[发明专利]一种船舶绝缘监测与故障定位嵌入式装置

权利要求书

1.一种船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，包括在线绝缘监测装置和故障定位装置；所述在线绝缘检测装置包括单片机、LCD显示模块、采集模块、信号注入模块、通讯模块、电源模块；所述故障定位装置包括单片机、采集模块、通讯模块，电源模块，报警模块；该装置基于UCOS-III操作系统，使用微处理器运行通过消息列队和信号量来协调与同步的任务包括：键盘管理任务、绝缘数据采集任务、绝缘数据处理任务、LCD显示任务、通讯任务。

2.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，所述在线绝缘监测装置所有模块均由单片机进行连接与控制，所述信号注入模块在被监测船舶电网系统与地之间注入2.5HZ低频交流信号，与电网故障等效接地点形成回路，由采集模块通过电压互感器进行电压信号采集与变换并将信号送入单片机通过AD转换及傅里叶变换提取低频信号，并通过通讯模块接收从故障定位装置采集并发送来的漏电流数值，从而计算出被监测电网对地绝缘状态并由显示模块实时显示绝缘电阻值、泄露电容值，且可以通过指示灯与继电器输出报警信号并在LCD上显示故障支路序号，通过按键在LCD显示模块中对报警值、通讯参数、液晶参数、时间参数、事件记录等进行设定与修改；所述故障定位装置所有模块均由单片机进行连接与控制，采集模块连接多个开合式漏电流互感器，当在线绝缘监测装置注入低频信号后，由故障定位装置的采集模块利用高精度漏电流互感器对各支路进行信号采集与变换并送入单片机进行AD转换及傅里叶变换提取低频信号，进而将被监测电网各支路对地漏电流发送给绝缘监测装置，在接收到来自绝缘监测装置的报警指令后，通过指示灯与继电器输出各支路的报警信号。

3.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，采用离散傅里叶算法运算提取低频信号，实现了装置设计合理，定位效率和准确率较高的技术效果；由一个在线绝缘监测装置和多个故障定位装置组成一组装置，即一套绝缘监测与故障定位系统；当一组装置投入运行后，通过检测各支路的低频电压、低频电流及两者之间的相位差，可采用ADE9000芯片直接进行相功率因数的测量，对绝缘参数进行计算，判断是否存在故障线路，并及时定位故障支路。

4.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，所述绝缘监测装置信号注入模块分别通过PE线、FE线同时独立接地。

5.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，所述绝缘监测装置电源模块电压为220v，信号注入模块的电压为由单片机控制器控制光耦AQW216EH、三极管SS8550实现的2.5Hz低频交流电压信号；采集模块所用运算放大器为LMV422,供电电压由直流电源模块产生(±12V)；所述LCD显示模块在线监测范围为：绝缘电阻0.1KΩ-10MΩ，泄露电容0-200uf，预警/报警的阈值由用户自己通过按键设置。

6.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，设计了协议转换器，以便本嵌入式装置成系统性连接至上层综合管控平台，实现在一个绝缘监测系统中多个现场总线协议能分别与以太网TCP/IP协议进行数据转换，通过分析RS-485总线协议、传输数据的格式以及RS-485发送、接收过程中使用的底层函数，编写出RS-485与以太网之间互相传输数据的程序，完成RS-485与以太网之间的协议转换硬件设计，从而以网关的形式为采用串口方式对外通讯的船舶绝缘监测与故障定位系统接入以太网提供硬件支持。

7.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，所述协议转换器的开发使用以太网驱动芯片LAN8720，并移植了嵌入式实时操作系统UCOS-III和LWIP协议栈，实现了以太网传输数据的功能；将嵌入式TCP/IP协议栈LWIP移植到操作系统中，节省内存资源，满足了成系统性连接至上层综合管控平台的要求。

8.根据权利要求2所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，所述故障定位装置的单片机同时连接有8个采集模块，8个采集模块分别连接至船舶电网任意8条支路的每个高精度漏电流互感器；所述报警模块包括分别对应被监控船舶电网每条支路的就地报警模块，每路就地报警模块分别通过就地继电器连接至外部声光报警指示灯，每路继电器触点容量为250V/5A。