一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，包括傳感器測量模塊、GPS模塊、信號調理模塊、嵌入式模塊、人機交互模塊、電源模塊；所述嵌入式模塊包括用于數字信號分析與處理的嵌入式模塊和用于人機交互與歷史數據處理的嵌入式模塊。本實用新型通過設備便攜度高、測量準確、功耗低、實時性和魯棒性好，可顯示多路實時波形并對波形進行移動、放大等操作，結果顯示清晰直觀，而且可測量高次諧波，間諧波，能夠實時測量和顯示諧波數據和諧波含量柱狀圖，方便監測，同時能監測電壓的變動情況，裝置使用大屏全彩顯示和觸屏操控，使操作更加方便、人機交互界面更友好，并且移植了FATFS系統，能對數據文件進行管理。
【專利說明】
一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電能質量監測裝置的技術領域，特別是一種全觸屏操作的便攜式電能質量監測儀的技術領域。
【【背景技術】】
[0002]因為現代電網廣泛采用電力電子器件控制電能，致使電網用戶側出現了大量的非線性電子器件，導致負荷結構產生了極大變化。此類負荷的用電特性具有非線性、不平衡的特點，會引起電壓波動、三相不平衡、諧波污染和頻率波動等現象。同時，由于近年來電力行業試水市場競爭機制、用戶參與電能價格調控的積極性不斷提高，逐漸形成了開放和競爭的環境，這也必然對電能質量提出更嚴格和精細的要求。
[0003]隨著由微電源、蓄電裝置、控制裝置和負荷共同組成的微電網的應用逐漸擴大，導致實時的、便攜化、簡單化的電能質量監測裝置的需求越來越大。為了適應越來越大規模的配電網絡和微電網的發展，方便工作人員對設備檢測和對各節點電能的評估，各種便攜式的電能質量分析儀應運而生，發展也越來越成熟。此類便攜式裝置應能對故障現場或新增加的節點進行快速測量，幫助用戶監測配電網中電能質量，為制定配電網側相關策略提供參考。而目前市場上的便攜式電能質量監測裝置在實際使用過程中均存在裝置按鍵數量大，操作步驟復雜，測量結果顯示不夠直觀清晰以及人機交互界面不夠友好等缺點。
【【實用新型內容】】
[0004]本實用新型的目的就是解決現有技術中的問題，提出一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，能夠在實現完備的電能質量參數測量的基礎上，實現除電源鍵之外的全觸屏操作，以增加裝置便攜性并提供友好的人機交互界面，方便快捷的操作體驗以及清晰直觀的結果顯示。
[0005]為實現上述目的，本實用新型提出了一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，包括傳感器測量模塊、GPS模塊、信號調理模塊、嵌入式模塊、人機交互模塊、電源模塊;所述嵌入式模塊包括用于數字信號分析與處理的嵌入式模塊和用于人機交互與歷史數據處理的嵌入式模塊。
[0006]作為優選，所述傳感器測量模塊包含一個或一個以上用于連接并實時監測電網節點電壓電流大小的鉗形互感器;所述鉗形互感器可以在電網節點上快捷安裝，并采用標準的儀器儀表接口方式與轉接模塊相連，操作靈活方便，擴展性較強。
[0007]作為優選，所述信號調理模塊包括信號跟隨模塊、反向求和模塊和反向放大模塊；所述信號調理模塊通過信號跟隨模塊完成信號的跟隨放大。
[0008]作為優選，所述GPS模塊采用遵循NMEA-0183協議的GPS模組，為DSP芯片提供標準時間參數。
[0009]作為優選，所述用于數字信號分析與處理的嵌入式模塊以DSP芯片為核心。
[0010]作為優選，所述用于人機交互與歷史數據處理的嵌入式模塊以STM單片機芯片為核心，并移植了嵌入式實時操作系統及嵌入式文件管理系統。
[0011]作為優選，所述人機交互模塊，通過STM單片機芯片來控制驅動芯片，進而在薄膜晶體管液晶顯示器及投射式電容觸摸屏上實現顯示內容及觸屏控制。
[0012]作為優選，所述數據管理模塊包括標準SD卡接口、USBHOST接口以及嵌入式文件管理系統。
[0013]本實用新型的有益效果:本實用新型通過設備便攜度高、測量準確、功耗低、實時性和魯棒性好，可顯示多路實時波形并對波形進行移動、放大等操作，結果顯示清晰直觀，而且可測量高次諧波，間諧波，能夠實時測量和顯示諧波數據和諧波含量柱狀圖，方便監測，同時能監測電壓的變動情況，裝置使用大屏全彩顯示和觸屏操控，使操作更加方便、人機交互界面更友好，并且移植了 FATFS系統，能對數據文件進行管理。
[0014]本實用新型的特征及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。
【【附圖說明】】
[0015]圖1是本實用新型一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀的結構示意圖；
[0016]圖2是本實用新型一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀的系統功能示意圖。
【【具體實施方式】】
[0017]參閱圖1、圖2，本實用新型一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，包括用于數據實時采集的傳感器測量模塊、用于提供標準時鐘信號的GPS模塊、用于進行信號放大的信號調理模塊、用于數字信號分析與處理的嵌入式模塊、用于人機交互與歷史數據處理的嵌入式模塊、用于顯示結果和設置參數的人機交互模塊、用于存儲與查詢歷史數據的數據管理模塊和用于為各個模塊供電的電源模塊。
[0018]所述傳感器測量模塊包含用于連接并實時監測電網節點電壓電流大小的鉗形互感器;所述的鉗形互感器可以在電網節點上快捷安裝，并采用標準的儀器儀表接口方式與轉接模塊相連，操作靈活方便，擴展性較強;所述GPS模塊采用遵循NMEA-0183協議的U-BLOXNE0-6M模組，體積小巧，性能優異，自帶陶瓷天線，可通過串口進行各種參數設置，并可保存在EEPROM，自帶IPX接口，可以連接各種有源天線;所述GPS模塊為數字信號分析與處理模塊提供時間基準，以便測量節點的相角及三相不平衡度;所述信號調理模塊包括信號跟隨模塊、反向求和模塊和反向放大模塊等，通過信號跟隨模塊完成信號的跟隨放大；所述的用于數字信號分析與處理的嵌入式模塊以DSP芯片為核心，型號為TMS320VC5509;所述數字信號分析與處理模塊包括信號處理模塊A/D轉換模塊、電壓和電流運算模塊、數據存儲模塊等;所述A/D轉換模塊將從信號調理模塊獲取的模擬信號轉換成數字信號，并分別傳輸給電壓和電流運算模塊;所述電壓和電流運算模塊使用FFT(快速傅里葉變換)對數據進行計算，以得到穩態電能質量數據如電壓電流的頻率、幅值、諧波和相角，使用SFFT(短時快速傅里葉變換)對數據進行計算，以對電壓波動與電壓暫降進行監測，計算結束后將得到的數據通過串口傳輸給用于人機交互與歷史數據處理的嵌入式模塊;所述的用于人機交互與歷史數據處理的嵌入式模塊以STM32F407為硬件核心，以uC/OSII實時操作系統為軟件核心，包括觸屏輸入模塊、彩屏輸出模塊、數據存儲模塊等，通過所述觸屏輸入模塊可以選擇所需的功能及設置參數;所述彩屏輸出模塊用于顯示測量數據、波形及圖表等信息;所述數據存儲模塊用于存儲歷史數據并與可移動存儲設備進行數據傳輸;所述人機交互模塊，通過STM32F4的FSMC接口來控制驅動芯片進而在4.3寸TFTIXD上顯示內容和觸屏控制;所述TFT-1XD即薄膜晶體管液晶顯示器，為4.3寸投射式電容觸摸屏(交互電容類型)，分辨率為800*480，16位真彩顯示，接口為16位的80并口；所述驅動芯片為ILI9341控制器，自帶顯存，其顯存總大小為800*480*18/8，并使用GT9147作為驅動1C，其驅動結構為10個感應通道和17個驅動通道，支持5點觸控，支持10Hz觸點掃描頻率，適合小于4.5寸的電容觸摸屏使用;所述數據管理模塊包括使用STM32F407自帶的SD1接口驅動設計的標準SD卡接口，4位模式，最高通信速度可達48Mhz，最高每秒可傳輸數據24M字節，包括采用側式USB-A座的USB HOST接口，文件操作使用的是STM32F407內移植的專為小型嵌入式系統設計的FATFS文件管理系統，版本為FATFS—R0.1Ob;所述的系統功能包括參數監測、單相監測、三相監測、歷史數據和設置參數五項，使用uC/OSII實時操作系統進行時間管理、內存管理和任務管理，對各個功能界面設置不同的優先級，通過uC/OSII系統對其進行任務調度，實現內存的最優利用，保證系統的流暢穩定運行;所述的參數監測分為三項:諧波監測、頻率監測和電壓監測；所述諧波監測包括顯示諧波數據和諧波柱狀圖；所述頻率監測可以對頻率偏差進行監測；所述電壓監測可以對過電壓、欠電壓、電壓中斷和電壓波動等穩態數據進行監測，也可以對電壓暫升暫降等暫態數據進行監測，當所監測的系統參數沒有超出所設定范圍的變動時，裝置按所設置時間間隔自動保存數據；當所監測參數發生超出設定值的變動時裝置自動保存異常數據于SD卡中；所述的單相監測功能可分為顯示波形及參數、對波形進行移動等操作兩部分，顯示所選擇相的電壓和電流的實時波形并將其幅值、頻率和相角等參數顯示在屏幕右側;所述的三相監測功能也分為顯示波形及參數、對波形進行移動等操作兩部分，其中可對顯示波形進行的操作有移動、改變幅值、掃描頻率和截圖等，同時，在顯示波形及參數界面也可跳轉到諧波的實時監測界面;所述的歷史數據功能可實現對歷史數據按日期查詢、刪除、導出到U盤等，文件操作使用的是STM32F407內移植的專為小型嵌入式系統設計的FATFS文件管理系統，版本為FATFS—R0.1Ob;所述的設置參數功能包括對采樣時間、測量精度要求和保存數據頻率等參數的設置，在實現完備的電能質量參數測量的基礎上，提供友好的人機交互界面，結果顯示清晰直觀，通過全觸屏及uC/OSII實時操作系統實現方便快捷的操作體驗。
[0019]本實用新型工作過程:
[0020]本實用新型一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀在工作過程中，通過傳感器測量模塊對電網的一個或多個節點進行數據信號采樣，獲得實時的電網節點數據信號，將電網節點數據通過信號調理模塊進行信號放大，最后獲得可以進行加工處理的放大信號，GPS模塊將實時時間信號傳輸給DSP，根據在STM32的人機交互模塊上設置的參數和選擇的功能，在DSP中對放大信號進行計算，通過人機交互模塊進行參數設置和功能選擇。
[0021]本實用新型通過設備便攜度高、測量準確、功耗低、實時性和魯棒性好，可顯示多路實時波形并對波形進行移動、放大等操作，結果顯示清晰直觀，而且可測量高次諧波，間諧波，能夠實時測量和顯示諧波數據和諧波含量柱狀圖，方便監測，同時能監測電壓的變動情況，裝置使用大屏全彩顯示和觸屏操控，使操作更加方便、人機交互界面更友好，并且移植了 FATFS系統，能對數據文件進行管理。
[0022]上述實施例是對本實用新型的說明，不是對本實用新型的限定，任何對本實用新型簡單變換后的方案均屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，其特征在于:包括用于數據實時采集的傳感器測量模塊、用于提供標準時鐘信號的GPS模塊、用于進行信號放大的信號調理模塊、用于數字信號分析與處理的嵌入式模塊、用于人機交互與歷史數據處理的嵌入式模塊、用于顯示結果和設置參數的人機交互模塊、用于存儲與查詢歷史數據的數據管理模塊和用于為各個模塊供電的電源模塊。2.如權利要求1所述的一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，其特征在于:所述傳感器測量模塊包含一個或一個以上用于連接并實時監測電網節點電壓電流大小的鉗形互感器；所述鉗形互感器可以在電網節點上快捷安裝，并采用標準的儀器儀表接口方式與轉接模塊相連，操作靈活方便，擴展性較強。3.如權利要求1所述的一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，其特征在于:所述信號調理模塊包括信號跟隨模塊、反向求和模塊和反向放大模塊;所述信號調理模塊通過信號跟隨模塊完成信號的跟隨放大。4.如權利要求1所述的一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，其特征在于:所述GPS模塊采用遵循NMEA-018 3協議的GPS模組，為DSP芯片提供標準時間參數。5.如權利要求1所述的一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，其特征在于:所述用于數字信號分析與處理的嵌入式模塊以DSP芯片為核心。6.如權利要求1所述的一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，其特征在于:所述用于人機交互與歷史數據處理的嵌入式模塊以STM單片機芯片為核心，并移植了嵌入式實時操作系統及嵌入式文件管理系統。7.如權利要求1所述的一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，其特征在于:所述人機交互模塊，通過STM單片機芯片來控制驅動芯片，進而在薄膜晶體管液晶顯示器及投射式電容觸摸屏上實現顯示內容及觸屏控制。8.如權利要求1所述的一種全觸屏的便攜式電能質量監測儀，其特征在于:所述數據管理模塊包括標準SD卡接口、USB HOST接口以及嵌入式文件管理系統。
【文檔編號】G05B19/042GK205608103SQ201620164908
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月3日
【發明人】于競哲, 蘇宜靖, 李濟沅
【申請人】浙江大學