CN110719124A - 一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统，包括通过电力线连接的电源总开关和插座单元，还包括用电监测单元和供电控制单元，供电控制单元连接于电源总开关和插座单元之间，用电监测单元分别与插座和供电控制单元连接；用电监测单元用于检测插座用电情况，在插座无用电状态时通过电力载波通信方式向供电控制单元传输无用电信号，供电控制单元在同时接收到全部用电监测单元的无用电信号后控制电源总开关和插座单元断开电连接，供电控制单元还可接受外部输入而开启电源总开关和插座单元的电连接。本发明应用时能够监测插座用电情况，在插座无用电时断开插座和电源总开关的连接，达到节约电能的效果，同时减少用电安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及自动化电路系统领域，具体是一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统。
背景技术
现有家庭电路系统通常是由进户电源线、电能表、电源总闸、插座和电力线等组成，用电设备通过插头或插线板插入插座以连接电力线，从而得电工作。现有用电设备通常设有轻触开关和遥控开关等非机械开关和/或机械开关来控制用电设备开关机，以提高用电设备使用便利性。实际用电过程中，由于人为忽略和避免插头频繁插拔损坏插座等原因，用户往往只关闭用电设备的轻触开关和遥控开关等，而忘记关闭机械开关和不拔下用电设备插头。
对于用电设备已经关机但机械开关未关、插头仍插入插座的情况，用电设备仍然在消耗电量，虽然此时用电设备耗电较少，一般在几瓦到十几瓦之间，但长此以往耗电量仍相当大；对于机械开关关闭但插头仍插入插座的情况，虽然用电设备不再消耗电量，但由于插头、插线板质量问题或老化等问题使电路系统存有较大安全隐患。虽然现有技术中一些电路系统通过可控插座来连接用电设备，关闭可控插座就可断开设备（包括插头和插线板）的供电，但可控插座的关闭仍需要人工来控制，无法避免人为忽略的情况。
低压电力线宽带载波（Low voltage broadband power line carriercommunication--LVPLC）通信是利用低压电力配电线（380/220V用户线）作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。该技术是把载有信息的高频信号加载于电流，然后利用各种等级的电力线传输，接受信息的调制解调器再把高频信号从电流中分离出来，并传送到电力线宽带用户终端（计算机、电视或电话机和智能电表、开关、变台）。该技术在不需要重新布线的基础上，在现有电线上实现数据、语音和视频等多业务的承载。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的上述问题，提供了一基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统，其应用时能够监测插座用电情况，在插座无用电时断开插座和电源总开关的连接，达到节约电能的效果，同时减少用电安全隐患。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现：
一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统，包括通过电力线连接的电源总开关和插座单元，插座单元包括至少1个插座，还包括用电监测单元和供电控制单元，用电监测单元与插座的数量匹配，供电控制单元连接于电源总开关和插座单元之间，用电监测单元分别与插座和供电控制单元连接；
所述用电监测单元用于检测插座用电情况，在插座无用电状态时通过电力载波通信方式向供电控制单元传输无用电信号，供电控制单元在同时接收到全部用电监测单元的无用电信号后控制电源总开关和插座单元断开电连接，供电控制单元还可接受外部输入而开启电源总开关和插座单元的电连接。
优先地，所述供电控制单元包括按键模块、第一电力通信模块和电控通断器，用电监测单元包括第二电力通信模块和电力检测模块，电控通断器连接于电源总开关与插座单元之间，第一电力通信模块分别与第二电力通信模块、电控通断器和按键模块连接，电力检测模块分别与插座和第二电力通信模块连接；
所述电力检测模块用于检测插座用电情况并输出用电数据至第二电力通信模块，第二电力通信模块能够根据用电数据判定用电状态和无用电状态，并在无用电状态时采用电力载波通信方式向第一电力通信模块输出无用电信号，第一电力通信模块在同时接收到全部第二电力通信模块的无用电信号后输出关断控制信号，以控制电控通断器断开电源总开关和插座单元之间的电连接；所述按键模块能够接受外部输入而触发第一电力通信模块控制电控通断器开启电源总开关和插座单元之间的电连接。
优选地，所述第一电力通信模块和第二电力通信模块均包括供电电路、主控电路和载波通信电路，第一电力通信模块还包括控制电路，第一电力通信模块具有与插座数量匹配的载波通信电路。
优选地，所述控制电路包括光耦U1，电阻R1，电容C1，双向二极管V，晶闸管VT；光耦U1引脚1接控制信号，光耦U1引脚2接地，光耦U1引脚4接电阻R1后接电控通断器KA一端后接交流供电信号正端，光耦U1引脚3接双向触发二极管V一端后接电容C1一端，双向触发二极管V另一端接晶闸管VT控制端，晶闸管VT1一端接电控通断器KA另一端，晶闸管VT另一端接电容C1另一端后接交流供电信号负端。
优选地，所述供电控制单元还包括提醒模块，提醒模块与第一电力通信模块连接，第一电力通信模块输出关断控制信号同时输出关断提醒信号至提醒模块，提醒模块向用户发出可视提醒。
优选地，所述电控通断器为常闭式交流固态继电器。
优选地，所述电力检测模块为交流电流检测电路。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、设置用电监测单元和供电控制单元，用电监测单元包括与插座数量匹配的电力检测模块，能够检测出插座无用电状态并向供电控制单元反馈，供电控制单元能够根据无用电状态关断插座与电源总开关的连接，减少不必要的电能消耗，达到节约电能的效果，同时减少用电安全隐患。
2、用电监测单元包括第二电力通信模块，供电控制单元包括第一电力通信模块，第二电力通信模块将无用电信号通过电力载波通信方式向第一电力通信模块反馈，通过插座单元与电源总开关之间的电力线实现通信，无需另外布线，降低布线成本，且降低电路系统复杂性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一个具体实施例的电路系统结构图。
图2为本发明一个具体实施例的供电监控单元电路模块原理框图。
图3为本发明一个具体实施例的用电监测单元电路模块原理框图。
图4为本发明一个具体实施例的控制电路图。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
需要说明的是，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
另外，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。
实施例：
一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统，如图1所示，包括通过电力线连接的电源总开关和插座单元，插座单元包括至少1个插座，还包括用电监测单元和供电控制单元，用电监测单元与插座的数量匹配，供电控制单元连接于电源总开关和插座单元之间，用电监测单元分别与插座和供电控制单元连接。
用电监测单元用于检测插座用电情况，在插座无用电状态时通过电力载波通信方式向供电控制单元传输无用电信号，供电控制单元在同时接收到全部用电监测单元的无用电信号后控制电源总开关和插座单元断开电连接，供电控制单元还可接受外部输入而开启电源总开关和插座单元的电连接。
具体地，如图2和图3所示，供电控制单元包括按键模块、第一电力通信模块和电控通断器，用电监测单元包括第二电力通信模块和电力检测模块，电控通断器连接于电源总开关与插座单元之间，第一电力通信模块分别与第二电力通信模块、电控通断器和按键模块连接，电力检测模块分别与插座和第二电力通信模块连接，具体地说，电力检测模块与插座接线端的电力线连接。
电力检测模块用于检测插座用电情况并输出用电数据至第二电力通信模块，第二电力通信模块能够根据用电数据判定用电状态和无用电状态，并在无用电状态时采用电力载波通信方式向第一电力通信模块输出无用电信号，第一电力通信模块在同时接收到全部第二电力通信模块的无用电信号后输出关断控制信号，以控制电控通断器断开电源总开关和插座单元之间的电连接；按键模块能够接受外部输入而触发第一电力通信模块控制电控通断器开启电源总开关和插座单元之间的电连接。进一步地，按键模块能接受外部输入而触发第一电力通信模块控制电控通断器断开电源总开关和插座单元之间的电连接，以便于用户根据需求快速关断插座单元的供电。
其中，电控通断器采用常闭式交流固态继电器，电力检测模块采用交流电流检测电路的常规电路结构实现，可选型号为ZH-40062A的交流电流采集模块，按键模块采用常规按键电路，可选型号为SUNLEPHANT KY-004的按键模块，按下按键即产生外部输入。
其中，第一电力通信模块和第二电力通信模块均包括供电电路、主控电路、载波通信电路，第一电力通信模块还包括控制电路。其中，供电电路输入端连接电力线，供电电路输出端分别连接主控电路和载波通信电路，为之供电，供电电路采用常规的变压整流滤波电路，可选型号为WAW25S12的AC-DC电源模块。
第一电力通信模块具有与插座数量匹配的载波通信电路，载波通信电路可选型号为TXZX13-HRT1122的载波通信模块，载波通信电路包括载波通信芯片及信号耦合电路，载波通信芯片连接主控电路，与主控电路进行通信；信号耦合电路分别连接电力线和载波通信芯片。第一电力通信模块的信号耦合电路将电力线上多路载波信号分别耦合送至载波通信芯片，第二电力通信模块的信号耦合电路将其对应载波通信芯片输出的载波信号耦合送至电力线上。主控电路采用主控芯片78K0/KD2及其外围电路，第二电力通信模块的主控芯片还与电力检测模块连接，第一电力通信模块的主控芯片还与控制电路连接，控制电路接收第一电力通信模块的主控芯片的控制信号以控制电控通断器。
具体地，如图4所示，控制电路包括光耦U1，电阻R1，电容C1，双向二极管V，晶闸管VT。光耦U1引脚1接控制信号，光耦U1引脚2接地，光耦U1引脚4接电阻R1后接电控通断器KA一端后接交流供电信号正端，光耦U1引脚3接双向触发二极管V一端后接电容C1一端，双向触发二极管V另一端接晶闸管VT控制端，晶闸管VT1一端接电控通断器KA另一端，晶闸管VT另一端接电容C1另一端后接交流供电信号负端。高电平的控制信号送入光耦U1引脚1，使得光耦U1内部的发光二极管导通，即使得U1内部的三极管导通，光耦U1引脚3输出高电平通过双向触发二极管V加至晶闸管VT的控制端，使VT导通，电控通断器KA吸合，其常闭触点断开，即使得电源总开关和插座单元之间的电连接断开。
第二电力通信模块工作原理如下：其主控芯片设定电流阈值，载波通信芯片设定与其余第二电力通信模块的载波通信芯片不同的载波频率，主控芯片接收电力检测模块的用电电流数据，并与设定的电流阈值比较，用电电流小于电流阈值时，主控芯片输出无用电信号，载波通信芯片载波处理后输出带唯一地址的不同频率的无用电载波信号，经信号耦合电路耦合送至电力线，电力线上并行传输了多路无用电载波信号。
第一电力通信模块工作原理如下：多个信号耦合电路对电力线上的多路无用电载波信号进行耦合滤波，多个信号耦合电路信号的通过频率分别与多路无用电载波信号的频率一一对应，使得其仅能输出单一频率的载波信号送至与其连接的载波通信芯片，载波通信芯片解调处理出无用电信号和地址信号送至主控芯片。当主控芯片接收到第二电力通信模块全部载波通信芯片的无用电信号后输出控制信号至控制电路，控制电路控制电控通断器的通断。
本发明工作原理如下：电力检测模块同步检测流经插座的用电电流并将数据输出至第二电力通信模块，第二电力通信模块对接收的用电电流数据与电流阈值数据进行比较。电流阈值人为设置，对应一较低电流。通常家庭用电设备在夜间或外出时均处于关机状态，此时用电设备消耗功率很低，流经插座的用电电流也很低，此时第二电力通信模块判定用电电流小于电流阈值，即判定插座处于无用电状态，第二电力通信模块输出带唯一地址的无用电载波信号至电力线，电力线上并行传输了多路不同频率的无用电载波信号；多路无用电载波信号经电力线传输被第一电力通信模块接收，当第一电力通信模块同时接收到全部第二电力通信模块的无用电信号时，其向电控通断器输出关断控制信号，使电控通断器关断，从而断开插座单元的供电。
进一步地，供电控制单元还包括提醒模块，提醒模块与第一电力通信模块连接，第一电力通信模块输出关断控制信号同时输出关断提醒信号至提醒模块，提醒模块向用户发出可视化的插座断电提醒，提醒模块可采用发光二极管构成的常规提醒电路，可选型号为V25-B的提醒模块。
进一步地，为避免误操作，第二电力通信模块的主控芯片判定无用电状态后延时输出无用电信号，且在延时时间内判定变化为用电状态时中断输出。当然，也可为第一电力通信模块的主控芯片接收无用电信号后能够延时输出关断控制信号，且在延时时间内未持续同时接收到全部第二电力通信模块的无用电信号时中断输出。
本发明通过设置用电监测单元和供电控制单元，用电监测单元包括与插座数量匹配的电力检测模块，能够检测出插座无用电状态并向供电控制单元反馈，供电控制单元能够根据无用电状态关断插座与电源总开关的连接，从而减少不必要的电能消耗，达到节约电能的效果，同时减少用电安全隐患。用电监测单元包括第二电力通信模块，供电控制单元包括第一电力通信模块，第二电力通信模块将无用电信号通过电力载波通信方式向第一电力通信模块反馈，通过插座单元与电源总开关之间的电力线实现通信，无需另外布线，降低布线成本，且降低电路系统复杂性。
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统，包括通过电力线连接的电源总开关和插座单元，插座单元包括至少1个插座，其特征在于：还包括用电监测单元和供电控制单元，用电监测单元与插座的数量匹配，供电控制单元连接于电源总开关和插座单元之间，用电监测单元分别与插座和供电控制单元连接；
所述用电监测单元用于检测插座用电情况，在插座无用电状态时通过电力载波通信方式向供电控制单元传输无用电信号，供电控制单元在同时接收到全部用电监测单元的无用电信号后控制电源总开关和插座单元断开电连接，供电控制单元还可接受外部输入而开启电源总开关和插座单元的电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统，其特征在于：所述供电控制单元包括按键模块、第一电力通信模块和电控通断器，用电监测单元包括第二电力通信模块和电力检测模块，电控通断器连接于电源总开关与插座单元之间，第一电力通信模块分别与第二电力通信模块、电控通断器和按键模块连接，电力检测模块分别与插座和第二电力通信模块连接；
所述电力检测模块用于检测插座用电情况并输出用电数据至第二电力通信模块，第二电力通信模块能够根据用电数据判定用电状态和无用电状态，并在无用电状态时采用电力载波通信方式向第一电力通信模块输出无用电信号，第一电力通信模块在同时接收到全部第二电力通信模块的无用电信号后输出关断控制信号，以控制电控通断器断开电源总开关和插座单元之间的电连接；所述按键模块能够接受外部输入而触发第一电力通信模块控制电控通断器开启电源总开关和插座单元之间的电连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统，其特征在于：所述第一电力通信模块和第二电力通信模块均包括供电电路、主控电路和载波通信电路，第一电力通信模块还包括控制电路，第一电力通信模块具有与插座数量匹配的载波通信电路。
4.根据权利要求3所述的一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统，其特征在于：所述控制电路包括光耦U1，电阻R1，电容C1，双向二极管V，晶闸管VT；光耦U1引脚1接控制信号，光耦U1引脚2接地，光耦U1引脚4接电阻R1后接电控通断器KA一端后接交流供电信号正端，光耦U1引脚3接双向触发二极管V一端后接电容C1一端，双向触发二极管V另一端接晶闸管VT控制端，晶闸管VT1一端接电控通断器KA另一端，晶闸管VT另一端接电容C1另一端后接交流供电信号负端。
5.根据权利要求4所述的一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统，其特征在于：所述供电控制单元还包括提醒模块，提醒模块与第一电力通信模块连接，第一电力通信模块输出关断控制信号同时输出关断提醒信号至提醒模块，提醒模块向用户发出可视提醒。
6.根据权利要求2至5任一项所述的一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统，其特征在于：所述电控通断器为常闭式交流固态继电器。
7.根据权利要求2至5任一项所述的一种基于电力线宽带载波通信技术的自动关断电路系统，其特征在于：所述电力检测模块为交流电流检测电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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