CN110187267B - 单相三线智能电表继电器状态检测电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种单相三线智能电表继电器状态检测电路，用于通过控制模块接收检测信号对单相三线智能电表继电器状态进行检测，信号输入模块用于输入和/或切换信号；信号输出模块包括若干个信号输出单元，每个信号输出单元包括光电耦合器以及测试点，当信号输入模块中继电器状态发生变化后，每个光电耦合器输入的信号发生变化并经测试点输出值控制模块内，控制模块经过判断每个光电耦合器输入的信号发生变化判断单相三线智能电表继电器的工作状态；信号处理模块的数量和信号输出模块相互对应，每个信号处理模块包括保护单元和限流单元。本发明可以弥补电表行业中单相三线智能电表的继电器断开闭合状态检测电路，防止用户偷电用电，保护电网设备。
Description
技术领域
本发明涉及电表继电器状态检测领域，尤其涉及一种单相三线智能电表继电器状态检测电路及方法。
背景技术
目前市场上仅有单相两线、三相四线智能表的继电器检测电路，单相三线智能电表的继电器检测电路缺失，补全电能表市场继电器检测的电路。
现有的单相两线智能表继电器检测电路，通过检测继电器后级电压与零线端的电压波形变化，并利用光电耦合器隔离，通过判断IO口电平变化确认继电器闭合、断开状态。目前存在两个问题：利用现有的单相两线类似检测电路，实际带负载时，检测电路会失效：检测波形受负载干扰；当某用户在自家继电器断电时，如果把隔壁电表的L2接入自家电表的L1进行窃电，此时如果继电器闭合，使得火线L1、L2短路，发生变电站跳闸或火灾事件。故单相两线或者三线四线的电路波形检测方案，无法应用在单相三线电路中。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种单相三线智能电表继电器状态检测电路及方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种单相三线智能电表继电器状态检测电路，用于通过控制模块接收检测信号对单相三线智能电表继电器状态进行检测，包括信号输入模块、信号处理模块和信号输出模块，所述信号输入模块依次连接信号输出模块和信号处理模块；
所述信号输入模块用于输入和/或切换信号，其中，输入和/或切换信号由继电器的状态进行呈现；
所述信号输出模块包括若干个信号输出单元，每个信号输出单元包括光电耦合器以及测试点，当信号输入模块中继电器状态发生变化后，每个光电耦合器输入的信号发生变化并经测试点输出值控制模块内，所述控制模块经过判断每个光电耦合器输入的信号发生变化判断单相三线智能电表继电器的工作状态；
所述信号处理模块的数量和所述信号输出模块相互对应，每个信号处理模块包括保护单元和限流单元，所述保护单元用于保护相对应的光电耦合器，所述限流单元用于限流。
作为一种可实施方式，所述信号输出模块包括5个信号输出单元，所述光电耦合器为5个，测试点为5个，保护单元为5个，限流单元为5个。
作为一种可实施方式，所述保护单元为二极管，所述二极管和相应的光电耦合器并联。
作为一种可实施方式，将5个光电耦合器记作第一光电耦合器、第二光电耦合器、第三光电耦合器、第四光电耦合器和第五光电耦合器，将5个保护单元的二极管记作第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；
第一光电耦合器输入端的正极连接第一二极管的负极，第一光电耦合器输入端的负极连接第一二极管的正极，第一光电耦合器输出端的正极连接正向电源，第一光电耦合器输出端的负极接地，第一光电耦合器输出端的正极形成第一测试点；
第二光电耦合器输入端的正极连接第二二极管的负极，第二光电耦合器输入端的负极连接第二二极管的正极，第二光电耦合器输出端的正极连接正向电源，第二光电耦合器输出端的负极接地，第二光电耦合器输出端的正极形成第二测试点；
第三光电耦合器输入端的正极连接第三二极管的负极，第三光电耦合器输入端的负极连接第三二极管的正极，第三光电耦合器输出端的正极连接正向电源，第三光电耦合器输出端的负极接地，第三光电耦合器输出端的正极形成第三测试点；
第四光电耦合器输入端的正极连接第四二极管的负极，第四光电耦合器输入端的负极连接第四二极管的正极，第四光电耦合器输出端的正极连接正向电源，第四光电耦合器输出端的负极接地，第四光电耦合器输出端的正极形成第四测试点；
第五光电耦合器输入端的正极连接第五二极管的负极，第五光电耦合器输入端的负极连接第五二极管的正极，第五光电耦合器输出端的正极连接正向电源，第五光电耦合器输出端的负极接地，第五光电耦合器输出端的正极形成第五测试点。
作为一种可实施方式，每个所述限流单元包括一个二极管和电阻单元，电阻单元由若干个电阻进行串联，若干个电阻串联之后再与二极管串联。
作为一种可实施方式，将5个限流单元中的二极管记作第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管和第十二极管，将5个电阻单元记作第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元和第五电阻单元；
第七二极管的负极连接第二电阻单元的一端，第二电阻单元的另一端连接第二二极管的负极，第二二极管的正极连接第六二极管的正极，第六二极管的负极连接第一二极管的负极，第七二极管的正极连接第十二极管的正极，第十二极管的负极连接第五二极管的负极，第五二极管的正极连接第五电阻单元的一端，第五电阻单元的另一端连接第九二极管的正极，第九二极管的负极连接第四电阻单元的一端，第四电阻单元的另一端连接第四二极管的负极，第四二极管的正极连接第八二极管的正极，第八二极管的负极连接第三二极管的负极，第三二极管的正极连接第三电阻单元的一端，第三电阻单元的另一端连接第七二极管的正极和第十二极管的正极，第九二极管的正极连接第一电阻单元的一端，第一电阻的另一端连接第一二极管的正极，第十二极管的正极连接信号输入模块，第九二极管的正极连接信号输入模块。
作为一种可实施方式，信号输入模块包括第一继电器、第二继电器、第一火线进线端和第二火线火线进线端；第一继电器包括第一继电器后级输入端和第一继电器开关，第二继电器包括第二继电器后级输入端和第二继电器开关；
第十二极管的正极依次连接第一继电器后级输入端、第一继电器开关和第一火线进线端；
第九二极管的正极依次连接第二继电器后级输入端、第二继电器开关和第二火线进线端。
一种单相三线智能电表继电器状态检测方法，包括以下步骤：
控制模块的IO口分别获取5个检测点的光电耦合器输入的电压信号，并将所述电压信号转换成可识别的数字信号；
通过在5个检测点获取到的数字信号结合IO口与每个继电器状态的映射关系，得到每个继电器对应的状态。
作为一种可实施方式，获取5个检测点的光电耦合器输入的信号的时间为固定的。
作为一种可实施方式，当光电耦合器输入的电压高于2.5V时，控制模块将高于2.5V转换成数字信号1，当光电耦合器输入的电压低于2.5V时，控制模块将低于2.5V的转换成数字信号0。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明可以弥补电表行业中单相三线智能电表的继电器断开闭合状态检测电路，防止用户偷电用电，保护电网设备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明继电器闭合时的5个光电传感器的输出波形图；
图3是本发明继电器断开时的5个光电传感器的输出波形图；
图4是本发明继电器断开、发生用户窃电时，以负载加在L1与N之间，L2前级电压加到L1继电器后级时5个光电传感器的输出波形图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
在现有技术中，利用现有的单相两线类似检测电路，实际带负载时，检测电路会失效：检测波形受负载干扰；
当某用户在自家继电器断电时，如果把隔壁电表的L2接入自家电表的L1进行窃电，此时如果继电器闭合，使得火线L1、L2短路，发生变电站跳闸或火灾事件，故单相两线或者三线四线的电路波形检测方案，无法应用在单相三线电路中，针对上述问题，提出了一种针对单相三线智能电表继电器状态的检测解决方案。
实施例1：
一种单相三线智能电表继电器状态检测电路，如图1所示，用于通过控制模块接收检测信号对单相三线智能电表继电器状态进行检测，包括信号输入模块A、信号处理模块B和信号输出模块，所述信号输入模块A依次连接信号输出模块B和信号处理模块；
所述信号输入模块A用于输入和/或切换信号，其中，输入和/或切换信号由继电器的状态进行呈现；
所述信号输出模块B包括若干个信号输出单元，每个信号输出单元包括光电耦合器以及测试点，当信号输入模块中继电器状态发生变化后，每个光电耦合器输入的信号发生变化并经测试点输出值控制模块内，所述控制模块经过判断每个光电耦合器输入的信号发生变化判断单相三线智能电表继电器的工作状态；
所述信号处理模块的数量和所述信号输出模块相互对应，每个信号处理模块包括保护单元和限流单元，所述保护单元用于保护相对应的光电耦合器，所述限流单元用于限流。
在本实施例中，将信号输出模块具有的信号输出单元具体到一定的数量，将信号输出单元限定为5个，所述信号输出模块包括5个信号输出单元，所述光电耦合器为5个，测试点为5个，保护单元为5个，限流单元为5个。
于其它实施例中，所述保护单元为二极管，所述二极管和相应的光电耦合器并联。
在具体地实施例中，将5个光电耦合器记作第一光电耦合器U101、第二光电耦合器U102、第三光电耦合器U103、第四光电耦合器U104和第五光电耦合器U105，将5个保护单元的二极管记作第一二极管D101、第二二极管D103、第三二极管D105、第四二极管D107和第五二极管D109；第一光电耦合器U101输入端的正极连接第一二极管D101的负极，第一光电耦合器U101输入端的负极连接第一二极管D101的正极，第一光电耦合器U101输出端的正极连接正向电源+3.3V，第一光电耦合器U101输出端的负极接地，第一光电耦合器U101输出端的正极形成第一测试点TEST1；第二光电耦合器U102输入端的正极连接第二二极管D103的负极，第二光电耦合器U102输入端的负极连接第二二极管D103的正极，第二光电耦合器U102输出端的正极连接正向电源+3.3V，第二光电耦合器U102输出端的负极接地，第二光电耦合器U102输出端的正极形成第二测试点TEST2；第三光电耦合器U103输入端的正极连接第三二极管D103的负极，第三光电耦合器U103输入端的负极连接第三二极管D103的正极，第三光电耦合器U103输出端的正极连接正向电源+3.3V，第三光电耦合器U103输出端的负极接地，第三光电耦合器U103输出端的正极形成第三测试点TEST3；第四光电耦合器U104输入端的正极连接第四二极管D105的负极，第四光电耦合器U104输入端的负极连接第四二极管D105的正极，第四光电耦合器U104输出端的正极连接正向电源+3.3V，第四光电耦合器U104输出端的负极接地，第四光电耦合器U104输出端的正极形成第四测试点TEST4；第五光电耦合器U105输入端的正极连接第五二极管D107的负极，第五光电耦合器U105输入端的负极连接第五二极管D107的正极，第五光电耦合器U105输出端的正极连接正向电源+3.3V，第五光电耦合器U105输出端的负极接地，第五光电耦合器U105输出端的正极形成第五测试点TEST5。
另外，每个所述限流单元包括一个二极管和电阻单元，电阻单元由若干个电阻进行串联，在本实施例中，无一例外，每组都是4个电阻分别串联，若干个电阻串联之后再与二极管串联。在具体地实施例中，将5个限流单元中的二极管记作第六二极管D100、第七二极管D102、第八二极管D104、第九二极管D106和第十二极管D108，将5个电阻单元记作第一电阻单元(包括电阻R209、R210、R211、R212)、第二电阻单元(包括电阻R205、R206、R207、R208)、第三电阻单元(包括电阻R213、R214、R215、R216)、第四电阻单元(包括电阻R217、R218、R219、R220)和第五电阻单元(包括电阻R221、R222、R223、R224)；第七二极管D102的负极连接第二电阻单元的一端，第二电阻单元的另一端连接第二二极管D103的负极，第二二极管D103的正极连接第六二极管D100的正极，第六二极管D100的负极连接第一二极管D101的负极，第七二极管D102的正极连接第十二极管D108的正极，第十二极管D108的负极连接第五二极管D109的负极，第五二极管D109的正极连接第五电阻单元的一端，第五电阻单元的另一端连接第九二极管D106的正极，第九二极管D106的负极连接第四电阻单元的一端，第四电阻单元的另一端连接第四二极管D107的负极，第四二极管D107的正极连接第八二极管D104的正极，第八二极管D104的负极连接第三二极管D105的负极，第三二极管D105的正极连接第三电阻单元的一端，第三电阻单元的另一端连接第七二极管D102的正极和第十二极管D108的正极，第九二极管D106的正极连接第一电阻单元的一端，第一电阻的另一端连接第一二极管D101的正极，第十二极管D108的正极连接信号输入模块，第九二极管D106的正极连接信号输入模块。
在详细的实施例中，信号输入模块包括第一继电器、第二继电器、第一火线进线端L1和第二火线火线进线端L2；第一继电器包括第一继电器后级输入端RELAY_L1和第一继电器开关RELAY1，第二继电器包括第二继电器后级输入端RELAY_L2和第二继电器开关RELAY2；第十二极管D108的正极依次连接第一继电器后级输入端RELAY_L1、第一继电器开关RELAY1和第一火线进线端L1；第九二极管D106的正极依次连接第二继电器后级输入端RELAY_L2、第二继电器开关RELAY2和第二火线进线端L2。
实施例2：
一种单相三线智能电表继电器状态检测方法，包括以下步骤：
控制模块的IO口分别获取5个检测点的光电耦合器输入的电压信号，并将所述电压信号转换成可识别的数字信号；
通过在5个检测点获取到的数字信号结合IO口与每个继电器状态的映射关系，得到每个继电器对应的状态。
更加具体地，获取5个检测点的光电耦合器输入的信号的时间为固定的。当光电耦合器输入的电压高于2.5V时，控制模块将高于2.5V转换成数字信号1，当光电耦合器输入的电压低于2.5V时，控制模块将低于2.5V的转换成数字信号0。
实现原理，如附图1所示，L1、L2为火线进线端，RELAY_L1、RELAY_L2为继电器后级输出端，当有电压通过光电耦合器时，每个光电耦合器的输出波形有两种状态：上拉(3.3V)和50/60Hz脉冲方波，可以认为上拉输出为逻辑“高”和脉冲输出为逻辑“低”。
单相三线智能电表在继电器闭合、断开或发生窃电时，每个光电耦合器输出的高低电平都不相同，即使加负载，检测逻辑也有其特殊性，不会与其他状态的逻辑混淆。
通过模拟不同场景得出继电器闭合、断开、窃电的全部状态，然后用软件进行对比判断，从而避免继电器误操作，发生火线L1、L2短路事件。
基于此电路可以拟现场所有可能出现的情况(L1与N、L2与N、L1与L2之间分别加负载、继电器闭合、断开、窃电等)，并利用示波器捕捉各个光电耦合器的波形；
当两路继电器都闭合、L1与L2之间加负载为例，分别测试5个光电耦合器的输出波形，如图2所示，对应逻辑为01001；
当两路继电器断开、负载加在L1与L2，L1与N，L2与N，L1、L2同时对N之间，分别测试5个光电耦合器的输出波形，如图3所示，对应逻辑均为00100；
当两路继电器断开、发生用户窃电时，以负载加在L1与N之间，L2前级电压加到L1继电器后级为例，测试5个光电耦合器的输出波形，如图4所示，对应逻辑为00010；
通过将各种情况测试得出不同状态下的逻辑不一样，通过梳理各逻辑，将现场情况分为“正常状态”、“窃电，继电器不能闭合”、“窃电，继电器能闭合”三种情况，软件通过识别5个IO口的逻辑情况，进行分别处理，具体逻辑情况如表1。
在方法中，控制模块通过读取5个光电耦合器提供的信号，根据表1中的“IO逻辑”和“继电器的状态”建立一对一的映射关系，当软件读取到一个状态后通过查询表格得到当前继电器的状态，然后根据控制状态决定断开，闭合继电器或者产生窃电告警信息。
在此，建立一对一的映射关系的依据：光电耦合器连接到MCU的5个IO端口上，IO端口检测光电耦合器输入的信号，并转换为控制模块可以识别的数字信号。当光电耦合器输入的电压高于2.5V时转换为数字信号的1，低于2.5V时转换为数字信号的0，因此5个光电耦合器的信号按照表1的逻辑，建立了映射关系。
而控制模块一般是通过定时(可以限定为500毫秒或者其他数据)检测5个IO端口的状态，然后根据表1的映射关系，得到继电器的状态信息。
表1是模拟现场所有可能的逻辑图
通过以上这个逻辑图，就可以直观的知晓各个状态下继电器所处的状态。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种单相三线智能电表继电器状态检测电路，用于通过控制模块接收检测信号对单相三线智能电表继电器状态进行检测，其特征在于，包括信号输入模块、信号处理模块和信号输出模块，所述信号输入模块依次连接信号输出模块和信号处理模块；
所述信号输入模块用于输入和/或切换信号，其中，输入和/或切换信号由继电器的状态进行呈现；
所述信号输出模块包括若干个信号输出单元，每个信号输出单元包括光电耦合器以及测试点，当信号输入模块中继电器状态发生变化后，每个光电耦合器输入的信号发生变化并经测试点输出至控制模块内，所述控制模块经过判断每个测试点的输出的信号发生变化判断单相三线智能电表继电器的工作状态；
所述信号处理模块的数量和所述信号输出模块相互对应，每个信号处理模块包括保护单元和限流单元，所述保护单元用于保护相对应的光电耦合器，所述限流单元用于限流；
所述信号输出模块包括5个信号输出单元，所述光电耦合器为5个，测试点为5个，保护单元为5个，限流单元为5个；
控制模块的IO口分别获取5个测试点的输出的电压信号，并将所述电压信号转换成可识别的数字信号；
建立IO口与继电器状态的映射关系，通过在5个测试点获取到的数字信号结合所述映射关系，得到每个继电器对应的状态。
2.根据权利要求1所述的单相三线智能电表继电器状态检测电路，其特征在于，所述保护单元为二极管，所述二极管和相应的光电耦合器并联。
3.根据权利要求2所述的单相三线智能电表继电器状态检测电路，其特征在于，将5个光电耦合器记作第一光电耦合器、第二光电耦合器、第三光电耦合器、第四光电耦合器和第五光电耦合器，将5个保护单元的二极管记作第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；
第一光电耦合器输入端的正极连接第一二极管的负极，第一光电耦合器输入端的负极连接第一二极管的正极，第一光电耦合器输出端的正极连接正向电源，第一光电耦合器输出端的负极接地，第一光电耦合器输出端的正极形成第一测试点；
第二光电耦合器输入端的正极连接第二二极管的负极，第二光电耦合器输入端的负极连接第二二极管的正极，第二光电耦合器输出端的正极连接正向电源，第二光电耦合器输出端的负极接地，第二光电耦合器输出端的正极形成第二测试点；
第三光电耦合器输入端的正极连接第三二极管的负极，第三光电耦合器输入端的负极连接第三二极管的正极，第三光电耦合器输出端的正极连接正向电源，第三光电耦合器输出端的负极接地，第三光电耦合器输出端的正极形成第三测试点；
第四光电耦合器输入端的正极连接第四二极管的负极，第四光电耦合器输入端的负极连接第四二极管的正极，第四光电耦合器输出端的正极连接正向电源，第四光电耦合器输出端的负极接地，第四光电耦合器输出端的正极形成第四测试点；
第五光电耦合器输入端的正极连接第五二极管的负极，第五光电耦合器输入端的负极连接第五二极管的正极，第五光电耦合器输出端的正极连接正向电源，第五光电耦合器输出端的负极接地，第五光电耦合器输出端的正极形成第五测试点。
4.根据权利要求3所述的单相三线智能电表继电器状态检测电路，其特征在于，每个所述限流单元包括一个二极管和电阻单元，电阻单元由若干个电阻进行串联，若干个电阻串联之后再与二极管串联。
5.根据权利要求4所述的单相三线智能电表继电器状态检测电路，其特征在于，将5个限流单元中的二极管记作第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管和第十二极管，将5个电阻单元记作第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元和第五电阻单元；
第七二极管的负极连接第二电阻单元的一端，第二电阻单元的另一端连接第二二极管的负极，第二二极管的正极连接第六二极管的正极，第六二极管的负极连接第一二极管的负极，第七二极管的正极连接第十二极管的正极，第十二极管的负极连接第五二极管的负极，第五二极管的正极连接第五电阻单元的一端，第五电阻单元的另一端连接第九二极管的正极，第九二极管的负极连接第四电阻单元的一端，第四电阻单元的另一端连接第四二极管的负极，第四二极管的正极连接第八二极管的正极，第八二极管的负极连接第三二极管的负极，第三二极管的正极连接第三电阻单元的一端，第三电阻单元的另一端连接第七二极管的正极和第十二极管的正极，第九二极管的正极连接第一电阻单元的一端，第一电阻的另一端连接第一二极管的正极，第十二极管的正极连接信号输入模块，第九二极管的正极连接信号输入模块。
6.根据权利要求5所述的单相三线智能电表继电器状态检测电路，其特征在于，信号输入模块包括第一继电器、第二继电器、第一火线进线端和第二火线进线端；第一继电器包括第一继电器后级输入端和第一继电器开关，第二继电器包括第二继电器后级输入端和第二继电器开关；
第十二极管的正极依次连接第一继电器后级输入端、第一继电器开关和第一火线进线端；
第九二极管的正极依次连接第二继电器后级输入端、第二继电器开关和第二火线进线端。
7.根据权利要求1所述的单相三线智能电表继电器状态检测电路 ，其特征在于，获取5个测试点的光电耦合器输入的信号的时间为固定的。
8.根据权利要求1所述的单相三线智能电表继电器状态检测电路 ，其特征在于，当光电耦合器输入的电压高于2.5V时，控制模块将高于2.5V转换成数字信号1，当光电耦合器输入的电压低于2.5V时，控制模块将低于2.5V的转换成数字信号0。
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