CN215772662U - 具备测量及控制一体的物联开关 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于物配电系统技术领域，具体涉及一种物联开关。具备测量及控制一体的物联开关，包括控制输出模块、采集模块、电源模块、通讯模块和微控制器模块，微控制器模块的信号输出端连接控制输出模块的控制端，微控制器模块的通讯端连接通讯模块；采集模块包括电压电流采集模块和断电传感器采集模块，电压电流采集模块的信号输出端和断电传感器采集模块的信号输出端分别连接微控制器模块的信号输入端。本实用新型解决了诸多产品测量、控制必须作为两个设备的烦恼，节约了控制柜的空间，降低了控制成本及提供了控制的可靠性。

Description

具备测量及控制一体的物联开关
技术领域
本实用新型属于物配电系统技术领域，具体涉及一种物联开关。
背景技术
直流输出配电系统中，大量使用了空气开关、熔断器等微型断路器，用于给开关电源、空调、照明、通信设备等供配电。通常意义上，这种配电装置除了能够完成接触与分断电路功能外，同时还可以对电路或者负载设备出现短路、严重过载及欠压等故障发生后进行保护，属于典型意义上的哑资源，难以直接实现远程监控与精准管理功能。
实用新型内容
本实用新型针对配电系统末端采用的开关等设备属于哑资源，无法进行远程监控和管理的技术问题，目的在于提供一种具备测量及控制一体的物联开关。
具备测量及控制一体的物联开关，包括控制输出模块，所述控制输出模块采用可直接分闭大功率设备的继电器；
还包括用于采集信号的采集模块、用于供电的电源模块、用于通讯的通讯模块和微控制器(MCU)模块，所述微控制器模块的信号输出端连接所述控制输出模块的控制端，所述微控制器模块的通讯端连接所述通讯模块；
所述采集模块包括用于采集电参量信号的电压电流采集模块和用于采集断电传感器信号的断电传感器采集模块，所述电压电流采集模块的信号输出端和所述断电传感器采集模块的信号输出端分别连接所述微控制器模块的信号输入端。
本实用新型通过采集模块来分别采集电参量信号和断电传感器信号，判断输入信号状态，并传输给微控制器模块，微控制器模块根据这些信号和原存储的逻辑关系，通过控制输出模块对负载进行有效控制。微控制器模块还可将采集到的这些信号进行打包后通过通讯模块实时上传至后台，并与后台可以进行交互，实时接收后台的控制命令。
所述继电器采用设有电磁灭弧装置的继电器。以便在安全控制的前提下能有效拉开或闭合大功率的设备。
所述电压电流采集模块包括电流差分电路和电压差分电路；
所述电流差分电路包括电流输入正端、电流输入负端、电流输出正端和电流输出负端，所述电流输入正端通过第一电阻连接所述电流输出正端，所述电流输入负端通过第二电阻连接所述电流输出负端，所述电流输出正端依次通过第一电容和第二电容连接所述电流输出负端，所述第一电容和所述第二电容的公共端接地；
所述电压差分电路包括电压输入正端、电压输入负端、电压输出正端和电压输出负端，所述电压输入正端通过第三电阻连接所述电压输出正端，所述电压输入负端通过第四电阻连接所述电压输出负端，所述电压输出正端依次通过第三电容和第四电容连接所述电压输出负端，所述第三电容和所述第四电容的公共端接地。
所述采集模块还包括用于将输入信号进行计算的电能计量芯片，所述电流差分电路和所述电压差分电路的信号输出端分别连接所述电能计量芯片的信号输入端，所述电能计量芯片的信号输出端连接所述微控制器模块的信号输入端。
所述断电传感器采集模块包括两路运算放大器电路，两路所述运算放大器电路的输入端连接断电传感器的信号输出端，两路所述运算放大器的输出端连接所述微控制器模块的信号输入端。
一路所述运算放大器电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端经第五电阻连接所述断电传感器的信号输出端，所述第一运算放大器的反相输入端经第六电阻连接所述电源模块，所述第一运算放大器的反相输入端还经第七电阻接地，所述第一运算放大器的输出端连接所述微控制器模块的信号输入端；
另一路所述运算放大器电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端经第八电阻连接断电传感器的信号输出端，所述第二运算放大器的反相输入端经第九电阻连接所述电源模块，所述第二运算放大器的反相输入端还经第十电阻接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述微控制器模块的信号输入端。
所述电源模块采用两路输出的开关电源，所述开关电源的输入为48V电源输入，所述开关电源的输出为两路相互隔离的电源输出，至少一路输出为12V电源。
所述通讯模块包括RS485总线通讯模块或无线通讯模块中的至少一种；
所述无线通讯模块包括2G模块、4G模块、NB-Iot模块或lora模块中的至少一种。
所述微控制器模块包括微控制芯片、用于与电能计量芯片通讯的SPI(串行外围设备接口)通讯模块、用于与通讯模块进行通讯的UART(通用异步收发传输器)模块、定时器模块、RTC(实时时钟)模块，中断模块，存储模块和IO引脚控制模块。
本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型采用具备测量及控制一体的物联开关，解决了诸多产品测量、控制必须作为两个设备的烦恼，节约了控制柜的空间，降低了控制成本及提供了控制的可靠性。本实用新型实现供备电系统末端哑资源的智能化管理，实时提供各用电设备的能耗情况，可根据用户的要求提供不同的供电保障策略。
附图说明
图1为本实用新型的一种逻辑连接框图；
图2(a)为本实用新型电流差分采样电路原理图；
图2(b)为本实用新型电压差分采样电路原理图；
图3(a)为本实用新型一路运算放大器电路的电路原理图；
图3(b)为本实用新型另一路运算放大器电路的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。
参照图1，具备测量及控制一体的物联开关，包括微控制器模块1、控制输出模块2、采集模块3、电源模块4和通讯模块5。微控制器模块1的信号输出端连接控制输出模块2的控制端。采集模块3的信号输出端连接微控制器模块1的信号输入端。电源模块4的电源输出端连接微控制器模块1的电源输入端，电源模块4还为本实用新型的所有用电模块提供电源。微控制器模块1的的通讯端连接通讯模块5。
微控制器模块1作为整个设备的枢纽，协调着各个模块的工作，对采集模块3的数据处理，将数据打包上传，根据负载情况控制控制输出模块2的通断等，其能根据实际负载情况实现整个系统的远程或自动控制。具体的，微控制器模块1包括微控制芯片、用于与电能计量芯片通讯的SPI通讯模块、用于与通讯模块5进行通讯的UART模块、定时器模块、RTC模块，中断模块，存储模块和IO引脚控制模块。通过定时器模块，微控制器模块1可实现对控制输出模块2的定时通断。通过存储模块，微控制器模块1可预先存储控制用的逻辑关系或控制参数等。微控制芯片可以采用现有技术中的易购的MCU芯片，如深圳锐能微公司的RN8211B带单相计量的MCU等。
控制输出模块2采用可直接分闭大功率设备的继电器，继电器采用设有电磁灭弧装置的继电器。以便在安全控制的前提下能有效拉开或闭合大功率的设备。
采集模块3包括用于采集电参量信号的电压电流采集模块和用于采集断电传感器信号的断电传感器采集模块，电压电流采集模块的信号输出端和断电传感器采集模块的信号输出端分别连接微控制器模块1的信号输入端。
电压电流采集模块3包括电流差分电路和电压差分电路。电压电流皆采用差分电路，能有效的屏蔽外部干扰信号。
参照图2(a)，电流差分电路包括电流输入正端I1+、电流输入负端I1-、电流输出正端IIN_P和电流输出负端IIN_N，电流输入正端I1+通过第一电阻R1连接电流输出正端IIN_P，电流输入负端I1-通过第二电阻R2连接电流输出负端IIN_N，电流输出正端IIN_P依次通过第一电容C1和第二电容C2连接电流输出负端IIN_N，第一电容C1和第二电容C2的公共端接地。
参照图2(b)，电压差分电路包括电压输入正端V1+、电压输入负端V1-、电压输出正端VIN_P和电压输出负端VIN_N，电压输入正端V1+通过第三电阻R3连接电压输出正端VIN_P，电压输入负端V1-通过第四电阻R4连接电压输出负端VIN_N，电压输出正端VIN_P依次通过第三电容C3和第四电容C4连接电压输出负端VIN_N，第三电容C3和第四电容C4的公共端接地。
采集模块3还包括用于将输入信号进行计算的电能计量芯片，电流差分电路和电压差分电路的信号输出端分别连接电能计量芯片的信号输入端，电能计量芯片的信号输出端连接微控制器模块1的信号输入端。电能计量芯片采用拥有24位AD处理器高精度的电能计量芯片，如深圳锐能微公司的RN8211B带单相计量的MCU等，电能计量芯片内部集成算法，将输入信号计算出相应的电压、电流、功率、电能的信号，微控制器模块1只需读取即可，大大节省微控制器模块1运行效率及空间，整体提高产品的运行效率。具体的，在电压电流皆采用差分电路时，电流输出正端IIN_P、电流输出负端IIN_N、电压输出正端VIN_P和电压输出负端VIN_N分别连接电能计量芯片，经电能计量芯片计算出相应的电压、电流、功率、电能的信号传输给微控制器模块1。
断电传感器采集模块3包括两路运算放大器电路，两路运算放大器电路的输入端连接断电传感器的信号输出端，两路运算放大器的输出端连述微控制器模块1的信号输入端。本实用新型根据断电传感器的特性，即故障输出0V、没电输出2.5V、有电输出5V，利用两路运算放大器电路的跟随效果，将断电传感器输出转化为数字信号，节省微控制器模块1的AD资源，直接采集两路开关量信号即可判定断电传感器的状态。
参照图3(a)，一路运算放大器电路包括第一运算放大器IC1，第一运算放大器IC1的同相输入端经第五电阻R5连接断电传感器的信号输出端AI，第一运算放大器IC1的反相输入端经第六电阻R6连接电源模块4提供的供电电源VCC，第一运算放大器IC1的反相输入端还经第七电阻R7接地，第一运算放大器IC1的输出端AI_O1连接微控制器模块1的信号输入端。
参照图3(b)，另一路运算放大器电路包括第二运算放大器IC2，第二运算放大器IC2的同相输入端经第八电阻R8连接断电传感器的信号输出端AI，第二运算放大器IC2的反相输入端经第九电阻R9连接电源模块4提供的供电电源VCC，第二运算放大器IC2的反相输入端还经第十电阻R10接地，第二运算放大器IC2的输出端AI_O2连接微控制器模块1的信号输入端。
通过上述设计的电路，可以得到如下信号逻辑：
AI AI_O1 AI_O2
0V 0V 0V
2.5V 3.5V 0V
5V 3.5V 3.5V
微控制器模块1可以根据第一运算放大器IC1的输出端AI_O1和第二运算放大器IC2的输出端AI_O2传输的信号，判定断电传感器的状态。
电源模块4采用两路输出的开关电源，开关电源的输入为48V电源输入，开关电源的输出为两路相互隔离的电源输出，至少一路输出为12V电源，12V电源可以供外部断电传感器或无线通讯模块等工作用电源。另一路电源为本实用新型内部模块供电。
通讯模块5包括RS485总线通讯模块5或无线通讯模块5中的至少一种；无线通讯模块5包括2G模块、4G模块、NB-Iot模块或lora模块中的至少一种。通过上述各通讯方式可以实现远程实时交互信号，如微控制器模块1通过SPI总线采集到电参量信号和断电传感器状态，将数据进行打包，通过通讯模块5上传至后台，并实时根据原存储在存储模块中的逻辑关系，对应实际测量信号判定是否需要对负载进行控制，或者根据通讯模块5接收到的远程命令对控制输出模块进行控制。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种具备测量及控制一体的物联开关，包括控制输出模块，其特征在于，所述控制输出模块采用可直接分闭大功率设备的继电器；
还包括用于采集信号的采集模块、用于供电的电源模块、用于通讯的通讯模块和微控制器模块，所述微控制器模块的信号输出端连接所述控制输出模块的控制端，所述微控制器模块的通讯端连接所述通讯模块；
所述采集模块包括用于采集电参量信号的电压电流采集模块和用于采集断电传感器信号的断电传感器采集模块，所述电压电流采集模块的信号输出端和所述断电传感器采集模块的信号输出端分别连接所述微控制器模块的信号输入端。
2.如权利要求1所述的具备测量及控制一体的物联开关，其特征在于，所述继电器采用设有电磁灭弧装置的继电器。
3.如权利要求1所述的具备测量及控制一体的物联开关，其特征在于，所述电压电流采集模块包括电流差分电路和电压差分电路。
4.如权利要求3所述的具备测量及控制一体的物联开关，其特征在于，所述电流差分电路包括电流输入正端、电流输入负端、电流输出正端和电流输出负端，所述电流输入正端通过第一电阻连接所述电流输出正端，所述电流输入负端通过第二电阻连接所述电流输出负端，所述电流输出正端依次通过第一电容和第二电容连接所述电流输出负端，所述第一电容和所述第二电容的公共端接地；
所述电压差分电路包括电压输入正端、电压输入负端、电压输出正端和电压输出负端，所述电压输入正端通过第三电阻连接所述电压输出正端，所述电压输入负端通过第四电阻连接所述电压输出负端，所述电压输出正端依次通过第三电容和第四电容连接所述电压输出负端，所述第三电容和所述第四电容的公共端接地。
5.如权利要求3所述的具备测量及控制一体的物联开关，其特征在于，所述采集模块还包括用于将输入信号进行计算的电能计量芯片，所述电流差分电路和所述电压差分电路的信号输出端分别连接所述电能计量芯片的信号输入端，所述电能计量芯片的信号输出端连接所述微控制器模块的信号输入端。
6.如权利要求1所述的具备测量及控制一体的物联开关，其特征在于，所述断电传感器采集模块包括两路运算放大器电路，两路所述运算放大器电路的输入端连接断电传感器的信号输出端，两路所述运算放大器的输出端连接所述微控制器模块的信号输入端。
7.如权利要求6所述的具备测量及控制一体的物联开关，其特征在于，一路所述运算放大器电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端经第五电阻连接所述断电传感器的信号输出端，所述第一运算放大器的反相输入端经第六电阻连接所述电源模块，所述第一运算放大器的反相输入端还经第七电阻接地，所述第一运算放大器的输出端连接所述微控制器模块的信号输入端；
另一路所述运算放大器电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端经第八电阻连接断电传感器的信号输出端，所述第二运算放大器的反相输入端经第九电阻连接所述电源模块，所述第二运算放大器的反相输入端还经第十电阻接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述微控制器模块的信号输入端。
8.如权利要求1所述的具备测量及控制一体的物联开关，其特征在于，所述电源模块采用两路输出的开关电源，所述开关电源的输入为48V电源输入，所述开关电源的输出为两路相互隔离的电源输出，至少一路输出为12V电源。
9.如权利要求1所述的具备测量及控制一体的物联开关，其特征在于，所述通讯模块包括RS485总线通讯模块或无线通讯模块中的至少一种；
所述无线通讯模块包括2G模块、4G模块、NB-Iot模块或lora模块中的至少一种。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的具备测量及控制一体的物联开关，其特征在于，所述微控制器模块包括微控制芯片、用于与电能计量芯片通讯的SPI通讯模块、用于与通讯模块进行通讯的UART模块、定时器模块、RTC模块，中断模块，存储模块和IO引脚控制模块。
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