带无线通信和计量功能的智能漏电保护器及其控制工序的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种带无线通信和计量功能的智能漏电保护器及其控制工序，属于电 力管控技术领域。
【背景技术】
[0002] 自从人类发明并使用电以来，电不仅能给人类带来了很多方便，也能给人类带来 灭顶之灾。它可能烧坏电器，引起火灾，或者使人触电。如果有一种设备可以使人们安全地 使用电，将会避免很多不必要的损失。所以在五花八门的电器接踵而来的同时，也诞生了 各式各样的保护器。其中有一种是专门保护人的，称为漏电保护器。漏电保护器俗称漏电 开关，是用于在电路或电器绝缘受损发生对地短路时防人身触电和电气火灾的保护电器， 一般安装于每户配电箱的插座回路上和全楼总配电箱的电源进线上，后者专用于防电气火 灾。
[0003] 普通的漏电保护继电器由零序互感器、脱扣器和输出信号的辅助接点组成。它可 与大电流的自动开关配合，作为低压电网的总保护或主干路的漏电、接地或绝缘监视保护。 当主回路有漏电流时，由于辅助接点和主回路开关的分离脱扣器串联成一回路，因此辅助 接点接通分离脱扣器而断开空气开关、交流接触器等，使其掉闸，切断主回路。辅助接点也 可以接通声、光信号装置，发出漏电报警信号，反映线路的绝缘状况。
[0004] 节能减排越来越得到全社会的重视，人们对家庭用电情况也更加关注，但对于一 些用电器的实际电量消耗却了解得并不多，而现在家庭中大部分供电线路采用分路接线， 例如：插座、照明、厨房、空调、热水器等均有独立的空气开关，而且这些分路开关之前还有 一个总的漏电保护器，保障用电安全。对家庭中各种用电器的用电情况可通过这些分路空 气开关和漏电保护器进行计量，再通过某种通信方式传递至用户的手机或平板电脑上，但 目前的空气开关和漏电保护期均不具有这些功能，无法实现用户对家用电器用电情况的监 督。
[0005] 现有的用电控制技术上，以采用传统的漏电保护器或者过载、过流保护器来控制 电路的安全为主，在物联网发展的基础上，不断衍生出一些具备智能控制的微型断路器，可 以通过编程的方式实现对电力线路的检测，以达到更安全的控制，但这些智能微型断路器 均需要配合一些列的设备才能实现其功能，而且对于这些智能微型断路器来说，均需要大 型的服务中心进行数据统计，对于实现智能断路器的家庭化，以及小型化普及来说困难重 重，而对于家庭用户来说，能够使用移动终端来检查电力线路信息将会更加直观，更加有 效。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种带无线通信和计量功能的智能漏电保护器 及其控制工序，通过电力线载波进行通信，将家庭用电情况传递给智能网关，并与各分路的 智能断路器通过无线进行通信，汇总所有智能断路器的计量数据，实现电力线数据的远程 监控。
[0007] 为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种带无线通信和计量功能的智能漏电保护器及其控制工序，智能漏电保护器包 括供电电源、单片机、数据存储器、无线通信模块、电压和电流采样部分、拉闸控制部分以及 断路器部分，其中数据存储器、无线通信模块和单片机双向连接，电压和电流采样部分、拉 闸控制部分和单片机单向连接，断路器部分和拉闸控制部分连接，供电电源用于所有部件 的供电。
[0009] 地址申请/注册工序：地址申请工序，智能断路器只能在上电初始阶段向智能漏 电保护器进行地址申请，本工序同时也是注册到智能漏电保护器的过程：
[0010] (一）智能断路器上电（注意由智能漏电保护器上电，断路器本身上电不算）l〇S 内，按下智能短路器的按键2s，智能断路器启动地址申请工序。超出10s后按下断路器按 键，则断路器跳闸。
[0011](二）智能断路器在上电10S内检测到按键被按下，并且持续2S以上后，向智能漏 电保护器发送申请地址报文，申请地址报文为645报文，报文如下：
[0012] 68 断路器通信地址 68 1F02E2 35CS16
[0013] 其中：断路器通信地址为自身当前通信地址，不管是出厂地址还是之前申请的地 址；E2 35为申请地址的数据标识。
[0014](三）智能断路器在收到智能漏电保护器的响应645报文后应作以下判断：控制 必须为9F，数据域长度必须为8字节，数据域后六个字节的数据减33后必须与地址域一致。 收到的报文举例：
[0015] 68断路器通信地址68 9F08E2 35断路器通信地址+0x33CS16
[0016](四）满足以上3个条件后，智能断路器保存申请到的地址，回复智能漏电保护器 确认报文，并控制断路器跳闸，确认报文举例：
[0017] 68断路器通信地址68 9F00CS16
[0018]用电量信息收集工序：用电信息收集工序包含智能断路器对电量的采集记录，智 能漏电保护器对电量的收集统计，智能网关对电量的统计、存储。
[0019](一）智能断路器内含电量计量芯片，智能断路器上电后通过采样对电量进行计 量，并记录计量结果，等待智能漏电保护器读取。智能断路器内含存储器，保证电量掉电保 存。
[0020] (二）智能漏电保护器从上电开始，每隔15分钟中读取智能断路器的当前电量，存 储在存储设备中，并且会将所有断路器的当前电量进行累加作为自身的当前电量存储。智 能漏电保护器最多支持存储16个智能断路器的上24小时的电量数据。
[0021] (三）智能网关每天会定时读取智能漏电保护器的电量数据，并保存，若通过手机 软件或平板电脑软件等刷新网关数据，网关会立即读取智能漏电保护器存储的电量数据。 智能网关会存储所有智能漏电保护器与智能断路器最近24小时的小时冻结，最新1个月的 日冻结数据，以及最近12个月的月冻结数据。
[0022] 用户控制工序：用户通过手机软件或平板电脑软件等对智能断路器进行跳闸操 作，手机软件或平板电脑软件将信息传给智能网关，网关将信息加工后通过电力线载波转 发给智能漏电保护器，智能漏电保护器对报文进行解析与转发，只有数据正确的报文才会 转发给智能断路器，数据错误的报文直接丢弃。智能断路器收到跳闸报文后进行跳闸动作。
[0023] 本发明的有益效果：
[0024] 本发明提供了带无线通信和计量功能的智能漏电保护器及其控制工序，。
【附图说明】
[0025] 图1为系统结构图；
[0026] 图2为智能漏电保护器结构框图；
[0027] 图3为供电电源电路原理图；
[0028] 图4为单片机（带电能计量）部分电路原理图；
[0029] 图5为电压和电流采样部分电路原理图；
[0030] 图6为拉闸控制部分电路原理图；
[0031] 图7为无线通信模块电路原理图；
[0032] 图8为数据存储器电路原理图；
[0033] 图9为断路器的内部结构图；
[0034] 图10为浪涌保护部分；
[0035] 图11为软件流程图；
[0036] 图12为字节传输序列图；
[0037] 图13为控制码格式图。
【具体实施方式】
[0038] 如图1所示，该系统包含了智能断路器、智能漏电保护器、智能网关，终端设备和 安装在终端设备上的应用软件，所述终端设备包括平板电脑、手机或PC机，其中智能漏电 保护器作为核心部件，对上与智能网关通过电力线载波进行通信，将家庭用电情况传递给 智能网关，并能响应智能网关下发的各种命令，对下与各分路的智能断路器通过无线进行 通信，汇总并统计所管理的所有智能断路器的计量数据，并能下发命令控制断路器跳闸，另 外该智能漏电保护器还具有漏电流检测、过载保护、浪涌保护、控制整个家庭断电等功能。
[0039] 智能漏电保护器与智能断路器采用无线通信的好处是不需要额外布通信线，安装 简单，故障率低，可维护性高，并且无线模块的功耗极低，内部电路的供电容易实现；与智能 网关采用载波通信的好处是：不需要额外布通信线，安装简单，故障率低，可维护性高，另外 载波通信不会受到铁箱的屏蔽作用，而智能漏电保护器与智能断路器同处一个铁箱，所以 可以采用无线通信方式，发挥无线通信的低功耗优势。
[0040] 如图2所示为智能漏电保护器的结构框图，智能漏电保护器包括供电电源、单片 机、数据存储器、无线通信模块、电压和电流采样部分、拉闸控制部分以及断路器部分，其中 数据存储器、无线通信模块和单片机双向连接，电压和电流采样部分、拉闸控制部分和单片 机单向连接，断路器部分和拉闸控制部分连接，供电电源用于所有部件的供电；
[0041] 如图3所示，供电电源采用阻容降压方式得到+18V电源，R9是一颗保护电阻，C1 是充电电容，VD3是一颗18V的稳压管，VD1是整流二极管，R8是限流电阻，C9是储能电容。
[0042] +3. 3V由DC/DC降压电路得到，TS1是DC/DC控制芯片，R3和R10是反馈电阻，C38 是自举电容，R69是使能电阻，L2是储能电感，VD2是续流二极管，C10是储能电容。
[0043] 如图4所示的单片机部分，单片机采用的是ESEM16,E