RU169776U1 - Узел сенсорной сети мониторинга тока и напряжения - Google Patents

Узел сенсорной сети мониторинга тока и напряжения Download PDF

Info

Publication number
RU169776U1
RU169776U1 RU2016131386U RU2016131386U RU169776U1 RU 169776 U1 RU169776 U1 RU 169776U1 RU 2016131386 U RU2016131386 U RU 2016131386U RU 2016131386 U RU2016131386 U RU 2016131386U RU 169776 U1 RU169776 U1 RU 169776U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor network
transceiver
microcontroller
expansion bus
voltage
Prior art date
Application number
RU2016131386U
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Владимирович Шевчук
Александр Юрьевич Пономарев
Сергей Михайлович Абрамов
Роман Евгеньевич Яровицын
Игорь Анатольевич Фохт
Андрей Юрьевич Вахрин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Чуткий дом" (ООО "Чуткий дом")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Чуткий дом" (ООО "Чуткий дом") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Чуткий дом" (ООО "Чуткий дом")
Priority to RU2016131386U priority Critical patent/RU169776U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU169776U1 publication Critical patent/RU169776U1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00—Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/02—Constructional details
    • G01R11/25—Arrangements for indicating or signalling faults
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/20—Smart grids as enabling technology in buildings sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/12—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment
    • Y04S40/124—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment using wired telecommunication networks or data transmission busses

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к неинвазивным устройствам мониторинга потребления электроэнергии в трехфазных четырехпроводных электросетях переменного тока, предназначенным для использования в составе сенсорных сетей. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств мониторинга тока и напряжения, используемых в качестве узлов сенсорной сети, а именно в обеспечении гибкости развертывания сенсорной сети с учетом конструктивных особенностей зданий и сооружений, адаптации ее для использования в России, упрощении ее конструкции. Узел сенсорной сети мониторинга тока и напряжения состоит из трех датчиков тока и четырех датчиков напряжения, блока питания, вычислительного модуля и двух приемопередающих модулей. На печатной плате вычислительного модуля смонтированы шина расширения с параллельно соединенными разъемами, интегральный счетчик, соединенный через гальваническую развязку с микроконтроллером, который подключен к шине расширения. На печатной плате первого приемопередающего модуля смонтированы подключенный к шине расширения микроконтроллер со встроенными приемопередатчиком LoWPAN IEEE 802.15.4 и UART, пассивный симметрирующий трансформатор, подключенный к микроконтроллеру, приемопередающая антенна, подключенная к симметрирующему трансформатору. На печатной плате второго приемопередающего модуля смонтированы соединенные между собой микроконтроллер со встроенным UART и приемопередатчиком Ethernet PHY, подключенный через развязывающие трансформаторы к разъемам Ethernet. Первый и второй приемопередающие модули установлены в первый и второй разъемы шины расширения соответственно, а сигналы встроенных в их микроконтроллеров UART выведены на клеммные колодки через инвертирующий буфер, обеспечивающий формирование сигналов на интерфейсе UART, который предназначен для обмена данными между приемопередающими модулями. В качестве датчиков тока используются измерительные трансформаторы тока с разъемным магнитопроводом или катушки Роговского, а в качестве датчиков напряжения используются прокалывающие зажимы.

Description

Полезная модель относится к неинвазивным устройствам мониторинга потребления электроэнергии в трехфазных четырехпроводных электросетях переменного тока, предназначенным для использования в составе сенсорных сетей.
Известны неинвазивные устройства мониторинга электроэнергетических величин, например, Current Cost EnviR (http://www.currentcost.com/), MIEO HA104 (http://www.monitorsystem.com/pid15108544/Mieo+Wireless+Electricity+Monitor.htm), Korins MyWatt (http://smartwattmeter.com/mywatt/index.htm), Eyedro EHEM1 Home Electricity Monitor (http://eyedro.com/products/). Efergy True Power Meter (http://efergy.com/us/elite-true-power-meter#.V1aXnjWLSHs), и т.п. Устройства данного типа принимают номинальное заданное значение напряжения в цепи, не измеряя его непосредственно.
Известны неинвазивные устройства мониторинга электроэнергетических величин, например, Neurio (http://neur.io/), Aeotec Home Energy Meter (http://aeotec.com/z-wave-home-energy-measure), CURB (http://energycurb.com/). Такие устройства измеряют и силу тока, и напряжение, однако они не адаптированы для использования в России.
Известны неинвазивные устройства мониторинга электроэнергетических величин, предназначенные для использования в России, например, энерготестер ПКЭ-А (http://pdf.reestrsi.ru/file/53602-13.pdf), Pecypc-UF2M (http://www.entp.ru/catalog/pke/13) и т.п. Недостатком данного типа устройств является их слабая адаптация для использования в составе сенсорной сети вследствие сложности их конструкции.
Известно устройство мониторинга электроэнергетических величин TED Pro, которое подключается без разрыва цепи (http://www.theenergydetective.com/prohome, http://www.theenergydetective.com/downloads/TED%20Pro-Lite-Home%20Spec%20rev%207.2.pdf). Устройство состоит из измерительных модулей (MTU), подключаемых неинвазивно к электрической цепи, и шлюза (ЕСС) с подключаемым к нему внешним экраном. К шлюзу измерительные модули подключаются только посредством технологии связи PLC или Ethernet. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности подключения измерительных модулей к шлюзу при помощи интерфейсов беспроводной связи, что при их подключении в сенсорную сеть затрудняет ее гибкое развертывание с учетом конкретных условий прохождения радиоволн и прокладки кабельных линий, специфичных для каждого здания или сооружения.
Известно устройство мониторинга изменения электроэнергетических величин OpenEnergyMonitor (https://openenergymonitor.org/emon/). Устройство состоит из узлов мониторинга emonTx, неинвазивно подключаемых четырьмя датчиками тока к трехфазной электрической цепи и одним датчиком напряжения к розетке, который по радио-интерфейсу 433/868 МГц соединяется с базовой станцией, подключенной к интернету. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности подключения модулей мониторинга к базовой станции посредством интерфейсов проводной связи, что при их подключении в сенсорную сеть затрудняет ее гибкое развертывание с учетом конкретных условий прохождения радиоволн и прокладки кабельных линий, специфичных для каждого здания или сооружения.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство мониторинга электроэнергетических параметров Smappee Pro (http://www.smappee.com/us/pro). Устройство состоит из модуля мониторинга, подключаемого к электрической цепи без ее разрыва датчиками тока и напряжения. В качестве интерфейса передачи данных используется Ethernet, Wi-Fi, 4G/LTE, Bluetooth или пакетный радиоинтерфейс диапазона 433 МГц. Недостатками данного устройства является наличие только одного интерфейса Ethernet, что затрудняет его использование для организации только проводных сегментов сенсорной сети, делает необходимым использование внешнего коммутатора для подключения нескольких устройств к одной локальной сети.
Задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств мониторинга тока и напряжения, используемых в составе сенсорной сети в качестве узлов сенсорной сети.
Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств мониторинга тока и напряжения, используемых в качестве узлов сенсорной сети, а именно: в обеспечении гибкости развертывания сенсорной сети с учетом конструктивных особенностей зданий и сооружений, адаптации ее для использования в России, упрощении ее конструкции.
Технический результат достигается тем, что узел сенсорной сети мониторинга тока и напряжения состоит из датчиков тока и напряжения, блока питания, вычислительного модуля и двух приемопередающих модулей. Причем на печатной плате вычислительного модуля смонтированы шина расширения с параллельно соединенными разъемами, совмещающими контактные выводы данных и питания, интегральный счетчик, соединенный через гальваническую развязку с микроконтроллером, первый преобразователь напряжения, вход которого подключен к первому выходу блока питания, а выход подключен к первичной стороне гальванической развязки, второго преобразователя напряжения, вход которого подключен к линиям питания шины расширения, первый выход подключен к вторичной стороне гальванической развязки, а второй выход подключен к микроконтроллеру, при этом первый и второй преобразователи напряжения гальванически развязаны между собой, а микроконтроллер подключен посредством шины I2C к линиям сигналов шины расширения. Также на печатной плате первого приемопередающего модуля смонтированы подключенный через шину I2C к шине расширения микроконтроллер со встроенными приемопередатчиком LoWPAN IEEE 802.15.4 и универсальным асинхронным приемопередатчиком, пассивный симметрирующий трансформатор, подключенный к микроконтроллеру, приемопередающая антенна, подключенная к симметрирующему трансформатору, преобразователь напряжения, вход которого соединен с линией питания шины расширения, а выход соединен с микроконтроллером, при этом первый приемопередающий модуль установлен в первый разъем шины расширения вычислительного модуля, обеспечивающий передачу данных между вычислительным модулем и первым приемопередающим модулем, а сигналы встроенного в микроконтроллер универсального асинхронного приемопередатчика выведены на клеммную колодку через инвертирующий буфер, обеспечивающий формирование сигналов на интерфейсе UART, который предназначен для обмена данными между первым и вторым приемопередающими модулями. На печатной плате второго приемопередающего модуля смонтированы соединенные между собой микроконтроллер со встроенным универсальным асинхронным приемопередатчиком и приемопередатчиком Ethernet PHY, подключенный через развязывающие трансформаторы к разъемам Ethernet, преобразователь напряжения, вход которого соединен с линией питания шины расширения, а выход соединен с микроконтроллером, приемопередатчиком Ethernet PHY и развязывающим трансформатором, при этом второй приемопередающий модуль установлен во второй разъем шины расширения вычислительного модуля, обеспечивающий передачу данных между вычислительным модулем и вторым приемопередающим модулем, а сигналы встроенного в микроконтроллер универсального асинхронного приемопередатчика выведены на клеммную колодку через инвертирующий буфер, обеспечивающий формирование сигналов на интерфейсе UART, который предназначен для обмена данными между первым и вторым приемопередающими модулями. Входы трех датчиков тока и четырех датчиков напряжения подключены к проводам фазного напряжения и нейтрали, а их выходы подключены к интегральному счетчику. Блок питания установлен в третий разъем шины расширения вычислительного модуля, причем его вход соединен с выпрямителем, подключенным к датчикам напряжения, а второй выход подключен к линиям питания шины расширения. В качестве датчиков тока используются измерительные трансформаторы тока с разъемным магнитопроводом или катушки Роговского, а в качестве датчиков напряжения используются прокалывающие зажимы. Шина расширения совместима с шиной I2C и дополнена нестабилизированной линией питания.
При этом возможно, что приемопередающая антенна подключена к симметрирующему трансформатору при помощи радиочастотного разъема.
При этом возможно, что разъемы Ethernet предназначены для подключения кабелей от узлов сенсорной сети и/или кабеля от LAN.
При этом возможно, что на печатной плате второго приемопередающего модуля выполнен 1 разъем Ethernet и тогда он предназначен для подключения кабеля от LAN или узла сенсорной сети.
При этом возможно, что приемопередающая антенна предназначена для подключения к беспроводной LAN и/или узлам сенсорной сети.
При этом возможно, что приемопередающая антенна предназначена для подключения к LAN через шлюз.
На фиг. 1 показана структурная схема узла сенсорной сети мониторинга тока и напряжения.
На фиг. 2 показана структурная схема вычислительного модуля.
На фиг. 3 показана структурная схема первого приемопередающего модуля.
На фиг. 4 показана структурная схема второго приемопередающего модуля.
На фиг. 5 показана схема объединения узлов сенсорной сети в сенсорную сеть посредством интерфейса LoWPAN IEEE 802.15.4 по первому способу первой группы.
На фиг. 6 показана схема объединения узлов сенсорной сети в сенсорную сеть посредством интерфейса LoWPAN IEEE 802.15.4 по второму способу первой группы.
На фиг. 7 показана схема объединения узлов сенсорной сети в сенсорную сеть посредством интерфейса LoWPAN IEEE 802.15.4 по третьему способу первой группы.
На фиг. 8 показана схема объединения узлов сенсорной сети в сенсорную сеть посредством интерфейса Ethernet по первому способу второй группы.
На фиг. 9 показана схема объединения узлов сенсорной сети в сенсорную сеть посредством интерфейса Ethernet по второму способу второй группы.
На фиг. 10 показана схема объединения узлов сенсорной сети в сенсорную сеть посредством интерфейса Ethernet по третьему способу второй группы.
Узел сенсорной сети 1 мониторинга тока и напряжения состоит из датчиков тока 2 и напряжения 3, вычислительного модуля 4, двух приемопередающих модулей 5 и 6 и блока питания 7 (фиг. 1).
Вычислительный модуль 4 представляет собой печатную плату со смонтированными на ней шиной расширения 8, последовательно соединенными между собой по интерфейсу SPI интегральным счетчиком 9, гальванической развязкой 10 и микроконтроллером 11. Микроконтроллер 11 подключен при помощи шины I2C к шине расширения 8 (фиг. 2). Шина расширения 8 представляет собой двухпроводную последовательную шину, совместимую по протоколу со стандартной шиной I2C, дополненную линией нестабилизированного питания и конструктивно оформленную в виде параллельно соединенных разъемов.
Входы трех датчиков тока и четырех датчиков напряжения подключены к проводам фазного напряжения и нейтрали, а их выходы подключены к интегральному счетчику 9.
Первый приемопередающий модуль 5 представляет собой печатную плату со смонтированными на ней и последовательно соединенными между собой микроконтроллером 12 со встроенным приемопередатчиком LoWPAN IEEE 802.15.4 и универсальным асинхронным приемопередатчиком (на чертеже не показаны), пассивным симметрирующим трансформатором 13 и приемопередающей антенной 14. Сигналы встроенного в микроконтроллер 12 универсального асинхронного приемопередатчика выведены на клеммную колодку 16 через инвертирующий буфер, обеспечивающий формирование сигналов на интерфейсе UART, через который осуществляется обмен данными между первым и вторым приемопередающими модулями (фиг. 3). Микроконтроллер подключен к симметрирующему трансформатору посредством дифференциальной пары, а симметрирующий трансформатор подключен к приемопередающей антенне посредством печатных проводников. Микроконтроллер 12, инвертирующий буфер 15 и клеммная колодка 16 соединены между собой посредством печатных проводников. Приемопередающий модуль установлен на вычислительный модуль в первый разъем данных и питания шины расширения. Микроконтроллер 12 посредством шины I2C подключен к линиям сигналов шины расширения 8.
Как альтернативный вариант, внешняя приемопередающая антенна 14 подключена к пассивному симметрирующему трансформатору 13 при помощи радиочастотного разъема.
Приемопередающая антенна 14 обеспечивает возможность подключения к беспроводной LAN и другим узлам сенсорной сети 1.
Второй приемопередающий модуль 6 представляет собой печатную плату со смонтированными на ней и соединенными между собой по интерфейсу RMII микроконтроллером 17 со встроенным универсальным асинхронным приемопередатчиком (на чертеже не показан) и приемопередатчиком Ethernet PHY 18. Приемопередатчик Ethernet PHY 18 через развязывающие трансформаторы 19 подключен к одному или двум разъемам Ethernet 20. Сигналы встроенного в микроконтроллер 17 универсального асинхронного приемопередатчика выведены на клеммную колодку 16 через инвертирующий буфер, обеспечивающий формирование сигналов на интерфейсе UART, через который осуществляется обмен данными между первым и вторым приемопередающими модулями (фиг. 4). Микроконтроллер 17, инвертирующий буфер и клеммная колодка соединены между собой посредством печатных проводников. Приемопередающий модуль установлен на вычислительный модуль во второй разъем данных и питания шины расширения 8. Наличие одного или двух разъемов Ethernet 20 обеспечивает возможность непосредственного подключения к узлу сенсорной сети кабеля от другого узла сенсорной сети 1 и LAN одновременно.
В качестве датчиков тока используются измерительные трансформаторы тока с разъемным магнитопроводом или катушки Роговского, позволяющие производить монтаж без разрыва цепи измеряемого тока, а в качестве датчиков напряжения используются прокалывающие зажимы.
На фиг. 5-10 изображены схемы объединения узлов сенсорной сети 1 в сенсорную сеть.
В первой группе способов один из узлов сенсорной сети 1 подключается к беспроводной LAN опосредованно с помощью шлюза, с которым он взаимодействует по беспроводному интерфейсу LoWPAN IEEE 802.15.4. При этом в качестве шлюза используется другой узел сенсорной сети 1. В альтернативном варианте второй шлюз не используется. К подключенному к LAN узлу сенсорной сети 1 подключаются один или более узлов сенсорной сети 1.
В первом способе для связи такого узла сенсорной сети с другими узлами сенсорной сети используется беспроводной интерфейс LoWPAN IEEE 802.15.4 (фиг. 5). При этом организуется беспроводная сенсорная сеть со звездообразной или смешанной топологией.
Во втором способе для связи такого узла сенсорной сети с другим узлом 1 сенсорной сети используется проводной интерфейс Ethernet (фиг. 6). При этом оба таких узла сенсорной сети выполняют функцию двухпроводного коммутатора Ethernet и образуют выделенный сегмент LAN с линейной топологией.
В третьем способе для связи такого узла сенсорной сети с другими узлами сенсорной сети используется как беспроводной интерфейс LoWPAN IEEE 802.15.4, так и проводной интерфейс Ethernet (фиг. 7). При этом образуется выделенный сегмент LAN с линейной топологией и беспроводная сеть со звездообразной или смешанной топологией.
Во второй группе способов один из узлов сенсорной сети подключается к проводной LAN по проводному интерфейсу Ethernet. К нему подключаются один или более узлов сенсорной сети 1 образом, аналогичным первой группе способов (Фиг.8, 9, 10).
Благодаря наличию двух приемопередающих модулей, узел сенсорной сети 1 помимо функций сенсорного узла, дополнительно выполняет функции шлюза сенсорной сети, реализуя переход от LAN к радиосегменту или проводному сегменту сенсорной сети, и функции коммутатора LAN. Таким образом, достигается возможность развертывания сенсорной сети с использованием только проводной, или только беспроводной технологий передачи данных, или их комбинации с использованием только узлов сенсорной сети 1 без привлечения устройств сторонних производителей.
Интегральный счетчик 9 с помощью датчиков напряжения считывает значения напряжения с фазных проводников электросети, а с помощью датчиков тока считывает значения тока. Микроконтроллер 11 вычислительного модуля по шине SPI регулярно опрашивает интегральный счетчик 9, считывая с него среднеквадратичные значения тока и напряжения, а также накопленные им значения активной и полной энергии для каждой из трех фаз. Считанные значения буферизуются в памяти микроконтроллера 11 вычислительного узла.
При подключении одного из узлов сенсорной сети к LAN по интерфейсу IEEE 802.15.4 микроконтроллер 12 первого приемопередающего модуля по шине расширения 8 опрашивает микроконтроллер 11 вычислительного модуля с заданной периодичностью и передает полученные от него данные на симметрирующий трансформатор 13, согласующий дифференциальный вход-выход встроенного в микроконтроллер 12 приемопередатчика LoWPAN IEEE 802.15.4 с приемопередающей антенной 8. Затем данные по интерфейсу LoWPAN IEEE 802.15.4 передаются в LAN опосредовано через шлюз или непосредственно в LAN. Прием данных таким узлом сенсорной сети от LAN осуществляется в обратном порядке. При поступлении из LAN пакетов с командами, адресованными данному узлу, они интерпретируются микроконтроллером 12 и позволяют изменить конфигурацию узла сенсорной сети, в частности, периодичность отправки им данных в LAN.
Наряду с этим микроконтроллер 12 первого приемопередающего модуля такого узла сенсорной сети по интерфейсу LoWPAN IEEE 802.15.4 опрашивает микроконтроллеры 11 вычислительных модулей подключенных к нему беспроводным способом узлов сенсорной сети 1 и через симметрирующий трансформатор и приемопередающую антенну передает полученные данные в LAN. Этот сценарий реализуется при использовании первого способа первой группы (фиг. 5).
Микроконтроллер 17 второго приемопередающего модуля такого узла сенсорной сети по кабелю Ethernet опрашивает микроконтроллеры 11 подключенных к нему вычислительных модулей узлов сенсорной сети 1 и передает полученные от них данные посредством интерфейса UART микроконтроллеру 12 первого приемопередающего модуля. Микроконтроллер 12 первого приемопередающего модуля через симметрирующий трансформатор и приемопередающую антенну передает данные по интерфейсу LoWPAN IEEE 802.15.4 в LAN. Этот сценарий реализуется при использовании второго способа первой группы (фиг. 6).
Микроконтроллер 12 первого приемопередающего модуля такого узла сенсорной сети по интерфейсу LoWPAN IEEE 802.15.4 опрашивает микроконтроллеры 11 вычислительных модулей подключенных к нему беспроводным способом узлов сенсорной сети 1. Одновременно с этим микроконтроллер 17 второго приемопередающего модуля такого узла сенсорной сети по кабелю Ethernet опрашивает микроконтроллеры 11 подключенных к нему вычислительных модулей узлов сенсорной сети 1 и передает полученные от них данные через клеммную колодку 16 и интерфейс UART микроконтроллеру 12 первого приемопередающего модуля. Микроконтроллер 12 первого приемопередающего модуля через симметрирующий трансформатор и приемопередающую антенну передает данные по интерфейсу LoWPAN IEEE 802.15.4 в LAN. Этот сценарий реализуется при использовании третьего способа первой группы (фиг. 7).
При подключении одного из узлов сенсорной сети к LAN по интерфейсу Ethernet микроконтроллер 12 первого приемопередающего модуля по шине расширения 8 опрашивает микроконтроллер 11 вычислительного модуля с заданной периодичностью и передает полученные от него данные через клеммную колодку 16 и интерфейс UART микроконтроллеру 17 второго приемопередающего модуля, который по интерфейсу RMII через приемопередатчик Ethernet PHY 18, разъем Ethernet и медный кабель передает данные в LAN. Прием данных таким узлом сенсорной сети от LAN осуществляется в обратном порядке. При поступлении из LAN пакетов с командами, адресованными данному узлу, они интерпретируются микроконтроллером 12 и позволяют изменить конфигурацию узла сенсорной сети, в частности, периодичность отправки им данных в LAN.
Наряду с этим микроконтроллер 12 первого приемопередающего модуля такого узла сенсорной сети по интерфейсу LoWPAN IEEE 802.15.4 опрашивает микроконтроллеры 11 вычислительных модулей подключенных к нему беспроводным способом узлов сенсорной сети 1 и через клеммную колодку 16 и интерфейс UART передает полученные от них данные микроконтроллеру 17, который по интерфейсу RMII через приемопередатчик Ethernet PHY 18, разъем Ethernet и медный кабель передает эти данные в LAN. Этот сценарий реализуется при использовании первого способа второй группы (фиг. 8).
Микроконтроллер 17 второго приемопередающего модуля такого узла сенсорной сети 1 опрашивает микроконтроллеры 11 вычислительных модулей подключенных к нему узлов сенсорной сети 1, и передает полученные от них данные по интерфейсу RMII через приемопередатчик Ethernet PHY 18, разъем Ethernet и медный кабель в LAN. Этот сценарий реализуется при использовании второго способа второй группы (фиг. 9).
Микроконтроллер 12 первого приемопередающего модуля такого узла сенсорной сети по интерфейсу LoWPAN IEEE 802.15.4 опрашивает микроконтроллеры 11 вычислительных модулей подключенных к нему беспроводным способом узлов сенсорной сети 1 и через клеммную колодку 16 и интерфейс UART передает полученные от них данные микроконтроллеру 17. Одновременно с этим микроконтроллер 17 второго приемопередающего модуля такого узла сенсорной сети 1 опрашивает микроконтроллеры 11 вычислительных модулей подключенных к нему узлов сенсорной сети 1, и передает полученные от них данные по интерфейсу RMII через приемопередатчик Ethernet PHY 18, разъем Ethernet и медный кабель в LAN. Этот сценарий реализуется при использовании третьего способа второй группы (фиг. 10).
Питание сенсорного узла мониторинга тока и напряжения осуществляется следующим образом (линии питания на чертежах обозначены пунктиром). Блок питания 7 установлен на вычислительный модуль при помощи третьей ответной части для третьего разъема данных и питания шины расширения 8 и получает постоянное напряжение от выпрямителя, подключенного к датчикам напряжения (на чертеже не показан). Первый выход блока питания подключен к линии питания шины расширения 8.
Питание вычислительного модуля осуществляется посредством двух гальванически развязанных преобразователей напряжения 21 и 22. Вход преобразователя напряжения 21 соединен со вторым выходом блока питания, от которого он получает напряжение 6 В, а его выход - с интегральным счетчиком и первичной стороной гальванической развязки. Вход преобразователя напряжения 22 соединен с линией питания шины расширения 8, от которой он получает питание 16 В, а его выход - с микроконтроллером и вторичной стороной гальванической развязки.
Питание первого приемопередающего модуля осуществляется при помощи преобразователя напряжения 23, вход которого соединен с линией питания шины расширения 8, от которой он получает напряжение 16 В, а выход - с микроконтроллером 12 и инвертирующим буфером 15.
Питание второго приемопередающего модуля осуществляется при помощи преобразователя напряжения 23, вход которого соединен с линией питания шины расширения 8, от которой он получает напряжение 16 В, а выход - с микроконтроллером 17, приемопередатчиком Ethernet PHY18, развязывающим трансформатором 19 и инвертирующим буфером 15.
Таким образом, питание вычислительного модуля и приемопередающих модулей обеспечивает блок питания 7, который получает постоянное напряжение 230 В от выпрямителя, который берет напряжение с одного из фазных проводников. Полученное от выпрямителя постоянное напряжение 230 В блок питания 7 преобразует в постоянное напряжение 16 В и 6 В. Напряжение 16 В он подает на шину расширения 8, откуда оно распределяется на преобразователь напряжения первого приемопередающего модуля для питания инвертирующего буфера, микроконтроллера 12, преобразователь напряжения второго приемопередающего модуля для питания микроконтроллера 17, приемопередатчика Ethernet PHY, развязывающего трансформатора и инвертирующего буфера, а также на преобразователь напряжения 22 вычислительного модуля для питания первичной стороны гальванической развязки и микроконтроллера 11. Напряжение 6 В подается с блока питания 7 в вычислительный модуль на преобразователь напряжения 21 и затем на интегральный счетчик и вторичную сторону гальванической развязки. В результате питание узла сенсорной сети мониторинга тока и напряжения осуществляется от той же электросети, для которой выполняется мониторинг энергопотребления.
Обеспечение гибкости развертывания сенсорной сети с учетом свойств конструктивных особенностей зданий и сооружений достигается за счет поддержки устройством возможности использования проводной и беспроводных технологий передачи данных Ethernet, IEEE 802.15.4, что позволяет конструировать сенсорную сеть, состоящую из различных по характеру связи (только проводных, только беспроводных или смешанных) сегментов на участке от датчиков тока и напряжения до LAN.
Обеспечение адаптации сенсорной сети для России достигается использованием интерфейсов передачи данных, датчиков тока и напряжения, удовлетворяющих требованиям российских стандартов.
Упрощение конструкции сенсорной сети достигается отсутствием внутренних и подключаемых к узлу сенсорной сети внешних дисплеев и клавиатур, - а также возможностью использования одного и того же устройства в качестве узла и шлюза сенсорной сети одновременно.

Claims (22)

1. Узел сенсорной сети мониторинга тока и напряжения, состоящий из датчиков тока и напряжения, блока питания, вычислительного и приемопередающих модулей, отличающийся тем, что узел сенсорной сети содержит два приемопередающих модуля,
причем на печатной плате вычислительного модуля смонтированы шина расширения с параллельно соединенными разъемами, совмещающими контактные выводы данных и питания, интегральный счетчик, соединенный через гальваническую развязку с микроконтроллером, первый преобразователь напряжения, вход которого подключен к первому выходу блока питания, а выход подключен к первичной стороне гальванической развязки второго преобразователя напряжения, вход которого подключен к линиям питания шины расширения, первый выход подключен к вторичной стороне гальванической развязки, а второй выход подключен к микроконтроллеру, при этом первый и второй преобразователи напряжения гальванически развязаны между собой, а микроконтроллер подключен через шину I2C к шине расширения;
причем на печатной плате первого приемопередающего модуля смонтированы подключенный через шину I2C к шине расширения микроконтроллер со встроенными приемопередатчиком LoWPAN IEEE 802.15.4 и универсальным асинхронным приемопередатчиком, пассивный симметрирующий трансформатор, подключенный к микроконтроллеру, приемопередающая антенна, подключенная к симметрирующему трансформатору, преобразователь напряжения, вход которого соединен с линией питания шины расширения, а выход соединен с микроконтроллером, при этом первый приемопередающий модуль установлен в первый разъем шины расширения вычислительного модуля, обеспечивающий передачу данных между вычислительным модулем и первым приемопередающим модулем, а сигналы встроенного в микроконтроллер универсального асинхронного приемопередатчика выведены на клеммную колодку через инвертирующий буфер, обеспечивающий формирование сигналов на интерфейсе UART, который предназначен для обмена данными между первым и вторым приемопередающими модулями;
причем на печатной плате второго приемопередающего модуля смонтированы соединенные между собой микроконтроллер со встроенным универсальным асинхронным приемопередатчиком и приемопередатчиком Ethernet PHY, подключенный через развязывающие трансформаторы к разъемам Ethernet преобразователь напряжения, вход которого соединен с линией питания шины расширения, а выход соединен с микроконтроллером, приемопередатчиком Ethernet PHY и развязывающим трансформатором, при этом второй приемопередающий модуль установлен во второй разъем шины расширения вычислительного модуля, обеспечивающий передачу данных между вычислительным модулем и вторым приемопередающим модулем, а сигналы встроенного в микроконтроллер универсального асинхронного приемопередатчика выведены на клеммную колодку через инвертирующий буфер, обеспечивающий формирование сигналов на интерфейсе UART, который предназначен для обмена данными между первым и вторым приемопередающими модулями;
и входы трех датчиков тока и четырех датчиков напряжения подключены к проводам фазного напряжения и нейтрали, а их выходы подключены к интегральному счетчику;
а блок питания установлен в третий разъем шины расширения вычислительного модуля, его вход соединен с выпрямителем, подключенным к датчикам напряжения, а второй выход подключен к линиям питания шины расширения.
2. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что приемопередающая антенна подключена к симметрирующему трансформатору при помощи радиочастотного разъема.
3. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчиков тока используются измерительные трансформаторы тока с разъемным магнитопроводом.
4. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчиков тока используются катушки Роговского.
5. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчиков напряжения используются прокалывающие зажимы.
6. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что разъемы Ethernet предназначены для подключения кабелей от узлов сенсорной сети.
7. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что разъемы Ethernet предназначены для подключения кабелей от LAN и узлов сенсорной сети.
8. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что на печатной плате второго приемопередающего модуля выполнен один разъем Ethernet.
9. Узел сенсорной сети по п. 8, отличающийся тем, что разъем Ethernet предназначен для подключения кабеля от LAN.
10. Узел сенсорной сети по п. 8, отличающийся тем, что разъем Ethernet предназначен для подключения кабеля от узла сенсорной сети.
11. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что приемопередающая антенна предназначена для подключения к беспроводной LAN.
12. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что приемопередающая антенна предназначена для подключения к шлюзу.
13. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что приемопередающая антенна предназначена для подключения к узлам сенсорной сети.
14. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что приемопередающая антенна предназначена для подключения к беспроводной LAN и узлам сенсорной сети.
15. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что приемопередающая антенна предназначена для подключения к шлюзу и узлам сенсорной сети.
16. Узел сенсорной сети по п. 1, отличающийся тем, что шина расширения совместима с шиной I2C.
17. Узел сенсорной сети по п. 16, отличающийся тем, что шина расширения дополнена нестабилизированной линией питания.
RU2016131386U 2016-07-29 2016-07-29 Узел сенсорной сети мониторинга тока и напряжения RU169776U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016131386U RU169776U1 (ru) 2016-07-29 2016-07-29 Узел сенсорной сети мониторинга тока и напряжения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016131386U RU169776U1 (ru) 2016-07-29 2016-07-29 Узел сенсорной сети мониторинга тока и напряжения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU169776U1 true RU169776U1 (ru) 2017-04-03

Family

ID=58506364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016131386U RU169776U1 (ru) 2016-07-29 2016-07-29 Узел сенсорной сети мониторинга тока и напряжения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU169776U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU188979U1 (ru) * 2018-08-23 2019-04-30 Дмитрий Валерьевич Хачатуров Приемопередающее устройство с гальванической развязкой

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5196982A (en) * 1991-08-23 1993-03-23 The Fleming Group Electrical power monitoring system
RU2501024C1 (ru) * 2012-07-06 2013-12-10 Роман Сергеевич Мовчан Устройство мониторинга и сигнализации состояния электрической сети
RU2578269C1 (ru) * 2015-01-30 2016-03-27 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Интеллектуальная система мониторинга электросети передвижного выставочно-лекционного комплекса

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5196982A (en) * 1991-08-23 1993-03-23 The Fleming Group Electrical power monitoring system
RU2501024C1 (ru) * 2012-07-06 2013-12-10 Роман Сергеевич Мовчан Устройство мониторинга и сигнализации состояния электрической сети
RU2578269C1 (ru) * 2015-01-30 2016-03-27 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Интеллектуальная система мониторинга электросети передвижного выставочно-лекционного комплекса

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU188979U1 (ru) * 2018-08-23 2019-04-30 Дмитрий Валерьевич Хачатуров Приемопередающее устройство с гальванической развязкой

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2699915B1 (en) System of intelligent sensors in an electrical panelboard
US9146259B2 (en) Smart current transformers
RU2015125682A (ru) Модульное оборудование телеуправления
CN104953947A (zh) 用于光伏发电的监视系统及其通信方法
US9784773B2 (en) Intelligent sensor network in a load center
US12062901B2 (en) Integrated electrical management system and architecture
CN104269710B (zh) 一种集成式智能插座及电力网络控制系统
US20240297804A1 (en) Multi-drop poe network for power distribution and communication
RU2015101789A (ru) Модульный регулятор постоянного тока
RU169776U1 (ru) Узел сенсорной сети мониторинга тока и напряжения
CN100508461C (zh) 两线制电缆供电装置、受电装置、系统和方法
CN105490315A (zh) 一种移动终端充电系统、移动终端及其充电装置
US20110098865A1 (en) Power distributing system
CN109613839B (zh) 电力线载波信号转换装置、智能家居多机互联系统及配对方法
JP5369010B2 (ja) 通信システム
CN210112026U (zh) 一种poe信号转接设备
Korkua et al. Wireless sensor network for performance monitoring of electrical machine
CN202818333U (zh) 一种具有电压检测功能的poe开关电源适配器
CN103904915B (zh) 一种电源适配器和应用该电源适配器的电子设备
CN111063532A (zh) 一种基于无线通信技术组网的电流互感器
CN210926519U (zh) 一种nb网关插座及物联网系统
CN114994404A (zh) 用于多节点电能计量的设备、系统、方法、装置及介质
CN217901025U (zh) 一种密集母线测温系统
CN218003546U (zh) 一种pse设备的测试装置
CN220629346U (zh) Poe供电电路和网络设备