專(zhuān)利名稱(chēng):一種實(shí)現(xiàn)故障電弧檢測(cè)的能源網(wǎng)關(guān)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種實(shí)現(xiàn)故障電弧檢測(cè)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(cè)模塊、電弧狀態(tài)反饋模塊、設(shè)備狀態(tài)反饋模塊；所述故障電弧檢測(cè)模塊還連接至電弧狀態(tài)反饋模塊。所述故障電弧檢測(cè)模塊對(duì)電網(wǎng)回路中的電弧狀態(tài)檢測(cè)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(shè)備狀態(tài)反饋模塊向用戶(hù)端設(shè)備發(fā)送報(bào)警信息，以便用戶(hù)在用戶(hù)端設(shè)備上查看報(bào)警信息并進(jìn)行對(duì)故障電弧處理的手動(dòng)操作。本實(shí)用新型提供的能源網(wǎng)關(guān)作為智能電網(wǎng)用戶(hù)側(cè)的電力設(shè)備，能夠基于電力線(xiàn)載波通信技術(shù)，監(jiān)測(cè)用電線(xiàn)路故障電弧并通過(guò)網(wǎng)關(guān)向用戶(hù)發(fā)出安全用電警示，滿(mǎn)足用戶(hù)安全用電及獲取各類(lèi)增值服務(wù)的需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種實(shí)現(xiàn)故障電弧檢測(cè)的能源網(wǎng)關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及智能用電產(chǎn)品領(lǐng)域，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)故障電弧檢測(cè)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(guò)有無(wú)線(xiàn)方式與家庭智能交互終端等產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)各終端信息的采集、信息輸入、信息輸出、集中控制、遠(yuǎn)程控制、聯(lián)動(dòng)控制等功能。
[0003]但在指導(dǎo)電力用戶(hù)如何智能用電和安全用電方面，特別是具有對(duì)用電線(xiàn)路的故障電弧實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)功能的能源網(wǎng)關(guān)，目前還缺乏有效的解決方案。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)故障電弧檢測(cè)的能源網(wǎng)關(guān)，作為智能電網(wǎng)用戶(hù)側(cè)的家庭智能用電設(shè)備，能夠基于電力線(xiàn)載波通信技術(shù)，監(jiān)測(cè)用電線(xiàn)路故障電弧并通過(guò)網(wǎng)關(guān)向用戶(hù)發(fā)出安全用電警示，滿(mǎn)足用戶(hù)安全用電及獲取各類(lèi)增值服務(wù)的需求。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)家庭用電線(xiàn)路故障電弧檢測(cè)的家庭能源網(wǎng)關(guān)，所述能源網(wǎng)關(guān)設(shè)置有對(duì)能源網(wǎng)關(guān)中各模塊工作進(jìn)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(cè)模塊、電弧狀態(tài)反饋模塊、設(shè)備狀態(tài)反饋模塊；
[0006]所述故障電弧檢測(cè)模塊對(duì)能源網(wǎng)關(guān)所在電網(wǎng)回路中的電弧狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)得到的故障電弧信息，經(jīng)由與該故障電弧檢測(cè)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(shè)備狀態(tài)反饋模塊向用戶(hù)端設(shè)備發(fā)送報(bào)警信息，以便用戶(hù)在家庭電視屏幕、平板電腦屏幕和手機(jī)屏幕等用戶(hù)端設(shè)備上查看報(bào)警信息以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)家庭用電線(xiàn)路故障電弧隱患。從而有效避免由故障電弧帶來(lái)的電氣火災(zāi)隱患，安全性高。
[0007]優(yōu)選地，所述故障電弧檢測(cè)模塊與家庭電力線(xiàn)路開(kāi)關(guān)連接以獲取家庭內(nèi)各回路的電弧檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)一個(gè)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(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的TTL電平信號(hào)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(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0008]優(yōu)選地，所述能源網(wǎng)關(guān)設(shè)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(guò)載波通訊模塊與終端設(shè)備之間基于電力線(xiàn)載波方式通信。
[0009]優(yōu)選地，所述能源網(wǎng)關(guān)通過(guò)插座電能量采集模塊，對(duì)與該能源網(wǎng)關(guān)基于電力線(xiàn)載波通信的插座進(jìn)行電量計(jì)量；所述插座電能量采集模塊，通過(guò)與計(jì)量芯片連接的電阻分壓采樣電路來(lái)獲取插座的電壓信號(hào)，并通過(guò)計(jì)量芯片將電壓信號(hào)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，通過(guò)與計(jì)量芯片連接的電流通道采樣電路來(lái)獲取插座的電流信號(hào)，并通過(guò)計(jì)量芯片將電流信號(hào)發(fā)送至MCU微控制單元。
[0011]優(yōu)選地，所述插座電能量采集模塊設(shè)置于所述能源網(wǎng)關(guān)中，或者設(shè)置在所述插座中。
[0012]優(yōu)選地，所述插座中設(shè)置有MCU控制器、與所述能源網(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(shè)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。
[0013]優(yōu)選地，所述能源網(wǎng)關(guān)設(shè)置有分別與MCU微控制單元連接的終端設(shè)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(shè)備控制模塊對(duì)終端設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)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。
[0014]本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選方案是提供一種能源網(wǎng)關(guān)，其中包含:
[0015]MCU微控制單元，及分別與之連接并受其控制的以下模塊:
[0016]載波通訊模塊，所述能源網(wǎng)關(guān)通過(guò)該載波通訊模塊與終端設(shè)備之間基于電力線(xiàn)載波方式通信；
[0017]終端設(shè)備控制模塊，接收MCU微控制單元的控制指令，對(duì)終端設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行控制；
[0018]控制結(jié)果反饋模塊，其還與終端設(shè)備控制模塊連接，用來(lái)向MCU微控制單元反饋終端設(shè)備控制模塊對(duì)終端設(shè)備控制的結(jié)果；
[0019]故障電弧檢測(cè)模塊，接收MCU微控制單元的控制指令，對(duì)能源網(wǎng)關(guān)所在電網(wǎng)回路中的電弧狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)；
[0020]電弧狀態(tài)反饋模塊，其還與故障電弧檢測(cè)模塊連接，用來(lái)向MCU微控制單元反饋故障電弧檢測(cè)模塊獲得的電弧狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果；
[0021]插座電能量采集模塊，對(duì)與該能源網(wǎng)關(guān)基于電力線(xiàn)載波通信的插座進(jìn)行電量計(jì)量，并將電量值發(fā)送至MCU微控制單元；
[0022]設(shè)備狀態(tài)反饋模塊，通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式與用戶(hù)端設(shè)備進(jìn)行信息交互，向其發(fā)送能源網(wǎng)關(guān)自身或由其控制的終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，或接收用戶(hù)端設(shè)備發(fā)送的控制信號(hào)以調(diào)整終端設(shè)備的工作狀態(tài)；以及，
[0023]電源模塊，為所述能源網(wǎng)關(guān)的各個(gè)模塊供電。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的能源網(wǎng)關(guān)，其優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型作為智能電網(wǎng)用戶(hù)側(cè)的家庭智能用電設(shè)備，能夠基于電力線(xiàn)載波技術(shù)，檢測(cè)家庭用電線(xiàn)路故障電弧，并與終端設(shè)備通信，滿(mǎn)足用戶(hù)安全用電及獲取各類(lèi)增值服務(wù)的需求。本實(shí)用新型還具備對(duì)家庭用電終端設(shè)備控制及結(jié)果反饋功能、對(duì)插座進(jìn)行電量計(jì)量的功能，還能夠?qū)⒓彝ビ秒娊K端設(shè)備的實(shí)時(shí)工作情況反饋至手機(jī)、平板電腦等用戶(hù)端設(shè)備，方便用戶(hù)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行手動(dòng)控制。

【附圖說(shuō)明】

[0025]圖1是本實(shí)用新型所述實(shí)現(xiàn)故障電弧檢測(cè)的能源網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本實(shí)用新型所述能源網(wǎng)關(guān)的一個(gè)優(yōu)選示例的示意圖；
[0027]圖3是所述能源網(wǎng)關(guān)中MCU微控制單元的示意圖；
[0028]圖4是所述能源網(wǎng)關(guān)中晶振電路的不意圖；
[0029]圖5是所述能源網(wǎng)關(guān)中載波信號(hào)解調(diào)電路的示意圖；
[0030]圖6是所述能源網(wǎng)關(guān)中載波發(fā)射電路的示意圖；
[0031]圖7是所述能源網(wǎng)關(guān)中終端設(shè)備控制模塊的示意圖；
[0032]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；
[0033]圖9是所述能源網(wǎng)關(guān)中故障電弧檢測(cè)模塊及電弧狀態(tài)反饋模塊的示意圖；
[0034]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；
[0035]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；
[0036]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；
[0037]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；
[0038]圖14是所述能源網(wǎng)關(guān)中存儲(chǔ)電路的不意圖；
[0039]圖15是所述能源網(wǎng)關(guān)中電源模塊的示意圖；
[0040]圖16是所述能源網(wǎng)關(guān)中一個(gè)接口電路的不意圖；
[0041]圖17是所述能源網(wǎng)關(guān)中繼電器接口的示意圖；
[0042]圖18是所述能源網(wǎng)關(guān)中防雷保護(hù)電路的示意圖；
[0043]圖19?圖21是所述能源網(wǎng)關(guān)中直流信號(hào)輸出電路的示意圖；
[0044]圖22是所述能源網(wǎng)關(guān)中編程端口的示意圖；
[0045]圖23是所述能源網(wǎng)關(guān)中上電復(fù)位電路的示意圖；
[0046]圖24是所述能源網(wǎng)關(guān)中一個(gè)濾波電路的不意圖；
[0047]圖25是所述能源網(wǎng)關(guān)中過(guò)零檢測(cè)電路的示意圖；
[0048]圖26是所述能源網(wǎng)關(guān)中脈沖輸出信號(hào)隔離電路的示意圖；
[0049]圖27是所述能源網(wǎng)關(guān)中電流采樣電阻的示意圖；
[0050]圖28是帶電量計(jì)量的載波插座的一個(gè)示例結(jié)構(gòu)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0051]如圖1所示，本實(shí)用新型所述實(shí)現(xiàn)故障電弧檢測(cè)的能源網(wǎng)關(guān)，其中設(shè)置有MCU微控制單元1，故障電弧檢測(cè)模塊4、電弧狀態(tài)反饋模塊5、設(shè)備狀態(tài)反饋模塊6。
[0052]所述故障電弧檢測(cè)模塊4，用來(lái)對(duì)能源網(wǎng)關(guān)所在智能電網(wǎng)中各個(gè)回路的電弧狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)其通過(guò)巡檢判斷連接線(xiàn)中有故障電弧存在時(shí)，能夠通過(guò)電弧狀態(tài)反饋模塊5向MCU微控制單元I反饋。
[0053]所述設(shè)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(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)各種有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式(優(yōu)選是WiFi )傳輸至平板或手機(jī)等用戶(hù)端設(shè)備，方便用戶(hù)通過(guò)這些用戶(hù)端設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察，并接收用戶(hù)端設(shè)備發(fā)送的控制信號(hào)從而調(diào)整終端設(shè)備的工作狀態(tài)。
[0054]一個(gè)優(yōu)選的示例中，所述故障電弧檢測(cè)模塊4檢測(cè)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(shè)備狀態(tài)反饋模塊6向用戶(hù)端設(shè)備發(fā)送報(bào)警信息，以便用戶(hù)在用戶(hù)端設(shè)備上查看報(bào)警信息并進(jìn)行對(duì)故障電弧處理的手動(dòng)操作，來(lái)避免由故障電弧帶來(lái)的電氣火災(zāi)。
[0055]如圖9所示的一個(gè)示例中，所述故障電弧檢測(cè)模塊4及電弧狀態(tài)反饋模塊5的組合中，通過(guò)一種RS485芯片，進(jìn)行RS485信號(hào)與TTL電平協(xié)議轉(zhuǎn)換；本例中故障電弧檢測(cè)模塊通過(guò)P3接口連接該RS485芯片，進(jìn)而與MCU微控制單元I信號(hào)連接，以傳輸電弧檢測(cè)的數(shù)據(jù)或接收控制指令。該RS485芯片通過(guò)信號(hào)發(fā)送端TXD、信號(hào)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(gè)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(cè)模塊可以是集成在外部終端設(shè)備中的器件；故障電弧檢測(cè)模塊還可以是通過(guò)P3接口及RS485芯片后，連接至網(wǎng)關(guān)的載波通訊模塊2進(jìn)行信號(hào)傳輸，等等。
[0056]所述MCU微控制單元1，用來(lái)對(duì)能源網(wǎng)關(guān)中其他模塊的工作進(jìn)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(shè)置情況，將在介紹圖2中的其他模塊時(shí)相應(yīng)說(shuō)明。
[0057]本實(shí)用新型中所述能源網(wǎng)關(guān)對(duì)其所在智能電網(wǎng)中的終端設(shè)備(包含但不限于通過(guò)電力線(xiàn)與該能源網(wǎng)關(guān)連接的開(kāi)關(guān)、插座、燈等各種智能電器)，通過(guò)電力載波(即PLC，Powerline Communicat1n)方式進(jìn)行通信，能源網(wǎng)關(guān)對(duì)這些終端設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行智能控制。
[0058]配合參見(jiàn)圖2、圖3所示，在本實(shí)用新型的能源網(wǎng)關(guān)中，設(shè)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(xiàn)載波技術(shù)，通過(guò)電力線(xiàn)與終端設(shè)備進(jìn)行通信。調(diào)制信號(hào)通過(guò)載波通訊模塊的濾波電路濾波后，進(jìn)入功放電路放大，最后經(jīng)過(guò)耦合電路進(jìn)入電力線(xiàn)信道中傳輸。
[0059]圖5示出一種載波通訊模塊所使用的載波信號(hào)解調(diào)電路，其基于一個(gè)AFE3361的載波芯片，接收來(lái)自終端設(shè)備的載波信號(hào)，并通過(guò)與該載波芯片連接的一個(gè)FSK解調(diào)芯片對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；還與MCU微控制單元I連接以接收控制信號(hào)及發(fā)送解調(diào)后的信號(hào)。該載波芯片的管腳FILT-1N通過(guò)電阻R20及R23與FSK解調(diào)芯片連接，還通過(guò)電阻R19、電容C21及C25后接地；載波芯片的管腳SQLCH通過(guò)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(guò)電容Cl 1、電阻R6連接至MCU微控制單元I芯片的管腳185K，來(lái)發(fā)送載波芯片所產(chǎn)生的185K混頻信號(hào)；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(guò)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(guò)濾器的兩個(gè)管腳連接，LT455BW模塊用于提取455K的中心頻點(diǎn)。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(hào)。電容C10、C9分別與載波芯片的管腳DCPLU 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(hào)解調(diào)電路，通過(guò)相應(yīng)電路產(chǎn)生185K的混頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)提取455K的中心頻點(diǎn)，和對(duì)455K的信號(hào)鑒別，再經(jīng)過(guò)AFE3361載波芯片獲取BFSK載波信號(hào)，進(jìn)行FSK解調(diào)。
[0060]圖6示出一種載波通訊模塊所使用的載波發(fā)射電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行功放、濾波、再耦合的處理后輸出。其中，設(shè)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(fù)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(xiàn)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(lái)獲取BFSK的載波信號(hào)。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(guò)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(shè)置有電阻R21和二極管D2 ;N型及P型MOSFET管的漏極通過(guò)電感L2、電容C20連接至耦合線(xiàn)圈T2的第四端口。由MCU微控制單元I芯片的管腳DATA_OUT輸送的信息，經(jīng)由所述載波發(fā)射電路，最后通過(guò)耦合線(xiàn)圈T2接入至電力線(xiàn)中來(lái)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。
[0061]在本實(shí)用新型的能源網(wǎng)關(guān)中，設(shè)置了分別與MCU微控制單元I連接的終端設(shè)備控制模塊7和控制結(jié)果反饋模塊8 ;所述終端設(shè)備控制模塊7還連接至控制結(jié)果反饋模塊8。
[0062]所述終端設(shè)備控制模塊7，用于對(duì)終端設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，例如對(duì)燈的亮、滅，插座的通電、斷電進(jìn)行控制。圖7所示是終端設(shè)備控制模塊7對(duì)路燈進(jìn)行控制的一個(gè)示例。所述終端設(shè)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(kāi)端和常閉端分別連接路燈電纜的火線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)Lin和火線(xiàn)出線(xiàn)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(shí)通過(guò)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(hào)為S8050的三極管。
[0063]所述終端設(shè)備控制模塊7中，Lin為電纜火線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)，Lout為經(jīng)終端設(shè)備控制模塊7控制后的火線(xiàn)出線(xiàn)，其與路燈連接；N為零線(xiàn)。當(dāng)MCU微控制單元I的RELAY管腳輸出高電平時(shí)，晶體管Ql飽和導(dǎo)通，C極(集電極)變?yōu)榈碗娖?，因此繼電器JDQl線(xiàn)圈通電，觸點(diǎn)位置打到常開(kāi)點(diǎn)，此時(shí)Lin與Lout斷開(kāi)。
[0064]其中，繼電器JDQl采用12v驅(qū)動(dòng)，觸點(diǎn)容量10A，平時(shí)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(kāi)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(xiàn)圈并聯(lián)的二極管Dl為保護(hù)二極管，由于線(xiàn)圈的電感在斷電的瞬間，線(xiàn)圈兩端將產(chǎn)生較高的反向電壓，這個(gè)電壓與電源電壓疊加，很可能超過(guò)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(gè)反向電壓的影響，以防止電路元件的損壞，保護(hù)電路的正常工作。
[0065]所述控制結(jié)果反饋模塊8，將終端設(shè)備控制模塊7對(duì)終端設(shè)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(gè)具體實(shí)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(shè)備控制模塊7的輸出電壓，經(jīng)過(guò)串聯(lián)連接的電阻R27、電阻R28和電阻R29降壓后，再通過(guò)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(duì)其進(jìn)行保護(hù)以免反向擊穿；光耦El和MCU微控制單元I之間還設(shè)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(hào)為K1010-K35的光耦。
[0066]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(hào)，若拉閘控制不成功，MCU微控制單元11得到高電平信號(hào)，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(fù)半周保護(hù)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。
[0067]在本實(shí)用新型的能源網(wǎng)關(guān)中，設(shè)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(yīng)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(gè)RN8205計(jì)量芯片，并通過(guò)電阻分壓采樣電路和電流通道采樣網(wǎng)絡(luò)，使計(jì)量芯片能夠根據(jù)電壓和電流的數(shù)值計(jì)算得到功率因子等其它電能量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電量計(jì)量。如圖11所示是電阻分壓采樣電路的一個(gè)示例，該電阻分壓采樣電路上為220V電源，通過(guò)設(shè)置一組串聯(lián)的電阻進(jìn)行降壓的方式來(lái)采集到電壓信號(hào)，通過(guò)與并聯(lián)在最末端的電阻R15上的電容C12連接至計(jì)量芯片的V2P管腳。
[0068]如圖12所示是電流通道采樣電路的一個(gè)示例，該電路的I+端通過(guò)電阻R21接地，還通過(guò)串聯(lián)的電阻R16及電容C14接地；該電路的1-端通過(guò)電阻R22接地，還通過(guò)串聯(lián)的電阻R17及電容C15接地；1+端與1-端之間設(shè)有電阻R23。從電阻R16及電容C14之間的節(jié)點(diǎn)處連接計(jì)量芯片的VlN管腳，從電阻R17及電容C15之間的節(jié)點(diǎn)處連接計(jì)量芯片的VlP管腳，將采樣電阻采集電流數(shù)據(jù)輸送至計(jì)量芯片。
[0069]其他與所述計(jì)量芯片的相應(yīng)管腳連接的器件，還包括:由退耦電容構(gòu)成連接計(jì)量芯片管腳AVDD、DVDD的濾波電路，連接計(jì)量芯片管腳RSTN的復(fù)位電路，連接計(jì)量芯片管腳V2N的信號(hào)采樣電路，連接計(jì)量芯片管腳REFV的電平參考電路，連接計(jì)量芯片管腳OSCO、OSCl以提供時(shí)基信號(hào)的晶振電路(見(jiàn)圖10)，以及分別連接至計(jì)量芯片管腳SCLK、SD0、SCS、SDI的若干接口濾波電路(見(jiàn)圖13)。
[0070]在一個(gè)具體的示例中，可以是在插座中設(shè)置所述的插座電能量采集模塊。如圖28所示，該插座設(shè)置有MCU控制器、與能源網(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(shè)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(guò)設(shè)置濾波電路、功放電路和耦合電路實(shí)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(shí)現(xiàn)。
[0071]如圖15所示，是本實(shí)用新型所述能源網(wǎng)關(guān)中設(shè)置的電源模塊9的一個(gè)示例，該電源模塊9用來(lái)對(duì)能源網(wǎng)關(guān)中的各模塊供電。變壓器一次線(xiàn)圈的第二端經(jīng)由熱敏電阻PTCl連接火線(xiàn)Lin，第一端連接零線(xiàn)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(guò)二極管Dll、DlO負(fù)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(fù)極，第五端連接二極管D13負(fù)極，通過(guò)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(shè)有電解電容CE3，第三、第二管腳之間設(shè)有并聯(lián)的電解電容CE4及電容C34。變壓器二次線(xiàn)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(jiàn)上述對(duì)變壓器一次線(xiàn)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(shè)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(shè)有并聯(lián)的電解電容CE2及電容C28。
[0072]另外，在本實(shí)用新型所述能源網(wǎng)關(guān)中還設(shè)置有以下的部件，相關(guān)元件的連接請(qǐng)參見(jiàn)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(lái)提供基本時(shí)鐘信號(hào)。圖14所示的存儲(chǔ)電路，通過(guò)一個(gè)EEPROM存儲(chǔ)芯片的相應(yīng)管腳連接至MCU微控制單元I芯片的SCUSDA管腳，來(lái)存儲(chǔ)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)。
[0073]圖16所示是一個(gè)接口模塊JPl，其作為計(jì)量模塊的接口，在對(duì)用電量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)量時(shí)使用。接口模塊JPl具有一些相應(yīng)的端口與MCU微控制單元I芯片的RESTJL、SDO、SCLK, SCS、SD1、CF管腳連接，有另外一些相應(yīng)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(yīng)的端口與電阻分壓采樣電路的N端連接。圖17所示是一個(gè)繼電器端口JP2，其有相應(yīng)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(gè)防雷保護(hù)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。
[0074]如圖19?圖21示出一種0-10V直流信號(hào)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(lái)獲取要輸出的信號(hào)；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(shè)有并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管和電容。
[0075]圖22所示的編程端口模塊JZl，通過(guò)相應(yīng)端口分別與MCU微控制單元I芯片的RESET,MODE管腳連接，便于進(jìn)行軟件調(diào)試。圖23所示的上電復(fù)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(guò)并聯(lián)的退耦電容C4、C5進(jìn)行濾波。圖25所示的過(guò)零檢測(cè)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(hào)隔離模塊，設(shè)置了光耦，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(dāng)于以導(dǎo)線(xiàn)直接連接，Nin與Nout的連線(xiàn)情況與之類(lèi)似；Linl與Loutl之間設(shè)有猛銅分流電阻，Linl處接地；Lin與Lout的連線(xiàn)情況與之類(lèi)似。
[0076]綜上所述，本實(shí)用新型提供的能源網(wǎng)關(guān)，作為智能電網(wǎng)用戶(hù)側(cè)的電力設(shè)備，能夠基于電力線(xiàn)載波技術(shù)與終端設(shè)備通信，滿(mǎn)足用戶(hù)安全用電及獲取各類(lèi)增值服務(wù)的需求。該能源網(wǎng)關(guān)具備故障電弧檢測(cè)、終端設(shè)備的控制及結(jié)果反饋功能、對(duì)插座進(jìn)行電量計(jì)量的功能，還能夠?qū)⒔K端設(shè)備的實(shí)時(shí)工作情況反饋至手機(jī)、平板電腦等用戶(hù)端設(shè)備，方便用戶(hù)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行手動(dòng)控制。
[0077]盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)現(xiàn)故障電弧檢測(cè)的能源網(wǎng)關(guān)，其特征在于， 所述能源網(wǎng)關(guān)設(shè)置有對(duì)能源網(wǎng)關(guān)中各模塊工作進(jìn)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(cè)模塊、電弧狀態(tài)反饋模塊、設(shè)備狀態(tài)反饋豐吳塊； 所述故障電弧檢測(cè)模塊(4)對(duì)能源網(wǎng)關(guān)所在電網(wǎng)回路中的電弧狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)得到的故障電弧信息，經(jīng)由與該故障電弧檢測(cè)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(shè)備狀態(tài)反饋模塊(6)向用戶(hù)端設(shè)備發(fā)送報(bào)警信息，以便用戶(hù)在用戶(hù)端設(shè)備上查看報(bào)警信息并進(jìn)行對(duì)故障電弧處理的手動(dòng)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(cè)模塊(4)與電力線(xiàn)路開(kāi)關(guān)連接以獲取各回路的電弧檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)一個(gè)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(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的TTL電平信號(hào)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(cè)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(shè)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(guò)載波通訊模塊(2)與終端設(shè)備之間基于電力線(xiàn)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(guò)插座電能量采集模塊(3)，對(duì)與該能源網(wǎng)關(guān)基于電力線(xiàn)載波通信的插座進(jìn)行電量計(jì)量；所述插座電能量采集模塊(3)，通過(guò)與計(jì)量芯片連接的電阻分壓采樣電路來(lái)獲取插座的電壓信號(hào)，并通過(guò)計(jì)量芯片將電壓信號(hào)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(guò)與計(jì)量芯片連接的電流通道采樣電路來(lái)獲取插座的電流信號(hào)，并通過(guò)計(jì)量芯片將電流信號(hào)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(shè)置于所述能源網(wǎng)關(guān)中，或者設(shè)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(shè)置有MCU控制器、與所述能源網(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(shè)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(shè)置有分別與MCU微控制單元(I)連接的終端設(shè)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(shè)備控制模塊(7)對(duì)終端設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)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)，所述能源網(wǎng)關(guān)通過(guò)該載波通訊模塊(2)與終端設(shè)備之間基于電力線(xiàn)載波方式通信； 終端設(shè)備控制模塊(7)，接收MCU微控制單元(I)的控制指令，對(duì)終端設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)tx控制； 控制結(jié)果反饋模塊(8 )，其還與終端設(shè)備控制模塊(7 )連接，用來(lái)向MCU微控制單元(I)反饋終端設(shè)備控制模塊(7)對(duì)終端設(shè)備控制的結(jié)果； 故障電弧檢測(cè)模塊(4)，接收MCU微控制單元(I)的控制指令，對(duì)能源網(wǎng)關(guān)所在電網(wǎng)回路中的電弧狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)； 電弧狀態(tài)反饋模塊(5)，其還與故障電弧檢測(cè)模塊(4)連接，用來(lái)向MCU微控制單元(I)反饋故障電弧檢測(cè)模塊(4)獲得的電弧狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果； 插座電能量采集模塊(3)，對(duì)與該能源網(wǎng)關(guān)基于電力線(xiàn)載波通信的插座進(jìn)行電量計(jì)量，并將電量值發(fā)送至MCU微控制單元(I); 設(shè)備狀態(tài)反饋模塊(6)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式與用戶(hù)端設(shè)備進(jìn)行信息交互，向其發(fā)送能源網(wǎng)關(guān)自身或由其控制的終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，或接收用戶(hù)端設(shè)備發(fā)送的控制信號(hào)以調(diào)整終端設(shè)備的工作狀態(tài)；以及， 電源模塊(9 )，為所述能源網(wǎng)關(guān)的各個(gè)模塊供電。
【文檔編號(hào)】G01R31-08GK204272159SQ201420474595
【發(fā)明者】吳海生, 倪振華, 林亦雷, 沈仁根, 盧士達(dá), 陳瑜, 齊建群 [申請(qǐng)人]上海歐憶智能網(wǎng)絡(luò)有限公司, 國(guó)網(wǎng)上海市電力公司