CN219394487U - 一种智能配电系统的无线连接设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能配电系统的无线连接设备，包括中央处理模块，中央处理模块连接有无线通讯模块、RS485连接模块、显示屏连接模块、复位模块、控制板状态显示模块、串行调试接口模块和EEPROM存储模块，中央处理模块采用主芯片为32位的STM32F103RBT6，由于采用32位微处理器作为系统的中枢，针对不具备联网功能和具备联网功能的配电设备采用有线或无线方式把实际用电电能换算为碳排放值，并通过具有485通讯协议的显示屏在设备上显示。通过本设计的功能让用电单位用户了解实时和累计的碳排放量，从而作出用电分析，避免企业出现超标排放的情况。

Description

一种智能配电系统的无线连接设备

技术领域

本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种智能配电系统的无线连接设备。

背景技术

面对全球气候急剧变化，各国开始关注减少碳排放的问题，而我国也开始对一些重点碳排放企业进行碳排放指标管理。目前大多数企业的碳排放来源主要来自于电力的使用，企业为了避免因为超指标排放而导致额外的成本投入，因此企业需要对自身因为用电产生的碳排放进行监测。但以往因为人们对碳排放缺乏认知，加上电力设备的智能化水平较弱，因此用电企业无法实时掌握因为用电产生的碳排放量，直接导致企业在年末出现超量碳排放的情况。既不能达到节能减排和节省成本的效果。

目前碳排放量数值的体现主要通过在具备后台功能的配电系统查阅，但此类系统的建设成本较高，同时查阅时较为不便，因此导致不能引起用户对节能减排的重视，不利于我国完成企业双碳的战略目标。企业的用电稳定和安全主要依靠高低压配电设备（以下简称“配电设备”），配电设备对不同的用电应用，例如空调用电、电梯用电、生产设备等有对应的监测控制回路。电力的碳排放量与总正向功率及总反向功率有着直接关系。目前市面上的配电设备主要分为不具备联网功能和具有联网的云管理配电设备，

因此本领域技术人员致力于开发一种智能配电系统的无线连接设备。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种智能配电系统的无线连接设备。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种智能配电系统的无线连接设备，包括中央处理模块，所述中央处理模块连接有无线通讯模块、RS485连接模块、显示屏连接模块、复位模块、控制板状态显示模块、串行调试接口模块和EEPROM存储模块，所述中央处理模块包括主芯片U2，所述主芯片U2为STM32F103RBT6。

所述中央处理模块还包括第一接插件；所述主芯片的第1脚连接有第二二极管的负极和第三二极管的负极，所述第二二极管的正极连接3.3V供电端，所述第三二极管的正极连接电池的正极和第六电容的一端，所述第六电容的另一端接地，所述主芯片的第3脚连接有一第一晶体振荡器的一端和第七电容的一端，所述主芯片的第4脚连接所述第一晶体振荡器的另一端和一第八电容的一端，所述主芯片的第5脚连接有一第二晶体振荡器的第1脚和一第九电容的一端，所述主芯片的第6脚连接所述第二晶体振荡器的第3脚和一第十电容的一端，所述电池的负极、第七电容的另一端、第八电容的另一端、第九电容的另一端、所述第二晶体振荡器的第2脚、所述第二晶体振荡器的第4脚和第十电容的另一端连接有接地；所述主芯片的第12脚接地；所述主芯片的第13脚连接有一有极性电解电容的正极、一第十一电容的一端和一第一电感的一端，所述有极性电解电容的负极和第十一电容的另一端连接后接地，所述第一电感的另一端连接3.3V供电端；

所述第一接插件的第1脚、第2脚、第3脚、第4脚、第5脚、第6脚、第7脚和第8脚分别连接所述主芯片的第62脚、第61脚、第57脚、第56脚、第55脚、第54脚、第53脚和第52脚。

所述复位模块包括与所述主芯片的第26脚连接的第二十一电阻1的一端，所述第二十一电阻的另一端连接有一第三NPN型三极管的基极，所述第三NPN型三极管的集电极连接所述主芯片的第7脚和一第三电阻的一端、第十三电容的一端和一复位按键Reset的一端，所述第三NPN型三极管的发射极连接所述第十三电容的另一端和所述复位按键Reset的另一端后接地，所述第三电阻的另一端连接3.3V供电端。

所述EEPROM存储模块包括第四芯片，所述第四芯片为M24512-RMN6TP，所述第四芯片的第1脚、第2脚、第3脚和第4脚接地，所述第四芯片的第5脚连接所述主芯片的第37脚和一第十三电阻的一端，所述第四芯片的第6脚连接所述主芯片的第38脚和一第二电阻的一端，所述第四芯片的第7脚接地，所述第十三电阻的另一端、第二电阻的另一端和所述第四芯片的第8脚连接一第十四电容的一端后连接3.3V供电端，所述第十四电容的另一端接地。

所述控制板状态显示模块包括第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管，所述第一发光二极管的负极连接所述主芯片的第33脚，所述第一发光二极管的正极连接有一第八电阻的一端，所述第二发光二极管的负极连接所述主芯片的第34脚，所述第二发光二极管的正极连接有一第九电阻的一端，所述第三发光二极管的负极连接所述主芯片的第39脚，所述第三发光二极管的正极连接有一第十电阻的一端，所述第八电阻的另一端、第九电阻的另一端和第十电阻的另一端均分别连接3.3V供电端。

所述无线通讯模块包括通讯芯片，所述通讯芯片为LORA_E22，所述通讯芯片的第5脚连接所述主芯片的第45脚，第6脚连接所述主芯片的第44脚，第7脚连接所述主芯片的第42脚，第8脚连接所述主芯片的第43脚，第9脚连接所述主芯片的第41脚，第10脚连接5伏供电端，第1脚、第20脚、第22脚和第13脚接地。

所述RS485连接模块包括第三芯片、第二插接座和第三插接座，所述第三芯片为SP3481EN，所述第三芯片的第1脚连接所述主芯片的第17脚，所述第三芯片的第2脚和第3脚连接所述主芯片的第15脚，所述第三芯片的第4脚连接所述主芯片的第16脚，所述第三芯片的第5脚接地，所述第三芯片的第6脚连接有一第十一电阻的一端、第四电阻的一端、一第四TVS二极管的第一负极端、所述第二插接座的第1脚和所述第三插接座的第1脚，所述第三芯片的第7脚连接有一第五电阻的一端、所述第四TVS二极管的第二负极端、所述第二插接座的第21脚和所述第三插接座的第2脚，所述第三芯片的第8脚连接所述第四电阻的另一端、3.3伏供电端和一第十二电容的一端，所述第十二电容的另一端接地，所述第五电阻的另一端接地，所述第四TVS二极管的正极接地，所述第二插接座的第3脚和第三插接座的第3脚均接地。

所述显示屏连接模块包括第七插接座，所述第七插接座的第1脚接地，第2脚连接3.3伏供电端，第3脚连接所述主芯片的第58脚，第4脚连接所述主芯片的第59脚。

所述串行调试接口模块包括第八插接座，所述第八插接座的第4脚接地，第3脚连接所述主芯片的第49脚和第七电阻的一端，第2脚连接所述主芯片的第46脚和第六电阻的一端，第1脚连接第六电阻的另一端和第七电阻的另一端后连接3.3伏供电端。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的智能配电系统的无线连接设备，包括中央处理模块，中央处理模块连接有无线通讯模块、RS485连接模块、显示屏连接模块、复位模块、控制板状态显示模块、串行调试接口模块和EEPROM存储模块，中央处理模块采用主芯片为32位的STM32F103RBT6，由于采用32位微处理器作为系统的中枢，针对不具备联网功能和具备联网功能的配电设备采用有线或无线方式把实际用电电能换算为碳排放值，并通过具有485通讯协议的显示屏在设备上显示。通过本设计的功能让用电单位用户了解实时和累计的碳排放量，从而作出用电分析，避免企业出现超标排放的情况。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理示意图；

图2是本实用新型中央处理模块的结构原理示意图；

图3是本实用新型复位模块的结构原理示意图；

图4是本实用新型EEPROM存储模块的结构原理示意图；

图5是本实用新型控制板状态显示模块的结构原理示意图；

图6是本实用新型无线通讯模块的结构原理示意图；

图7是本实用新型RS485连接模块的结构原理示意图；

图8是本实用新型显示屏连接模块的结构原理示意图；

图9是本实用新型串行调试接口模块的结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，需注意的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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实用新型和简化描述，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、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图9所示，一种智能配电系统的无线连接设备，包括中央处理模块，所述中央处理模块连接有无线通讯模块、RS485连接模块、存储模块、显示屏连接模块、复位模块、控制板状态显示模块、串行调试接口模块和EEPROM存储模块，所述中央处理模块包括主芯片U2，所述主芯片U2为STM32F103RBT6。由于采用32位微处理器作为系统的中枢，针对不具备联网功能和具备联网功能的配电设备采用有线或无线方式把实际用电电能换算为碳排放值，并通过具有485通讯协议的显示屏在设备上显示。通过本设计的功能让用电单位用户了解实时和累计的碳排放量，从而作出用电分析，避免企业出现超标排放的情况。

所述中央处理模块还包括第一接插件J6；所述主芯片U2的第1脚连接有第二二极管D2的负极和第三二极管D3的负极，所述第二二极管D2的正极连接3.3V供电端，所述第三二极管D3的正极连接电池BAT的正极和第六电容C6的一端，所述第六电容C6的另一端接地，所述主芯片U2的第3脚连接有一第一晶体振荡器Y1的一端和第七电容C7的一端，所述主芯片U2的第4脚连接所述第一晶体振荡器Y1的另一端和一第八电容C8的一端，所述主芯片U2的第5脚连接有一第二晶体振荡器Y2的第1脚和一第九电容C9的一端，所述主芯片U2的第6脚连接所述第二晶体振荡器Y2的第3脚和一第十电容C10的一端，所述电池BAT的负极、第七电容C7的另一端、第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端、所述第二晶体振荡器Y2的第2脚、所述第二晶体振荡器Y2的第4脚和第十电容C10的另一端连接有接地；所述主芯片U2的第12脚接地；所述主芯片U2的第13脚连接有一有极性电解电容E1的正极、一第十一电容C11的一端和一第一电感L1的一端，所述有极性电解电容E1的负极和第十一电容C11的另一端连接后接地，所述第一电感L1的另一端连接3.3V供电端；

所述第一接插件J6的第1脚、第2脚、第3脚、第4脚、第5脚、第6脚、第7脚和第8脚分别连接所述主芯片U2的第62脚、第61脚、第57脚、第56脚、第55脚、第54脚、第53脚和第52脚。

所述复位模块包括与所述主芯片U2的第26脚连接的第二十一电阻R21的一端，所述第二十一电阻R21的另一端连接有一第三NPN型三极管Q3的基极，所述第三NPN型三极管Q3的集电极连接所述主芯片U2的第7脚和一第三电阻R3的一端、第十三电容C13的一端和一复位按键Reset的一端，所述第三NPN型三极管Q3的发射极连接所述第十三电容C13的另一端和所述复位按键Reset的另一端后接地，所述第三电阻R3的另一端连接3.3V供电端。

所述EEPROM存储模块包括第四芯片U4，所述第四芯片U4为M24512-RMN6TP，所述第四芯片U4的第1脚、第2脚、第3脚和第4脚接地，所述第四芯片U4的第5脚连接所述主芯片U2的第37脚和一第十三电阻R13的一端，所述第四芯片U4的第6脚连接所述主芯片U2的第38脚和一第二电阻R12的一端，所述第四芯片U4的第7脚接地，所述第十三电阻R13的另一端、第二电阻R12的另一端和所述第四芯片U4的第8脚连接一第十四电容C4的一端后连接3.3V供电端，所述第十四电容C4的另一端接地；EEPROM存储模块是储存系统重要参数设定的储存空间，当用户修改设定参数后控制板无法正常工作时，可利用硬复位，即按动并保持复位按钮再上电，使系统自动将参数恢复至出厂默认设定值。

所述控制板状态显示模块包括第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2和第三发光二极管LED3，所述第一发光二极管LED1的负极连接所述主芯片U2的第33脚，所述第一发光二极管LED1的正极连接有一第八电阻R8的一端，所述第二发光二极管LED2的负极连接所述主芯片U2的第34脚，所述第二发光二极管LED2的正极连接有一第九电阻R9的一端，所述第三发光二极管LED3的负极连接所述主芯片U2的第39脚，所述第三发光二极管LED3的正极连接有一第十电阻R10的一端，所述第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的另一端和第十电阻R10的另一端均分别连接3.3V供电端；为使控制板的工作状态容易被观察，设计控制板预设3组发光二极管控制电路，第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2和第三发光二极管LED3分别采用不同的颜色，从而分别代表控制板处于正常工作状态、控制板出现故障的状态和控制板正常通电。

所述无线通讯模块包括通讯芯片M1，所述通讯芯片M1为LORA_E22，所述通讯芯片M1的第5脚连接所述主芯片U2的第45脚，第6脚连接所述主芯片U2的第44脚，第7脚连接所述主芯片U2的第42脚，第8脚连接所述主芯片U2的第43脚，第9脚连接所述主芯片U2的第41脚，第10脚连接5伏供电端，第1脚、第20脚、第22脚和第13脚接地；无线通讯模块在不利于布线或布线距离长情况下使用，各个无线通讯模块组成一个局域网。本设计的控制板既可作为上位机，也可设置为从机。若作为上位机负责向各从机接点发送执行指令，而从机在接收到指令后需要按设计给与对应的反馈数据。

所述RS485连接模块包括第三芯片U3、第二插接座J2和第三插接座J3，所述第三芯片U3为SP3481EN，所述第三芯片U3的第1脚连接所述主芯片U2的第17脚，所述第三芯片U3的第2脚和第3脚连接所述主芯片U2的第15脚，所述第三芯片U3的第4脚连接所述主芯片U2的第16脚，所述第三芯片U3的第5脚接地，所述第三芯片U3的第6脚连接有一第十一电阻R11的一端、第四电阻R4的一端、一第四TVS二极管D4的第一负极端、所述第二插接座J2的第1脚和所述第三插接座J3的第1脚，所述第三芯片U3的第7脚连接有一第五电阻R5的一端、所述第四TVS二极管D4的第二负极端、所述第二插接座J2的第21脚和所述第三插接座J3的第2脚，所述第三芯片U3的第8脚连接所述第四电阻R4的另一端、3.3伏供电端和一第十二电容C12的一端，所述第十二电容C12的另一端接地，所述第五电阻R5的另一端接地，所述第四TVS二极管D4的正极接地，所述第二插接座J2的第3脚和第三插接座J3的第3脚均接地；在情况许可情况下有线通信是最可靠的数据通讯连接方式，STM32处理器提供多组串口通讯通道，由于本设计将采用MODBUS RTU 通讯协议，而该协议需采用RS485作为物理连接方式，因此需要RS485连接模块把串口转为485连接。

所述显示屏连接模块包括第七插接座J7，所述第七插接座J7的第1脚接地，第2脚连接3.3伏供电端，第3脚连接所述主芯片U2的第58脚，第4脚连接所述主芯片U2的第59脚，在本实施例中采用节能的OLED显示屏，显示效果好，显示清楚。

所述串行调试接口模块包括第八插接座J8，所述第八插接座J8的第4脚接地，第3脚连接所述主芯片U2的第49脚和第七电阻R7的一端，第2脚连接所述主芯片U2的第46脚和第六电阻R6的一端，第1脚连接第六电阻R6的另一端和第七电阻R7的另一端后连接3.3伏供电端。

在不具备联网能力的情况下，不同用电应用对应的多功能仪表通过广泛使用的Modbus RTU 485 连接至装有中央处理模块的控制板。控制板通过地址轮询方式逐一对所有多功能仪表发送数据请求，对应的多功能仪表按照指令回传总正向功率值（Wh）及总反向功率值（Wh）。控制板收到数据后通过特定算法把电能功率值换算为碳排放值（吨），控制板最后把计算结果通过485总线发送至对应的显示屏并显示实时碳排放值和累计碳排放值。

在具有联网能力的云管理配电设备情况下，不同用电应用对应的多功能仪表通过485总线方式连接至串口服务器，数据通过网线传送至节点网关并最终发送至云服务器。节点网关作为现场设备数据的中枢，不仅负责把数据传送至云服务器，同时亦作为现场控制时数据的转发作用。在本设计中，控制板作为现场设备的第二组485总线，负责控制显示屏的操作。控制板向节点网关请求总正向和反向电能值的数据包，控制板通过解析和换算，把实时的碳排放量和累计的碳排放量数值通过485总线发送至对应的显示屏并显示计算结果。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种智能配电系统的无线连接设备，其特征在于：包括中央处理模块，所述中央处理模块连接有无线通讯模块、RS485连接模块、显示屏连接模块、复位模块、控制板状态显示模块、串行调试接口模块和EEPROM存储模块，所述中央处理模块包括主芯片U2，所述主芯片U2为STM32F103RBT6。

2.如权利要求1所述的智能配电系统的无线连接设备，其特征在于：所述中央处理模块还包括第一接插件J6；所述主芯片U2的第1脚连接有第二二极管D2的负极和第三二极管D3的负极，所述第二二极管D2的正极连接3.3V供电端，所述第三二极管D3的正极连接电池BAT的正极和第六电容C6的一端，所述第六电容C6的另一端接地，所述主芯片U2的第3脚连接有一第一晶体振荡器Y1的一端和第七电容C7的一端，所述主芯片U2的第4脚连接所述第一晶体振荡器Y1的另一端和一第八电容C8的一端，所述主芯片U2的第5脚连接有一第二晶体振荡器Y2的第1脚和一第九电容C9的一端，所述主芯片U2的第6脚连接所述第二晶体振荡器Y2的第3脚和一第十电容C10的一端，所述电池BAT的负极、第七电容C7的另一端、第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端、所述第二晶体振荡器Y2的第2脚、所述第二晶体振荡器Y2的第4脚和第十电容C10的另一端连接有接地；所述主芯片U2的第12脚接地；所述主芯片U2的第13脚连接有一有极性电解电容E1的正极、一第十一电容C11的一端和一第一电感L1的一端，所述有极性电解电容E1的负极和第十一电容C11的另一端连接后接地，所述第一电感L1的另一端连接3.3V供电端；

所述第一接插件J6的第1脚、第2脚、第3脚、第4脚、第5脚、第6脚、第7脚和第8脚分别连接所述主芯片U2的第62脚、第61脚、第57脚、第56脚、第55脚、第54脚、第53脚和第52脚。

3.如权利要求1所述的智能配电系统的无线连接设备，其特征在于：所述复位模块包括与所述主芯片U2的第26脚连接的第二十一电阻R21的一端，所述第二十一电阻R21的另一端连接有一第三NPN型三极管Q3的基极，所述第三NPN型三极管Q3的集电极连接所述主芯片U2的第7脚和一第三电阻R3的一端、第十三电容C13的一端和一复位按键Reset的一端，所述第三NPN型三极管Q3的发射极连接所述第十三电容C13的另一端和所述复位按键Reset的另一端后接地，所述第三电阻R3的另一端连接3.3V供电端。

4.如权利要求1所述的智能配电系统的无线连接设备，其特征在于：所述EEPROM存储模块包括第四芯片U4，所述第四芯片U4为M24512-RMN6TP，所述第四芯片U4的第1脚、第2脚、第3脚和第4脚接地，所述第四芯片U4的第5脚连接所述主芯片U2的第37脚和一第十三电阻R13的一端，所述第四芯片U4的第6脚连接所述主芯片U2的第38脚和一第二电阻R12的一端，所述第四芯片U4的第7脚接地，所述第十三电阻R13的另一端、第二电阻R12的另一端和所述第四芯片U4的第8脚连接一第十四电容C4的一端后连接3.3V供电端，所述第十四电容C4的另一端接地。

5.如权利要求1所述的智能配电系统的无线连接设备，其特征在于：所述控制板状态显示模块包括第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2和第三发光二极管LED3，所述第一发光二极管LED1的负极连接所述主芯片U2的第33脚，所述第一发光二极管LED1的正极连接有一第八电阻R8的一端，所述第二发光二极管LED2的负极连接所述主芯片U2的第34脚，所述第二发光二极管LED2的正极连接有一第九电阻R9的一端，所述第三发光二极管LED3的负极连接所述主芯片U2的第39脚，所述第三发光二极管LED3的正极连接有一第十电阻R10的一端，所述第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的另一端和第十电阻R10的另一端均分别连接3.3V供电端。

6.如权利要求1所述的智能配电系统的无线连接设备，其特征在于：所述无线通讯模块包括通讯芯片M1，所述通讯芯片M1为LORA_E22，所述通讯芯片M1的第5脚连接所述主芯片U2的第45脚，第6脚连接所述主芯片U2的第44脚，第7脚连接所述主芯片U2的第42脚，第8脚连接所述主芯片U2的第43脚，第9脚连接所述主芯片U2的第41脚，第10脚连接5伏供电端，第1脚、第20脚、第22脚和第13脚接地。

7.如权利要求1所述的智能配电系统的无线连接设备，其特征在于：所述RS485连接模块包括第三芯片U3、第二插接座J2和第三插接座J3，所述第三芯片U3为SP3481EN，所述第三芯片U3的第1脚连接所述主芯片U2的第17脚，所述第三芯片U3的第2脚和第3脚连接所述主芯片U2的第15脚，所述第三芯片U3的第4脚连接所述主芯片U2的第16脚，所述第三芯片U3的第5脚接地，所述第三芯片U3的第6脚连接有一第十一电阻R11的一端、第四电阻R4的一端、一第四TVS二极管D4的第一负极端、所述第二插接座J2的第1脚和所述第三插接座J3的第1脚，所述第三芯片U3的第7脚连接有一第五电阻R5的一端、所述第四TVS二极管D4的第二负极端、所述第二插接座J2的第21脚和所述第三插接座J3的第2脚，所述第三芯片U3的第8脚连接所述第四电阻R4的另一端、3.3伏供电端和一第十二电容C12的一端，所述第十二电容C12的另一端接地，所述第五电阻R5的另一端接地，所述第四TVS二极管D4的正极接地，所述第二插接座J2的第3脚和第三插接座J3的第3脚均接地。

8.如权利要求1所述的智能配电系统的无线连接设备，其特征在于：所述显示屏连接模块包括第七插接座J7，所述第七插接座J7的第1脚接地，第2脚连接3.3伏供电端，第3脚连接所述主芯片U2的第58脚，第4脚连接所述主芯片U2的第59脚。

9.如权利要求1所述的智能配电系统的无线连接设备，其特征在于：所述串行调试接口模块包括第八插接座J8，所述第八插接座J8的第4脚接地，第3脚连接所述主芯片U2的第49脚和第七电阻R7的一端，第2脚连接所述主芯片U2的第46脚和第六电阻R6的一端，第1脚连接第六电阻R6的另一端和第七电阻R7的另一端后连接3.3伏供电端。