基于Arduino控制的遥信校验仪

技术领域

本申请涉及遥信功能校验技术领域，尤其涉及一种基于Arduino控制的遥信校验仪。

背景技术

遥信是指远动通信数据的开关量，例如断路器或隔离开关的分/合状态，保护信号的动作/复归，AGC/AVC功能的投入/退出等。遥信功能通常用于测量下列信号，开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号。

传统遥信功能校验只能依靠现场工作人员使用短接线短接现场遥信公共端和信号端，由于间隔遥信点繁多，每一个都需要现场作业员短接并保持，直至后台及地调确认。因此，作业人员配置多，试验时需要现场人员与主控室人员即时通讯，理想情况下需要三名有经验的工作人员，才能保证试验数据准确。

并且厂站测控柜往往空间狭小，现场工作人员受空间限制作业困难，无法作业时需要拆柜板，因此，传统遥信功能校验方法存在工作量大、效率低、作业现场风险较高等问题。

发明内容

本申请为解决上述传统遥信功能校验方法存在工作量大、效率低、作业现场风险较高等问题，提供一种基于Arduino控制的遥信校验仪，通过Arduino板编写控制程序并执行，包括：主机模块、通信模块和导通模块；

所述主机模块与所述通信模块通信连接，所述通信模块与所述导通模块通信连接，所述导通模块与待测设备电连接；

所述导通模块被配置为：检测所述待测设备的参数信息并生成参数信号，将所述参数信号发送给所述通信模块，所述参数信号包含所述参数信息；

所述通信模块被配置为：接收所述参数信号并发送到所述主机模块；

所述主机模块被配置为：接收所述参数信号并根据所述参数信号中的所述参数信息判断所述待测设备状态，并记录所述待测设备状态。

在一种可行的实现方式中，所述主机模块还被配置为：记录电位翻转的发生时刻，将所述发生时刻与参考时间进行差值计算，得到时间差，分析所述时间差，得到所述厂站自动化端的SOE精度；

其中，所述参考时间为所述厂站自动化端收到信号变位的时间。

在一种可行的实现方式中，所述导通模块有多个，多个所述导通模块包括开关单元；

所述开关单元与所述通信模块通信连接；

所述主机模块还被配置为：通过所述通信模块控制所述开关单元的通断。

在一种可行的实现方式中，所述导通模块包括电压检测单元，所述电压检测单元与所述待测设备电连接；

所述电压检测单元被配置为：检测所述待测设备的电压值。

在一种可行的实现方式中，所述主机模块包括第一供电单元，所述通信模块包括第二供电单元；

所述第一供电单元被配置为：为所述主机模块供电；

所述第二供电单元被配置为：为所述通信模块供电；

所述第一供电单元和所述第二供电单元还被配置为：将输出电压在12V、5V和3.3V之间进行转换。

在一种可行的实现方式中，所述主机模块包括：处理单元和人机交互单元；

所述处理单元被配置为：接收所述参数信号并处理所述参数信号，得到所述待测设备状态；

所述人机交互单元被配置为：从所述处理单元获取所述参数信号，并显示所述参数信号中的所述参数信息。

在一种可行的实现方式中，所述主机模块还包括精度校验单元；

所述精度校验单元被配置为：校验所述厂站自动化端的SOE精度。

在一种可行的实现方式中，所述主机模块还包括：实时时钟单元，所述实时时钟单元采用DS芯片；

所述实时时钟单元被配置为：记录所述待测设备状态的发生时刻。

在一种可行的实现方式中，所述主机模块还包括：接口单元；

所述接口单元用于连接外部设备，所述外部设备中包含Arduino升级程序。

由上述内容可知，本申请提供一种基于Arduino控制的遥信校验仪，通过Arduino板编写控制程序并执行，包括：主机模块、通信模块和导通模块；所述导通模块被配置为：检测所述待测设备的参数信息并生成参数信号，将所述参数信号发送给所述通信模块，所述参数信号包含所述参数信息；所述通信模块被配置为：接收所述参数信号并发送到所述主机模块；所述主机模块被配置为：接收所述参数信号并根据所述参数信号中的所述参数信息判断所述待测设备状态，并记录所述待测设备状态。本申请基于Arduino技术，通过主机的统一控制或远程遥控单个模块的通断，实现自动对点。在不拆解任何连接部分的情况下完成遥信试验和SOE精度校验。同时具备人机交互和蓝牙的主机可远程进行试验，且具备优化提升空间，后续可承载更多功能。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明实施的实施例，并与说明书一起用于解释本发明实施例的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的基于Arduino控制的遥信校验仪的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的主机模块的系统电路图；

图3是本申请实施例提供的导通模块的系统电路图；

图4是本申请实施例提供的开关单元的开关电路图；

图5是本申请实施例提供的开关单元的LED灯电路图；

图6是本申请实施例提供的导通模块的电压检测电路图；

图7是本申请实施例提供的主机模块的电压检测电路图；

图8是本申请实施例提供的第一供电单元的输出12V电源的电路图；

图9是本申请实施例提供的第一供电单元的将12V电源转为5V电源的电路图；

图10是本申请实施例提供的第一供电单元的将5V电源转为3.3V电源电路图；

图11是本申请实施例提供的第二供电单元的将5V电源转为3.3V电源电路图；

图12是本申请实施例提供的主机模块的下载电路图；

图13是本申请实施例提供的通信模块的通信电路图。

附图标号说明：

100-主机模块；200-通信模块；300-导通模块；110-处理单元；120-人机交互单元；130-精度校验单元；140-实时时钟单元；150-接口单元；410-第一供电单元；420-第二供电单元。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明实施例将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明实施例的实施方式的充分理解。

传统遥信功能校验只能依靠现场工作人员使用短接线短接现场遥信公共端和信号端，由于间隔遥信点繁多，每一个都需要现场作业员短接并保持，直至后台及地调确认。因此，作业人员配置多，试验时需要现场人员与主控室人员即时通讯，理想情况下需要三名有经验的工作人员，才能保证试验数据准确。并且厂站测控柜往往空间狭小，现场工作人员受空间限制作业困难，无法作业时需要拆柜板，因此，传统遥信功能校验方法存在工作量大、效率低、作业现场风险较高等问题。

本申请为解决上述问题，提供一种基于Arduino控制的遥信校验仪，通过Arduino板编写控制程序并执行。其中，Arduino板是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)。它构建于开放原始码simpleI/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。主要包含两个部分：硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是Arduino IDE，你的计算机中的程序开发环境。只要在IDE中编写程序代码，将程序上传到Arduino电路板后，程序便会控制Arduino电路板执行相应的功能。本申请中即采用Arduino板做电路连接实现各模块功能。

参照图1所示，包括：主机模块100、通信模块200和导通模块300。主机模块100与通信模块200通信连接，通信模块200与导通模块300通信连接，导通模块300与待测设备电连接。

其中，参照图2所示，主机模块100采用的系统为STM32F103C8T6的最小系统，STM32F103C8T6为众多单片机的一种，系统包括CPU、存储器、输入输出接口、定时器、ADC、SPI接口、I2C接口等模块，实现各种控制、计算、数据处理等功能。图2中的R1和LED1作为在电路中的调试灯使用；C29、C30、C31、C32、C33、为系统的退耦电容，可防止电路通过电源形成的正反馈通路而引起的寄生振荡，进而导致系统出现死机情况；CN5是一个程序串行调试接口，用于程序下载和调试；X1、R2、C26、C27为晶振电路，晶振是一种高精度和高稳定度的振荡器，通过一定的外接电路来，可以生成频率和峰值稳定的正弦波。

而单片机在运行的时候，需要一个脉冲信号，作为自己执行指令的触发信号，可以简单的想象为：单片机收到一个脉冲，就执行一次或多次指令。R26、C34、SW2为上电复位以及按键复位电路；R23接到系统的BOOT0，另一端接地使BOOT0为低电平，R25接到系统的BOOT1，另一端接地使BOOT1为低电平保证系统从存储芯片中运行程序。图2中，TP1、TP2、TP3、TP4是固定螺丝孔。

参照图3所示，导通模块300采用的系统为STM32F103C8T6的最小系统，图3中，CN1是一个程序串行调试接口，用于程序下载和调试；X1、R2、C1、C2为晶振电路，R4、C8、SW1为上电复位以及按键复位电路；R33接到系统的BOOT0。

具体的，在本申请实施例中，导通模块300被配置为：检测待测设备的参数信息并生成参数信号，将参数信号发送给通信模块200，参数信号包含参数信息；通信模块200被配置为：接收参数信号并发送到主机模块100；主机模块100被配置为：接收参数信号并根据参数信号中的参数信息判断待测设备状态，并记录待测设备状态。

通过上述通信手段，将一个信号从导通模块300传输到主机模块100，主机模块100通过获取到的设备状态来检测遥信设备能够准确地传输信号并响应其他设备的指令，本申请的遥信仪仅需两人就可完成现场遥信对点试验，且操作简单，安全风险低。

在本申请的一些实施例中，主机模块100还被配置为：记录电位翻转的发生时刻，将所述发生时刻与参考时间进行差值计算，得到时间差，分析所述时间差，得到所述厂站自动化端的SOE精度；其中，所述参考时间为厂站自动化端收到信号变位的时间。

在电力系统中，遥信事件是指各种保护动作、控制信号等重要信息的远程传输，这些信息需要在时间上具有很高的精度和可靠性，以便于后续的事件分析、故障定位等应用。

遥信SOE精度校验通常采用以下方法：首先需要明确定义遥信系统中需要记录的事件类型和属性，如事件的名称、类型、触发条件等。本申请中记录的为待测设备状态，待测设备状态可以进一步定义为某一具体事件，再选择一个可靠的参考时间，在本申请中，即采用GPS时间以确保时间同步的准确性。

在遥信系统中，再记录电位翻转(导通)的发生时刻(本时刻为GPS时间)。将记录的待测设备状态发生时刻与参考时间进行比对，计算出事件的时间差或延迟。通过对时间差进行分析和处理，可以得出每个事件的SOE精度。这可以通过计算时间差的平均值、标准差等方式来实现。

最后，根据分析结果，可以对遥信系统进行校准和调整，以减小系统误差和提高SOE精度。具体的，主机模块100还包括精度校验单元130；精度校验单元130被配置为：校验厂站自动化端的SOE精度。通过精度校验单元130可以对遥信系统进行校准和调整。可以有效地检测遥信事件传输的准确性和可靠性，以确保电力系统的安全稳定运行。

在本申请的一些实施例中，导通模块300有多个，多个导通模块300包括开关单元；开关单元与通信模块200通信连接；主机模块100还被配置为：通过通信模块200控制开关单元的通断。

参照图4和图5所述，开关单元使用继电器(JZC-32F/012-HS3(555))控制，Q3为继电器的控制开关，R11为限流电阻，R14是下拉电阻，D4为续流二极管，使用双色LED显示继电器导通情况，R2为LED的限流电阻。图5中存在多组LED灯，而系统的驱动能力有限，驱动LED灯使用ULN2003驱动，C3为退耦电容。该电路可实现导通模块300的开断，以及对开断状态可通过LED进行显示。

在本申请的一些实施例中，导通模块300包括电压检测单元，电压检测单元与待测设备电连接；电压检测单元被配置为：检测待测设备的电压值。通过检测待测设备的电压值，可以确认待测设备是否带电。参照图6所示，图6为基于Arduino板的电压检测单元电路设计。其中，使用PC817光耦检测110V电压，R27为限流电阻，R24为上拉电阻。

进一步的，主机模块100也可以设计电压检测电路，用于检测本设备是否带电。电路设计参照图7所示，其中，使用两级运算放大电路检测110V电压大小，R7、R14为输入的分压电阻，R8、R10是反馈电阻，R11、R16、R13、R18是输入电阻，R12、R15、R19为输出电路，R6为实现单点接地。

在本申请的一些实施例中，主机模块100包括第一供电单元410，通信模块200包括第二供电单元420；第一供电单元410被配置为：为主机模块100供电；第二供电单元420被配置为：为通信模块200供电；第一供电单元410和第二供电单元420还被配置为：将输出电压在12V、5V和3.3V之间进行转换。采用不同的输出电压可以适配更多种类的设备，扩大可以进行遥信校验的范围。

具体的，第一供电单元410为使在输出电压在12V、5V和3.3V之间进行转换提供三种电路，参照图8、图9和图10；其中，图8的电路使用了高能立方的HS12P36SR电源模块，其电路设计参考了HS12P36SR电源模块EMI的设计电路，支持85VAC～265VAC或100VDC～370VDC，输出电压：12V，输出电流(最大值)：3A，输出功率：36W。图9的电路使用XL1509-5.0将12V电源转为5V电源，L1为该电路中的功率电感，D1为续流二极管，C2、C3是输出滤波电容，C1是输入退耦电容。图10使用EA8103T5R芯片，将5V转为3.3V电源，L3是功率电感，C6、C7是输出电路，C4是退耦电容，R4、R5为分压电阻，C10为滤波电容。

第二供电单元420也需要将电压从12V转换至5V，或从5V转换至3.3V。其中，从5V转换至3.3V的电路参照图11所示，图11中采用了AMS1117-3.3将5V转换为3.3V电源，其中C15、C16、C17、C18为退耦电容。

在本申请的一些实施例中，主机模块100包括：处理单元110和人机交互单元120；处理单元110被配置为：接收参数信号并处理参数信号，得到待测设备状态；人机交互单元120被配置为：从处理单元110获取参数信号，并显示参数信号中的参数信息。其中处理单元110即主机模块100采用的系统，可以实现各种控制、计算、数据处理等功能。本申请实施例中，的主机模块100通过人机交互单元120可以更直观的展示校验结果，并且便于对系统配置进行调试和修改。

主机模块100还包括：实时时钟单元140，实时时钟单元140采用DS1302芯片；实时时钟单元140被配置为：记录待测设备状态的发生时刻。实时时钟单元140通过I2C接口与系统通信。该实时时钟单元140提供一个精准的时钟信息，为整个系统添加了一个时间同步的信息。主机模块100还包括：接口单元150；接口单元150用于连接外部设备，外部设备中包含Arduino升级程序。

为实现程序的升级，或待测设备状态的实际记录，主机模块100中还包括下载电路，参照图12所示，下载电路使用CH340X作为ISP下载电子的核心，C28是退耦电容，D2是防止电流倒灌二极管，D3是防止信号反接的二极管。下载电路用于进行记录或下载程序等待升级。

在一些实施例中，通信模块200为实现与主机模块100和导通模块300的通信连接，设计有通信电路，参照图13所示，图中的通信电路使用的485通信芯片为SP3485，R9是终端电阻，C17是退耦电容。

由上述实施例内容可知，本申请提供一种基于Arduino控制的遥信校验仪，通过Arduino板编写控制程序并执行，包括：主机模块、通信模块和导通模块；主机模块与通信模块通信连接，通信模块与导通模块通信连接，导通模块与待测设备电连接；导通模块被配置为：检测待测设备的参数信息并生成参数信号，将参数信号发送给通信模块，参数信号包含参数信息；通信模块被配置为：接收参数信号并发送到主机模块；主机模块被配置为：接收参数信号并根据参数信号中的参数信息判断待测设备状态，并记录待测设备状态。通过使用该试验仪器，仅需两人就可完成现场遥信对点试验，且操作简单，安全风险低，可以通过手机app远程操作仪器、监视现场情况，节省人力物力，提高工作效率。通过毫秒级控制主机的正电导通与关断，来验证厂站自动化端SOE的精度值，更加方便高效。

本申请实施例需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。