本實用新型涉及節(jié)能服務以及電能質量優(yōu)化，具體涉及基于Kinetis平臺的中壓線路無功補償控制電路。

背景技術：

隨著近年來電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，用電需求的矛盾已得到緩解，但電力用戶對系統(tǒng)電能質量的要求卻越來越高。尤其我國“十一五”規(guī)劃綱要提出“節(jié)能減排”的目標，使用無功補償設備降低線路損耗顯得尤為重要。無功補償優(yōu)化控制設備作為節(jié)能領域的重要設備之一，目前已廣泛應用于變電站集中補償、線路分散補償等無功補償成套設備。在實際應用中可以有效的降低線損，提高變壓器的帶負載率，提高功率因數，達到節(jié)能降耗的目的。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，公開了基于Kinetis平臺的中壓線路無功補償控制電路。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：基于Kinetis平臺的中壓線路無功補償控制電路，其特征在于：包括人機交互單元、CPU模塊、CPU供電單元、開入開出單元、模擬量調理及采集單元、存儲單元和RS485通信單元；所述CPU供電單元為CPU模塊提供工作電壓，所述開入開出單元與CPU模塊的輸入輸出端連接，所述模擬量調理及采集單元的輸出端連接CPU模塊的輸入端，所述存儲單元與CPU模塊連接，所述RS485通信單元通過標準UART接口與CPU模塊連接。

進一步地，所述人機交互單元通過控制總線驅動芯片74LVC245以總線形式統(tǒng)一控制用于實時信息展示的液晶顯示屏、指示運行狀態(tài)、告警狀態(tài)及通信狀態(tài)的LED指示燈以及按鍵。

進一步地，所述CPU供電單元采用DC/DC芯片，所述DC/DC芯片對輸入電壓進行穩(wěn)壓濾波并輸出CPU模塊的工作電壓。

進一步地，所述的開入開出單元通過驅動繼電器作為開出，通過檢測光耦對外部開入進行檢測。

進一步地，所述的模擬量調理及采集單元通過互感器將外部中壓信號隔離并等比例縮小，通過運算放大器對信號進行濾波并傳輸到CPU模塊的ADC采樣管腳進行模擬量采集。

進一步地，所述存儲單元通過標準SPI接口與CPU模塊連接，控制存儲單元的復位及擦除使能引腳進行讀取、寫入操作。

進一步地，所述RS485通信單元采用ISO3082芯片。

本實用新型與現有技術相比具有以下優(yōu)點：本實用新型基于Kinetis平臺主控芯片CPU模塊通過采集經過模擬量調理電路的交流信號，計算得到電參數，并通過液晶顯示屏顯示，通過液晶顯示屏可以查看相應設置參數及修改參數，參數保存在串行FLASH存儲模塊中，可以根據設置的參數控制開出動作，并通過開入口檢測動作反饋信號。主控芯片通過程序控制RS485模塊以標準規(guī)約與后臺通信，實現線路電參數的采集，分析，控制及通信功能，本實用新型提供的電路具有體積小，精度高，抗干擾性強，可靠性高，電路簡單易用。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的基于Kinetis平臺的中壓線路無功補償控制電路結構框圖；

圖2為本實用新型提供的所述人機交互單元電路圖；

圖3為本實用新型提供的所述CPU供電單元電路圖；

圖4a為本實用新型提供的所述開入開出單元的隔離電路圖；

圖4b為本實用新型提供的所述開入開出單元的繼電器驅動電路圖；

圖5為本實用新型提供的所述模擬量調理及采集單元電路圖；

圖6為本實用新型提供的所述存儲單元電路圖；

圖7為本實用新型提供的所述RS485通信單元電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例描述本實用新型具體實施方式：

參見圖1為本實用新型提供的基于Kinetis平臺的中壓線路無功補償控制電路結構圖。

如圖1所示，基于Kinetis平臺的中壓線路無功補償控制電路，基于Kinetis平臺的中壓線路無功補償控制電路，包括人機交互單元、CPU模塊、CPU供電單元、開入開出單元、模擬量調理及采集單元、存儲單元和RS485通信單元；所述CPU供電單元為CPU模塊提供工作電壓，所述開入開出單元與CPU模塊的輸入輸出端連接，所述模擬量調理及采集單元的輸出端連接CPU模塊的輸入端，所述存儲單元與CPU模塊連接，所述RS485通信單元通過標準UART接口與CPU模塊連接。

本實用新型實施例中，基于Kinetis平臺主控芯片CPU模塊通過采集經過模擬量調理電路的交流信號，計算得到電參數，并通過液晶顯示屏顯示，通過液晶顯示屏可以查看相應設置參數及修改參數，參數保存在串行FLASH存儲模塊中，可以根據設置的參數控制開出動作，并通過開入口檢測動作反饋信號。主控芯片通過程序控制RS485模塊以標準規(guī)約與后臺通信，實現線路電參數的采集，分析，控制及通信功能，本實用新型提供的電路具有體積小，精度高，抗干擾性強，可靠性高，電路簡單易用。

開入開出單元采用驅動繼電器作為開出，通過檢測光耦實現外部開入的檢測，達到信號隔離的效果。模擬量調理及采集單元通過互感器將外部中壓信號隔離并等比例縮小，通過高精度、高速運算放大器對信號進行濾波，最終送入CPU的ADC采樣管腳進行模擬量采集，存儲單元通過標準SPI接口將CPU與串行存儲芯片連接，并增加普通輸出口控制存儲芯片的復位及擦除使能引腳，使用程序對存儲器進行讀取、寫入操作。

圖2為本實用新型提供的所述人機交互單元電路圖。

參見圖2，人機交互單元采用總線驅動芯片74LVC245作為總線驅動，CPU模塊的PTB0~PTB7作為數據總線使用，通過總線驅動芯片74LVC245的片選腳OE及方向控制管腳DIR作為選擇數據傳輸路徑及方向；雙輸入與門驅動芯片74LVC139作為2-4線譯碼器，將作為地址引腳的PTB11P、PTB12轉換成4個片選信號，分別為LCD_CS1、LCD_CS2、LED_CS、KEY_CS，其中LCD_CS1作為液晶顯示器的數據/指令引腳切換，LCD_CS1、LCD_CS2經過一個雙輸入與門驅動芯片74LVC139后作為液晶顯示器的片選信號，將液晶顯示器的數據和指令地址分開，LED_CS、KEY_CS作為指示燈和按鍵的片選，只有選通時才能對指示燈及按鍵進行寫入和讀取操作。CPU模塊的PTB8作為數據總線的寫入使能信號DATA_WR，只有該信號為低電平時才能對液晶顯示器或指示燈進行數據寫入操作，CPU模塊的PTB9數據總線的讀取使能信號DATA_RD，只有該信號為低電平時才能對液晶顯示器或按鍵輸入進行數據讀取操作，同時該信號也作為總線驅動芯片74LVC245方向控制引腳。在需要讀取數據時為低電平，控制總線驅動芯片74LVC245數據傳輸方向由B端口至A端口，將數據讀取至CPU模塊內部；在需要寫入數據時時為低電平，控制74LVC245數據傳輸方向由A端口至B端口，將數據由CPU模塊傳輸至對應地址。

圖3為本實用新型提供的所述CPU供電單元電路圖。

參見圖3，所述CPU供電單元采用電壓轉換芯片LTC3412，它是一款同步降壓型穩(wěn)壓器，最大輸出2.5A電流，轉換效率高達95%，轉換頻率最高可達到4MHz。為了得到所需要的3.3V電源，使用R14與R4作為設定輸出電壓，根據該芯片的特性，輸出電壓為3.336V，完全滿足CPU模塊要求。

圖4a為本實用新型提供的所述開入開出單元的隔離電路圖；圖4b為本實用新型提供的所述開入開出單元的繼電器驅動電路圖。

參見圖4a和圖4b，開入開出單元采用光耦隔離器TLP521，將外部輸入開關量信號，經過電阻分壓，濾波后轉換成CPU模塊可識別的3.3V電平信號，通過CPU模塊的PTA0、PTA1、PTA2、PTA3引腳讀取外部信號。繼電器驅動芯片U18采用ULQ2804型號,內部集成8個達靈頓管，CPU模塊控制PTA4、PTA15、PTA6、PTA7、PTA8驅動ULQ2804控制繼電器HF33F-24。其中PTA4、PTA15、PTA6、PTA7控制的繼電器HF33F-24作為輸出，而PTA8控制的繼電器作為上述繼電器的總啟動繼電器，僅在該繼電器閉合情況下，其余繼電器的電源RELAY_VCC才和24V聯通，否則其余繼電器不可動作，可有效防止在上電啟動瞬間或者干擾時造成的繼電器誤動作。

圖5為本實用新型提供的所述模擬量調理及采集單元電路圖。

參見圖5，模擬量調理及采集單元，電壓基準芯片U22采用TL431型號的芯片，可以提供穩(wěn)定的2.5V輸出電壓基準。4通道運算放大器U19采用AD8604型號的芯片，具有軌到軌輸入和輸出、單電源供電燈特性。電壓基準芯片TL431提供的2.5V電壓基準經過電阻R29和電阻R30分壓，在經過4通道運算放大器U19的其中1路運放組成的電壓跟隨器，得到1.25V采樣基準電壓。電壓采樣信號和電流采樣信號經過互感器輸出，再通過由運算放大器組成的加法器得到穩(wěn)定的模擬量信號，送入CPU模塊的AD采樣引腳。

圖6為本實用新型提供的所述存儲單元電路圖。

參見圖6，存儲單元采用AT45DB041D型號的芯片，CPU模塊的SPI輸出口，PTC7_SPI0_SIN，PTC6_SPI0_SOUT、PTC5_SPI0_SCK、PTC4_SPI0_PCS0分別和AT45DB041D芯片的SI、SO、SCK、CS相連，除此之外還將PTC18 、PTC19連接至AT45DB041D芯片的RST腳和WP腳，RST腳作為AT45DB041D芯片整體復位使用，而WP腳作為寫保護引腳，讀取數據是無效，僅在對芯片進行擦除、修改時需要將該引腳置高電平，可以有效防止誤操作將芯片內容擦除。根據數據的輸入輸出方向，每個引腳上均添加了由電阻和電容組成的一階低通濾波器。

圖7為本實用新型提供的所述RS485通信單元電路圖。

參見圖7，RS485通信單元通過標準UART接口與CPU模塊連接。RS485通信單元采用ISO3082芯片，CPU模塊的PTE4_UART3_TX、PTE5_UART3_RX經過 ISO3082后，輸出隔離后差分信號485A和485B。該芯片內置隔離器件，隔離電源T1提供隔離后的電源VCC_485和GND_485給ISO3082使用，U1是一個單輸入非門74HC1G04，利用CPU的UART特性，將PTE4_UART3_TX轉換成控制ISO3082輸入輸出方向的信號EN，使用硬件自動控制方向，無需軟件干預。

本實用新型基于Kinetis平臺的中壓線路無功補償控制電路具有體積小，精度高，抗干擾性高，可靠性高，安全性高以及電路簡單易實用，在各種中壓線路電量采集及控制領域有較好應用前景。

上面結合附圖對本實用新型優(yōu)選實施方式作了詳細說明，但是本實用新型不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各種變化。

不脫離本實用新型的構思和范圍可以做出許多其他改變和改型。應當理解，本實用新型不限于特定的實施方式，本實用新型的范圍由所附權利要求限定。