帶無線通信和計量功能的智能漏電保護(hù)器及其控制工序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種帶無線通信和計量功能的智能漏電保護(hù)器及其控制工序，屬于電 力管控技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 自從人類發(fā)明并使用電以來，電不僅能給人類帶來了很多方便，也能給人類帶來 滅頂之災(zāi)。它可能燒壞電器，引起火災(zāi)，或者使人觸電。如果有一種設(shè)備可以使人們安全地 使用電，將會避免很多不必要的損失。所以在五花八門的電器接踵而來的同時，也誕生了 各式各樣的保護(hù)器。其中有一種是專門保護(hù)人的，稱為漏電保護(hù)器。漏電保護(hù)器俗稱漏電 開關(guān)，是用于在電路或電器絕緣受損發(fā)生對地短路時防人身觸電和電氣火災(zāi)的保護(hù)電器， 一般安裝于每戶配電箱的插座回路上和全樓總配電箱的電源進(jìn)線上，后者專用于防電氣火 災(zāi)。
[0003] 普通的漏電保護(hù)繼電器由零序互感器、脫扣器和輸出信號的輔助接點(diǎn)組成。它可 與大電流的自動開關(guān)配合，作為低壓電網(wǎng)的總保護(hù)或主干路的漏電、接地或絕緣監(jiān)視保護(hù)。 當(dāng)主回路有漏電流時，由于輔助接點(diǎn)和主回路開關(guān)的分離脫扣器串聯(lián)成一回路，因此輔助 接點(diǎn)接通分離脫扣器而斷開空氣開關(guān)、交流接觸器等，使其掉閘，切斷主回路。輔助接點(diǎn)也 可以接通聲、光信號裝置，發(fā)出漏電報警信號，反映線路的絕緣狀況。
[0004] 節(jié)能減排越來越得到全社會的重視，人們對家庭用電情況也更加關(guān)注，但對于一 些用電器的實(shí)際電量消耗卻了解得并不多，而現(xiàn)在家庭中大部分供電線路采用分路接線， 例如：插座、照明、廚房、空調(diào)、熱水器等均有獨(dú)立的空氣開關(guān)，而且這些分路開關(guān)之前還有 一個總的漏電保護(hù)器，保障用電安全。對家庭中各種用電器的用電情況可通過這些分路空 氣開關(guān)和漏電保護(hù)器進(jìn)行計量，再通過某種通信方式傳遞至用戶的手機(jī)或平板電腦上，但 目前的空氣開關(guān)和漏電保護(hù)期均不具有這些功能，無法實(shí)現(xiàn)用戶對家用電器用電情況的監(jiān) 督。
[0005] 現(xiàn)有的用電控制技術(shù)上，以采用傳統(tǒng)的漏電保護(hù)器或者過載、過流保護(hù)器來控制 電路的安全為主，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)上，不斷衍生出一些具備智能控制的微型斷路器，可 以通過編程的方式實(shí)現(xiàn)對電力線路的檢測，以達(dá)到更安全的控制，但這些智能微型斷路器 均需要配合一些列的設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)其功能，而且對于這些智能微型斷路器來說，均需要大 型的服務(wù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對于實(shí)現(xiàn)智能斷路器的家庭化，以及小型化普及來說困難重 重，而對于家庭用戶來說，能夠使用移動終端來檢查電力線路信息將會更加直觀，更加有 效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種帶無線通信和計量功能的智能漏電保護(hù)器 及其控制工序，通過電力線載波進(jìn)行通信，將家庭用電情況傳遞給智能網(wǎng)關(guān)，并與各分路的 智能斷路器通過無線進(jìn)行通信，匯總所有智能斷路器的計量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電力線數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程 監(jiān)控。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種帶無線通信和計量功能的智能漏電保護(hù)器及其控制工序，智能漏電保護(hù)器包 括供電電源、單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲器、無線通信模塊、電壓和電流采樣部分、拉閘控制部分以及 斷路器部分，其中數(shù)據(jù)存儲器、無線通信模塊和單片機(jī)雙向連接，電壓和電流采樣部分、拉 閘控制部分和單片機(jī)單向連接，斷路器部分和拉閘控制部分連接，供電電源用于所有部件 的供電。
[0009] 地址申請/注冊工序：地址申請工序，智能斷路器只能在上電初始階段向智能漏 電保護(hù)器進(jìn)行地址申請，本工序同時也是注冊到智能漏電保護(hù)器的過程：
[0010] (一）智能斷路器上電（注意由智能漏電保護(hù)器上電，斷路器本身上電不算）l〇S 內(nèi)，按下智能短路器的按鍵2s，智能斷路器啟動地址申請工序。超出10s后按下斷路器按 鍵，則斷路器跳閘。
[0011](二）智能斷路器在上電10S內(nèi)檢測到按鍵被按下，并且持續(xù)2S以上后，向智能漏 電保護(hù)器發(fā)送申請地址報文，申請地址報文為645報文，報文如下：
[0012] 68 斷路器通信地址 68 1F02E2 35CS16
[0013] 其中：斷路器通信地址為自身當(dāng)前通信地址，不管是出廠地址還是之前申請的地 址；E2 35為申請地址的數(shù)據(jù)標(biāo)識。
[0014](三）智能斷路器在收到智能漏電保護(hù)器的響應(yīng)645報文后應(yīng)作以下判斷：控制 必須為9F，數(shù)據(jù)域長度必須為8字節(jié)，數(shù)據(jù)域后六個字節(jié)的數(shù)據(jù)減33后必須與地址域一致。 收到的報文舉例：
[0015] 68斷路器通信地址68 9F08E2 35斷路器通信地址+0x33CS16
[0016](四）滿足以上3個條件后，智能斷路器保存申請到的地址，回復(fù)智能漏電保護(hù)器 確認(rèn)報文，并控制斷路器跳閘，確認(rèn)報文舉例：
[0017] 68斷路器通信地址68 9F00CS16
[0018]用電量信息收集工序：用電信息收集工序包含智能斷路器對電量的采集記錄，智 能漏電保護(hù)器對電量的收集統(tǒng)計，智能網(wǎng)關(guān)對電量的統(tǒng)計、存儲。
[0019](一）智能斷路器內(nèi)含電量計量芯片，智能斷路器上電后通過采樣對電量進(jìn)行計 量，并記錄計量結(jié)果，等待智能漏電保護(hù)器讀取。智能斷路器內(nèi)含存儲器，保證電量掉電保 存。
[0020] (二）智能漏電保護(hù)器從上電開始，每隔15分鐘中讀取智能斷路器的當(dāng)前電量，存 儲在存儲設(shè)備中，并且會將所有斷路器的當(dāng)前電量進(jìn)行累加作為自身的當(dāng)前電量存儲。智 能漏電保護(hù)器最多支持存儲16個智能斷路器的上24小時的電量數(shù)據(jù)。
[0021] (三）智能網(wǎng)關(guān)每天會定時讀取智能漏電保護(hù)器的電量數(shù)據(jù)，并保存，若通過手機(jī) 軟件或平板電腦軟件等刷新網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)會立即讀取智能漏電保護(hù)器存儲的電量數(shù)據(jù)。 智能網(wǎng)關(guān)會存儲所有智能漏電保護(hù)器與智能斷路器最近24小時的小時凍結(jié)，最新1個月的 日凍結(jié)數(shù)據(jù)，以及最近12個月的月凍結(jié)數(shù)據(jù)。
[0022] 用戶控制工序：用戶通過手機(jī)軟件或平板電腦軟件等對智能斷路器進(jìn)行跳閘操 作，手機(jī)軟件或平板電腦軟件將信息傳給智能網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將信息加工后通過電力線載波轉(zhuǎn) 發(fā)給智能漏電保護(hù)器，智能漏電保護(hù)器對報文進(jìn)行解析與轉(zhuǎn)發(fā)，只有數(shù)據(jù)正確的報文才會 轉(zhuǎn)發(fā)給智能斷路器，數(shù)據(jù)錯誤的報文直接丟棄。智能斷路器收到跳閘報文后進(jìn)行跳閘動作。
[0023] 本發(fā)明的有益效果：
[0024] 本發(fā)明提供了帶無線通信和計量功能的智能漏電保護(hù)器及其控制工序，。
【附圖說明】
[0025] 圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖2為智能漏電保護(hù)器結(jié)構(gòu)框圖；
[0027] 圖3為供電電源電路原理圖；
[0028] 圖4為單片機(jī)（帶電能計量）部分電路原理圖；
[0029] 圖5為電壓和電流采樣部分電路原理圖；
[0030] 圖6為拉閘控制部分電路原理圖；
[0031] 圖7為無線通信模塊電路原理圖；
[0032] 圖8為數(shù)據(jù)存儲器電路原理圖；
[0033] 圖9為斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0034] 圖10為浪涌保護(hù)部分；
[0035] 圖11為軟件流程圖；
[0036] 圖12為字節(jié)傳輸序列圖；
[0037] 圖13為控制碼格式圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 如圖1所示，該系統(tǒng)包含了智能斷路器、智能漏電保護(hù)器、智能網(wǎng)關(guān)，終端設(shè)備和 安裝在終端設(shè)備上的應(yīng)用軟件，所述終端設(shè)備包括平板電腦、手機(jī)或PC機(jī)，其中智能漏電 保護(hù)器作為核心部件，對上與智能網(wǎng)關(guān)通過電力線載波進(jìn)行通信，將家庭用電情況傳遞給 智能網(wǎng)關(guān)，并能響應(yīng)智能網(wǎng)關(guān)下發(fā)的各種命令，對下與各分路的智能斷路器通過無線進(jìn)行 通信，匯總并統(tǒng)計所管理的所有智能斷路器的計量數(shù)據(jù)，并能下發(fā)命令控制斷路器跳閘，另 外該智能漏電保護(hù)器還具有漏電流檢測、過載保護(hù)、浪涌保護(hù)、控制整個家庭斷電等功能。
[0039] 智能漏電保護(hù)器與智能斷路器采用無線通信的好處是不需要額外布通信線，安裝 簡單，故障率低，可維護(hù)性高，并且無線模塊的功耗極低，內(nèi)部電路的供電容易實(shí)現(xiàn)；與智能 網(wǎng)關(guān)采用載波通信的好處是：不需要額外布通信線，安裝簡單，故障率低，可維護(hù)性高，另外 載波通信不會受到鐵箱的屏蔽作用，而智能漏電保護(hù)器與智能斷路器同處一個鐵箱，所以 可以采用無線通信方式，發(fā)揮無線通信的低功耗優(yōu)勢。
[0040] 如圖2所示為智能漏電保護(hù)器的結(jié)構(gòu)框圖，智能漏電保護(hù)器包括供電電源、單片 機(jī)、數(shù)據(jù)存儲器、無線通信模塊、電壓和電流采樣部分、拉閘控制部分以及斷路器部分，其中 數(shù)據(jù)存儲器、無線通信模塊和單片機(jī)雙向連接，電壓和電流采樣部分、拉閘控制部分和單片 機(jī)單向連接，斷路器部分和拉閘控制部分連接，供電電源用于所有部件的供電；
[0041] 如圖3所示，供電電源采用阻容降壓方式得到+18V電源，R9是一顆保護(hù)電阻，C1 是充電電容，VD3是一顆18V的穩(wěn)壓管，VD1是整流二極管，R8是限流電阻，C9是儲能電容。
[0042] +3. 3V由DC/DC降壓電路得到，TS1是DC/DC控制芯片，R3和R10是反饋電阻，C38 是自舉電容，R69是使能電阻，L2是儲能電感，VD2是續(xù)流二極管，C10是儲能電容。
[0043] 如圖4所示的單片機(jī)部分，單片機(jī)采用的是ESEM16,E