CN104730390A - 一种用电监控器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用电监控器，包括单片机、分别与所述单片机连接的信号采样模块、继电器控制模块、存储模块、载波通信模块、以及还包括用于供电的电源模块，所述信号采样模块一端与电力线连接，另外一端与单片机的信号输入端连接，所述单片机的控制信号输出端通过继电器控制模块连接电器电源接口。本发明的用电监控器，通过采用载波通信的方式，信号传输稳定，而且无需进行复杂的布线，解决了目前工业用用电监控器采用总线通信布线不方便的问题，设备体积小，便于家庭安装和使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用电监控器。
背景技术
现有用电监控设备通常是工业级产品，无法适用于家庭日常使用，并且计量的电参数类型单一，无法进行统计与汇总。
而且，目前的工业用用电监控设备体积庞大，不方便家庭安装使用，而且查看不方便直观。
发明内容
为了解决目前工业用用电监控设备不适用于家庭使用的技术问题，提出了一种用电监控器，体积小，易于查看，尤其适用于家庭使用。大功率用电器的管家，具有定时通断电功能，对负载的电压、电流、有功功率进行的监测和管理，帮助用户合理用电。用户可以根据阶梯电价峰谷时段设定电动车的充电时段，当凌晨电价降低时接通电源开始充电。
一种用电监控器，包括单片机、分别与所述单片机连接的信号采样模块、继电器控制模块、存储模块、载波通信模块、以及还包括用于供电的电源模块，所述信号采样模块一端与电力线连接，另外一端与单片机的信号输入端连接，所述单片机的控制信号输出端通过继电器控制模块连接电器电源接口。
进一步的，所述信号采样电路包括电压采样电路和电流采样电路，分别用于对电力线中的电压采样和对电力线中的电流采样。
进一步的，所述继电器控制模块为大功率小型磁保持继电器。
进一步的，所述电源模块包括用于将交流电转换为12V直流电压的AC-DC转换芯片，以及用于将所述AC-DC转换芯片输出的12V直流电压转换为3.3V直流电压的第一DC-DC芯片、用于将所述AC-DC转换芯片输出的12V直流电压转换为5V直流电压的第二DC-DC芯片。
进一步的，所述载波通信模块至少包括载波芯片、与所述载波芯片的信号输入端连接的载波接收电路，与所述载波芯片的信号输出端连接的载波发送电路，所述载波接收电路包括与信号耦合电路连接的信号接收滤波电路，所述信号耦合电路一端连接电力线，将电力线中携带的载波控制信号耦合并输出至所述信号接收滤波电路进行滤波，滤波后的载波控制信号发送至所述载波芯片处理。
进一步的，所述信号耦合电路包括连接在其中一条电力线上的第一电容和连接在所述第一电容后端的信号耦合变压器。
进一步的，所述信号耦合变压器的输出端还连接有双向TVS管。
进一步的，所述信号接收滤波电路包括巴特沃斯带通滤波器。
进一步的，所述信号接收滤波电路还包括第四二极管和第五二极管，所述第四二极管和第五二极管倒置并联在所述巴特沃斯带通滤波器的输出端。
进一步的，所述载波发送电路包括与所述信号耦合电路连接的信号输出放大电路，所述载波芯片收到所述单片机发送的信号后，将信号发送至信号输出放大电路进行信号放大，放大的信号经所述的信号耦合电路发送到电力线中。
本发明的用电监控器，通过采用载波通信的方式，信号传输稳定，而且无需进行复杂的布线，解决了目前工业用用电监控器采用总线通信布线不方便的问题，设备体积小，便于家庭安装和使用。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明所提出的用电监控器一种实施例原理方框图；
图2是是本发明所提出的平板网关适配器一种实施例中电源电路原理图；
图3是本发明所提出的平板网关适配器的一种实施例中载波通信模块原理方框图；
图4是本发明所提出的平板网关适配器的一种实施例中的载波接收电路原理图；
图5是本发明所提出的平板网关适配器的一种实施例中信号输出放大电路原理方框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
实施例一，本实施例提出了一种用电监控器，如图1所示，包括单片机、分别与所述单片机连接的信号采样模块、继电器控制模块、存储模块、载波通信模块、以及还包括用于供电的电源模块，所述信号采样模块一端与电力线连接，另外一端与单片机的信号输入端连接，所述单片机的控制信号输出端通过继电器控制模块连接电器电源接口。本用电监控器通过采用载波通信的方式，信号传输稳定，而且无需进行复杂的布线，解决了目前工业用用电监控器采用总线通信布线不方便的问题，设备体积小，便于家庭安装和使用。
具体在本实施例中，所述信号采样电路包括电压采样电路和电流采样电路，分别用于对电力线中的电压采样和对电力线中的电流采样。信号采样电路均采用隔离采样法，将电线上的强电信号转换为相同频率的弱电信号，通过采样电路的滤波作用，将信号送入单片机，通过一系列的放大滤波最终获取信号，计算出对应的电压、电流值。
所述继电器控制模块优选采用大功率小型磁保持继电器，该继电器可双通道控制，通过简单的电平变换即可实现对用电器的通断电控制。
优选在本实施例中，如图2所示，所述电源模块包括用于将交流电转换为12V直流电压的AC-DC转换芯片VC1，以及用于将所述AC-DC转换芯片输出的12V直流电压转换为3.3V直流电压的第一DC-DC芯片TS1、用于将所述AC-DC转换芯片输出的12V直流电压转换为5V直流电压的第二DC-DC芯片。
作为一个优选实施例，如图3所示，本实施例中载波通信模块至少包括载波芯片、与所述载波芯片的信号输入端连接的载波接收电路、与所述载波芯片的信号输出端连接的载波发送电路。其中，载波接收电路用于接收来自电力线的载波信号，并进行转换处理后发送至单片机，载波发送电路用于将单片机发出信号处理、加载到电力线中。
作为一个优选的实施例，如图3所示，本实施例中载波接收电路包括包括信号输出放大电路和信号耦合电路，载波接收电路包括信号耦合电路和信号接收滤波电路，其中，载波发送电路与载波接收电路共用信号耦合电路。
作为一个优选的实施例，载波芯片电路是载波通信模块的主控芯片，是一种专门以电力线介质作为通信信道而设计的电力线载波通信芯片，它将模拟前端、基带调制解调、数字信号处理、CPU内核及丰富的功能外设完美集于一体。芯片外围电路既是载波芯片能正常工作的基础，也是载波芯片稳定工作的保障。
作为一个优选的实施例，如图4所示，所述信号耦合电路包括连接在其中一条电力线上的第一电容C1和连接在所述第一电容C1后端的信号耦合变压器T1，电力线中携带的载波控制信号经信号耦合变压器T1耦合至电路中，其中，信号耦合变压器T1与第一电容C1组成高通滤波电路，用于隔离高电压的工频交流电信号。
作为一个优选的实施例，如图4所示，所述信号耦合变压器的输出端还连接有双向TVS管，用于消除来自电力线上的高频高强度干扰，从而保护内部电路。
作为一个优选的实施例，为了消除来自电力线上的带外干扰，所述信号接收滤波电路包括巴特沃斯带通滤波器，如图4所示，本实施例中采用由R17、L1、C8、C9、C10、C11、L2和R7共同组成的两阶巴特沃斯带通滤波器，可以有效消除来自电力线上的带外干扰。
其中，所述信号耦合变压器可以采用1:1耦合磁环实现。
为了防止信号接收滤波电路输入到载波芯片的电压过高而损坏载波芯片，所述信号接收滤波电路还包括第四二极管VD4和第五二极管VD5，所述第四二极管VD4和第五二极管VD5倒置并联在所述巴特沃斯带通滤波器的输出端，利用二极管的正向导通电压特性，将巴特沃斯带通滤波器输出的电压钳位这两个二极管所在出的电压，防止在输入到载波芯片的电压过高而损坏载波芯片。
所述信号接收滤波电路还包括耦合电容C17，所述耦合电容C17连接在所述载波芯片的信号输入端与所述信号接收滤波电路之间，起隔直通交的作用。
作为一个优选的实施例，如图5所示，本实施例中的载波发送电路包括信号输出放大电路和信号耦合电路，所述信号输出放大电路与信号耦合电路连接，所述载波芯片信号输出端将信号发送至信号输出放大电路进行信号放大，放大的信号经所述的信号耦合电路发送到电力线中。其中，信号输出放大电路可以采用如图5所示的功率放大器实现。例如本实施例中，信号输出放大电路采用的是青岛东软载波专用电力线载波线路驱动放大器(型号为ESPA16)。该电路实现的功能是对载波芯片输出信号进行放大，并由信号耦合电路耦合到电力线上，满足电力线传输的要求。
虽然当前发明参考特定的示例被描述，其只是为了解释的目的而不是对本发明的限制，对实施方式的改变，增加和/或删除可以被做出而不脱离本发明的范围。
Claims (10)
1.一种用电监控器，其特征在于：包括单片机、分别与所述单片机连接的信号采样模块、继电器控制模块、存储模块、载波通信模块、以及还包括用于供电的电源模块，所述信号采样模块一端与电力线连接，另外一端与单片机的信号输入端连接，所述单片机的控制信号输出端通过继电器控制模块连接电器电源接口。
2.根据权利要求1所述的用电监控器，其特征在于：所述信号采样电路包括电压采样电路和电流采样电路，分别用于对电力线中的电压采样和对电力线中的电流采样。
3.根据权利要求1或2所述的用电监控器，其特征在于：所述继电器控制模块为大功率小型磁保持继电器。
4.根据权利要求1或2所述的用电监控器，其特征在于：所述电源模块包括用于将交流电转换为12V直流电压的AC-DC转换芯片，以及用于将所述AC-DC转换芯片输出的12V直流电压转换为3.3V直流电压的第一DC-DC芯片、用于将所述AC-DC转换芯片输出的12V直流电压转换为5V直流电压的第二DC-DC芯片。
5.根据权利要求1或2所述的用电监控器，其特征在于：所述载波通信模块至少包括载波芯片、与所述载波芯片的信号输入端连接的载波接收电路，与所述载波芯片的信号输出端连接的载波发送电路，所述载波接收电路包括与信号耦合电路连接的信号接收滤波电路，所述信号耦合电路一端连接电力线，将电力线中携带的载波控制信号耦合并输出至所述信号接收滤波电路进行滤波，滤波后的载波控制信号发送至所述载波芯片处理。
6.根据权利要求5所述的用电监控器，其特征在于：所述信号耦合电路包括连接在其中一条电力线上的第一电容和连接在所述第一电容后端的信号耦合变压器。
7.根据权利要求6所述的用电监控器，其特征在于：所述信号耦合变压器的输出端还连接有双向TVS管。
8.根据权利要求7所述的用电监控器，其特征在于：所述信号接收滤波电路包括巴特沃斯带通滤波器。
9.根据权利要求8所述的用电监控器，其特征在于：所述信号接收滤波电路还包括第四二极管和第五二极管，所述第四二极管和第五二极管倒置并联在所述巴特沃斯带通滤波器的输出端。
10.根据权利要求9所述的用电监控器，其特征在于：所述载波发送电路包括与所述信号耦合电路连接的信号输出放大电路，所述载波芯片收到所述单片机发送的信号后，将信号发送至信号输出放大电路进行信号放大，放大的信号经所述的信号耦合电路发送到电力线中。
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