CN218771405U - 具有自启动转换备用电源的集中器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及具有自启动转换备用电源的集中器，其包括主MCU控制电路、存储电路、计量电路、看门狗电路、RTC电路、指示灯和按键电路、串口通信电路、蓝牙通信电路、以太网通信电路、上行通信模块、下行通信模块、LCD模块、外置电源模块和装置供电电源部分，装置供电电源部分包括电源转换电路、市电状态检测电路、市电连接电路、外置电源连接电路以及MCU代码实现；主MCU通过市电状态检测电路监测的信号状态，控制外置电源连接电路和市电连接电路的运行状态，实现自启动转换备用电源的功能；本实用新型设计合理、结构紧凑且使用方便。
Description
技术领域
本实用新型属于集中抄表终端电子技术领域，涉及具有自启动转换备用电源的集中器及方法。
背景技术
集中抄表终端是对低压用户用电信息进行采集的设备。集中器是一种集中抄表终端，用于收集各采集终端或电能表的数据，并进行处理储存，同时能和主站或手持设备进行数据交换的设备。集中器的使用为电能管理部门及用电用户提供了准确、方便的通信方式。
集中器必须能及时、准确地采集到各种运行状态，包括在交流电压停电情况下，能将信息及时告知远程管理系统。现有集中器设备基本为市电供电，如果遇到市电断电，集中器就无法完成后续采集数据的任务，从而无法了解设备的现场状况；如果反复断电，则会对设备的硬件系统造成破坏，影响系统的使用寿命及稳定性。因此，需要一种具有自启动转换备用电源的集中器，有效解决上述技术问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题总的来说是提供一种具有自启动转换备用电源的集中器及方法,能有效解决市电断电引起的一些问题。
为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：
一种具有自启动转换备用电源的集中器，其包括主MCU控制电路、存储电路、计量电路、看门狗电路、RTC电路、指示灯和按键电路、串口通信电路、蓝牙通信电路、以太网通信电路、上行通信模块、下行通信模块、LCD模块、外置电源模块和装置供电电源部分，装置供电电源部分包括电源转换电路、市电状态检测电路、市电连接电路、外置电源连接电路以及MCU代码实现；主MCU通过市电状态检测电路监测的信号状态，控制外置电源连接电路和市电连接电路的运行状态，实现自启动转换备用电源的功能。
作为上述技术方案的进一步改进：
电源转换电路包括+6V转+3.3V电路，+6V转+3.3V电路包括芯片UQ1，其脚4接VD6V，脚4通过电容CQ1接地，脚1分别接POW EN、通过并接电阻RQ4及电容CQ18接地、通过串接的二极管DQ2及电阻R82接入+24V及通过二极管接入PERI_POWER信号，PERI_POWER信号接主MCU；脚2接地，脚5通过并接的电容EJ1、CQ3及CQ4接地，脚5输出MVDD。
市电状态检测电路包括并接的电容CT1及电阻R18；并接的电容CT1及电阻R18一端接地，另一端分别通过电阻R14接入+24V、通过POWER_CK接主MCU的I/O端口；
主电路MCU通过I/O端口检测POWER_CK信号电平来判断市电通电和掉电情况。
电源转换电路还包括24V转12V电路及12V转6V电路；
24V转12V电路，包括芯片UQ2，脚2接M+24VIN输入，且通过并联电容C38、CQ12的接地，脚3接POW EN端，且通过电容CQ33接地，接口SS通过电容CQ13接地，脚6通过电容CQ17接地，且通过串联的电阻RQ10、RQ12及电容CQ22接地；端PH通过与脚1之间串接有电容CQ8及电阻RQ9；脚5通过电阻R75接地，PH端接电感L3输入端，PH端通过反接二极管DQ1接地；电感L3输出端，通过二极管DQ22接有M+12V，电感L3输出端通过电容CQ9接地，M+12V通过并联电容E6、C19接地；
脚5通过串联电阻R76、R77接电感L3输出端；
12V转6V电路，包括芯片UQ80，脚2接入M+12V，通过并联电容CQ11及CQ80接地，脚3通过电阻RQ80接M+12V且通过电阻RQ81接地，脚4通过电容CQ81接地，脚6分别通过电容CQ82接地及通过依次串联的电阻RQ86、RQ85及电容CQ83接地；脚5通过电阻RQ82接地且通过串联的电阻RQ83、RQ84输出VD6V；脚7接地；脚1通过串联的电阻RQ87及电容CQ85接脚8；脚8分别通过反接二极管DQ80接地且接电感LQ80输入端，电感LQ80输出端分别接VD6V且通过电容CQ84接地。
市电连接电路，包括电源转换模块DDU1、二极管D1、D2、D3，电容C46、E7，压敏电阻RN1、RN2、RN3；
电源转换模块DDU1输出+24V端通过二极管D2接M+24VIN端，M+24VIN端通过电容E7接地，+18V通过二极管D3接M+24VIN端；在电源转换模块DDU1中，脚1-4分别接有电压线焊盘的UA端、UB端、UC端、UN端，UA端、UB端、UC端分别与UN端连接有压敏电阻RN1-3，脚5分别接+24V端，脚5通过并联的电容C46及二极管D1接地；脚6接地。
外置电源连接电路，包括插座JJ1、二极管D4；
外置电源连接电路，其包括插座JJ1，其脚1分别接+18V且通过二极管D4接地，脚3接地。
MCU代码实现通过判断POWER_CK的电平信号状态，进而控制PERI_POWER的电平信号状态。当POWER_CK为高电平时，置PERI_POWER为低电平；当POWER_CK为低电平时，置PERI_POWER为高电平。
集中器的外置电源模块采用VAC220/380供电，输出电压+18V的电源模块。
集中器收集各采集器或电能表的数据，并进行处理储存，同时和主站或手持设备进行数据交换。与主站之间的数据传输通道采用无线公网(GSM/GPRS/CDMA/3G/4G等)、以太网、光纤等，支持同时通过不同上行通信信道与主站之间进行数据传输；下行通信模块采用低压电力线载波、RS-485总线、微功率无线等方式。主MCU通过市电状态检测电路监测的信号状态，控制外置电源连接电路和市电连接电路的运行状态，实现自启动转换备用电源的功能，保证集中器供电正常运行。
本实用新型的集中器提供了一种具有自启动转换备用电源的方案，能有效解决市电断电引起的一些问题。并且该装置生产成本低，实用性强，适合工业化生产。该集中器中市电和备用电源自动切换功能，随不同电源电压要求调整，适用范围广。本实用新型设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。
附图说明
图1为本实用新型的实施例+6V转+3.3V电源转换电路图。
图2为本实用新型的实施例市电状态检测电路图。
图3为本实用新型的实施例市电连接电路图。
图4为本实用新型的实施例外置电源连接电路图。
图5为本实用新型的实施例+24V转+12V电源转换电路图。
图6是本实用新型的实施例+12V转+6V电源转换电路图。
图7是本实用新型的实施例集中器装置示意图。
图8是本实用新型的实施例载波方案示意图。
图9是本实用新型的实施例总线方案示意图。
图10是本实用新型的实施例微功率无线方案示意图。
具体实施方式
如图1-10所述，本实施例的具有自启动转换备用电源的集中器，其包括主MCU控制电路、存储电路、计量电路、看门狗电路、RTC电路、指示灯和按键电路、串口通信电路、蓝牙通信电路、以太网通信电路、上行通信模块、下行通信模块、LCD模块、外置电源模块和装置供电电源部分，装置供电电源部分包括电源转换电路、市电状态检测电路、市电连接电路、外置电源连接电路以及MCU代码实现；主MCU通过市电状态检测电路监测的信号状态，控制外置电源连接电路和市电连接电路的运行状态，实现自启动转换备用电源的功能。
其中，电源转换电路用于将+6V转+3.3V，通过PERI_POWER与主MCU相连(图1)，其包括芯片UQ1，其脚4接VD6V，脚4通过电容CQ1接地，脚1分别接POW EN、通过并接电阻RQ4及电容CQ18接地、通过串接的二极管DQ2及电阻R82接入+24V及通过二极管接入PERI_POWER信号，PERI_POWER信号接主MCU；脚2接地，脚5通过并接的电容EJ1、CQ3及CQ4接地，脚5输出MVDD。
市电状态检测电路通过POWER_CK与主MCU相连，具体见图2；
市电状态检测电路包括并接的电容CT1及电阻R18；并接的电容CT1及电阻R18一端接地，另一端分别通过电阻R14接入+24V、通过POWER_CK接主MCU的I/O端口；
市电和外置电源连接电路，具体见图3；该集中器通过在原有集中器产品上，提出了一种新的自启动转换备用电源解决方法。
主电路MCU通过I/O端口检测POWER_CK信号电平来判断市电通电和掉电情况。
市电连接电路，包括电源转换模块DDU1、二极管D1、D2、D3，电容C46、E7，压敏电阻RN1、RN2、RN3；
电源转换模块DDU1输出+24V端通过二极管D2接M+24VIN端，M+24VIN端通过电容E7接地，+18V通过二极管D3接M+24VIN端；在电源转换模块DDU1中，脚1-4分别接有电压线焊盘的UA端、UB端、UC端、UN端，UA端、UB端、UC端分别与UN端连接有压敏电阻RN1-3，脚5分别接+24V端，脚5通过并联的电容C46及二极管D1接地；脚6接地。
外置电源连接电路，包括插座JJ1、二极管D4；
外置电源连接电路，其包括插座JJ1，其脚1分别接+18V且通过二极管D4接地，脚3接地。
MCU检测到POWER_CK信号是高电平，则市电处于通电状态。电源模块DDU1输出+24V端有电压(图3-4)，二极管D2导通，D3截止，M+24VIN端输出电压；PERI_POWER置为低电平，POW_EN则为高电平。
MCU检测到POWER_CK信号是低电平，则市电处于掉电状态。电源模块DDU1输出+24V端无电压(图3)，外置电源+18V端有电压，二极管D2截止，D3导通，M+24VIN端输出电压；PERI_POWER置为高电平，POW_EN则为高电平。
通过POW_EN来驱动电源电路的使能控制功能，进而使得电源电路正常工作。
当市电通电时，电源模块DDU1输出+24V端有电压(图3-6)，二极管D2导通，D3截止，M+24VIN端输出电压；此时，MCU检测到POWER_CK信号是高电平，置PERI_POWER为低电平，POW_EN则为高电平。
当市电掉电时，电源模块DDU1输出+24V端无电压(图3)，外置电源+18V端有电压，二极管D2截止，D3导通，M+24VIN端输出电压；此时，MCU检测到POWER_CK信号是低电平，置PERI_POWER为高电平，POW_EN则为高电平。
电源转换电路还包括24V转12V电路及12V转6V电路；
24V转12V电路，包括芯片UQ2，脚2接M+24VIN输入，且通过并联电容C38、CQ12的接地，脚3接POW EN端，且通过电容CQ33接地，接口SS通过电容CQ13接地，脚6通过电容CQ17接地，且通过串联的电阻RQ10、RQ12及电容CQ22接地；端PH通过与脚1之间串接有电容CQ8及电阻RQ9；脚5通过电阻R75接地，PH端接电感L3输入端，PH端通过反接二极管DQ1接地；电感L3输出端，通过二极管DQ22接有M+12V，电感L3输出端通过电容CQ9接地，M+12V通过并联电容E6、C19接地；
脚5通过串联电阻R76、R77接电感L3输出端；
12V转6V电路，包括芯片UQ80，脚2接入M+12V，通过并联电容CQ11及CQ80接地，脚3通过电阻RQ80接M+12V且通过电阻RQ81接地，脚4通过电容CQ81接地，脚6分别通过电容CQ82接地及通过依次串联的电阻RQ86、RQ85及电容CQ83接地；脚5通过电阻RQ82接地且通过串联的电阻RQ83、RQ84输出VD6V；脚7接地；脚1通过串联的电阻RQ87及电容CQ85接脚8；脚8分别通过反接二极管DQ80接地且接电感LQ80输入端，电感LQ80输出端分别接VD6V且通过电容CQ84接地。
UQ2电源芯片输出M+12V信号为“+12V”电压，同时UQ80电源芯片输出VD6V信号为“+6V”电压(见图4)，进而UQ1电源芯片输出MVDD信号为“+3.3V”电压。这样就实现了集中器市电和备用电源自动切换功能，保证了集中器正常工作。
MCU代码实现通过判断POWER_CK的电平信号状态，进而控制PERI_POWER的电平信号状态如：
当POWER_CK为高电平时，置PERI_POWER为低电平；当POWER_CK为低电平时，置PERI_POWER为高电平。
集中器收集各采集器或电能表的数据，并进行处理储存，同时和主站或手持设备进行数据交换。与主站之间的数据传输通道采用无线公网(GSM/GPRS/CDMA/3G/4G等)、以太网、光纤等，支持同时通过不同上行通信信道与主站之间进行数据传输；下行通信模块采用低压电力线载波、RS-485总线、微功率无线等方式。主MCU通过市电状态检测电路监测的信号状态，控制外置电源连接电路和市电连接电路的运行状态，实现自启动转换备用电源的功能，保证集中器供电正常运行。上行通信模块支持同时通过不同上行通信信道与主站之间进行数据传输。终端远程通信模块具有向下兼容性，4G模块能向下兼容3G和2G。
本实用新型充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一列举。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本实用新型的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。本实用新型未详尽描述的技术内容均为公知技术。
Claims (8)
1.一种具有自启动转换备用电源的集中器 ，其特征在于：包括主MCU控制电路、存储电路、计量电路、看门狗电路、RTC电路、指示灯和按键电路、串口通信电路、蓝牙通信电路、以太网通信电路、上行通信模块、下行通信模块、LCD模块及装置供电电源部分；
装置供电电源部分包括外置电源模块、电源转换电路、市电状态检测电路、市电连接电路及外置电源连接电路；外置电源连接电路外接外置电源模块，市电连接电路外接市电；
主MCU控制电路通过市电状态检测电路监测市电的信号状态，控制外置电源连接电路和市电连接电路的运行状态，实现自启动转换备用电源的功能。
2.根据权利要求1所述的具有自启动转换备用电源的集中器，其特征在于：电源转换电路包括+6V转+3.3V电路，+6V转+3.3V电路包括芯片UQ1，其脚4接VD6V，脚4通过电容CQ1接地，脚1分别接POW EN、通过并接电阻RQ4及电容CQ18接地、通过串接的二极管DQ2及电阻R82接入+24V及通过二极管接入PERI_POWER信号，PERI_POWER信号接主MCU；脚2接地，脚5通过并接的电容EJ1、CQ3及CQ4接地，脚5输出MVDD 。
3.根据权利要求1所述的具有自启动转换备用电源的集中器 ，其特征在于：市电状态检测电路包括并接的电容CT1及电阻R18；并接的电容CT1及电阻R18一端接地，另一端分别通过电阻R14接入+24V、通过POWER_CK接主MCU的 I/O端口；
主电路MCU通过I/O端口检测POWER_CK信号电平来判断市电通电和掉电情况。
4.根据权利要求1所述的具有自启动转换备用电源的集中器 ，其特征在于：电源转换电路还包括24V转12V电路及12V转6V电路；
24V转12V电路，包括芯片UQ2，脚2接M+24VIN输入，且通过并联电容C38、CQ12的接地，脚3接POW EN端，且通过电容CQ33接地，接口SS通过电容CQ13接地，脚6通过电容CQ17接地，且通过串联的电阻RQ10、RQ12及电容CQ22接地；端PH通过与脚1之间串接有电容CQ8及电阻RQ9；脚5通过电阻R75接地， PH端接电感L3输入端，PH端通过反接二极管DQ1接地；电感L3输出端，通过二极管DQ22接有M+12V，电感L3输出端通过电容CQ9接地，M+12V通过并联电容E6、C19接地；
脚5通过串联电阻R76、R77接电感L3输出端；
12V转6V电路，包括芯片UQ80，脚2接入M+12V，通过并联电容CQ11及CQ80接地，脚3通过电阻RQ80接M+12V且通过电阻RQ81接地，脚4通过电容CQ81接地，脚6分别通过电容CQ82接地及通过依次串联的电阻RQ86、RQ85及电容CQ83接地；脚5通过电阻RQ82接地且通过串联的电阻RQ83、RQ84输出VD6V；脚7接地；脚1通过串联的电阻RQ87及电容CQ85接脚8；脚8分别通过反接二极管DQ80接地且接电感LQ80输入端，电感LQ80输出端分别接VD6V且通过电容CQ84接地 。
5.根据权利要求1所述的具有自启动转换备用电源的集中器 ，其特征在于：市电连接电路，包括电源转换模块DDU1、二极管D1、D2、D3，电容C46、E7，压敏电阻RN1、RN2、RN3；
电源转换模块DDU1输出+24V端通过二极管D2接M+24VIN端，M+24VIN端通过电容E7接地，+18V通过二极管D3接M+24VIN端；在电源转换模块DDU1中，脚1-4分别接有电压线焊盘的UA端、UB端、UC端、UN端，UA端、UB端、UC端分别与UN端连接有压敏电阻RN1-3，脚5分别接+24V端，脚5通过并联的电容C46及二极管D1接地；脚6接地。
6.根据权利要求1所述的具有自启动转换备用电源的集中器 ，其特征在于：外置电源连接电路，包括插座JJ1及二极管D4；
插座JJ1，其脚1分别接+18V且通过二极管D4接地，脚3接地。
7.根据权利要求1所述的具有自启动转换备用电源的集中器 ，其特征在于：上行通信模块，采用标配1个RJ-45接口用于通过网络与主站之间进行数据传输；
下行通信模块,采用低压电力线载波、RS-485总线或微功率无线。
8.根据权利要求1所述的具有自启动转换备用电源的集中器 ，其特征在于：外置电源模块采用VAC220/380供电，输出电压+18V的电源模块。
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