CN110275058A - 智能电能表的通信模块过载识别防护电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了智能电能表的通信模块过载识别防护电路和方法，包括：通信模块、开关控制电路、电流采样电路和主控芯片；电流采样电路用于采集模拟电流信号；主控芯片，用于将模拟电流信号转化为数字电流信号，并将数字电流信号对应的电流值与预设电流阈值进行比较，如果电流值大于预设电流阈值，则输出低电平；如果电流值小于预设电流阈值，则输出高电平；开关控制电路用于根据低电平或高电平控制通信模块上的第一电源电压的输入，可以实时检测通信模块输入的电源电压是否过载，从而控制通信模块上电源电压的输入，保证通信模块的正常供电和确保智能电能表运行的稳定性和可靠性。

Description

智能电能表的通信模块过载识别防护电路和方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其是涉及智能电能表的通信模块过载识别防护电路和方法。

背景技术

按照国网2013的标准，单相费控智能电能表的通信模块供电电源采用DC-DC(Direct Current-Direct Current，直流-直流)芯片，若电源直接短路，则切断电源输出。单相费控智能电能表的其中，最大设计为200mA/11V，设计为150mA/11.6V，标准为125mA/12V±1V。三相费控智能电能表的通信模块供电电源采用DC-DC芯片，若电源直接短路，则切断电源输出，其中，最大设计为460mA/10.3V，设计为400mA/11.5V，标准为400mA/12±1V。

当单相费控智能电能表或三相费控智能电能表(简称智能电能表)的通信模块负载过重时，通信模块供电端的输出电压被拉低，从而导致智能电能表的主电路供电故障，智能电能表工作异常；或者，导致DC-DC芯片自保护，使通信模块的供电端输出电压被拉低，不能输出正常电压值。另外，由于智能电能表的通信模块的接口是对外的，当通信模块的电源线与地线短路时，会导致智能电能表的主控芯片损坏。

综上，当智能电能表的通信模块负载过重时，会使通信模块供电端的输出电压被拉低，或者当电源对外接口被人为短路时，导致智能电能表出现通信故障，严重时甚至影响电能表的正确计量和导致电能表的损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供智能电能表的通信模块过载识别防护电路和方法，可以实时检测通信模块输入的电源电压是否过载，从而控制通信模块上电源电压的输入，保证通信模块的正常供电和确保智能电能表运行的稳定性和可靠性。

第一方面，本发明实施例提供了智能电能表的通信模块过载识别防护电路，所述电路包括：通信模块、开关控制电路、电流采样电路和主控芯片；

所述通信模块、所述开关控制电路和所述电流采样电路依次连接，所述开关控制电路和所述电流采样电路分别与所述主控芯片相连接；

所述电流采样电路，用于采集模拟电流信号；

所述主控芯片，用于将所述模拟电流信号转化为数字电流信号，并将所述数字电流信号对应的电流值与预设电流阈值进行比较，如果所述电流值大于所述预设电流阈值，则输出低电平；如果所述电流值小于所述预设电流阈值，则输出高电平；

所述开关控制电路，用于根据所述低电平或所述高电平控制所述通信模块上的第一电源电压的输入。

进一步的，所述通信模块包括载波模块，所述载波模块的引脚1和引脚2输入所述第一电源电压，所述载波模块的引脚3和引脚4连接所述开关控制电路。

进一步的，所述开关控制电路包括P-MOS管Q1、NPN型三极管Q2、电阻R1和电阻R2；

所述载波模块的引脚3和所述引脚4连接所述P-MOS管Q1的源极，所述P-MOS管Q1的漏极连接所述电流采样电路，所述P-MOS管Q1的栅极分别与所述电阻R2的一端和所述NPN型三极管Q2的集电极相连接，所述电阻R2的另一端连接第二电源电压，所述主控芯片与所述电阻R1的一端相连接，所述电阻R1的另一端与所述NPN型三极管Q2的基极相连接，所述NPN型三极管Q2的发射极接地。

进一步的，所述电流采样电路包括采样电阻R01、集成运放电路U1和电容C1；

所述P-MOS管的漏极分别与所述采样电阻R01的一端和所述集成运放电路U1的引脚1相连接，所述采样电阻R01的另一端与所述集成运放电路U1的引脚2相连接，并且接地；所述集成运放电路U1的引脚3分别与引脚4和所述主控芯片相连接，所述集成运放电路U1的引脚5分别连接所述第二电源电压和所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端接地。

进一步的，所述开关控制电路，用于根据所述低电平控制所述NPN型三极管Q2的集电极和所述发射极开路，以及控制所述P-MOS管Q1不导通，从而切断所述通信模块上的第一电源电压的输入。

进一步的，所述开关控制电路，用于根据所述高电平控制所述NPN型三极管Q2的集电极和所述发射极导通，以及控制所述P-MOS管Q1导通，从而确保所述通信模块上的所述第一电源电压的输入。

进一步的，所述采样电阻R01为10mΩ的门型锰铜电阻。

进一步的，所述第一电源电压为12V，所述第二电源电压为5V。

进一步的，所述通信模块还包括微功率通信模块、终端本地载波通信模块、终端微功率无线通信模块和终端远程通用分组无线服务技术GPRS模块。

第二方面，本发明实施例提供了智能电能表的通信模块过载识别防护方法，所述方法包括：

采集模拟电流信号；

将所述模拟电流信号转化为数字电流信号；

将所述数字电流信号对应的电流值与预设电流阈值进行比较；

如果所述电流值大于所述预设电流阈值，则输出低电平；

如果所述电流值小于所述预设电流阈值，则输出高电平；

根据所述低电平或所述高电平控制所述通信模块上的第一电源电压的输入。

本发明实施例提供了智能电能表的通信模块过载识别防护电路和方法，包括：通信模块、开关控制电路、电流采样电路和主控芯片；电流采样电路用于采集模拟电流信号；主控芯片，用于将模拟电流信号转化为数字电流信号，并将数字电流信号对应的电流值与预设电流阈值进行比较，如果电流值大于预设电流阈值，则输出低电平；如果电流值小于预设电流阈值，则输出高电平；开关控制电路用于根据低电平或高电平控制通信模块上的第一电源电压的输入，可以实时检测通信模块输入的电源电压是否过载，从而控制通信模块上电源电压的输入，保证通信模块的正常供电和确保智能电能表运行的稳定性和可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的智能电能表的通信模块过载识别防护电路示意图；

图2为本发明实施例二提供的另一智能电能表的通信模块过载识别防护电路示意图；

图3为本发明实施例三提供的智能电能表的通信模块过载识别防护方法流程图。

图标：

10-通信模块；20-开关控制电路；30-电流采样电路；40-主控芯片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的智能电能表的通信模块过载识别防护电路示意图。

参照图1，该电路包括通信模块10、开关控制电路20、电流采样电路30和主控芯片40。

通信模块10、开关控制电路20和电流采样电路30依次连接，开关控制电路20和电流采样电路30分别与主控芯片40相连接；

电流采样电路30，用于采集模拟电流信号；

主控芯片40，用于将模拟电流信号转化为数字电流信号，并将数字电流信号对应的电流值与预设电流阈值进行比较，如果电流值大于预设电流阈值，则输出低电平；如果电流值小于预设电流阈值，则输出高电平；

开关控制电路20，用于根据低电平或高电平控制通信模块10上的第一电源电压的输入。

本实施例中，当电流值大于预设电流阈值时，说明通信模块10输入的第一电源电压过载，主控芯片40输出低电平；当电流值小于预设电流阈值时，说明通信模块10输入的第一电源电压没有过载，主控芯片40输出高电平；开关控制电路20根据低电平切断通信模块10上的第一电源电压的供电，或根据高电平确保通信模块10上的第一电源电压的供电，即开关控制电路20根据低电平或高电平控制P-MOS管的断开或闭合，从而灵活控制通信模块10上电源的供电，保证智能电能表运行的稳定性和可靠性。

实施例二：

图2为本发明实施例二提供的另一智能电能表的通信模块过载识别防护电路示意图。

参照图2，该电路包括通信模块10、开关控制电路20、电流采样电路30和主控芯片40。

通信模块10包括载波模块，载波模块的引脚1和引脚2输入第一电源电压，载波模块的引脚3和引脚4连接开关控制电路20。载波模块的引脚定义是按照国网标准确定的。

另外，载波模块的引脚5悬空，引脚6代表数据发送引脚；7脚代表数据接收引脚；8、9脚悬空；10代表复位引脚；11脚悬空；12脚代表事件记录引脚。

通信模块10还包括微功率通信模块、终端本地载波通信模块、终端微功率无线通信模块和终端远程GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术)模块。

开关控制电路20包括P-MOS管Q1、NPN型三极管Q2、电阻R1和电阻R2；其中，P-MOS管Q1为AO3415，NPN型三极管Q2为2N3904，P-MOS管Q1相当于开关，P-MOS管Q1过电流能力强，导通内阻小。

载波模块的引脚3和引脚4连接P-MOS管Q1的源极，P-MOS管Q1的漏极连接电流采样电路，P-MOS管Q1的栅极分别与电阻R2的一端和NPN型三极管Q2的集电极相连接，电阻R2的另一端连接第二电源电压，主控芯片40与电阻R1的一端相连接，电阻R1的另一端与NPN型三极管Q2的基极相连接，NPN型三极管Q2的发射极接地。

电流采样电路30包括采样电阻R01、集成运放电路U1和电容C1；其中，集成运放电路U1为LMV321，采样电阻R01为10mΩ的门型锰铜电阻。

P-MOS管的漏极分别与采样电阻R01的一端和集成运放电路U1的引脚1(正向输入端)相连接，采样电阻R01的另一端与集成运放电路U1的引脚2相连接，并且接地；集成运放电路U1的引脚3(反向输入端)分别与引脚4(输出端)和主控芯片40相连接，集成运放电路U1的引脚5分别连接第二电源电压和电容C1的一端，电容C1的另一端接地。

具体地，集成运放电路U1的引脚3(反向输入端)分别与引脚4(输出端)构成电压跟随电路，电压跟随电路具有隔离的作用，使各个电路之间互不影响。集成运放电路U1输出的模拟电流信号通过ADC1信号线与主控芯片40的模/数转换引脚相连接。

主控芯片40将模拟电流信号转化为数字电流信号，并将数字电流信号对应的电流值与预设电流阈值进行比较，如果电流值大于预设电流阈值，则输出低电平；如果电流值小于预设电流阈值，则输出高电平；其中，主控芯片40输出的低电平或高电平的引脚与开关控制电路20的COL0信号线相连接，通过控制P-MOS管Q1的开合，从而起到切断电能供给或确保电能供给的目的。

本实施例中，开关控制电路20根据低电平控制NPN型三极管Q2的集电极和发射极开路，以及控制P-MOS管Q1不导通，从而切断通信模块10上的第一电源电压的输入。

开关控制电路20根据高电平控制NPN型三极管Q2的集电极和发射极导通，以及控制P-MOS管Q1导通，从而确保通信模块10上的第一电源电压的输入。其中，第一电源电压为12V，第二电源电压为5V。

本发明实施例提供了智能电能表的通信模块过载识别防护电路，包括：通信模块、开关控制电路、电流采样电路和主控芯片；电流采样电路用于采集模拟电流信号；主控芯片，用于将模拟电流信号转化为数字电流信号，并将数字电流信号对应的电流值与预设电流阈值进行比较，如果电流值大于预设电流阈值，则输出低电平；如果电流值小于预设电流阈值，则输出高电平；开关控制电路用于根据低电平或高电平控制通信模块上的第一电源电压的输入，可以实时检测通信模块输入的电源电压是否过载，从而控制通信模块上电源电压的输入，保证通信模块的正常供电和确保智能电能表运行的稳定性和可靠性。

实施例三：

图3为本发明实施例三提供的智能电能表的通信模块过载识别防护方法流程图。

参照图3，该方法包括以下步骤：

步骤S101，采集模拟电流信号；

步骤S102，将模拟电流信号转化为数字电流信号；

步骤S103，将数字电流信号对应的电流值与预设电流阈值进行比较；

步骤S104，如果电流值大于预设电流阈值，则输出低电平；

步骤S105，如果电流值小于预设电流阈值，则输出高电平；

步骤S106，根据低电平或高电平控制通信模块上的第一电源电压的输入。

本发明实施例提供了智能电能表的通信模块过载识别防护方法，包括：采集模拟电流信号；将模拟电流信号转化为数字电流信号；将数字电流信号对应的电流值与预设电流阈值进行比较；如果电流值大于预设电流阈值，则输出低电平；如果电流值小于预设电流阈值，则输出高电平；根据低电平或高电平控制通信模块上的第一电源电压的输入，可以实时检测通信模块输入的电源电压是否过载，从而控制通信模块上电源电压的输入，保证通信模块的正常供电和确保智能电能表运行的稳定性和可靠性。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的智能电能表的通信模块过载识别防护方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的智能电能表的通信模块过载识别防护方法的步骤。

本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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 (10)

1.一种智能电能表的通信模块过载识别防护电路，其特征在于，所述电路包括：通信模块、开关控制电路、电流采样电路和主控芯片；

所述通信模块、所述开关控制电路和所述电流采样电路依次连接，所述开关控制电路和所述电流采样电路分别与所述主控芯片相连接；

所述电流采样电路，用于采集模拟电流信号；

所述主控芯片，用于将所述模拟电流信号转化为数字电流信号，并将所述数字电流信号对应的电流值与预设电流阈值进行比较，如果所述电流值大于所述预设电流阈值，则输出低电平；如果所述电流值小于所述预设电流阈值，则输出高电平；

所述开关控制电路，用于根据所述低电平或所述高电平控制所述通信模块上的第一电源电压的输入。

2.根据权利要求1所述的智能电能表的通信模块过载识别防护电路，其特征在于，所述通信模块包括载波模块，所述载波模块的引脚1和引脚2输入所述第一电源电压，所述载波模块的引脚3和引脚4连接所述开关控制电路。

3.根据权利要求2所述的智能电能表的通信模块过载识别防护电路，其特征在于，所述开关控制电路包括P-MOS管Q1、NPN型三极管Q2、电阻R1和电阻R2；

所述载波模块的引脚3和所述引脚4连接所述P-MOS管Q1的源极，所述P-MOS管Q1的漏极连接所述电流采样电路，所述P-MOS管Q1的栅极分别与所述电阻R2的一端和所述NPN型三极管Q2的集电极相连接，所述电阻R2的另一端连接第二电源电压，所述主控芯片与所述电阻R1的一端相连接，所述电阻R1的另一端与所述NPN型三极管Q2的基极相连接，所述NPN型三极管Q2的发射极接地。

4.根据权利要求3所述的智能电能表的通信模块过载识别防护电路，其特征在于，所述电流采样电路包括采样电阻R01、集成运放电路U1和电容C1；

所述P-MOS管的漏极分别与所述采样电阻R01的一端和所述集成运放电路U1的引脚1相连接，所述采样电阻R01的另一端与所述集成运放电路U1的引脚2相连接，并且接地；所述集成运放电路U1的引脚3分别与引脚4和所述主控芯片相连接，所述集成运放电路U1的引脚5分别连接所述第二电源电压和所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的智能电能表的通信模块过载识别防护电路，其特征在于，所述开关控制电路，用于根据所述低电平控制所述NPN型三极管Q2的集电极和所述发射极开路，以及控制所述P-MOS管Q1不导通，从而切断所述通信模块上的第一电源电压的输入。

6.根据权利要求4或5所述的智能电能表的通信模块过载识别防护电路，其特征在于，所述开关控制电路，用于根据所述高电平控制所述NPN型三极管Q2的集电极和所述发射极导通，以及控制所述P-MOS管Q1导通，从而确保所述通信模块上的所述第一电源电压的输入。

7.根据权利要求6所述的智能电能表的通信模块过载识别防护电路，其特征在于，所述采样电阻R01为10mΩ的门型锰铜电阻。

8.根据权利要求7所述的智能电能表的通信模块过载识别防护电路，其特征在于，所述第一电源电压为12V，所述第二电源电压为5V。

9.根据权利要求1所述的智能电能表的通信模块过载识别防护电路，其特征在于，所述通信模块还包括微功率通信模块、终端本地载波通信模块、终端微功率无线通信模块和终端远程通用分组无线服务技术GPRS模块。

10.一种智能电能表的通信模块过载识别防护方法，其特征在于，所述方法包括：

采集模拟电流信号；

将所述模拟电流信号转化为数字电流信号；

将所述数字电流信号对应的电流值与预设电流阈值进行比较；

如果所述电流值大于所述预设电流阈值，则输出低电平；

如果所述电流值小于所述预设电流阈值，则输出高电平；

根据所述低电平或所述高电平控制所述通信模块上的第一电源电压的输入。