一種實現(xiàn)故障電弧檢測的能源網(wǎng)關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)故障電弧檢測的能源網(wǎng)關(guān)，包含：MCU微控制單元和與之分別連接的故障電弧檢測模塊、電弧狀態(tài)反饋模塊、設備狀態(tài)反饋模塊；所述故障電弧檢測模塊還連接至電弧狀態(tài)反饋模塊。所述故障電弧檢測模塊對電網(wǎng)回路中的電弧狀態(tài)檢測得到的故障電弧信息，經(jīng)電弧狀態(tài)反饋模塊發(fā)送至MCU微控制單元，再由所述設備狀態(tài)反饋模塊向用戶端設備發(fā)送報警信息，以便用戶在用戶端設備上查看報警信息并進行對故障電弧處理的手動操作。本發(fā)明提供的能源網(wǎng)關(guān)作為智能電網(wǎng)用戶側(cè)的電力設備，能夠基于電力線載波通信技術(shù)，監(jiān)測用電線路故障電弧并通過網(wǎng)關(guān)向用戶發(fā)出安全用電警示，滿足用戶安全用電及獲取各類增值服務的需求。
【專利說明】一種實現(xiàn)故障電弧檢測的能源網(wǎng)關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能用電產(chǎn)品領(lǐng)域，特別涉及一種實現(xiàn)故障電弧檢測的能源網(wǎng)關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002]能源網(wǎng)關(guān)是家居智能化的重要組成部分，通過有無線方式與家庭智能交互終端等產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡各終端信息的采集、信息輸入、信息輸出、集中控制、遠程控制、聯(lián)動控制等功能。
[0003]但在指導電力用戶如何智能用電和安全用電方面，特別是具有對用電線路的故障電弧實現(xiàn)在線監(jiān)測功能的能源網(wǎng)關(guān)，目前還缺乏有效的解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種實現(xiàn)故障電弧檢測的能源網(wǎng)關(guān)，作為智能電網(wǎng)用戶側(cè)的家庭智能用電設備，能夠基于電力線載波通信技術(shù)，監(jiān)測用電線路故障電弧并通過網(wǎng)關(guān)向用戶發(fā)出安全用電警示，滿足用戶安全用電及獲取各類增值服務的需求。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對家庭用電線路故障電弧檢測的家庭能源網(wǎng)關(guān)，所述能源網(wǎng)關(guān)設置有對能源網(wǎng)關(guān)中各模塊工作進行控制的MCU微控制單元，和與所述MCU微控制單元分別連接的故障電弧檢測模塊、電弧狀態(tài)反饋模塊、設備狀態(tài)反饋模塊；
所述故障電弧檢測模塊對能源網(wǎng)關(guān)所在電網(wǎng)回路中的電弧狀態(tài)進行檢測得到的故障電弧信息，經(jīng)由與該故障電弧檢測模塊連接的所述電弧狀態(tài)反饋模塊發(fā)送至MCU微控制單元，由所述設備狀態(tài)反饋模塊向用戶端設備發(fā)送報警信息，以便用戶在家庭電視屏幕、平板電腦屏幕和手機屏幕等用戶端設備上查看報警信息以便及時發(fā)現(xiàn)家庭用電線路故障電弧隱患。從而有效避免由故障電弧帶來的電氣火災隱患，安全性高。
[0006]優(yōu)選地，所述故障電弧檢測模塊與家庭電力線路開關(guān)連接以獲取家庭內(nèi)各回路的電弧檢測信號，通過一個接口單元和與該接口單元連接的RS485芯片，將RS485格式的電弧檢測信號轉(zhuǎn)換為相應的TTL電平信號后向MCU微控制單元發(fā)送；所述RS485芯片與所述MCU微控制單元連接，以接收控制指令或傳輸電弧檢測的相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0007]優(yōu)選地，所述能源網(wǎng)關(guān)設置有與所述MCU微控制單元連接的載波通訊模塊；所述能源網(wǎng)關(guān)通過載波通訊模塊與終端設備之間基于電力線載波方式通信。
[0008]優(yōu)選地，所述能源網(wǎng)關(guān)通過插座電能量采集模塊，對與該能源網(wǎng)關(guān)基于電力線載波通信的插座進行電量計量；所述插座電能量采集模塊，通過與計量芯片連接的電阻分壓采樣電路來獲取插座的電壓信號，并通過計量芯片將電壓信號發(fā)送至MCU微控制單元。
[0009]優(yōu)選地，所述插座電能量采集模塊，通過與計量芯片連接的電流通道采樣電路來獲取插座的電流信號，并通過計量芯片將電流信號發(fā)送至MCU微控制單元。
[0010]優(yōu)選地，所述插座電能量采集模塊設置于所述能源網(wǎng)關(guān)中，或者設置在所述插座中。
[0011]優(yōu)選地，所述插座中設置有MCU控制器、與所述智能網(wǎng)關(guān)基于電力載波方式通信的第二載波通訊模塊、按鍵輸入模塊、在該插座處連接設置的顯示裝置上顯示用電量的輸出模塊、向連接至該插座的電器提供電源的供電模塊、以及為該插座供電的電源模塊。
[0012]優(yōu)選地，所述能源網(wǎng)關(guān)設置有分別與MCU微控制單元連接的終端設備控制模塊和控制結(jié)果反饋模塊；在MCU微控制單元控制下，所述終端設備控制模塊對終端設備的工作狀態(tài)進行控制，并經(jīng)由所述控制結(jié)果反饋模塊將控制結(jié)果反饋給MCU微控制單元。
[0013]本發(fā)明的一個優(yōu)選方案是提供一種能源網(wǎng)關(guān)，其中包含:
MCU微控制單元，及分別與之連接并受其控制的以下模塊:
載波通訊模塊，所述智能網(wǎng)關(guān)通過該載波通訊模塊與終端設備之間基于電力線載波方式通信；
終端設備控制模塊，接收MCU微控制單元的控制指令，對終端設備的工作狀態(tài)進行控制；
控制結(jié)果反饋模塊，其還與終端設備控制模塊連接，用來向MCU微控制單元反饋終端設備控制模塊對終端設備控制的結(jié)果；
故障電弧檢測模塊，接收MCU微控制單元的控制指令，對智能網(wǎng)關(guān)所在電網(wǎng)回路中的電弧狀態(tài)進行檢測；
電弧狀態(tài)反饋模塊，其還與故障電弧檢測模塊連接，用來向MCU微控制單元反饋故障電弧檢測模塊獲得的電弧狀態(tài)檢測結(jié)果；
插座電能量采集模塊，對與該智能網(wǎng)關(guān)基于電力線載波通信的插座進行電量計量，并將電量值發(fā)送至MCU微控制單元；
設備狀態(tài)反饋模塊，通過無線方式與用戶端設備進行信息交互，向其發(fā)送智能網(wǎng)關(guān)自身或由其控制的終端設備的運行狀態(tài)，或接收用戶端設備發(fā)送的控制信號以調(diào)整終端設備的工作狀態(tài)；以及，
電源模塊，為所述智能網(wǎng)關(guān)的各個模塊供電。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的能源網(wǎng)關(guān)，其優(yōu)點在于:本發(fā)明作為智能電網(wǎng)用戶側(cè)的家庭智能用電設備，能夠基于電力線載波技術(shù)，檢測家庭用電線路故障電弧，并與終端設備通信，滿足用戶安全用電及獲取各類增值服務的需求。本發(fā)明還具備對家庭用電終端設備控制及結(jié)果反饋功能、對插座進行電量計量的功能，還能夠?qū)⒓彝ビ秒娊K端設備的實時工作情況反饋至手機、平板電腦等用戶端設備，方便用戶監(jiān)測并進行手動控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明所述實現(xiàn)故障電弧檢測的能源網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明所述能源網(wǎng)關(guān)的一個優(yōu)選示例的示意圖；
圖3是所述能源網(wǎng)關(guān)中MCU微控制單元的示意圖；
圖4是所述能源網(wǎng)關(guān)中晶振電路的不意圖；
圖5是所述能源網(wǎng)關(guān)中載波信號解調(diào)電路的示意圖；
圖6是所述能源網(wǎng)關(guān)中載波發(fā)射電路的示意圖；
圖7是所述能源網(wǎng)關(guān)中終端設備控制模塊的示意圖；
圖8是所述能源網(wǎng)關(guān)中控制結(jié)果反饋模塊的示意圖； 圖9是所述能源網(wǎng)關(guān)中故障電弧檢測模塊及電弧狀態(tài)反饋模塊的示意圖；
圖10是所述能源網(wǎng)關(guān)中插座電能量采集模塊的示意圖；
圖11是所述插座電能量采集模塊中電阻分壓采樣電路的示意圖；
圖12是所述插座電能量采集模塊中電流通道采樣電路的示意圖；
圖13是所述插座電能量采集模塊中接口濾波模塊的示意圖；
圖14是所述能源網(wǎng)關(guān)中存儲電路的不意圖；
圖15是所述能源網(wǎng)關(guān)中電源模塊的示意圖；
圖16是所述能源網(wǎng)關(guān)中一個接口電路的示意圖；
圖17是所述能源網(wǎng)關(guān)中繼電器接口的示意圖；
圖18是所述能源網(wǎng)關(guān)中防雷保護電路的示意圖；
圖19?圖21是所述能源網(wǎng)關(guān)中直流信號輸出電路的示意圖；
圖22是所述能源網(wǎng)關(guān)中編程端口的示意圖；
圖23是所述能源網(wǎng)關(guān)中上電復位電路的示意圖；
圖24是所述能源網(wǎng)關(guān)中一個濾波電路的示意圖；
圖25是所述能源網(wǎng)關(guān)中過零檢測電路的示意圖；
圖26是所述能源網(wǎng)關(guān)中脈沖輸出信號隔離電路的示意圖；
圖27是所述能源網(wǎng)關(guān)中電流采樣電阻的示意圖；
圖28是帶電量計量的載波插座的一個示例結(jié)構(gòu)的示意圖。

【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本發(fā)明所述實現(xiàn)故障電弧檢測的能源網(wǎng)關(guān)，其中設置有MCU微控制單元1，故障電弧檢測模塊4、電弧狀態(tài)反饋模塊5、設備狀態(tài)反饋模塊6。
[0017]所述故障電弧檢測模塊4，用來對能源網(wǎng)關(guān)所在智能電網(wǎng)中各個回路的電弧狀態(tài)進行檢測，當其通過巡檢判斷連接線中有故障電弧存在時，能夠通過電弧狀態(tài)反饋模塊5向MCU微控制單元I反饋。
[0018]所述設備狀態(tài)反饋模塊6，能夠?qū)⒛茉淳W(wǎng)關(guān)自身或由其控制的終端設備的實時運行狀態(tài)，通過各種有線或無線方式(優(yōu)選是WiFi )傳輸至平板或手機等用戶端設備，方便用戶通過這些用戶端設備進行現(xiàn)場觀察，并接收用戶端設備發(fā)送的控制信號從而調(diào)整終端設備的工作狀態(tài)。
[0019]一個優(yōu)選的示例中，所述故障電弧檢測模塊4檢測到的故障電弧信息，經(jīng)由所述電弧狀態(tài)反饋模塊5發(fā)送至MCU微控制單元I后，由連接所述MCU微控制單元I的所述設備狀態(tài)反饋模塊6向用戶端設備發(fā)送報警信息，以便用戶在用戶端設備上查看報警信息并進行對故障電弧處理的手動操作，來避免由故障電弧帶來的電氣火災。
[0020]如圖9所示的一個示例中，所述故障電弧檢測模塊4及電弧狀態(tài)反饋模塊5的組合中，通過一種RS485芯片，進行RS485信號與TTL電平協(xié)議轉(zhuǎn)換；本例中故障電弧檢測模塊通過P3接口連接該RS485芯片，進而與MCU微控制單元I信號連接，以傳輸電弧檢測的數(shù)據(jù)或接收控制指令。該RS485芯片通過信號發(fā)送端TXD、信號接收端RXD和控制端CON與MCU微控制單元I連接。P3接口的第一端直接連接至RS485芯片的B極性端，所述接口單元的第二端有一路直接連接至RS485芯片的A極性端，還有一路經(jīng)一個電阻連接至RS485芯片的B極性端；所述接口單元的第三端直接連接至RS485芯片的RGND端。在一些示例中，故障電弧檢測模塊可以是集成在外部終端設備中的器件；故障電弧檢測模塊還可以是通過P3接口及RS485芯片后，連接至網(wǎng)關(guān)的載波通訊模塊2進行信號傳輸，等等。
[0021]所述MCU微控制單元1，用來對能源網(wǎng)關(guān)中其他模塊的工作進行控制。圖3中示出了 MCU微控制單元I的芯片R8C/33C及其管腳設置情況，將在介紹圖2中的其他模塊時相應說明。
[0022]本發(fā)明中所述能源網(wǎng)關(guān)對其所在智能電網(wǎng)中的終端設備(包含但不限于通過電力線與該能源網(wǎng)關(guān)連接的開關(guān)、插座、燈等各種智能電器)，通過電力載波(即PLC, Power lineCommunicat1n)方式進行通信，能源網(wǎng)關(guān)對這些終端設備的工作狀態(tài)進行智能控制。
[0023]配合參見圖2、圖3所示，在本發(fā)明的能源網(wǎng)關(guān)中，設置了與MCU微控制單元I連接的載波通訊模塊2。所述載波通訊模塊，基于電力線載波技術(shù)，通過電力線與終端設備進行通信。調(diào)制信號通過載波通訊模塊的濾波電路濾波后，進入功放電路放大，最后經(jīng)過耦合電路進入電力線信道中傳輸。
[0024]圖5示出一種載波通訊模塊所使用的載波信號解調(diào)電路，其基于一個AFE3361的載波芯片，接收來自終端設備的載波信號，并通過與該載波芯片連接的一個FSK解調(diào)芯片對載波信號進行解調(diào)；還與MCU微控制單元I連接以接收控制信號及發(fā)送解調(diào)后的信號。該載波芯片的管腳FILT-1N通過電阻R20及R23與FSK解調(diào)芯片連接，還通過電阻R19、電容C21及C25后接地；載波芯片的管腳SQLCH通過電容C12，經(jīng)由電阻R23FSK解調(diào)芯片連接，還經(jīng)由電阻R9與MCU微控制單元I芯片的管腳SING_IN連接。載波芯片的管腳FILT-OUT也經(jīng)由電阻R9與MCU微控制單元I芯片的管腳SING_IN連接。所述載波芯片的管腳OSCl經(jīng)過電容Cl 1、電阻R6連接至MCU微控制單元I芯片的管腳185K，來發(fā)送載波芯片所產(chǎn)生的185K混頻信號；在管腳OSCl處還經(jīng)由電容Cll與并聯(lián)的電容C6、C8及電感LI連接。該載波芯片的管腳FILT-OUT經(jīng)過電阻R9連接至MCU微控制單元I芯片的管腳SING_IN。該載波芯片的管腳MIX-OUT、LIM-1N分別與基于LT455BW陶瓷過濾器的兩個管腳連接，LT455BW模塊用于提取455K的中心頻點。該載波芯片的管腳QUAD連接有并聯(lián)的電阻R5及鑒頻器Zl,由鑒頻器Zl鑒別455K的信號。電容C1、C9分別與載波芯片的管腳DCPLl、DCPL2連接。載波芯片的管腳RA經(jīng)由電阻R8、電容C25后接地。所述的載波信號解調(diào)電路，通過相應電路產(chǎn)生185K的混頻信號，再經(jīng)過提取455K的中心頻點，和對455K的信號鑒別，再經(jīng)過AFE3361載波芯片獲取BFSK載波信號，進行FSK解調(diào)。
[0025]圖6示出一種載波通訊模塊所使用的載波發(fā)射電路，對信號進行功放、濾波、再耦合的處理后輸出。其中，設置了并聯(lián)的電容C23、電感L4、反向并聯(lián)的二極管D3及D4 ;上述載波芯片的管腳MIX-1N在載波發(fā)射電路的FSK_IN處與二極管D4的負極連接，還經(jīng)由串聯(lián)的電容C22、電感L3、電阻R18連接至一耦合線圈T2的第四端口；在FSK_IN處，連接圖4所示AFE3361的FSK解調(diào)芯片，來獲取BFSK的載波信號。MCU微控制單元I芯片的管腳DATA_OUT經(jīng)由電阻R22連接至N型MOSFET管的柵極，還通過電容C24連接至P型MOSFET管的柵極；N型MOSFET管的源極接地；P型MOSFET管的源極接12V電源，其源極與柵極之間還并聯(lián)設置有電阻R21和二極管D2 ；N型及P型MOSFET管的漏極通過電感L2、電容C20連接至耦合線圈T2的第四端口。由MCU微控制單元I芯片的管腳DATA_0UT輸送的信息，經(jīng)由所述載波發(fā)射電路，最后通過耦合線圈T2接入至電力線中來發(fā)送。圖5中包含N型及P型MOSFET管的Vl模塊與其周邊的元器件相配合，即作為載波通訊模塊的功放電路使用。
[0026]在本發(fā)明的能源網(wǎng)關(guān)中，設置了分別與MCU微控制單元I連接的終端設備控制模塊7和控制結(jié)果反饋模塊8 ;所述終端設備控制模塊7還連接至控制結(jié)果反饋模塊8。
[0027]所述終端設備控制模塊7，用于對終端設備的工作狀態(tài)進行控制，例如對燈的亮、滅，插座的通電、斷電進行控制。圖7所示是終端設備控制模塊7對路燈進行控制的一個示例。所述終端設備控制模塊7中包括繼電器JDQl、二極管Dl、三極管Ql、電阻R24、電阻R25、電阻R26和電容C22，繼電器JDQl的常開端和常閉端分別連接路燈電纜的火線進線Lin和火線出線Lout，繼電器JDQl與二極管Dl并聯(lián)后的一端連接至控制結(jié)果反饋模塊8，同時通過電阻R24連接至電源模塊9的電源端，并聯(lián)后的另一端連接三極管Ql的C極，三極管Ql的E極接地，三極管Ql的B極連接電容C22的一端、電阻R25的一端和電阻R26的一端，電容C22的另一端和電阻R25的另一端接地，電阻R26的另一端連接至MCU微控制單元11的RELAY管腳。其中，所述三極管Ql是型號為S8050的三極管。
[0028]所述終端設備控制模塊7中，Lin為電纜火線進線，Lout為經(jīng)終端設備控制模塊7控制后的火線出線，其與路燈連接#為零線。當MCU微控制單元I的RELAY管腳輸出高電平時，晶體管Ql飽和導通，C極(集電極)變?yōu)榈碗娖?，因此繼電器JDQl線圈通電，觸點位置打到常開點，此時Lin與Lout斷開。
[0029]其中，繼電器JDQl采用12v驅(qū)動，觸點容量10A，平時正常工作狀態(tài)下Lin與Lout接繼電器JDQl的常閉端，以節(jié)省功耗。三極管Ql可視為控制開關(guān)，選取VCBO ^ VCEOR ^ 24V，放大倍數(shù)在120-240之間。電阻R26與電阻R24主要起限流作用，以降低三極管Ql的功耗。電阻R25和電容C22可使三極管Ql可靠截止。與繼電器JDQl的線圈并聯(lián)的二極管Dl為保護二極管，由于線圈的電感在斷電的瞬間，線圈兩端將產(chǎn)生較高的反向電壓，這個電壓與電源電壓疊加，很可能超過三極管Ql的最大反向擊穿電壓，使三極管Ql擊穿損壞，而二極管Dl的作用就是消除這個反向電壓的影響，以防止電路元件的損壞，保護電路的正常工作。
[0030]所述控制結(jié)果反饋模塊8，將終端設備控制模塊7對終端設備的控制結(jié)果反饋給MCU微控制單元I。如圖8所示的一個具體實施例中，所述控制結(jié)果反饋模塊88包括光耦E1、二極管D2、電容C23、電阻R27、電阻R28、電阻R29、電阻R30和電阻R31。所述終端設備控制模塊7的輸出電壓，經(jīng)過串聯(lián)連接的電阻R27、電阻R28和電阻R29降壓后，再通過光耦El隔離后，反饋給MCU微控制單元11。二極管D2與光耦El并聯(lián)連接，對其進行保護以免反向擊穿；光耦El和MCU微控制單元I之間還設有起整形濾波作用的、并聯(lián)連接的電阻R31和電容C23。其中，所述光耦El是型號為K1010-K35的光耦。
[0031 ] 本例中的控制結(jié)果反饋模塊8采集路燈側(cè)電壓，經(jīng)降壓、光耦隔離后反饋給MCU微控制單元I。若拉閘控制成功，MCU微控制單元I得到低電平信號，若拉閘控制不成功，MCU微控制單元11得到高電平信號，從而得到控制結(jié)果。其中，R27-R30為降壓電阻，二極管D2在220v交流電負半周保護光耦El不至于被反向擊穿，光耦El起隔離作用，電阻R31與電容C23起濾波整形作用。
[0032]在本發(fā)明的能源網(wǎng)關(guān)中，設置了與MCU微控制單元I連接的插座電能量采集模塊
3。所述插座電能量采集模塊3，用于采集插座的相應數(shù)據(jù)并傳輸給MCU微控制單元I。如圖10所示的插座電能量采集模塊3基于一個RN8205計量芯片，并通過電阻分壓采樣電路和電流通道采樣網(wǎng)絡，使計量芯片能夠根據(jù)電壓和電流的數(shù)值計算得到功率因子等其它電能量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電量計量。如圖11所示是電阻分壓采樣電路的一個示例，該電阻分壓采樣電路上為220V電源，通過設置一組串聯(lián)的電阻進行降壓的方式來采集到電壓信號，通過與并聯(lián)在最末端的電阻R15上的電容C12連接至計量芯片的V2P管腳。
[0033]如圖12所示是電流通道采樣電路的一個示例,該電路的I+端通過電阻R21接地，還通過串聯(lián)的電阻R16及電容C14接地；該電路的1-端通過電阻R22接地，還通過串聯(lián)的電阻R17及電容C15接地；1+端與1-端之間設有電阻R23。從電阻R16及電容C14之間的節(jié)點處連接計量芯片的VlN管腳，從電阻R17及電容C15之間的節(jié)點處連接計量芯片的VlP管腳，將采樣電阻采集電流數(shù)據(jù)輸送至計量芯片。
[0034]其他與所述計量芯片的相應管腳連接的器件，還包括:由退耦電容構(gòu)成連接計量芯片管腳AVDD、DVDD的濾波電路，連接計量芯片管腳RSTN的復位電路，連接計量芯片管腳V2N的信號采樣電路，連接計量芯片管腳REFV的電平參考電路，連接計量芯片管腳0SC0、OSCl以提供時基信號的晶振電路(見圖10)，以及分別連接至計量芯片管腳SCLK、SD0、SCS、SDI的若干接口濾波電路(見圖13)。
[0035]在一個具體的示例中，可以是在插座中設置所述的插座電能量采集模塊。如圖28所示，該插座設置有MCU控制器、與智能網(wǎng)關(guān)基于電力載波技術(shù)通信的載波通訊模塊、按鍵等輸入模塊、在該插座處連接設置的顯示裝置上顯示用電量的輸出模塊、向連接至該插座的電器提供220VAC電源的供電模塊、為該插座供電的電源模塊，以及所述的插座電能量采集模塊。其中，所述載波通訊模塊可以使用圖5、圖6所示的電路架構(gòu)，通過設置濾波電路、功放電路和耦合電路實現(xiàn)；所述插座電能量采集模塊可以使用圖10?圖13的電路架構(gòu)實現(xiàn)。
[0036]如圖15所示，是本發(fā)明所述能源網(wǎng)關(guān)中設置的電源模塊9的一個示例，該電源模塊9用來對能源網(wǎng)關(guān)中的各模塊供電。變壓器一次線圈的第二端經(jīng)由熱敏電阻PTCl連接火線Lin，第一端連接零線Ninl ;第四端連接二極管Dll正極，第五端連接二極管DlO正極，通過二極管DlUDlO負極連接至穩(wěn)壓模塊U8的第一管腳；第四端還連接二極管D12負極，第五端連接二極管D13負極，通過二極管D12、D13正極連接至穩(wěn)壓模塊U8的第二管腳；穩(wěn)壓模塊U8的第三管腳輸出12V電源；在穩(wěn)壓模塊U8的第一、第二管腳之間設有電解電容CE3，第三、第二管腳之間設有并聯(lián)的電解電容CE4及電容C34。變壓器二次線圈的第六端、第七端與二極管D6、D7、D5、D8至穩(wěn)壓模塊U9的連接方式，可以參見上述對變壓器一次線圈的第四、第五端處的電路連接方式；穩(wěn)壓模塊U9的第三、第二管腳之間設有并聯(lián)的電解電容CE5及電容C33,還與穩(wěn)壓模塊U4的第一、第二管腳連接，由穩(wěn)壓模塊U4的第三管腳輸出VCC電源；在穩(wěn)壓模塊U4的第三、第二管腳之間設有并聯(lián)的電解電容CE2及電容C28。
[0037]另外，在本發(fā)明所述能源網(wǎng)關(guān)中還設置有以下的部件，相關(guān)元件的連接請參見相關(guān)附圖:圖3所示是晶振單元，其與MCU微控制單元I的管腳XTl及XT2連接，用來提供基本時鐘信號。圖14所示的存儲電路，通過一個EEPROM存儲芯片的相應管腳連接至MCU微控制單元I芯片的SCL、SDA管腳，來存儲MCU微控制單元I接收到的各種數(shù)據(jù)，以及MCU微控制單元I處理的中間數(shù)據(jù)。
[0038]圖16所示是一個接口模塊JPl，其作為計量模塊的接口，在對用電量數(shù)據(jù)進行計量時使用。接口模塊JPl具有一些相應的端口與MCU微控制單元I芯片的RESTJL、SD0、SCLK, SCS, SD1、CF管腳連接，有另外一些相應的端口與電流通道采樣電路的I+端和1-端連接，還有一些相應的端口與電阻分壓采樣電路的N端連接。圖17所示是一個繼電器端口JP2，其有相應的端口連接至MCU微控制單元I芯片的RELAYl管腳。圖18所示是一個防雷保護電路，由GIAl B8G800L型放電二極管及若干電阻構(gòu)建，連接至有關(guān)模塊的Lin和Ninl端。
[0039]如圖19?圖21示出一種0-10V直流信號輸出電路。其中，通用放大器U5的VinB+端連接至MCU微控制單元I芯片的ADl管腳，來獲取要輸出的信號；通用放大器U5與連接至通用放大器U6的光耦模塊分別在AD1’處、FKl處連接，通用放大器U6還在All處與模塊J2的管腳連接，All處設有并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管和電容。
[0040]圖22所示的編程端口模塊JZl，通過相應端口分別與MCU微控制單元I芯片的RESET,MODE管腳連接，便于進行軟件調(diào)試。圖23所示的上電復位電路，與MCU微控制單元I芯片的RESET管腳連接。圖24所示通過并聯(lián)的退耦電容C4、C5進行濾波。圖25所示的過零檢測電路，與MCU微控制單元I芯片的ZERO管腳連接，還在N、L端與市電電壓連接。圖26所示的脈沖輸出信號隔離模塊，設置了光稱，其與MCU微控制單元I芯片的CF管腳連接。如圖27所示,所述能源網(wǎng)關(guān)的電路中，Ninl與Noutl相當于以導線直接連接，Nin與Nout的連線情況與之類似；Linl與Loutl之間設有猛銅分流電阻，Linl處接地；Lin與Lout的連線情況與之類似。
[0041]綜上所述，本發(fā)明提供的能源網(wǎng)關(guān)，作為智能電網(wǎng)用戶側(cè)的電力設備，能夠基于電力線載波技術(shù)與終端設備通信，滿足用戶安全用電及獲取各類增值服務的需求。該能源網(wǎng)關(guān)具備故障電弧檢測、終端設備的控制及結(jié)果反饋功能、對插座進行電量計量的功能，還能夠?qū)⒔K端設備的實時工作情況反饋至手機、平板電腦等用戶端設備，方便用戶監(jiān)測并進行手動控制。
[0042]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種實現(xiàn)故障電弧檢測的能源網(wǎng)關(guān)，其特征在于， 所述能源網(wǎng)關(guān)設置有對能源網(wǎng)關(guān)中各模塊工作進行控制的MCU微控制單元(1)，和與所述MCU微控制單元(I)分別連接的故障電弧檢測模塊、電弧狀態(tài)反饋模塊、設備狀態(tài)反饋模塊； 所述故障電弧檢測模塊(4)對能源網(wǎng)關(guān)所在電網(wǎng)回路中的電弧狀態(tài)進行檢測得到的故障電弧信息，經(jīng)由與該故障電弧檢測模塊(4)連接的所述電弧狀態(tài)反饋模塊(5)發(fā)送至MCU微控制單元(1)，由所述設備狀態(tài)反饋模塊(6)向用戶端設備發(fā)送報警信息，以便用戶在用戶端設備上查看報警信息并進行對故障電弧處理的手動操作。
2.如權(quán)利要求1所述的能源網(wǎng)關(guān)，其特征在于， 所述故障電弧檢測模塊(4)與電力線路開關(guān)連接以獲取各回路的電弧檢測信號，通過一個接口單元(P3 )和與該接口單元(P3 )連接的RS485芯片，將RS485格式的電弧檢測信號轉(zhuǎn)換為相應的TTL電平信號后向MCU微控制單元(I)發(fā)送；所述RS485芯片與所述MCU微控制單元(I)連接，以接收控制指令或傳輸電弧檢測的相關(guān)數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的能源網(wǎng)關(guān)，其特征在于， 所述能源網(wǎng)關(guān)設置有與所述MCU微控制單元(I)連接的載波通訊模塊(2 );所述能源網(wǎng)關(guān)通過載波通訊模塊(2)與終端設備之間基于電力線載波方式通信。
4.如權(quán)利要求3所述的能源網(wǎng)關(guān)，其特征在于， 所述能源網(wǎng)關(guān)通過插座電能量采集模塊(3)，對與該能源網(wǎng)關(guān)基于電力線載波通信的插座進行電量計量；所述插座電能量采集模塊(3)，通過與計量芯片連接的電阻分壓采樣電路來獲取插座的電壓信號，并通過計量芯片將電壓信號發(fā)送至MCU微控制單元(I)。
5.如權(quán)利要求4所述的能源網(wǎng)關(guān)，其特征在于， 所述插座電能量采集模塊(3)，通過與計量芯片連接的電流通道采樣電路來獲取插座的電流信號，并通過計量芯片將電流信號發(fā)送至MCU微控制單元(I)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的能源網(wǎng)關(guān)，其特征在于， 所述插座電能量采集模塊(3 )設置于所述能源網(wǎng)關(guān)中，或者設置在所述插座中。
7.如權(quán)利要求6所述的能源網(wǎng)關(guān)，其特征在于， 所述插座中設置有MCU控制器、與所述智能網(wǎng)關(guān)基于電力載波方式通信的第二載波通訊模塊、按鍵輸入模塊、在該插座處連接設置的顯示裝置上顯示用電量的輸出模塊、向連接至該插座的電器提供電源的供電模塊、以及為該插座供電的電源模塊。
8.如權(quán)利要求1所述的能源網(wǎng)關(guān)，其特征在于， 所述能源網(wǎng)關(guān)設置有分別與MCU微控制單元(I)連接的終端設備控制模塊(7)和控制結(jié)果反饋模塊(8 );在MCU微控制單元(I)控制下，所述終端設備控制模塊(7 )對終端設備的工作狀態(tài)進行控制，并經(jīng)由所述控制結(jié)果反饋模塊(8)將控制結(jié)果反饋給MCU微控制單元(I)。
9.一種能源網(wǎng)關(guān)，其特征在于，包含: MCU微控制單元(I )，及分別與之連接并受其控制的以下模塊: 載波通訊模塊(2)，所述智能網(wǎng)關(guān)通過該載波通訊模塊(2)與終端設備之間基于電力線載波方式通信； 終端設備控制模塊(7)，接收MCU微控制單元(I)的控制指令，對終端設備的工作狀態(tài)進行控制； 控制結(jié)果反饋模塊(8 )，其還與終端設備控制模塊(7 )連接，用來向MCU微控制單元(I)反饋終端設備控制模塊(7)對終端設備控制的結(jié)果； 故障電弧檢測模塊(4)，接收MCU微控制單元(I)的控制指令，對智能網(wǎng)關(guān)所在電網(wǎng)回路中的電弧狀態(tài)進行檢測； 電弧狀態(tài)反饋模塊(5 )，其還與故障電弧檢測模塊(4 )連接，用來向MCU微控制單元(I)反饋故障電弧檢測模塊(4)獲得的電弧狀態(tài)檢測結(jié)果； 插座電能量采集模塊(3)，對與該智能網(wǎng)關(guān)基于電力線載波通信的插座進行電量計量，并將電量值發(fā)送至MCU微控制單元(I); 設備狀態(tài)反饋模塊(6)，通過無線方式與用戶端設備進行信息交互，向其發(fā)送智能網(wǎng)關(guān)自身或由其控制的終端設備的運行狀態(tài)，或接收用戶端設備發(fā)送的控制信號以調(diào)整終端設備的工作狀態(tài)；以及， 電源模塊(9 )，為所述智能網(wǎng)關(guān)的各個模塊供電。
【文檔編號】G08C19/00GK104135431SQ201410414803
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】吳海生, 倪振華, 林亦雷, 沈仁根, 盧士達, 陳瑜, 齊建群 申請人:上海歐憶智能網(wǎng)絡有限公司, 國網(wǎng)上海市電力公司