CN202474492U - 基于plc通讯感知峰谷电计量并控制电器的多功能插座 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的基于PLC通讯感知峰谷电计量并控制电器的多功能插座，串联在220V市电电源与负载之间，包括电源插头、3w功率输出的开关电源、控制装置和负载插座，所述控制装置包括控制芯片和数据存储芯片、电压采集电路、电流采集电路、温度测量芯片、继电器及其驱动电路、通讯模块接口和2个缓冲器，继电器的触点开关串接在220V市电电源插头与负载插座之间。是一种可感知电网峰谷/分时电价、感知室内温度、接受电表端或类似用电终端的远程控制，通过电力线或无线方式连接用电管理终端、户内电表、或用电设备；用于传输电力、启闭电路、采集信息、发送指令、记录单个家用电器的用电信息，转达或执行来自上位控制单元的控制、管理、通讯功能的多功能插座。适合与智能电网配套使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于PLC（电力线载波通讯的缩写）通讯的可感知峰谷电计量并控制电器的多功能插座，属于自动保护或控制装置。
背景技术
智能电网是国家重点建设的大型战略性工程，是国家物联网工程的重要组成部分。为了实现适应节能减排、发展低碳经济的世界趋势；紧跟国家对于“坚强智能电网”规划及建设的步伐；满足用户终端对于家居、企业、楼宇小区用电智能化的实际需求，对于新能源接入、管理的需求的宗旨。但现有的普通电源插座、计量插座、简单通讯、计时插座的单一断供电、计量电量等因其功能单一，不能适应今后的智能电网的需要。
发明内容
本实用新型的目的是为智能电网提供一种可感知电网峰谷/分时电价、感知室内温度、接受电表端或类似用电终端的远程控制，通过电力线载波（PLC）通讯或无线通讯方式连接用电管理终端、户内电表、或用电设备；用于传输电力、启闭电路、采集信息、发送指令、记录单个家用电器的用电信息，转达或执行来自上位控制单元的控制、管理、通讯功能的基于PLC通讯感知峰谷电计量并控制电器的多功能插座。
本实用新型的基于PLC通讯感知峰谷电计量并控制电器的多功能插座，串联在220V市电电源与负载之间，包括电源插头、3w功率输出的开关电源、控制装置和负载插座，其特征在于所述控制装置包括控制芯片和数据存储芯片、电压采集电路、电流采集电路、温度测量芯片、继电器及其驱动电路、通讯模块接口和2个缓冲器，所述3w功率输出的开关电源为控制装置提供12V、5V和3.3V的稳压电源，电压采集电路和电流采集电路的采样输出信号分别与控制芯片的I1+、I1-和V1+、V1-的模拟信号输入端连接，温度测量芯片的信号输出端与控制芯片的P2.2口连接，与外界联系的通讯模块的TX端和RX端经通讯模块接口和2个缓冲器分别与控制芯片的P2.4口和 P2.5口连接，数据存储芯片的WP 、SCL 、SDA脚分别与控制芯片的P1.2口、 P1.3口和 P1.4口连接并通过I2C协议进行数据交换和数据存储，继电器的触点开关串接在220V市电电源插头与负载插座之间，继电器的两组控制线圈分别经驱动电路与控制芯片的P1.0口和P1.1口连接。
为了显示当前的工作状态，可增设工作状态指示电路，所述工作状态指示电路包括信息发送指示发光二极管和信息接收指示发光二极管，其中，信息发送指示发光二极管和信息接收指示发光二极管的负极分别与控制芯片的P1.5和P2.3口连接, 信息发送指示发光二极管和信息接收指示发光二极管的正极与3.3V电源连接。
为了便于了解负载用电情况，可增设电量数字显示屏。
上述控制芯片U1选用MSP430FE42X型低功耗带计量的电能测量芯片，数据存储芯片U2选用24C08型EEPROM型芯片，可以在掉电的情况下，数据不丢失。温度测量芯片U3选用DS18S20型芯片。缓冲器选用SN74LVC1G07DBV型芯片。继电器PL1选用HFE超小型磁保持继电器，可以在掉电后重开机时保持掉电前状态。
本实用新型的基于PLC通讯感知峰谷电计量并控制电器的多功能插座，主要是在传统插座的提供电源接口功能基础上增加其信息化和智能化的功能。智能插座连接户内电表、用电管理终端和家用电器，开关电源通过对220v交流电进行变压、整流、滤波、稳压获取适当的电压提供给单片机、载波通信、计量、通断控制单元等；控制芯片或SOC及相应的外围电路负责整个电路板的逻辑控制，并协同载波通信模块与上位机智能电表进行通讯，当用电峰时或谷时通过通断控制芯片对连接其上的磁保持继电器的触点开关进行通断电处理；计量单元通过控制芯片采集电量信息通过液晶显示板显示电器的实时电量等信息。是一种可感知电网峰谷/分时电价、感知室内温度、接受电表端或类似用电终端的远程控制，通过电力线或无线方式连接用电管理终端、户内电表、或用电设备；用于传输电力、启闭电路、采集信息、发送指令、记录单个家用电器的用电信息，转达或执行来自上位控制单元的控制、管理、通讯功能的多功能插座。适合与智能电网配套使用。
附图说明
图1是本实用新型的一种电路结构方框图；
图2是本实用新型的一种主要电路结构示意图；
图3是本实用新型的另一种主要电路结构示意图。
具体实施方式
参见附图，本实用新型的基于PLC通讯感知峰谷电计量并控制电器的多功能插座，串联在220V市电电源与负载之间，包括电源插头1、3w功率输出的开关电源、控制装置和负载插座2，其中，所述控制装置包括控制芯片U1和数据存储芯片U2、电压采集电路、电流采集电路、温度测量芯片U3、继电器PL1及其驱动电路、通讯模块接口CON1、2个缓冲器U4和U5，其方框图如图1所示；所述3w功率输出的开关电源为控制装置提供12V、5V和3.3V的稳压电源，电压采集电路和电流采集电路的采样输出信号分别与控制芯片U1的I1+、I1-和V1+、V1-的模拟信号输入端连接，温度测量芯片U3的信号输出端与控制芯片的P2.2口连接，与外界联系的通讯模块的XT端经通讯模块接口CON1和缓冲器U4与控制芯片U1的P2.4口连接，与外界联系的通讯模块的RT端经通讯模块接口CON1和缓冲器U5与控制芯片U1的 P2.5口连接，数据存储芯片U2的WP 、SCL 、SDA脚分别与控制芯片U1的P1.2口、 P1.3口和 P1.4口连接并通过I2C协议进行数据交换和数据存储，继电器PL1的第9脚和第12脚为触点开关，该触点开关串接在220V市电电源插头AC220L与负载插座AC220LO之间，继电器PL1的第1脚和第16脚、第2脚和第15脚为两组控制线圈，该两组控制线圈分别经驱动电路Q1和Q2与控制芯片U1的P1.0口和P1.1口连接，其主要电路的连接关系如图2所示。
为了显示当前的工作状态，可增设工作状态指示电路，所述工作状态指示电路包括信息发送指示发光二极管LED2和信息接收指示发光二极管LED3，其中，信息发送指示发光二极管LED2和信息接收指示发光二极管LED3的负极分别与控制芯片的P1.5和P2.3口连接, 信息发送指示发光二极管LED2和信息接收指示发光二极管LED3的正极与3.3V电源连接。
为了便于了解负载用电情况，可增设实时电量的液晶显示板U6，该液晶显示板U6的信号控制端分别与控制芯片U1的S0～S23口连接。如图3所示。
上述控制芯片U1选用MSP430FE42X型低功耗带计量的电能测量芯片，数据存储芯片U2选用24C08型EEPROM型芯片，可以在掉电的情况下，数据不丢失。温度测量芯片U3选用DS18S20型芯片。缓冲器U4和U5选用SN74LVC1G07DBV型芯片。继电器PL1选用HFE超小型磁保持继电器，可以在掉电后重开机时保持掉电前状态。
所述通讯模块接口CON1是能兼容多种通讯方式的接口，通过SPI口或者串口与通讯模块进行通讯，根据不同的通讯模块可以选择多种通讯方式，如电力载波、无线RF433、Zigbee等进行远程控制。使用的电力载波模块（即PLC模块）采用的是AMAR高速电力线载波模块，是一种基于多载波传输的OFDM正交频分复用技术的G3-PLC协议标准的载波模块；传输数率达到100kbps；解决了特定频率信号干扰和和选频特性造成的衰减问题，提供通信的可靠性。
工作时，通过电压采集电路和电流采集电路分别采集线路上的电压电流，由此控制芯片内部进行运算，软件只需要调整变比，就可以获得采集的电压、电流、功率等电气量。通过温度测量芯片，测量室温，通过1-wire传输方式传给控制芯片，由控制芯片进行判断，并作出正确动作。通过串口扩展外部通讯方式，可以连接无线模块、电力载波模块（PLC）等。当终端有数据调取命令或者下发命令时可以通过通讯模块进行终端与插座的数据交互。当需要开或者关闭插座上的用电器时，通过控制继电器PL1开合进行操作。
Claims (3)
1.一种基于PLC通讯感知峰谷电计量并控制电器的多功能插座，串联在220V市电电源与负载之间，包括电源插头、3w功率输出的开关电源、控制装置和负载插座，其特征在于所述控制装置包括控制芯片和数据存储芯片、电压采集电路、电流采集电路、温度测量芯片、继电器及其驱动电路、通讯模块接口和2个缓冲器，所述3w功率输出的开关电源为控制装置提供12V、5V和3.3V的稳压电源，电压采集电路和电流采集电路的采样输出信号分别与控制芯片的I1+、I1-和V1+、V1-的模拟信号输入端连接，温度测量芯片的信号输出端与控制芯片的P2.2口连接，与外界联系的通讯模块的TX端和RX端经通讯模块接口和2个缓冲器分别与控制芯片的P2.4口和 P2.5口连接，数据存储芯片的WP 、SCL 、SDA脚分别与控制芯片的P1.2口、 P1.3口和 P1.4口连接并通过I2C协议进行数据交换和数据存储，继电器的触点开关串接在220V市电电源插头与负载插座之间，继电器的两组控制线圈分别经驱动电路与控制芯片的P1.0口和P1.1口连接。
2.如权利要求1所述的基于PLC通讯感知峰谷电计量并控制电器的多功能插座，其特征在于还包括工作状态指示电路，所述工作状态指示电路包括信息发送指示发光二极管和信息接收指示发光二极管，其中，信息发送指示发光二极管和信息接收指示发光二极管的负极分别与控制芯片的P1.5和P2.3口连接, 信息发送指示发光二极管和信息接收指示发光二极管的正极与3.3V电源连接。
3.如权利要求2所述的基于PLC通讯感知峰谷电计量并控制电器的多功能插座，其特征在于所述控制芯片选用MSP430FE42X型低功耗带计量的电能测量芯片，数据存储芯片选用24C08型EEPROM型芯片，温度测量芯片选用DS18S20型芯片，缓冲器选用SN74LVC1G07DBV型芯片，继电器选用HFE超小型磁保持继电器。
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