一種基于VF隔離變換的電壓記錄儀的制作方法

本實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，屬于電網監控儀器技術領域。

背景技術：

電壓監測系統是對電網電壓質量進行監測并自動記錄的智能化儀表系統。為統計電壓的合格率及其他參數，為電壓質量的管理提供正確的數據。電壓監測系統的最小組合為一臺智能電壓監測儀。通過智能電壓監測儀的使用，即可實現對電壓監測點的各種電壓參數進行測量并記錄，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算結果。電壓監測系統的另外一種組合是有電壓監測儀加上電卡、通訊機及上位計算機等配套設備所組成。

傳統使用的電壓記錄儀主要為機械式，精度較差，而且不能存儲。近年出現了電腦式電壓記錄儀，但精度、準確度和實用性都不能令人滿意，很多電壓記錄儀不能實現信號和測量系統之間的隔離，使測量系統容易受到干擾，甚至受損。而且一般系統的存儲速度較慢，壽命有限。電壓監測儀所記錄的數據很多，通過儀表鍵盤來查詢抄錄十分耗時耗工，而直接用小打印機打印也有許多缺點和不便之處。

技術實現要素：

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

為解決以上技術問題，本實用新型的一種基于VF隔離變換的電壓記錄儀，包括降壓模塊、放大電路、將交流信號轉換為直流信號的有效值轉換模塊、將電壓信號轉換為頻率信號的VF變換模塊、隔離干擾的光電耦合器、采集電壓信號并進行處理的主處理器和顯示電壓數據的顯示模塊，所述降壓模塊的輸入端接入被監測電壓信號，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換模塊的輸入端相連，所述有效值轉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數口相連，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生系統實時時間的實時時鐘模塊，所述主處理器的數據信號端口連接有存儲實時時間和對應電壓數據的存儲器模塊。

相對于現有技術，本實用新型取得了以下有益效果：被監測電壓信號通常是高壓信號220V或者380V交流電，通過降壓模塊進行降壓，降壓模塊在降壓的同時，對高壓信號進行第一級的隔離。降壓模塊輸出降壓后的交流信號，經放大電路放大后，由有效值轉換模塊將交流電壓信號轉換成直流電壓信號，該直流電壓信號送至VF變換模塊的輸入端，VF變換模塊根據充放電原理，計算出對應的頻率信號并輸出，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光電耦合器進行第二級隔離后，送入主處理器的計數口進行脈沖計數，實時時鐘模塊同時向主處理器提供實時時間，主處理器定時周期結束后，統計脈沖個數并計算出脈沖頻率，進而算出測量電壓信號的大小，然后把電壓信號數據和時間信息存儲在存儲器模塊中，并通過顯示模塊進行顯示，存儲器模塊中的數據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，輸出和輸入之間絕緣且單向傳輸信號，抗干擾能力強；該電壓記錄儀采用了兩級隔離的方式，大大增強了系統的可靠性和抗干擾的效果。

作為本實用新型的改進，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置菜單，可以查看相應日期的電壓或者平均電壓。

作為本實用新型的進一步改進，所述主處理器的通訊接口連接有RS485通信模塊。主處理器采集的數據可以通過RS485通信模塊輸出。

作為本實用新型的進一步改進，所述主處理器還設有看門狗。以監控主程序的運行，保護數據和電路。

作為本實用新型的進一步改進，所述主處理器采用STC12C5A60S2單片機。

作為本實用新型的進一步改進，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。

作為本實用新型的進一步改進，所述有效值轉換模塊由AD536芯片完成真有效值轉換，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為能夠將交流信號快速轉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，而且具有分貝輸出功能。

作為本實用新型的進一步改進，所述VF變換模塊采用LM331壓頻轉換器，可調電阻R1與限流電阻R2串聯后接入LM331壓頻轉換器的2腳提供基準電流；LM331壓頻轉換器的3腳與所述光電耦合器的輸入端連接，LM331壓頻轉換器的4腳接地；LM331壓頻轉換器的5腳接RC定時電路且通過聚苯乙烯電容C4接地，LM331壓頻轉換器的6腳通過相串聯的電阻R4和電阻R6接地，電阻R4的兩端并聯有滌綸電容C2；LM331壓頻轉換器的7腳通過電阻R3與所述有效值轉換模塊的輸出端相連；LM331壓頻轉換器的8腳接+12V電源。LM331壓頻轉換器在整個工作溫度范圍內和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。動態范圍寬達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，數字分辨率可達12位；外接電路簡單，容易保證轉換精度。LM331壓頻轉換器的2腳提供基準電流，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定性；LM331壓頻轉換器的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入LM331壓頻轉換器的7腳，經LM331壓頻轉換器根據充放電原理，計算出與真有效值直流電壓信號相對應的頻率信號，頻率高低與輸入的直流電壓大小成正比，該頻率信號從LM331壓頻轉換器的3腳輸出。

作為本實用新型的進一步改進，所述光電耦合器采用6N136光電耦合器。6N136專為高速TTL / TTL應用而設計，具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力，響應速度快，If電流傳輸比大于17%，隔離的同時還對信號的電壓幅度進行匹配，由12V轉換至5V，適合于后面的主處理器進行采集。

作為本實用新型的進一步改進，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；所述實時時鐘模塊采用DS3231實時時鐘。FRAM 鐵電存儲器具有RAM和ROM優點，讀寫速度快并可以像非易失性存儲器一樣使用；DS3231實時時鐘可以大大提高系統時間的精確度。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明，附圖僅提供參考與說明用，非用以限制本實用新型。

圖1為本實用新型基于VF隔離變換的電壓記錄儀的結構框圖。

圖2為圖1中VF變換模塊的電氣原理圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型基于VF隔離變換的電壓記錄儀，包括降壓模塊、放大電路、將交流信號轉換為直流信號的有效值轉換模塊、將電壓信號轉換為頻率信號的VF變換模塊、隔離干擾的光電耦合器、采集電壓信號并進行處理的主處理器和顯示電壓數據的顯示模塊，降壓模塊的輸入端接入被監測電壓信號，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換模塊的輸入端相連，有效值轉換模塊的輸出端與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數口相連，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生系統實時時間的實時時鐘模塊，主處理器的數據信號端口連接有存儲實時時間和對應電壓數據的存儲器模塊。

被監測電壓信號通常是高壓信號220V或者380V交流電，通過降壓模塊進行降壓，降壓模塊在降壓的同時，對高壓信號進行第一級的隔離。降壓模塊輸出降壓后的交流信號，經放大電路放大后，由有效值轉換模塊將交流電壓信號轉換成直流電壓信號，該直流電壓信號送至VF變換模塊的輸入端，VF變換模塊根據充放電原理，計算出對應的頻率信號并輸出，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光電耦合器進行第二級隔離后，送入主處理器的計數口進行脈沖計數，實時時鐘模塊同時向主處理器提供實時時間，主處理器定時周期結束后，統計脈沖個數并計算出脈沖頻率，進而算出測量電壓信號的大小，然后把電壓信號數據和時間信息存儲在存儲器模塊中，并通過顯示模塊進行顯示，存儲器模塊中的數據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，輸出和輸入之間絕緣且單向傳輸信號，抗干擾能力強；該電壓記錄儀采用了兩級隔離的方式，大大增強了系統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置菜單，可以查看相應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。主處理器采集的數據可以通過RS485通信模塊輸出。

主處理器還設有看門狗。以監控主程序的運行，保護數據和電路。

主處理器采用STC12C5A60S2單片機。

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

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。

有效值轉換模塊由AD536芯片完成真有效值轉換，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為能夠將交流信號快速轉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，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行匹配，由12V轉換至5V，適合于后面的主處理器進行采集。

如圖2所示，VF變換模塊采用LM331壓頻轉換器，LM331壓頻轉換器的1腳為電流輸出，可調電阻R1與限流電阻R2串聯后接入LM331壓頻轉換器的2腳提供基準電流；LM331壓頻轉換器的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壓頻轉換器的4腳接地；LM331壓頻轉換器的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壓頻轉換器的6腳通過相串聯的電阻R4和電阻R6接地，電阻R4的兩端并聯有滌綸電容C2；LM331壓頻轉換器的7腳通過電阻R3與有效值轉換模塊的輸出端相連，同時7腳通過電容C3接地；LM331壓頻轉換器的8腳接+12V電源。

LM331壓頻轉換器的2腳提供基準電流，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定性；LM331壓頻轉換器的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入LM331壓頻轉換器的7腳，經LM331壓頻轉換器根據充放電原理，計算出與真有效值直流電壓信號相對應的頻率信號，頻率高低與輸入的直流電壓大小成正比，該頻率信號從LM331壓頻轉換器的3腳輸出。

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