳通過電容C22后接地，其7腳通過電容C23后接地，其15腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C25接地，其8腳通過電阻R33串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ7后接地，同時該管腳通過電阻R33與信號輸出接口 J2的7腳相連，用于輸出載波通信監(jiān)測信號ZB3，其13腳通過電阻R34串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ8后接地，同時該管腳通過電阻R34與信號輸出接口 J2的2腳相連，用于輸出載波通信監(jiān)測信號ZB2，其16腳接電源VCC，同時該管腳通過電容C25接地，其I腳、12腳和14腳均接地。
接線端子XS6的I腳、2腳、21腳和22腳均接地，其3腳和4腳分別與電源單元的電源V15P0相連，其7腳與電源VCC相連，其13腳通過電感L3與電源單元的電源V3.3相連。
接線端子XS5的I腳和2腳與A相端相連，其7腳和8腳與B相端相連，其13腳和14腳與C相端相連，其19腳和20腳與N相端相連。該接線端子一側的A相端、B相端、C相端、N相端與電力載波模塊相接，另一側的A相端、B相端、C相端、N相端與電源單元的電路相連。
接線端子JP2的3腳和4腳接地，其5腳與電源VCC相連。
接線端子XS6、接線端子XS5和接線端子JP2是一個整體，它是與電力載波模塊連接的接口。本發(fā)明可針對國網標準接口的各類單相載波模塊和三相載波模塊，實施載波監(jiān)控。這些電力載波模塊包括東軟、鼎信、曉程、瑞斯康、中慧等電力載波模塊。
如圖5所示，接口單元包括電源輸入端P1、信號輸入接口 Jl和信號輸出接口 J2。電源輸入端Pl與三相交流電源相接；信號輸入接口 Jl用于將GPRS通信數據、RS485通信數據、ESAM通信數據等采集進入設備；信號輸出接口 J2用于將GPRS通信監(jiān)測結果、RS485通信監(jiān)測結果、ESAM通信監(jiān)測結果以及載波通信監(jiān)測結果輸出至監(jiān)控主站。
如圖6所示，電源單元包括變壓器Tl、整流模塊B1、穩(wěn)壓芯片IC7和穩(wěn)壓芯片IC8。電源輸入端Pl的2腳通過壓敏電阻RTl與變壓器Tl的I腳相連，其I腳與該變壓器的3腳相連；可變電容器C7與可調電阻RVl并聯(lián)后接于電源輸入端Pl的2腳與I腳之間。變壓器Tl的5腳與整流模塊BI的ACl腳相連、其4腳與整流模塊BI的AC2腳相連，瞬態(tài)放電管DZl接于整流模塊BI的ACl腳和AC2腳之間。整流模塊BI的正極端與穩(wěn)壓芯片IC7的I腳相連，其負極端與穩(wěn)壓芯片IC7的G腳相連。電容C6、極性電容E4、極性電容E5、極性電容E6、極性電容E7、極性電容E8、極性電容E9、極性電容E10和極性電容E11并聯(lián)后接于整流模塊BI的正極端與負極端之間。穩(wěn)壓芯片IC7的O腳通過電感L2與電源VCC相連。電容C4與極性電容E2并聯(lián)后接于電源VCC與穩(wěn)壓芯片IC7的G腳之間。
穩(wěn)壓芯片IC8的I腳接電源VCC，其2腳接地，其3腳與電源V3.3相連，極性電容E3與電容C5并聯(lián)后接于該穩(wěn)壓芯片的3腳和2腳之間。極性電容El的正極端與該穩(wěn)壓芯片IC8的I腳相連，其負極端與該穩(wěn)壓芯片IC8的2腳之間，同時該極性電容的正極端還與電源VCC相連，其負極端接地。
電源VCC通過電阻R6串聯(lián)發(fā)光二極管LED5接地，用于電源指示，燈亮表示接通電源；燈滅表示，設備斷電。
如圖7所示，在使用時，在主站和采集終端之間設立監(jiān)控點1，在采集終端和電能表之間設立監(jiān)控點2，在本發(fā)明與電能表ESAM之間設立監(jiān)控點3，在本發(fā)明與載波電能表之間設立監(jiān)控點4，然后實施各種通信數據的監(jiān)控。監(jiān)控點1:GPRS監(jiān)控單元實現(xiàn)監(jiān)控；監(jiān)控點2: RS485監(jiān)控單元實現(xiàn)監(jiān)控；監(jiān)控點3:ESAM監(jiān)控單元實現(xiàn)監(jiān)控；監(jiān)控點4:載波監(jiān)控單元實現(xiàn)監(jiān)控。
本發(fā)明的PCB米用一端為電源輸入端口，一端為信號輸入接口和信號輸出接口。電源端子采用5.08間距的可拔插端子，信號輸入和輸出端口采用通用DB9針端子，便于設備的布線和安裝。
本發(fā)明的外殼選用WFDT-810GC電力線載波通用抄控器的外殼,塑膠模具,外形尺寸:160mmX IOOmmX 50mm。外殼為公用模具，價格便宜，外殼體積小，便于安裝，更換模塊也方便。
權利要求
1.一種多路集中監(jiān)控儀，包括電源單元，其特征在于，還包括GPRS監(jiān)控單元、RS485監(jiān)控單元、ESAM監(jiān)控單元和載波監(jiān)控單元，GPRS監(jiān)控單元通過信號輸入接口與采集終端的GPRS接口相連，用于截取采集GPRS通信數據，同時還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將GPRS通信監(jiān)測數據傳送至監(jiān)控主站；RS485監(jiān)控單元通過信號輸入接口與待監(jiān)測電能表的RS485接口相連，用于截取采集電能表RS485通信數據，同時該單元還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將RS485通信監(jiān)測數據傳送至監(jiān)控主站；ESAM監(jiān)控單元通過信號輸出接口與電能表的ESAM模塊接口相連，用于對電能表進行遠程身份認證、數據加密和數據解密操作，同時該單元還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將遠程身份認證結果以及數據加密和解密的結果信息傳送至監(jiān)控主站；載波監(jiān)控單元通過信號輸入接口與載波電能表的電力載波模塊接口相連，用于截取采集載波電能表的載波通信數據，同時還通過信號輸出接口與監(jiān)控主站的通信接口相連，用于將電力線載波監(jiān)測數據傳送至監(jiān)控主站；電源單元將單相交流電轉換成直流電，為所述GPRS監(jiān)控單元、RS485監(jiān)控單元、ESAM監(jiān)控單元和載波監(jiān)控單元供電。
2.根據權利要求1所述的多路集中監(jiān)控儀，其特征在于，所述GPRS監(jiān)控單元包括串口芯片ICl ； 串口芯片ICl的2腳通過電容C13與其4腳相連，其5腳通過電容C14與其6腳相連，其9腳通過電阻R18與發(fā)送端 TXD相連，用于輸出串口通信數據，該管腳還通過電阻R20與電源VCC相連，其11腳通過電阻R21與電源VCC相連，其11腳通過電阻R19與接收端RXD相連，用于接收串口通信數據，該管腳通過電阻R19后還分別與二極管D1、二極管D2的陽極相連；二極管Dl的陰極與信號輸入接口 Jl的I腳相連，用于接收GPRS發(fā)線的數據TXDl，二極管D2的陰極與信號輸入接口 Jl的2腳相連，用于接收GPRS收線的數據RXDl ;串口芯片ICl的3腳通過電容C15后接地，其7腳通過電容C16后接地，其15腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C17后接地，其8腳通過電阻R22串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ4后接地，同時該管腳通過電阻R22與信號輸出接口 J2的6腳相連，用于輸出GPRS通信監(jiān)測信號GPRS3，其13腳通過電阻R23串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ5后接地，同時該管腳通過電阻R23與信號輸出接口J2的I腳相連，用于輸出GPRS通信監(jiān)測信號GPRS2，其16腳接電源VCC，同時該管腳通過電容C17接地，其I腳、12腳和14腳均接地。
3.根據權利要求1所述的多路集中監(jiān)控儀，其特征在于，所述RS485監(jiān)控單元包括收發(fā)器IC6、光耦IC9、光耦IClO和串口芯片IC3 ； 收發(fā)器IC6的6腳通過電阻R35與信號輸入接口 Jl的7腳相連，用于傳遞信號RS485A，該管腳還通過電阻R35串聯(lián)雙向穩(wěn)壓二極管DZ9再串聯(lián)電阻R36與該收發(fā)器的7腳相連，同時該管腳還通過瞬態(tài)放電管DZ6后接地，并通過電阻R25與其8腳相連，其8腳與電源VCC相連，該管腳還通過電容C18接地，其7腳通過電阻R36與信號輸入接口 Jl的8腳相連，用于傳遞信號RS485B，同時該管腳還通過瞬態(tài)放電管DZlO后接地，并通過電阻R37與該收發(fā)器的5腳相連，其4腳和5腳接地，其I腳與光耦IC9的2腳相連，其2腳和3腳相連后與光耦IClO的3腳相連； 光耦IC9的I腳通過電阻R38與電源VCC相連，其3腳接地，同時該管腳通過電容C27串聯(lián)電阻R26與電源VCC相連，其4腳通過電阻R42與串口芯片IC3的11腳相連； 光耦IClO的3腳通過電阻R39接地，同時通過電容C26接地，其4腳接電源VCC，其I腳通過電阻R40與電源VCC相連，其2腳通過電阻R41與串口芯片IC3的9腳相連； 串口芯片IC3的I腳接地，其2腳通過電容C19與其4腳相連，其5腳通過電容C28與其6腳相連，其9腳通過電阻R28與電源VCC相連，其11腳通過電阻R43與電源VCC相連，其3腳通過電容C29接地，其7腳通過電容C30接地，其15腳通過電容C24接地，同時該管腳與電源VCC相連，串口芯片IC3的12腳和其14腳均接地，其8腳通過電阻R45串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZll后接地，同時該管腳通過電阻R45與信號輸出接口 J2的8腳相連，用于傳遞信號485-3，其13腳通過電阻R46串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ12后接地，同時該管腳通過電阻R46與信號輸出接口 J2的3腳相連，用于傳遞信號485-2，其16腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C24接地。
4.根據權利要求1所述的多路集中監(jiān)控儀，其特征在于，所述ESAM監(jiān)控單元包括MCU、光耦ICl1、光耦IC12和串口芯片IC4 ； MCU的I腳與光耦IC12的4腳相連，用于傳遞ESAM的IO信號ESAM-101，其2腳通過電阻R8與其I腳相連，其5腳接電源VCC，同時通過電容ClOO接地，其6腳通過電阻R9與電源VCC相連，同時通過電阻R 9串聯(lián)電容ClOO接地，該管腳還與接插件JPl的2腳相連，用于傳遞模式信號MODE，其9腳通過電阻RlO與電源VCC相連，同時通過電阻RlO串聯(lián)電容ClOO接地，該管腳還與接插件JPl的3腳相連，用于傳遞復位信號PRST，其10腳傳遞輸出信號X0UT，同時該管腳通過電容Cl接地，其12腳傳遞輸入信號XIN，同時該管腳通過電容C2接地，晶振Yl和電阻Rl并聯(lián)后接于該MCU的10腳和12腳之間，該MCU的13腳與電源VCC相連，同時通過電容C3接地，其14腳與光耦ICll的4腳相連，用于傳遞ESAM時鐘信號ESAM-CLK1，其44腳通過電阻R12與串口芯片IC4的9腳相連，其45腳通過電阻R13與該串口芯片的11腳相連，其4腳、11腳接地； 光耦ICll的I腳通過電阻R103與電源VCCl相連，其2腳與信號輸入接口 Jl的5腳相連，用于傳遞ESAM時鐘信號ESAM-CLK，其3腳接地，同時通過電容ClOl串聯(lián)電阻R105與電源VCC相連； 光耦IC12的I腳通過電阻R104與電源VCCl相連，其2腳與信號輸入接口 Jl的4腳相連，用于傳遞ESAM的IO信號ESAM-10，其3腳接地，同時通過電容C102串聯(lián)電阻R106與電源VCC相連； 串口芯片IC4的2腳通過電容C8與其4腳相連，其5腳通過電容C9與其6腳相連，其9腳通過電阻R14與電源VCC相連，其11腳通過電阻R24與電源VCC相連，其3腳通過電容ClO后接地，其7腳通過電容Cll后接地，其15腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C12接地，其8腳通過電阻R15串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ2后接地，同時該管腳通過電阻R15與信號輸出接口 J2的9腳相連，用于輸出ESAM監(jiān)測信號ESAM3，其13腳通過電阻R16串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ3后接地，同時該管腳通過電阻R16與信號輸出接口 J2的4腳相連，用于輸出ESAM監(jiān)測信號ESAM2，其16腳接電源VCC，同時該管腳通過電容C12接地，其I腳、12腳和14腳均接地。
5.根據權利要求1所述的多路集中監(jiān)控儀，其特征在于，所述載波監(jiān)控單元包括串口芯片IC2、接線端子XS6、接線端子XS5和接線端子JP2 ； 串口芯片IC2的2腳通過電容C20與其4腳相連，其5腳通過電容C21與其6腳相連，其9腳通過電阻R31與電源VCC相連，其11腳通過電阻R32與電源VCC相連，該管腳還通過電阻R29與接線端子XS6的5腳相連，其11腳通過電阻R30與接線端子XS6的6腳相連，其3腳通過電容C22后接地，其7腳通過電容C23后接地，其15腳與電源VCC相連，同時該管腳通過電容C25接地，其8腳通過電阻R33串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ7后接地，同時該管腳通過電阻R33與信號輸出接口 J2的7腳相連，用于輸出載波通信監(jiān)測信號ZB3，其13腳通過電阻R34串聯(lián)瞬態(tài)放電管DZ8后接地，同時該管腳通過電阻R34與信號輸出接口 J2的2腳相連，用于輸出載波通信監(jiān)測信號ZB2，其16腳接電源VCC，同時該管腳通過電容C25接地，其I腳、12腳和14腳均接地； 接線端子XS6的I腳、2腳、21腳和22腳均接地，其3腳和4腳分別與電源單元的電源V15P0相連，其7腳與電源VCC相連，其13腳通過電感L3與電源單元的電源V3.3相連； 接線端子XS5的I腳和2腳與A相端相連，其7腳和8腳與B相端相連，其13腳和14腳與C相端相連，其19腳和20腳與N相端相連，該接線端子一側的A相端、B相端、C相端、N相端與電力載波模塊相接，另一側的A相端、B相端、C相端、N相端與電源單元的電路相連； 接線端子JP2的3腳和4腳接地， 其5腳與電源VCC相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多路集中監(jiān)控儀，包括電源單元、GPRS監(jiān)控單元、RS485監(jiān)控單元、ESAM監(jiān)控單元和載波監(jiān)控單元。本發(fā)明采用多路采集單元電路集中設計，統(tǒng)一輸入輸出接口，實現(xiàn)電網系統(tǒng)中集中器、表計的TTL信號、RS232信號、RS485信號等信號的轉換及協(xié)調，實現(xiàn)不同信號的傳送。本發(fā)明芯片采用市面通用芯片，外殼采用公模，成本低；集中度高，便于用戶布線和安裝；各接口采用隔離處理，有效的保護了被測設備，使用安全；系統(tǒng)穩(wěn)定，功能強大，適應性范圍廣。本發(fā)明有效解決了不同信號需配備不同監(jiān)控、線路繁雜、安全隱患多等問題，為實現(xiàn)“全采集、全覆蓋、全費控”的智能電網用電信息采集系統(tǒng)奠定了重要堅實的基礎。
文檔編號H04L29/08GK103151837SQ201310052530
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月19日 優(yōu)先權日2013年2月19日
發(fā)明者黃曦, 邱仁峰 申請人:長沙威勝信息技術有限公司