CN109032001A - 一种多设备供电管理装置、连接方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及本发明提供一种多设备供电管理装置，该供电管理装置包括设备供电输入接口、设备供电输出接口、负载供电输出接口、有线通信总线接口、无线通信天线。本发明还提供了一种连接方法和供电管理系统，实现下一级供电管理装置及后续用电负载的供电管理。通过本发明的设计能够实现用电设备的设备功率、设备启动电流、设备用电量的监控、记录和预警。

Description

一种多设备供电管理装置、连接方法以及系统

技术领域

本发明涉及物联网、工业控制领域，具体为一种多设备供电管理方法和装置。

背景技术

在物联网领域和工业控制领域，存在大量的需要进行交直流供电的设备，这些设备采用直接挂接在交流或者直流供电回路中的方式进行设备供电，但是这种供电方式对每个用电设备的功耗、启动电流大小、用电量无法进行有效的监控和记录。

目前有部分厂家为了实现每个用电设备的用电量的记录，采用在每个用电设备前端串联一个电能表的方式进行电能统计，但是该方式只能统计用电设备的耗电量，无法进行用电设备的启动电流大小的监控和信息数据的远程传输，在用电量超限或者启动电流超限时无法切断用电设备来保护供电回路，无法避免用电超限导致供电回路烧毁的问题的出现。

有部分厂家通过在用电设备前端串接电能计量模块，并且采用PLC可编程控制器进行电能信息数据的远程传输，但是该方式接线复杂、设备众多多、体积大、故障率高，且PLC可编程控制器也具有一定的电能损耗，不合适小用电设备的供电管理。

上述提到的这些缺陷已经成为了急需解决的技术问题。

发明内容

本发明设计了一种多设备供电管理装置、连接方法以及系统。

本发明采用了如下技术方案：

一种多设备供电管理装置，该供电管理装置包括设备供电输入接口、设备供电输出接口、负载供电输出接口、有线通信总线接口、无线通信天线，其特征在于：设备供电输入接口，用于设备供电的输入，设备供电输入后通过两个供电分支分别连接总线回路供电开关和负载设备供电开关；设备供电输出接口，用于连接后续设备供电的输入；负载供电输出接口，用于连接用电负载设备；有线通信总线接口，连接设备供电管理核心处理模块的有线总线通信芯片，用于完成多个供电管理装置之间的有线总线通信，实现供电管理装置的管理数据信息的交互管理；无线通信天线，连接核心处理模块中的无线通信模块，完成多个供电管理装置之间的无线通信，实现供电管理装置的管理数据信息的交互管理。

进一步的,所述供电管理装置还包括总线回路供电开关，所述总线回路供电开关连接设备供电输入接口和设备供电输出接口，用于控制管理装置后续串联的所有的管理装置和用电设备的供电；所述总线回路供电开关包括总线回路控制继电器，该总线回路控制继电器受供电管理核心处理模块的IO引脚控制，用于控制总线回路分支的供电开关；所述总线回路供电开关采用默认常闭模式，使得管理装置在正常工作时设备供电输入接口和设备输出接口始终保持导通状态。

进一步的，所述供电管理装置还包括负载设备供电开关，所述负载设备供电开关连接设备供电输入接口和负载供电输出接口，用于控制用电负载设备的供电管理；所述负载设备供电开关包括负载设备控制继电器，该负载设备控制继电器受供电管理核心处理模块的IO引脚控制用于控制负载设备分支的供电开关；负载设备供电开关采用默认常开模式，使得被管理的用电负载设备默认处于供电断开状态。

进一步的，所述供电管理装置还包括设备供电管理电源转换模块、设备供电管理核心处理模块以及电能计量模块;设备供电管理电源转换模块，用于管理装置各部分模块的供电；设备供电管理核心处理模块，连接总线回路供电开关和负载设备供电开关，用于进行管理装置及用电负载的供电管理；电能计量模块，连接设备供电管理核心处理模块，通过电能计量芯片对两个供电分支进行电能统计计量，并记录供电的电流、电压、功率、功率因素。

进一步的，所述设备供电输入接口具有L、N、E三个接线端子，分别接供电输入的火线、零线、地线或者上级供电管理装置的设备供电输出接口的L、N、E；所述设备供电输出接口具有L、N、E三个接线端子，分别接下级供电管理装置的L、N、E；所述负载供电输出接口具有L、N、E三个接线端子，分别接用电负载设备火线、零线、地线；所述有线通信总线接口包括RS485通信接口，用于将供电管理核心处理模块上RS485芯片和其他管理装置的RS485芯片进行连接，完成供电管理装置间的信息交互；所述无线通信天线包括SMA天线座，用于将供电管理核心处理模块中的无线通信模块引出的馈线固定在装置的电路板上，同时对外连接天线，以保证装置的无线通信的可靠；所述设备供电管理电源转换模块包括AC/DC电源转换模块，将交流电源转换为直流电源，给供电管理核心处理模块、电能计量芯片、波形采样电压采样电路、第一、第二波形采样电流采样电路、电能计量电压分压电路、总线回路控制继电器、负载设备控制继电器进行供电；所述设备供电管理核心处理模块，该模块内部具有CPU处理器、无线通信模块、有线通信芯片，并且利用CPU处理器自带的ADC采样单元完成波形电压采样、总线回路分支电流采样、用电负载分支电流的采样，并进行采样波形的分析处理，以识别是否出现谐波信号或者异常尖峰脉冲问题，同时通过UART通信口和电能计量芯片进行通信，完成两个供电分支的电能计量。

进一步的，所述电能计量模块包括电能计量分压电路、第一电能计量电流取样电路、第二电能计量电流取样电路、电能计量芯片、电能计量校正端子；其中，电能计量分压电路，用于供电电压信号进行分压输入给电能计量芯片进行电压信号的采集；第一电能计量电流取样电路，用于对对总线回路分支的电流信号进行采样，并由电能计量芯片完成总线回路分支电能的计量；第二电能计量电流取样电路，用于对用电负载分支的电流信号进行采样，并由电能计量芯片完成用电负载分支电能的计量；电能计量芯片，用于完成对总线回路分支和用电负载分支所接负载的功率、功率因素、用电量进行统计计算，并通过UART接口将统计计算的结果传输给供电管理核心处理模块；电能计量校正端子，用于输入标准电能信号，对电能计量芯片进行计量校准，提高电能计量的精度。

进一步的，所述多设备供电管理装置还包括波形采样模块，所述波形采样模块包括波形采样电压采样电路、第一波形采样电流采样电路、第二波形采样电流采样电路以及基准电源，连接设备供电管理核心处理模块，通过高速ADC采样对两个供电分支的电压电流进行采样，并由设备供电管理核心处理模块进行电压电流波形分析，判断供电回路是否有异常谐波信号或者异常尖峰脉冲信号出现，并进行异常谐波告警；其中，波形采样电压采样电路，用于对供电电压进行按比例缩放，并调整电压伏值为0-3V波动，然后将调整后的电压输入供电管理核心处理模块进行ADC采样和波形分析；第一波形采样电流采样电路，用于对总线回路分支的电流进行按比例缩放，并将电流信号转换为电压信号，然后将转换后的电压信号输入供电管理核心处理模块进行ADC采样和波形分析；第二波形采样电流采样电路，用于对用电负载分支的电流进行按比例缩放，并将电流信号转换为电压信号，然后将转换后的电压信号输入供电管理核心处理模块进行ADC采样和波形分析；基准电源，用于波形采样过程中，为电压电流采样电路提供稳定的基准参考电源，提高波形采样分析的精度。

进一步的，所述供电管理核心处理模块包括CPU处理器、无线通信模块、有线总线通信芯片、FLASH存储芯片、RTC时钟芯片、ADC采样保护电路、DC/DC电源转换模块；其中CPU处理器，采用STM32F103RC芯片实现供电管理装置的核心处理计算；无线通信模块，采用LX1278芯片进行无线信息的收发；有线总线通信芯片，采用MAX485芯片进行有线总线通信；FLASH存储芯片，采用M25P32芯片实现用电量的记录，每分钟记录并存储一次用电负载设备的电压、电流、功率、功率因素、消耗的电能；RTC时钟芯片，采用DS1302芯片实现RTC时钟计时，依据该RTC时钟每分钟进行用电负载设备的用电信息的记录；ADC采样保护电路，采用3V的TVS管来保护ADC采样电路输入到CPU处理器ADC管脚的电压，输入电压过高时，TVS管泄放掉超高电压；DC/DC电源转换模块，采用LM1117将供电管理装置的输入的DC5V电源转换为DC3.3V电源，给核心处理模块的各个部分进行供电，同时给核心处理模块进行供电保护。

一种多设备供电管理装置的连接方法，用于多个所述供电管理装置的连接，其特征在于：将供电输入接入供电管理装置的设备供电输入接口，实现多设备供电的总输入；供电管理装置的负载供电输出接口连接用电负载设备，实现用电负载的供电管理；将上一级供电管理装置的设备供电输出接口与下一级供电管理装置的设备供电输入接口相连接，实现下一级供电管理装置及后续用电负载的供电管理；供电管理装置通过各自的有线通信总线相连接，实现供电管理装置之间的信息交互和通信，和/或供电管理装置通过各自的无线通信天线进行无线通信，实现供电管理装置之间的信息交互和通信。

一种供电管理系统，其特征在于：该供电管理系统包括管理服务器、至少一个如上述供电管理装置；所述供电管理装置分别与管理服务器和用电负载相连，至少一个所述供电管理装置通过设备供电输出接口彼此连接；前一级供电管理装置通过两个供电分支分别管理其所连接的用电负载的用电量以及所连接的供电管理装置及其后续所有供电管理装置的用电负载之和；前一级供电管理装置通过负载供电输出接口管理用电负载的电流、电压、功率、功率因素、耗电量、供电谐波和供电尖峰脉冲，在发现用电负载设备出现异常，耗电量过高或者耗电量过低、用电量超过设定阀值、用电设备导致回路谐波或尖峰脉冲异常时，通过有线或者无线通信将管理信息传输给管理服务器。

一种多设备供电管理装置的连接方法，用于供电管理装置与用电设备之间的连接，其特征在于：将所述供电管理装置的有线通信总线接口和用电设备的有线通信总线接口相连接，接收用电设备的基本信息和运行状态，并基于接收到的信息对用电设备进行控制管理。

一种多设备供电管理装置的连接方法，用于供电管理装置与用电设备之间的连接，其特征在于：将所述供电管理装置的无线通信天线和用电设备的无线通信天线相连接，接收用电设备的基本信息和运行状态，并基于接收到的信息对用电设备进行控制管理。

本发明的有益效果是：通过本发明的设计能够实现用电设备的设备功率、设备启动电流、设备用电量的监控和记录，并通过无线通信天线或者有线通信接口将记录信息发送给监控管理服务器中心，在发现设备功率和用电量超出了设定的阀值时，自动切断用电设备供电；并且能够在多个设备同时供电运行过程中发现供电回路总线上有谐波信号或者异常尖峰脉冲出现时，进行分析诊断，通过控制开关断开造成问题的用电设备，保护其他用电设备的稳定运行。

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。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明的供电管理装置的结构框图；

图2是两个供电管理装置之间的供电连接示意图；

图3是N个供电管理装置之间的供电连接示意图；

图4是供电管理装置的一种组成结构示意图；

图5是供电管理装置的一种电路结构示意图；

图6是供电管理装置的另一种组成结构示意图；

图7是供电管理装置的另一种电路结构示意图；

图8是供电管理核心处理模块的结构示意图；

图9是供电管理系统的结构示意图；

图10是供电管理装置与用电设备之间的连接示意图；

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明的多设备供电管理装置的结构示意图如图1所示。该多设备供电管理装置包含：设备供电输入接口、设备供电输出接口、负载供电输出接口、有线通信总线接口、无线通信天线。为了方便说明本发明将多设备供电管理装置简称“供电管理装置”。

两个供电管理装置之间的供电连接示意图如图2所示，具体包括：1）前一个供电管理装置的设备供电输出接口连接后一个供电管理装置的设备供电输入接口；2）每级供电管理装置的负载供电输出接口连接一个用户负载设备；3）第一个供电管理装置的设备供电输入接口连接供电输入线路，完成给所有供电管理装置和用电负载设备的供电；4）每一个供电管理装置管理一个用电负载设备的用电情况；5）每个供电管理装置的负载供电输出接口仅管理该装置连接的用电负载设备的用电情况，而设备供电输出接口管理后级所有的供电管理装置和用电负载设备的用电之和。

N个供电管理装置之间的供电连接示意图如图3所示，具体包括：1）将供电输入接入管理装置1的设备供电输入接口，实现多设备供电的总输入；2）管理装置1的负载供电输出接口连接用电负载设备A，实现用电负载A的供电管理；3）将管理装置1的设备供电输出接口与管理装置2的设备供电输入接口相连接，实现管理装置2及后续用电负载设备的供电管理；4）管理装置1的有线通信总线和管理装置2的有线通信总线相连接，实现管理装置之间的信息交互和通信；5）管理装置1的无线通信天线和管理装置2的无线通信天线进行无线通信，实现管理装置之间的信息交互和通信；6）管理装置2的负载供电输出接口连接用电负载设备B，实现用电负载B的供电管理；7）将管理装置2的设备供电输出接口管理装置3的设备供电输入接口相连接，依次类推，实现管理装置N和用电负载设备N的供电管理。

供电管理装置的一种组成结构示意图如图4所示，该多设备供电管理装置包含：设备供电输入接口、设备供电输出接口、负载供电输出接口、有线通信总线接口、无线通信天线、总线回路供电开关、负载设备供电开关、设备供电管理电源转换模块、设备供电管理核心处理模块、波形采样模块以及电能计量模块。

1）设备供电输入接口，用于设备供电的输入，设备供电输入后通过两个供电分支分别连接总线回路供电开关和负载设备供电开关；

2）总线回路供电开关，连接设备供电输入接口和设备供电输出接口，用于控制管理装置后续串联的所有的管理装置和用电设备的供电；

3）负载设备供电开关，连接设备供电输入接口和负载供电输出接口，用于控制用电负载设备的供电管理；

4）设备供电输出接口，用于连接后续设备供电的输入；

5）负载供电输出接口，用于连接用电负载设备；

6）设备供电管理电源转换模块，用于管理装置各部分模块的供电；

7）设备供电管理核心处理模块，连接总线回路供电开关和负载设备供电开关，用于进行管理装置及用电负载的供电管理；

8）波形采样模块，连接设备供电管理核心处理模块，通过高速ADC采样对两个供电分支的电压电流进行采样，并由设备供电管理核心处理模块进行电压电流波形分析，判断供电回路是否有异常谐波信号或者异常尖峰脉冲信号出现，并进行异常谐波告警；

9）电能计量模块，连接设备供电管理核心处理模块，通过电能计量芯片对两个供电分支进行电能统计计量，并记录供电的电流、电压、功率、功率因素；

10）有线通信总线接口，连接设备供电管理核心处理模块的有线通信芯片，用于完成多个供电管理装置之间的有线总线通信，实现供电管理装置的管理数据信息的交互管理；

11）无线通信天线，连接核心处理模块中的无线通信芯片，完成多个供电管理装置之间的无线通信，实现供电管理装置的管理数据信息的交互管理。

本发明的管理装置中的总线回路供电开关采用默认常闭模式，使得管理装置在正常工作时设备供电输入接口和设备输出接口始终保持导通状态，当后续管理装置管理的负载容量超越了核心处理模块设定的最大门限值或者后续管理装置需要进行更换维修时，核心处理模块通过控制信号线控制总线回路供电开关，断开回路供电。

供电管理装置中的负载设备供电开关采用默认常开模式，使得被管理的用电负载设备默认处于供电断开状态，只有核心处理模块接收到无线指令、有线指令后或者核心处理模块内部的定时器指令，才开启对用电负载设备的供电。同时，每个管理装置1-n对用电负载设备的开启供电采用分时控制，避免一起对所以用电负载设备进行开启供电，导致供电回路启动电流过大而烧毁供电线路的问题出现。当用电负载设备的功耗过大，或者消耗的电能超过了核心处理模块中设定的阀值时，核心处理模块通过控制信号线控制负载设备供电开关，断开对用电负载设备的供电。

波形采样模块采用高速ADC芯片，以每秒1000次的采样速度对两个供电分支的电压、电流波形进行高速采样，将采样后的数据传输到核心处理模块中进行供电管理的谐波检测和分析，当供电过程某用电负载设备导致供电回路上有异常谐波信号或者异常尖峰脉冲信号出现时，通过负载设备供电开关断开该用电负载设备，并进行谐波告警，以避免某用电负载设备影响供电稳定性而导致其他用电负载设备损坏的问题出现。

电能计量模块采用电能计量芯片，对两个供电分支的电流、电压、供电分支上的负载设备的有功功率、无功功率、功率因素和负载设备消耗的电能进行计量和统计，并将计量统计的数据传输到核心处理模块中，当负载设备消耗的电能超过设定的阀值时，通过负载设备供电开关断开用电设备，并进行用电量超限告警，以此方式能够实时的管理众多的用电设备。

将两个供电开关靠近两个输出接口，保证两个开关的开启和断开时，波形采样模块和电能计量模块始终处于在线状态，能够实时监测供电异常情况的发生和用电电能的统计。

供电管理装置的一种电路结构示意图如图5所示。供电管理装置中包括：

1）设备供电输入接口，该接口具有L、N、E三个接线端子，分别接供电输入的火线、零线、地线或者上级供电管理装置的设备供电输出接口的L、N、E；

2）设备供电输出接口，该接口具有L、N、E三个接线端子，分别接下级供电管理装置的L、N、E；

3）负载供电输出接口，该接口具有L、N、E三个接线端子，分别接用电负载设备火线、零线、地线；

4）波形采样模块，包括波形采样电压采样电路、第一波形采样电流采样电路、第二波形采样电流采样电路以及基准电源。

其中，波形采样电压采样电路，用于对供电电压进行按比例缩放，并调整电压伏值为0~3V波动，然后将调整后的电压输入供电管理核心处理模块进行ADC采样和波形分析。

第一波形采样电流采样电路，用于对总线回路分支的电流进行按比例缩放，并将电流信号转换为电压信号，然后将转换后的电压信号输入供电管理核心处理模块进行ADC采样和波形分析。

第二波形采样电流采样电路，用于对用电负载分支的电流进行进行按比例缩放，并将电流信号转换为电压信号，然后将转换后的电压信号输入供电管理核心处理模块进行ADC采样和波形分析。

基准电源，用于波形采样过程中，为电压电流采样电路提供稳定的基准参考电源，提高波形采样分析的精度。

5）电能计量模块，包括电能计量分压电路、第一电能计量电流取样电路、第二电能计量电流取样电路、电能计量芯片、电能计量校正端子。

其中，电能计量分压电路，用于供电电压信号进行分压输入给电能计量芯片进行电压信号的采集。

第一电能计量电流取样电路，用于对对总线回路分支的电流信号进行采样，并由电能计量芯片完成总线回路分支电能的计量。

第二电能计量电流取样电路，用于对用电负载分支的电流信号进行采样，并由电能计量芯片完成用电负载分支电能的计量。

电能计量芯片，用于完成对总线回路分支和用电负载分支所接负载的功率、功率因素、用电量进行统计计算，并通过UART接口将统计计算的结果传输给供电管理核心处理模块。

电能计量校正端子，用于输入标准电能信号，对电能计量芯片进行计量校准，提高电能计量的精度。

6）总线回路供电开关，包括总线回路控制继电器，该总线回路控制继电器受供电管理核心处理模块的IO引脚控制，用于控制总线回路分支的供电开关。

7）负载设备供电开关，包括负载设备控制继电器，该负载设备控制继电器受供电管理核心处理模块的IO引脚控制用于控制负载设备分支的供电开关。

8）无线通信天线，包括SMA天线座，用于将供电管理核心处理模块中的无线通信模块引出的馈线固定在装置的电路板上，同时对外连接天线，以保证装置的无线通信的可靠。

9）有线通信总线接口，包括RS485通信接口，用于将供电管理核心处理模块上RS485芯片和其他管理装置的RS485芯片进行连接，完成供电管理装置间的信息交互，此外，有线通信总线接口还可以包括CAN总线、I2C总线、SPI总线等等其他类型的总线通信接口。

10）供电管理核心处理模块，内部具有CPU处理器、无线通信模块、有线通信芯片，并且利用CPU处理器自带的ADC采样单元完成波形电压采样、总线回路分支电流采样、用电负载分支电流的采样，并进行采样波形的分析处理，以识别是否出现谐波信号或者异常尖峰脉冲问题，同时通过UART通信口和电能计量芯片进行通信，完成两个供电分支的电能计量；

11）设备供电管理电源转换模块，包括AC/DC电源转换模块，将交流AC220V电源转换为DC5V直流电源，给供电管理核心处理模块、电能计量芯片、波形采样电压采样电路、第一、第二波形采样电流采样电路、电能计量电压分压电路、总线回路控制继电器、负载设备控制继电器进行供电。

本发明的电能计量芯片采用RN8209单相电能计量芯片，该芯片能够计量两个分支回路的电能，通过采样一路电压信号、两路电流信号进行两个回路电能的计算，能够计算两个分支回路的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素、回路耗电量，并且能够通过电能计量校正端子对计量参数进行校准，该RN8209单相电能计量芯片通过一个UART通信接口和核心处理模块的CPU处理器进行通信，完成两个分支回路的电能统计和电能信息的传输和管理。

本发明对两个供电分支分别进行波形采样和电能计量，进行采样和计量的是两个分支供电的L火线；对于两个供电分支输出接口的N零线、E底线，采用就近连接的方法进行布线。

本发明对两个供电分支进行波形采样和电能计量采样时，由于总线回路分支是对后级所有用电设备的供电管理，而用电负载分支是对负载设备的供电管理，所以对于总线回路分支只需要保持1%采样精度就足以满足管理需要，而对用电设备分支则需要保持0.1%采样精度。核心处理模块中CPU对两个分支波形采样和电能统计过程中，总线回路分支与用电负载分支对CPU资源消耗比例是1:10，优先将CPU资源保证用电负载分支的波形采样和电能统计。

本发明根据需要管理的总的用电设备负载电流容量，可以选择5A、10A、20A、30A触点容量的控制继电器，当总的用电设备负载电流容量超过30A以上时，通过中间继电器驱动交流接触器来给用电负载设备供电。

本发明的供电管理装置不仅仅局限于对交流用电负载设备的管理，还可以同样的方法对直流供电设备进行用电管理。在不需要考虑用电负载设备对供电回路造成谐波信号或者异常尖峰脉冲干扰时，可简化去掉波形采样模块电路，由此可以获得针对直流供电设备进行用电管理的供电管理装置。

针对直流的供电管理装置的组成结构示意图如图6所示。该供电管理装置包括：设备供电输入接口、设备供电输出接口、负载供电输出接口、设备供电管理核心处理模块、电能计量模块、总线回路供电开关、负载设备供电开关、设备供电管理电源转换模块、无线通信天线、有线通信总线接口组成。

针对直流的供电管理装置的电路结构示意图如图7所示。供电管理装置中包括：1）设备供电输入接口、2）设备供电输出接口、3）负载供电输出接口；

4）电能计量模块，由电压采样电路、第一电流采样电路、第二电流采样电路以及基站电源组成；

其中，电压采样电路，用于供电电压的采样，通过高精度电阻进行分压，然后输入给运算放大器进行电压伏值的调整，通过核心处理模块中的CPU处理器的ADC单元进行电压伏值的采样和计算；

第一电流采样电路，用于进行总线回路中电流的采集，通过高精度电阻将电流信号转换为电压信号，然后输入给运算放大器进行电压伏值的调整，通过核心处理器模块中的CPU处理器的ADC单元进行电流的采样；

第二电流采样电路，用于进行用电负载的电流采集；

基站电源，用于电压电流采样电路的基准采样源， 提高电压电流信号的采样精度；

5）供电管理核心处理模块，用于两个供电分支电流电压的采集和功率的计算和统计，采样周期为每秒500次，在发现供电电压和负载电流超出设定阀值时，进行越限报警，并通过控制继电器断开分支回路供电；

6）总线回路供电开关，包括总线回路控制继电器，用于控制设备供电输出接口的供电，控制指令由核心处理模块来发送；

7）负载设备供电开关，包括负载设备控制继电器，用于控制负载供电输出接口的供电，控制指令由核心处理模块来发送；

8）有线通信总线接口，包括RS485通信接口，用于连接其他供电设备管理装置间的RS485通信，实现装置间的数据信息交互；

9）无线通信天线，包括SMA天线座，用于固定天线馈线并且连接天线；

10）设备供电管理电源转换模块，包括DC/DC电源转换模块，用于将供电输入的DC直流电源转换为给个模块供电的直流电源。

本发明的有线通信总线接口在本实施例中采用RS485总线接口，实现多个供电管理装置之间的有线通信，根据不同的通信需求，还可以采用CAN总线接口、I2C总线接口、SPI总线接口等其他有线通信的总线接口实现多个供电管理装置之间的有线通信。

本发明的总线回路控制继电器默认采用常闭模式，总线回路供电采用控制继电器的中心触点和常闭触点进行总线回路的供电控制。

本发明的设备负载控制继电器默认采用常开模式，负载设备供电采用控制继电器的中心触点和常开触点进行负载设备的供电控制。

供电管理核心处理模块的结构示意图如图8所示。该处理模块包括：

1）CPU处理器，采用STM32F103RC芯片实现供电管理装置的核心处理计算；2）无线通信模块，采用LX1278芯片进行无线信息的收发；3）有线总线通信芯片，采用MAX485芯片进行有线总线通信；4）FLASH存储芯片，采用M25P32芯片实现用电量的记录，每分钟记录并存储一次用电负载设备的电压、电流、功率、功率因素、消耗的电能；5）RTC时钟芯片，采用DS1302芯片实现RTC时钟计时，依据该RTC时钟每分钟进行用电负载设备的用电信息的记录；6）ADC采样保护电路，采用3V的TVS管来保护ADC采样电路输入到CPU处理器ADC管脚的电压，输入电压过高时，TVS管泄放掉超高电压；7）DC/DC电源转换模块，采用LM1117将供电管理装置的输入的DC5V电源转换为DC3.3V电源，给核心处理模块的各个部分进行供电，同时给核心处理模块进行供电保护。

供电管理系统的结构示意图如图9所示。该供电管理系统包括至少两个供电管理装置和管理服务器。其中，1）管理装置1通过两个供电分支管理用电负载设备A的用电量和管理装置2及其后续所有管理的用电负载之和；2）管理装置2通过两个供电分析管理用电负载设备B的用电量和管理装置3及其后续所有管理的用电负载之和；3）以此类推，前一级管理装置通过负载供电输出接口管理用电负载的电流、电压、功率、功率因素、耗电量、供电谐波和供电尖峰脉冲，在发现用电负载设备出现异常，耗电量过高或者耗电量过低、用电量超过设定阀值、用电设备导致回路谐波或尖峰脉冲异常时，通过有线或者无线通信将管理信息传输给管理服务器；4）同样的，前一级管理装置通过设备供电输出接口管理后一级管理装置和其相连接的用电设备，通过高精度的电能计量管理模块；5）通过高精度的电能计量模块对多设备用电量的计量和统计，能够实时的计量出用电负载设备A、B、C……N的用电量。

图10是供电管理装置与用电设备之间的连接示意图。将所述供电管理装置的有线通信总线接口和用电设备的有线通信总线接口相连接，接收用电设备的基本信息和运行状态，并基于接收到的信息对用电设备进行控制管理。或者将所述供电管理装置的无线通信天线和用电设备的无线通信天线相连接，接收用电设备的基本信息和运行状态，并基于接收到的信息对用电设备进行控制管理。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种多设备供电管理装置，该供电管理装置包括设备供电输入接口、设备供电输出接口、负载供电输出接口、有线通信总线接口、无线通信天线，其特征在于：

设备供电输入接口，用于设备供电的输入，设备供电输入后通过两个供电分支分别连接总线回路供电开关和负载设备供电开关；

设备供电输出接口，用于连接后续设备供电的输入；

负载供电输出接口，用于连接用电负载设备；

有线通信总线接口，连接设备供电管理核心处理模块的有线总线通信芯片，用于完成多个供电管理装置之间的有线总线通信，实现供电管理装置的管理数据信息的交互管理；

无线通信天线，连接核心处理模块中的无线通信模块，完成多个供电管理装置之间的无线通信，实现供电管理装置的管理数据信息的交互管理。

2.根据权利要求1所述的多设备供电管理装置，其特征在于：

所述供电管理装置还包括总线回路供电开关，所述总线回路供电开关连接设备供电输入接口和设备供电输出接口，用于控制管理装置后续串联的所有的管理装置和用电设备的供电；

所述总线回路供电开关包括总线回路控制继电器，该总线回路控制继电器受供电管理核心处理模块的IO引脚控制，用于控制总线回路分支的供电开关；

所述总线回路供电开关采用默认常闭模式，使得管理装置在正常工作时设备供电输入接口和设备输出接口始终保持导通状态。

3.根据权利要求1所述的多设备供电管理装置，其特征在于：

所述供电管理装置还包括负载设备供电开关，所述负载设备供电开关连接设备供电输入接口和负载供电输出接口，用于控制用电负载设备的供电管理；

所述负载设备供电开关包括负载设备控制继电器，该负载设备控制继电器受供电管理核心处理模块的IO引脚控制用于控制负载设备分支的供电开关；

负载设备供电开关采用默认常开模式，使得被管理的用电负载设备默认处于供电断开状态。

4.根据权利要求1所述的多设备供电管理装置，其特征在于：

所述供电管理装置还包括设备供电管理电源转换模块、设备供电管理核心处理模块以及电能计量模块;

设备供电管理电源转换模块，用于管理装置各部分模块的供电；

设备供电管理核心处理模块，连接总线回路供电开关和负载设备供电开关，用于进行管理装置及用电负载的供电管理；

电能计量模块，连接设备供电管理核心处理模块，通过电能计量芯片对两个供电分支进行电能统计计量，并记录供电的电流、电压、功率、功率因素。

5.根据权利要求1所述的多设备供电管理装置，其特征在于：

所述设备供电输入接口具有L、N、E三个接线端子，分别接供电输入的火线、零线、地线或者上级供电管理装置的设备供电输出接口的L、N、E；

所述设备供电输出接口具有L、N、E三个接线端子，分别接下级供电管理装置的L、N、E；

所述负载供电输出接口具有L、N、E三个接线端子，分别接用电负载设备火线、零线、地线；

所述有线通信总线接口包括RS485通信接口，用于将供电管理核心处理模块上RS485芯片和其他管理装置的RS485芯片进行连接，完成供电管理装置间的信息交互；

所述无线通信天线包括SMA天线座，用于将供电管理核心处理模块中的无线通信模块引出的馈线固定在装置的电路板上，同时对外连接天线，以保证装置的无线通信的可靠；

所述设备供电管理电源转换模块包括AC/DC电源转换模块，将交流电源转换为直流电源，给供电管理核心处理模块、电能计量芯片、波形采样电压采样电路、第一、第二波形采样电流采样电路、电能计量电压分压电路、总线回路控制继电器、负载设备控制继电器进行供电；

所述设备供电管理核心处理模块，该模块内部具有CPU处理器、无线通信模块、有线通信芯片，并且利用CPU处理器自带的ADC采样单元完成波形电压采样、总线回路分支电流采样、用电负载分支电流的采样，并进行采样波形的分析处理，以识别是否出现谐波信号或者异常尖峰脉冲问题，同时通过UART通信口和电能计量芯片进行通信，完成两个供电分支的电能计量。

6.根据权利要求1所述的多设备供电管理装置，其特征在于：

所述电能计量模块包括电能计量分压电路、第一电能计量电流取样电路、第二电能计量电流取样电路、电能计量芯片、电能计量校正端子；

其中，电能计量分压电路，用于供电电压信号进行分压输入给电能计量芯片进行电压信号的采集；

第一电能计量电流取样电路，用于对对总线回路分支的电流信号进行采样，并由电能计量芯片完成总线回路分支电能的计量；

第二电能计量电流取样电路，用于对用电负载分支的电流信号进行采样，并由电能计量芯片完成用电负载分支电能的计量；

电能计量芯片，用于完成对总线回路分支和用电负载分支所接负载的功率、功率因素、用电量进行统计计算，并通过UART接口将统计计算的结果传输给供电管理核心处理模块；

电能计量校正端子，用于输入标准电能信号，对电能计量芯片进行计量校准，提高电能计量的精度。

7.根据权利要求1所述的多设备供电管理装置，其特征在于：所述多设备供电管理装置还包括波形采样模块，所述波形采样模块包括波形采样电压采样电路、第一波形采样电流采样电路、第二波形采样电流采样电路以及基准电源，连接设备供电管理核心处理模块，通过高速ADC采样对两个供电分支的电压电流进行采样，并由设备供电管理核心处理模块进行电压电流波形分析，判断供电回路是否有异常谐波信号或者异常尖峰脉冲信号出现，并进行异常谐波告警；

其中，波形采样电压采样电路，用于对供电电压进行按比例缩放，并调整电压伏值为0-3V波动，然后将调整后的电压输入供电管理核心处理模块进行ADC采样和波形分析；

第一波形采样电流采样电路，用于对总线回路分支的电流进行按比例缩放，并将电流信号转换为电压信号，然后将转换后的电压信号输入供电管理核心处理模块进行ADC采样和波形分析；

第二波形采样电流采样电路，用于对用电负载分支的电流进行按比例缩放，并将电流信号转换为电压信号，然后将转换后的电压信号输入供电管理核心处理模块进行ADC采样和波形分析；

基准电源，用于波形采样过程中，为电压电流采样电路提供稳定的基准参考电源，提高波形采样分析的精度。

8.根据权利要求1所述的多设备供电管理装置，其特征在于：

所述供电管理核心处理模块包括CPU处理器、无线通信模块、有线总线通信芯片、FLASH存储芯片、RTC时钟芯片、ADC采样保护电路、DC/DC电源转换模块；

其中CPU处理器，采用STM32F103RC芯片实现供电管理装置的核心处理计算；

无线通信模块，采用LX1278芯片进行无线信息的收发；

有线总线通信芯片，采用MAX485芯片进行有线总线通信；

FLASH存储芯片，采用M25P32芯片实现用电量的记录，每分钟记录并存储一次用电负载设备的电压、电流、功率、功率因素、消耗的电能；

RTC时钟芯片，采用DS1302芯片实现RTC时钟计时，依据该RTC时钟每分钟进行用电负载设备的用电信息的记录；

ADC采样保护电路，采用3V的TVS管来保护ADC采样电路输入到CPU处理器ADC管脚的电压，输入电压过高时，TVS管泄放掉超高电压；

DC/DC电源转换模块，采用LM1117将供电管理装置的输入的DC5V电源转换为DC3.3V电源，给核心处理模块的各个部分进行供电，同时给核心处理模块进行供电保护。

9.一种多设备供电管理装置的连接方法，用于多个所述供电管理装置的连接，其特征在于：

将供电输入接入供电管理装置的设备供电输入接口，实现多设备供电的总输入；

供电管理装置的负载供电输出接口连接用电负载设备，实现用电负载的供电管理；

将上一级供电管理装置的设备供电输出接口与下一级供电管理装置的设备供电输入接口相连接，实现下一级供电管理装置及后续用电负载的供电管理；

供电管理装置通过各自的有线通信总线相连接，实现供电管理装置之间的信息交互和通信，和/或供电管理装置通过各自的无线通信天线进行无线通信，实现供电管理装置之间的信息交互和通信。

10.一种供电管理系统，其特征在于：该供电管理系统包括管理服务器、至少一个如权利要求1-8之一所述的供电管理装置；

所述供电管理装置分别与管理服务器和用电负载相连，至少一个所述供电管理装置通过设备供电输出接口彼此连接；

前一级供电管理装置通过两个供电分支分别管理其所连接的用电负载的用电量以及所连接的供电管理装置及其后续所有供电管理装置的用电负载之和；

前一级供电管理装置通过负载供电输出接口管理用电负载的电流、电压、功率、功率因素、耗电量、供电谐波和供电尖峰脉冲，在发现用电负载设备出现异常，耗电量过高或者耗电量过低、用电量超过设定阀值、用电设备导致回路谐波或尖峰脉冲异常时，通过有线或者无线通信将管理信息传输给管理服务器。

11.一种多设备供电管理装置的连接方法，用于如权利要求1-8之一所述的供电管理装置与用电设备之间的连接，其特征在于：

将所述供电管理装置的有线通信总线接口和用电设备的有线通信总线接口相连接，接收用电设备的基本信息和运行状态，并基于接收到的信息对用电设备进行控制管理。

12.一种多设备供电管理装置的连接方法，用于如权利要求1-8之一所述的供电管理装置与用电设备之间的连接，其特征在于：

将所述供电管理装置的无线通信天线和用电设备的无线通信天线相连接，接收用电设备的基本信息和运行状态，并基于接收到的信息对用电设备进行控制管理。