专利名称：基于载波通信的远程遥控箱锁的制作方法
技术领域：
基于载波通信的远程遥控箱锁技术领域[0001]本实用新型属于用电营销自动化技术领域，特别涉及一种基于载波通信的远程遥 控箱锁。
背景技术：
[0002]目前供电公司大部分电力计量箱的封存和保管仍采用老式机械锁具。这种模式存 在诸多弊端，例如当重新划分台区，或者更换承包人等情况发生时，就会出现换锁和钥匙发 放难的问题。并且钥匙多、重量大、钥匙标识复杂、管理人员携带不便、锁具暴露在箱体外易 被撬丢失，从而使电表被外界环境或者人为因素破坏。实用新型内容[0003]本实用新型的目的是针对目前供电公司关于电力计量箱管理复杂、落后的问题， 提供一种基于载波通信的远程遥控箱锁。该终端可以工作在有源/无源工作模式下，具有 低压电力线载波通信、串口 RS232通信及充电方式通信三种对外信息传输通道，通信采用 密钥设计理念，实现分权开/关锁，该终端能够实时记录门节点状态变化、开锁、关锁动作 的所有相关信息，并根据要求智能返回上端所需的有效记录数据。[0004]本实用新型的技术方案如下:[0005]一种基于载波通信的远程遥控箱锁，其中，所述遥控箱锁包括中央处理器、存储模 块、门节点监测模块、电力载波通信模块、载波通信接口转换模块、磁保持控制模块、串口通 信转换模块、充电复位模块、充电通信模块、掉电检测模块、电源模块，其中，所述电力载波 通信模块、所述串口通信转换模块、所述充电通信模块为箱锁终端的三种通信通道，所述磁 保持控制模块是为所述箱锁终端的开锁/关锁执行机构，所述门节点监测模块为所述箱锁 终端对箱门状态的监测机构，所述电源模块为所述箱锁终端的各模块供电。[0006]在至少一个优选实施方式中，所述电力载波通信模块通过载波通信接口模块与所 述中央处理器连接，接收来自载波链路层远端的各种指令。[0007]在至少一个优选实施方式中，所述的串口通信转换模块与所述中央处理器连接， 接收来自现场上位机的各种指令。[0008]在至少一个优选实施方式中，所述充电通信模块的输入信号既是充电信号，也是 通信信号，所述充电通信模块与所述中央处理器连接，接收来自现场智能掌机的各种指令。[0009]在至少一个优选实施方式中，利用所述充电通信模块，箱锁在失电状态下可以采 用无源工作模式，所述智能掌机在与所述箱锁实现通信过程中，通过所述充电通信模块为 所述箱锁充电提供工作电源。[0010]在至少一个优选实施方式中，所述门节点检测模块与所述中央处理器连接，所述 中央处理器实时检测来自所述门节点检测模块的监测信号。[0011]在至少一个优选实施方式中，所述的磁保持控制模块与所述中央处理器连接，所 述中央处理器根据接收的指令对所述磁保持控制模块发出控制信号，执行开锁/关锁动作。[0012]在至少一个优选实施方式中，所述的充电复位模块为所述中央处理器提供强制 复位信号，保证所述中央处理器稳定可靠工作。[0013]在至少一个优选实施方式中，所述的箱锁还包含时钟模块，所述时钟模块与所述 中央处理器连接，提供各种事件发生的时间。[0014]在至少一个优选实施方式中，所述存储模块与所述中央处理器连接，由所述中央 处理分区控制记录事件发生的所有相关联信息。[0015]在至少一个优选实施方式中，所述掉电检测模块与所述中央处理器连接，由所述 中央处理器实时监测掉电信号，在检测到掉电信号异常时启动保护措施，防止存储信息缺 失、丢失。[0016]其中，中央处理器与存储模块通过SPI总线连接，存储模块存储门节点状态变化、 开锁、关锁动作的所有相关信息，上述信息数据通过SPI总线与中央处理器交互传递，并由 中央处理器协调数据流向。[0017]时钟模块通过I2C总线与中央处理器相连，功能是为远程遥控箱锁提供各种信息 对应的发生时刻。[0018]电力载波通信模块通过载波接口转换模块与中央处理器相连，中央处理器通过此 载波模块实现与上级的信息对通，并将远程遥控箱锁的反馈信息通过电力载波通信模块回 传给上级。其中上级信息可以通过智能掌机或者集中器等设备实现下发。[0019]串口通信转换模块与中央处理器相连，该模块能够实现两种串口方式的通信转 换，对外通过RS232实现与上位机的信息对通，通过串口通信转换模块实现对终端设备现 场安全方便的升级操作。[0020]充电通信模块与中央处理器相连，中央处理器通过此充电通信模块实现与上级的 信息对通。其中上级信息是通过智能掌机设备实现下发。该模块既为箱锁提供一种通信信 道，也为箱锁在无源状态下提供充电功能。[0021]电复位模块与中央处理器的复位引脚相连，智能掌机与箱锁通信时，复位模块核 心芯片电平变化导致中央处理器被强制复位，保证中央处理器稳定可靠运行。[0022]磁保持控制模块与中央处理器的I/O端口相连，中央处理器根据上级命令控制I/ O端口输出电平的高低，从而实现对磁保持控制模块的执行机构锁芯的控制。磁保持控制模 块的输入电压支持有源/无源的工作模式，无源工作模式下该模块的输入电压来源于智能 掌机，有源工作模式下该模块的输入电压来源于市电。[0023]门节点监测模块连接在中央处理器的I/O端口上，中央处理器会实时采集来自模 块的门节点状态信息，如发现状态信息发生变化，中央处理器进入对应的处理流程，记录该 信息，并在发现状态信息变化错误时产生报警信息。[0024]载波通信接口转换模块与中央处理器的标准串口相连，该模块解决中央处理器与 电力载波通信模块电平匹配问题。[0025]运行状态指示模块与中央处理器的I/O端口相连，该模块是箱锁终端对外的状态 运行的显示窗口，可以显示中央处理器对上通信、对下通信、运行、上电的状态信息。[0026]掉电检测模块与中央处理器的I/O端口相连，该模块能够实时监测电压状态，当 监测到失电状态发生时，中央处理器即采用严防存储信息丢失机制，可以有效杜绝掉电产生的记录丢失、缺失现象。[0027]电源模块直接与中央处理器相连，功能是给中央处理器、时钟模块、存储模块、电 力载波通信模块提供电源。[0028]基于载波通信的远程遥控箱锁的主要特点为:[0029]此箱锁由多组功能独立的模块系统集成，该终端支持无源/有源的工作模式，此 种模式实用性强，在无源工作模式下，箱锁即用即充，方便灵活，克服了无源状态发生时的 工作盲区和记录盲点。[0030]此箱锁的通信信道共有三种方式，即为电力载波通信、RS232通信、充电通信，三种 通信信道互相补充、互相独立。通过电力载波通信信道可以实现箱锁的远程遥控，利于主站 管理人员实时查询、监管、升级。RS232通信和充电通信可以实现现场的参数设置、信息和状 态查询、控制锁头动作，RS232通信还可以实现载波通信盲点的现场手动升级。[0031]此箱锁采用强制复位方式保证中央处理器可靠工作。利用外部电压监测复位芯片 实现此功能，该芯片的输入电压通道独立于市电供电系统，采用外部掌机供电方式，确保掌 机通信方式触发可靠有效低电平复位。[0032]此箱锁记录所有有关电力计量箱箱门状态的动作,包括开锁、关锁、门节点状态突 变。中央处理器对于动作信息、管理信息、参数信息采用各自独立、分区存储、安全备份、定 时交叉比对、掉电保护的管理机制，记录可靠准确。[0033]此箱锁对于门节点的突变采用复合条件判断方式加以判别，如发现状态错误会向 上级报警，严格的判别可以有效防止漏报、误报。[0034]此箱锁现场充电通信采用抗干扰加密措施，保证通信隐蔽难以被截获。箱锁和智 能掌机作为通信双方在传输信号时其通信频率按照特定频率进行速率变化。与定频通信相 比，因为截获方不知道时变速率通信的规律，所以就很难捕获其通信内容，从而保证设备的 安全运营。[0035]此箱锁对于开锁/关锁动作的执行采用分权限的管理方式，遵循先入为主、权级 递增、分权执行、权限重置的原则，有效提升供电公司关于电力计量箱的管理水平，简化管 理流程，使管理更清晰明了可靠。[0036]本实用新型的基于载波通信的远程遥控箱锁终端可以应用于用电营销自动化系 统中，作用系统的末端设备，实现对电力计量箱的科学智能化管理，该箱锁安装于电力计量 箱的内部，设计巧妙，接线简单，并且操作简单，设备中的每一模块硬件设计严谨可靠、软件 采用专业设计方案以保证终端稳定运行，满足了营销自动化系统中科学管理、智能管理的需求。[0037]由本实用新型作为核心终端的电力计量箱管理系统从根本上解决了电力计量箱 锁群管理难的问题，同时也方便上级对下级的突击检查和监督，杜绝了承包人加私锁阻碍 检查的行为，远程遥控箱锁保存开锁、关锁、门节点状态发生变化时的所有相关信息记录， 可以由操作人员在现场使用专用设备读取，传回主站留档备用及管理，此种方式可以保证 责任的不可推卸性，有效遏止内外串联窃电。对于重点机关用户，台区表可分组单立远程遥 控箱锁，由管理人员监督开箱，此箱锁的推广应用可以有效提高供电公司台区管理水平。
[0038]图1是本实用新型的基于载波通信的远程遥控箱锁的一个实施方式的应用框 图。[0039]图2是本实用新型的基于载波通信的远程遥控箱锁的一个实施方式的结构框图。[0040]图3是本实用新型的基于载波通信的远程遥控箱锁的一个实施方式的充电通信 模块原理图。[0041]图4是本实用新型的基于载波通信的远程遥控箱锁的一个实施方式的磁保持控 制模块原理图。[0042]图5是本实用新型的基于载波通信的远程遥控箱锁的一个实施方式的电源模块 原理图。
具体实施方式
[0043]下面结合实施例进一步说明本实用新型的结构方案和工作过程，但不以任何方式 限制本实用新型的范围。[0044]如图1所示，整个应用系统有两种实现途径，这两个途径相互独立并存又相互补 充，完整地构成了电力计量箱管理系统。其中系统主站70、集中器10、远程遥控箱(配变) 构成系统实现的第一条途径，系统主站70、智能掌机51、52、53、远程遥控箱锁构成系统实 现的第二条途径。[0045]远程遥控箱锁安装于电力计量箱20、21、30、31、40、41的箱体内靠近门锁位置，箱 体对外依次引出充电通信线、门节点监测引入线、磁保持控制执行机构引出线。其中充电通 信线引出至箱体拉手处，便于操作人员在计量箱体外与智能掌机51、52、53连线充电通信。 智能掌机通过串口线与箱锁连接，打开智能掌机可执行程序，操作人员根据自身权限进入 相应的操作界面执行相应的操作指令。智能掌机也可以通过串口线与专用载波操控盒连 接，通过电力线载波信道实现与箱锁的通信。有线通信和载波通信并存，互为补充。智能掌 机可以对箱锁进行校时，查询箱锁自身参数60、读操作记录(即，开锁记录61)、读箱体状态 等操作，高级别操作人员还可以对箱锁进行设置地址、清空记录、清空码别信息等初始化操 作。智能掌机将各个箱锁参数和记录进行汇总并可以通过USB接口线传至主站70，实现主 站对箱锁、电力计量箱的全面监测。主站通过GPRS信道与集中器10通信，集中器10利用 电力线载波信道实现对箱锁参数60和开锁记录61的抄收。[0046]其中，管理人员资料81、台区资料82、计量箱资料83可以存储于系统主站70。[0047]如图2所示，基于载波通信的远程遥控箱锁由主中央处理器120、存储模块142、时 钟模块141、电力载波通信模块151、串口通信转换模块149、充电通信模块8、充电复位模块 143、磁保持控制模块147、门节点监测模块145、载波通信接口转换模块150、运行状态指示 模块146、掉电检测模块144、电源模块110构成。在正常情况下是处于有源工作模式下,在 有源工作模式下，箱锁依靠电源模块110为各个模块可靠供电。箱锁无源工作模式适用于 系统停电或者特殊事件发生的情况。在无源工作模式下，箱锁依靠充电通信模块148利用 智能掌机为主中央处理器120、存储模块142、时钟模块141、充电复位模块143、磁保持控制 模块147、门节点监测模块145、运行状态指示模块146、掉电检测模块144瞬间供电，箱锁 在通信过程中完成对开锁/关锁动作的信息记录，并驱动执行机构作出相应的动作。在有 源工作模式下，箱锁初始通电后，实时监测门节点状态，在状态发生突变后，箱锁记录状态发生的时间和事件类型。箱锁在收到来自载波链路层的命令后，立即执行相应的操作并予 以回执。箱锁在收到来自充电通信模块的命令后，为防止通信冲突，避开充电过程，智能判 断充电结束时刻，并在充电结束后立即予以回执。箱锁在收到来自串口通信转换模块的命 令后，依据规约类型进行判断，如果需要串口升级，箱锁会进入IAP流程。如果有开锁/关 锁的动作发生时，箱锁会立即记录动作发生的时间、上级类型、上级权限级别、上级身份、动 作类型等所有相关信息，以便上级查询。箱锁对来自上级的开锁/关锁命令并不是一味执 行，而是根据权限记录等级进行智能判断，如果不符合权限控制要求，箱锁会拒绝开锁/关 锁动作。[0048]如图3所示，R26、R27为自复保险丝，遭遇过电流时所产生的热，会导致本体温度 上升，同时内阻也急速增加；阻抗增加将能有效率地将故障时的电流通量降至最低程度，达 到保护产品电路的目的。C21并联在VTlO的C、E两端，可以在有源时，吸附足够电荷，而 在无源时，充当动态的电极电势，维持箱锁的供电时间，保证回包和开锁/关锁动作完整有 效。该图中的TXD2在智能掌机对箱锁通信的时间段内务必为高，以保证来自掌机的信号在 低电平时被有效拉低，一旦TXD2在智能掌机发送阶段为低电平，VTlO将截止，VTlO的C、E 端等同于开路，C21的反冲电压会影响发送信号的低电平，从而导致箱锁无法正常接收来自 上级命令。[0049]如图4所示，R30、R31、R32、Cl、C2、C9共同构成保护电路，在继电器动作条件下， 箱锁功耗突然增加，导致电源被突然急剧拉低，形成尖锐下降毛刺，极易导致芯片电源来低 至最低支持电压之下而复位，从而导致继电器动作失败AlOXll电容可以有效防止继电器 两端电压突然变化损坏继电器，在继电器两端并入TVSP6KE系列瞬态保护双向二极管，有 效地保护后续线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏，响应速度时间快、瞬态功率 大、漏电流低、击穿电压偏差小，该管电压选的偏低目的，为了防止TVS管两端电压反冲电 压大于12V，更好保护三极管。R19、R20、R21、R22的阻值选配充分考虑到高压、低压、高温、 低温特殊情况发生时造成的电路电流以及继电器性能的变化，保证继电器可靠动作。VD3用 来简单有效地隔离市电电源系统和充电通信模块的电源系统，使两个电源系统互相独立。[0050]如图5所示，箱锁的电源模块及载波模块多处采用特殊的电磁兼容保护装置，以 解决瞬态高电压干扰、雷击破坏等特殊问题。其中电源变压器初级线圈并入压敏电阻，利用 压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到 一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。串入自复熔丝、磁珠，次级线圈并入 电容等保护元件防止前端因为雷击等特殊情况引起的过压、过流而损坏设备。[0051]上面参照附图说明了本实用新型的优选实施方式，但是，应当理解，上述说明仅是 示例性的。本领域的技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，对本实用 新型作出各种修改和变型。本实用新型的保护范围由所附的权利要求书限定。
权利要求1.一种基于载波通信的远程遥控箱锁，其特征在于，所述遥控箱锁包括中央处理器、存 储模块、门节点监测模块、电力载波通信模块、载波通信接口转换模块、磁保持控制模块、串 口通信转换模块、充电复位模块、充电通信模块、掉电检测模块、电源模块，其中，所述电力 载波通信模块、所述串口通信转换模块、所述充电通信模块为箱锁终端的三种通信通道，所 述磁保持控制模块是为所述箱锁终端的开锁/关锁执行机构，所述门节点监测模块为所述 箱锁终端对箱门状态的监测机构，所述电源模块为所述箱锁终端的各模块供电。
2.根据权利要求1所述的基于载波通信的远程遥控箱锁，其特征在于，所述电力载波 通信模块通过载波通信接口模块与所述中央处理器连接，接收来自载波链路层远端的各种 指令。
3.根据权利要求1所述的基于载波通信的远程遥控箱锁，其特征在于，所述的串口通 信转换模块与所述中央处理器连接，接收来自现场上位机的各种指令。
4.根据权利要求1所述的基于载波通信的远程遥控箱锁，其特征在于，所述充电通信 模块的输入信号既是充电信号，也是通信信号，所述充电通信模块与所述中央处理器连接， 接收来自现场智能掌机的各种指令。
5.根据权利要求4所述的基于载波通信的远程遥控箱锁，其特征在于，利用所述充电 通信模块，箱锁在失电状态下可以采用无源工作模式，所述智能掌机在与所述箱锁实现通 信过程中，通过所述充电通信模块为所述箱锁充电提供工作电源。
6.根据权利要求1所述的基于载波通信的远程遥控箱锁，其特征在于，所述门节点检 测模块与所述中央处理器连接，所述中央处理器实时检测来自所述门节点检测模块的监测 信号。
7.根据权利要求1所述的基于载波通信的远程遥控箱锁，其特征在于，所述的磁保持 控制模块与所述中央处理器连接，所述中央处理器根据接收的指令对所述磁保持控制模块 发出控制信号，执行开锁/关锁动作。
8.根据权利要求1所述的基于载波通信的远程遥控箱锁，其特征在于，所述的充电复 位模块为所述中央处理器提供强制复位信号，保证所述中央处理器稳定可靠工作。
9.根据权利要求1所述的基于载波通信的远程遥控箱锁，其特征在于，所述的箱锁还 包含时钟模块，所述时钟模块与所述中央处理器连接，提供各种事件发生的时间。
10.根据权利要求1所述的基于载波通信的远程遥控箱锁，其特征在于，所述存储模块 与所述中央处理器连接，由所述中央处理分区控制记录事件发生的所有相关联信息。
11.根据权利要求1所述的基于载波通信的远程遥控箱锁，其特征在于，所述掉电检测 模块与所述中央处理器连接，由所述中央处理器实时监测掉电信号，在检测到掉电信号异 常时启动保护措施，防止存储信息缺失、丢失。
专利摘要一种基于载波通信的远程遥控箱锁，其中，遥控箱锁包括中央处理器、存储模块、门节点监测模块、电力载波通信模块、载波通信接口转换模块、磁保持控制模块、串口通信转换模块、充电复位模块、充电通信模块、掉电检测模块、电源模块，其中，电力载波通信模块、串口通信转换模块、充电通信模块为箱锁终端的三种通信通道，磁保持控制模块是为箱锁终端的开锁/关锁执行机构，门节点监测模块为箱锁终端对箱门状态的监测机构，电源模块为箱锁终端各模块供电。此箱锁由多组功能独立的模块系统集成，该终端支持无源/有源的工作模式，此种模式实用性强，在无源工作模式下，箱锁即用即充，方便灵活，克服了无源状态发生时的工作盲区和记录盲点。
文档编号E05B65/52GK203160897SQ20122073038
公开日2013年8月28日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者蒙淑艳, 唐亮 申请人:国电龙源电气有限公司