CN111463905A - 一种用于电网物联的新型智能开关 - Google Patents

Abstract

本发明还属于配电网智能开关技术领域，尤其涉及一种用于电网物联的新型智能开关。包括单片机模块、电源模块、载波通信模块、无线收发模块、断电检测模块；所述单片机模块内设有处理器、锁相环、存储器、寄存器；本发明在典型断路器功能基础上增加了宽带载波通信、远程遥控等功能，可安装于综合配电箱出线侧、配电室抽屉式低压开关柜内、用户表前等任何区域，配合或加装各模块完成漏电保护自动开启、过载保护、短路保护检测等新功能，以实现配网自动化的远程控制和自动控制。

Description

一种用于电网物联的新型智能开关

技术领域

本发明还属于配电网智能开关技术领域，尤其涉及一种用于电网物联的新型智能开关。

背景技术

随着电力体制改革深入，公司迫切需要提升服务水平、服务方式，提高自身行业竞争力，也让改革的红利真正惠及广大电力用户，同时电力用户对供电可靠性、电能质量提出更高要求，对于电能波动、短时失电、故障停电等异常的反映也更加敏感，现有电网无法满足用户新需求。

随着时代的发展，各种基于远程控制，自动控制的配电设施以及用电设施的种类和数量越来越多，对控制系统的灵活性有了更高的要求。

现在采用的手控机械开关，虽结构简单但操作麻烦，需要人直接操作，不能远程控制，湿手操作存在触电的危险，长时间使用存在漏电隐患、钟控开关应用场合有限，这些开关已经不能够满足智能化家居发展要求，而能源供需矛盾不断加剧，节能节电的要求也越来越迫切。用电设备是人们日常生活中不可缺少的设施。不合理的使用其耗电量是相当惊人的，面对日益严重的能源与环境问题。如何利用当今高科技手段解决上述矛盾也成为智能开关领域一个重要的课题。

发明内容

本发明的一种用于电网物联的新型智能开关，在典型断路器功能基础上增加了宽带载波通信、远程遥控等功能，可安装于综合配电箱出线侧、配电室抽屉式低压开关柜内、用户表前等任何区域，配合或加装各模块完成漏电保护自动开启、过载保护、短路保护检测等新功能，以实现配网自动化的远程控制和自动控制。

一种用于电网物联的新型智能开关，包括单片机模块、电源模块、载波通信模块、无线收发模块、断电检测模块；

所述单片机模块内设有处理器、锁相环、存储器、寄存器；所述寄存器用于：在每次载波通信发送开始或者结束之后发送置位信号，以防止载波通信模块复位；使能外部中断并设置边沿触发，以通过中断实现数据的收发控制；

电源模块包括与电网直接连接的整流桥，设于整流桥后侧接地的电容滤波结构，设置在整流桥与电容滤波结构中间并通过电感引出的高压输入节点；还包括通过节流电阻与高压输入节点连接的开关电源芯片提供启动电压，开关电源芯片的启动电压取自高压输入节点；还包括设置在高压输入节点与开关电源芯片端的缓冲结构，缓冲结构由变压器前级、电阻、电容以及二极管组成，其中电阻与电容并联之后串接二极管最后与变压器前级并联，高压输入节点与电阻、电容、变压器前级连接，开关电源芯片端与二极管、变压器前级连接；

载波通信模块设置为嵌入单片机或者独立设置的结构，载波通信模块通过载波接收电路实现接收调制，载波接收电路设置在载波通信模块与电力线之间；

无线收发模块用于对外部继电器或者开关装置进行无线控制，以使智能开关具备远程控制能力；无线收发模块包括红外接收探头H1、红外信号经过红外接收探头以及放大电路后传递至单片机。

对前述用于电网物联的新型智能开关的进一步优化还包括，采用具有载波通信电路的电表计量芯片作为单片机芯片，载波发送电路中信号依次经过耦合电容以及推挽电路、LC选频电路、串联谐振电路后进入电网，在推挽电路和串联谐振电路之间还设置有钳位二极管。

对前述用于电网物联的新型智能开关的进一步优化还包括，电源模块中，变压器后级输出工作电压同时连接至稳压电路，稳压电路包括与变压器后级输出侧连接的降压芯片，变压器后级从降压芯片的输入后经过斩波电路连接至端，端输出经过平滑滤波电路后得到直流电，输出侧电压同时与降压芯片的反馈段连接以保持稳定输出。

对前述用于电网物联的新型智能开关的进一步优化还包括，载波接收电路包括由电感L01、安全电容C01、耦合线圈T01构成的耦合电路；电感L01和安全电容C01串联在耦合线圈T01的高压侧/电力线一侧；还包括从耦合线圈T01的低压侧引出并经过保护电阻R01接入载波通信模块的接收端；在保护电阻R01和载波通信模块的接收端中间设置有选频结构，选频结构由相互并联的电容C02、C03、电感L02、以及正反接的二极管D01和D02组成。

对前述用于电网物联的新型智能开关的进一步优化还包括，还包括断电检测电路，掉电检测电路由电阻、二极管、线性光电耦合器、以及电阻组成，电阻、二极管和线性光电耦合器串联构成半波截取电路，经过半波截取电路将电网交流电转换为周期性的高低电平，并经过线性光电耦合器输出为方波信号，光电耦合器的输出接入至单片机的外部中断上；利用方波信号的上升沿或者下降沿来控制中断的触发，以可形成周期性计量信号作为正常供电信号维持系统运行，以周期性计量信号的消失或变化作为断电信号。

对前述用于电网物联的新型智能开关的进一步优化还包括，还包括继电器模块，包括磁保持继电器以及用于驱动磁保持继电器的继电器驱动电路，磁保持继电器由单片机的P2.1、P2.2引脚进行控制。

其有益效果在于：

本发明的用于电网物联的新型智能开关能够降低电网电压波动对开关性能及稳定性的影响，载波传输方式简化了智能开关以及配套设施的软硬件结构，便于建立更加简洁高效的数据系统，对电网负载变化的敏感度低，能够更加稳定的执行各项工作。

附图说明

图1是用于电网物联的新型智能开关的结构原理示意图；

图2是电源模块的结构示意图；

图3是电源模块输出侧的结构示意图；

图4是载波通信中载波发送部分的结构示意图；

图5是继电气控制模块的驱动结构示意图；

图6是继电器驱动电路示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。

本发明涉及一种用于电网物联的新型智能开关，本发明的智能开关在典型断路器功能基础上增加了宽带载波通信、远程遥控等功能，可安装于综合配电箱出线侧、配电室抽屉式低压开关柜内、用户表前等任何区域。以配合或加装各模块完成漏电保护自动开启、过载保护、短路保护检测等新功能，以实现配网自动化的远程控制和自动控制。

如图1所示，本发明的用于电网物联的新型智能开关，包括单片机模块、电源模块、载波通信模块、无线收发模块、断电检测模块；

所述单片机模块内设有处理器、锁相环、存储器、寄存器；所述寄存器用于：在每次载波通信发送开始或者结束之后发送置位信号，以防止载波通信模块复位；使能外部中断并设置边沿触发，以通过中断实现数据的收发控制；

如图2所示，电源模块包括与电网直接连接的整流桥D1～D4，设于整流桥后侧接地的电容C1滤波结构，设置在整流桥与电容滤波结构中间并通过电感L1引出的高压输入节点O1；还包括通过节流电阻R1与高压输入节点O1连接的开关电源芯片本实施例中，采用THX208提供启动电压，开关电源芯片的启动电压取自高压输入节点；还包括设置在高压输入节点O1与开关电源芯片OC端的缓冲结构，缓冲结构由变压器前级T1、电阻R2、电容C2以及二极管D5组成，其中电阻R2与电容C2并联之后串接二极管D5最后与变压器前级T1并联，高压输入节点与电阻R2、电容C2、变压器前级T1连接，开关电源芯片OC端与二极管D5、变压器前级T1连接；

如图3所示，变压器后级T2输出12V工作电压同时连接至稳压电路，稳压电路包括与变压器后级T2输出侧连接的降压芯片LM2576，变压器后级T2从降压芯片的Vin输入后经过斩波电路连接至VOUT端，VOUT端输出经过平滑滤波电路后得到直流电，输出侧电压同时与降压芯片的反馈段连接以保持稳定输出；

本发明中，载波通信模块设置为嵌入单片机或者独立设置的结构，出于简化结构设计，降低电路复杂度的需求，本发明中采用具有载波通信电路的电表计量芯片PL3016作为单片机芯片，其内部自带载波通信模块，载波通信模块通过载波发送电路实现信号发送，载波发送电路如图4所示。信号依次经过耦合电容C80、C81以及推挽电路、LC选频电路L80-C82、串联谐振电路后进入电网，在推挽电路和串联谐振电路之间还设置有钳位二极管D01、D02；

载波通信模块通过载波接收电路实现接收调制，载波接收电路设置在载波通信模块与电力线之间；

如图5所示，具体而言：载波接收电路包括由电感L01、安全电容C01、耦合线圈T01构成的耦合电路；电感L01和安全电容C01串联在耦合线圈T01的高压侧/电力线一侧；还包括从耦合线圈T01的低压侧引出并经过保护电阻R01接入载波通信模块的接收端；在保护电阻R01和载波通信模块的接收端中间设置有选频结构，选频结构由相互并联的电容C02、C03、电感L02、以及正反接的二极管D01和D02组成；

无线收发模块用于对外部继电器或者开关装置进行无线控制，以使智能开关具备远程控制能力；无线收发模块包括红外接收探头H1、红外信号经过红外接收探头H1以及放大电路后传递至单片机；

还包括断电检测电路，掉电检测电路由电阻R02、二极管D03、线性光电耦合器O1、以及电阻R03组成，电阻R02、二极管D03和线性光电耦合器O1串联构成半波截取电路，经过半波截取电路将电网交流电转换为周期性的高低电平，并经过线性光电耦合器O1输出为方波信号，光电耦合器O1的输出接入至单片机的外部中断上；利用方波信号的上升沿或者下降沿来控制中断的触发，以可形成周期性计量信号作为正常供电信号维持系统运行，以周期性计量信号的消失或变化作为断电信号；此断电检测电路结构简单，几乎无延时，能够有效保证断电检测的有效性。

还包括继电器模块，包括磁保持继电器以及用于驱动磁保持继电器的继电器驱动电路，磁保持继电器由单片机的P2.1、P2.2引脚进行控制，继电器驱动电路如图6所示。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种用于电网物联的新型智能开关，其特征在于，包括单片机模块、电源模块、载波通信模块、无线收发模块、断电检测模块；

所述单片机模块内设有处理器、锁相环、存储器、寄存器；所述寄存器用于：在每次载波通信发送开始或者结束之后发送置位信号，以防止载波通信模块复位；使能外部中断并设置边沿触发，以通过中断实现数据的收发控制；

电源模块包括与电网直接连接的整流桥，设于整流桥后侧接地的电容滤波结构，设置在整流桥与电容滤波结构中间并通过电感引出的高压输入节点；还包括通过节流电阻与高压输入节点连接的开关电源芯片提供启动电压，开关电源芯片的启动电压取自高压输入节点；还包括设置在高压输入节点与开关电源芯片端的缓冲结构，缓冲结构由变压器前级、电阻、电容以及二极管组成，其中电阻与电容并联之后串接二极管最后与变压器前级并联，高压输入节点与电阻、电容、变压器前级连接，开关电源芯片端与二极管、变压器前级连接；

载波通信模块设置为嵌入单片机或者独立设置的结构，载波通信模块通过载波接收电路实现接收调制，载波接收电路设置在载波通信模块与电力线之间；

无线收发模块用于对外部继电器或者开关装置进行无线控制，以使智能开关具备远程控制能力；无线收发模块包括红外接收探头H1、红外信号经过红外接收探头以及放大电路后传递至单片机。

2.根据权利要求1所述一种用于电网物联的新型智能开关，其特征在于，采用具有载波通信电路的电表计量芯片作为单片机芯片，载波发送电路中信号依次经过耦合电容以及推挽电路、LC选频电路、串联谐振电路后进入电网，在推挽电路和串联谐振电路之间还设置有钳位二极管。

3.根据权利要求1所述一种用于电网物联的新型智能开关，其特征在于，电源模块中，变压器后级输出工作电压同时连接至稳压电路，稳压电路包括与变压器后级输出侧连接的降压芯片，变压器后级从降压芯片的输入后经过斩波电路连接至端，端输出经过平滑滤波电路后得到直流电，输出侧电压同时与降压芯片的反馈段连接以保持稳定输出。

4.根据权利要求1所述一种用于电网物联的新型智能开关，其特征在于，载波接收电路包括由电感L01、安全电容C01、耦合线圈T01构成的耦合电路；电感L01和安全电容C01串联在耦合线圈T01的高压侧/电力线一侧；还包括从耦合线圈T01的低压侧引出并经过保护电阻R01接入载波通信模块的接收端；在保护电阻R01和载波通信模块的接收端中间设置有选频结构，选频结构由相互并联的电容C02、C03、电感L02、以及正反接的二极管D01和D02组成。

5.根据权利要求1所述一种用于电网物联的新型智能开关，其特征在于，还包括断电检测电路，掉电检测电路由电阻、二极管、线性光电耦合器、以及电阻组成，电阻、二极管和线性光电耦合器串联构成半波截取电路，经过半波截取电路将电网交流电转换为周期性的高低电平，并经过线性光电耦合器输出为方波信号，光电耦合器的输出接入至单片机的外部中断上；利用方波信号的上升沿或者下降沿来控制中断的触发，以可形成周期性计量信号作为正常供电信号维持系统运行，以周期性计量信号的消失或变化作为断电信号。

6.根据权利要求1所述一种用于电网物联的新型智能开关，其特征在于，还包括继电器模块，包括磁保持继电器以及用于驱动磁保持继电器的继电器驱动电路，磁保持继电器由单片机的P2.1、P2.2引脚进行控制。

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