通讯设备断电上报系统的制作方法

本实用新型主要涉及到通讯设备技术领域，确切地说，涉及到在通讯设备中采用对设备掉电的瞬态触发报警模块的方案，能够精准地甄别出通讯设备是发生突发掉电事件还是发生断网故障事件，确保服务器能够撷取到通讯设备真实的故障问题所在。

背景技术：

目前数据传输设备主要是通过光纤带有的数据通信信道连接进行远程管理的，但是在相关标准建议中，没有专门的设备断电警告。基于资源短缺和气候变暖问题，光伏发电系统成为世界各国普遍关注和重点发展的新型产业，光伏发电设备由于包含了大量的通讯设备但是缺乏有效的设备断电警示，因此有必要建立一套断电上报系统。试想如果传输设备供电中断，中心网管只能上报业务中断的相关告警，以及数据通信信道连接失败等告警但是无法区别传输设备是由断电故障，还是由其他线路原因导致通信故障。这种情况，如果出现设备断电引起的业务中断，往往会导致用户认为是设备自身原因，直接投诉到客户服务中心。如果出现的是瞬态中断，则更加难以判定其根本原因是短时断电或者设备短期工作不正常造成，这些情况就会导致产生一些额外不必要的维护成本，因此需要一种方法能直接将传输设备异常断电作为警告上报到网管或服务器。

在现代的光伏电站管理系统中，汇流箱或逆变器等类似的电力设备，内置的通讯设备要求实现断电告警的功能，以区分设备是断电故障还是其它线路原因导致通信故障。一般设备电源在断电时会给出断电信号，并维持短暂的供电时间，电力设备必须在这段时间内把断电告警报文可靠地上报给网管或服务器。

现有的断电告警一般有以下几种实现方法。第一种方法是使用通信芯片内部的寄存器来实现断电告警：当设备断电瞬间，设备与设备控制器间的通信仍然完好，通过修改设备侧的通信芯片的一个或多个寄存器比特位，通信芯片会把这些比特信息通过物理链路传到对端芯片，并保存到其特定寄存器中，而后由设备控制器软件检测这些数据，实现断电告警。由于可使用的比特数据很少，且所传递的信息完全依靠物理链路实现，使用该种方法极易受到干扰，且可靠性较低。第二种方法是由通信芯片实现断电告警：某些通信芯片在对端发送异常时会自动更新一些状态信息，当设备断电后，设备控制器的通信芯片自动上报异常，设备控制器通过检测这些异常，实现断电告警。由于断电和掉线这两种情况对通信芯片的影响基本是相同的，通信芯片很难区分是断电还是掉线，可靠性较低。第三种是由上层协议实现断电告警：设备在收到断电信号后，通知上层协议，由上层协议生成断电告警报文再通过物理链路传递到设备控制器。由于设备收到断电信号后，要经过上层协议的封装，再通过物理链路传递，使得上报延迟比较大，在电源的维持时间不能保证的情况下，经常会造成断电告警信息来不及上报，导致断电告警信息丢失。

已经公开的中国专利申请01804121.3揭示了一种利用通信设备具有的未定义的开销字节来表明数据传输质量的方法，虽然按照这种方法并不能解决类似交流电源失效报警的问题，但是这类技术为是解决电源失效报警的较佳的方案之一。该技术将表明数据传输质量开销字节与承载数据在同一帧数据内，缺陷是不能快速地将报警传出故障设备。

面临着资源短缺和世界气候变暖问题，利用可再生能源来取代资源有限且对环境有污染的传统化工能源，成为当前迫切需要解决的重要课题。太阳能、地热能和风能、生物质能和核聚变能、海洋能等可持续性发展的新能源得到了越来越广泛的应用。在光伏发电系统建设中，许多安防设备处于24小时全天候不间断的运行状态，以保障发电工作的顺利开展。鉴于发电设备的特殊性，不能保证对重点监控设备在断电后做出及时处理，尤其是位于无人值守的发电系统，对于设备的断电情况不易察觉。断电报警装置普遍存在稳定性和抗干扰性能差的问题，有时出现漏报和误报现象，可靠性不能满足实际要求。本申请涉及到在通讯设备中采用对设备掉电的瞬态触发报警模块的方案，如果通讯设备能够集成到各种电力电子装置当中，则其主要的特点是能够精准地甄别出是通讯设备发生突发掉电事件还是发生断网故障事件，确保服务器能够撷取到通讯设备真实的故障问题所在。

技术实现要素：

在一个非限制性的实施例中，本申请披露了一种通讯设备断电上报系统，包括：判断该通讯设备（Communication Device）是发生电源断开事件还是发生网络断开事件的预警模块；对为该通讯设备供电的交流变直流电源的输出电压进行采样的电压采样模块；其中电压采样模块在发生电源断开事件时所提供的采样电压由于跌落而触发预警模块输出的预警信号从原始的第一逻辑状态跳变到第二逻辑状态。

上述的通讯设备断电上报系统，其中：

所述电压采样模块包括串联连接在交流变直流电源的输出电压与参考地电位之间的多个分压电阻，在分压电阻之间的分压节点处提供所述采样电压。

上述的通讯设备断电上报系统，其中：

所述预警模块包括串联连接在一个预设节点与参考地电位之间的第一电阻和开关；

所述采样电压耦合到所述开关的控制端，并在第一电阻和开关之间的互连节点处产生所述的预警信号。

上述的通讯设备断电上报系统，其中：

该通讯设备未发生电源断开事件时，所述采样电压不会跌落从而维持所述预警信号原始的第一逻辑状态；

该通讯设备在发生电源断开事件时，由于所述采样电压跌落导致所述开关从接通状态切换到关断状态，使得所述预警信号从原始的第一逻辑状态跳变到第二逻辑状态。

上述的通讯设备断电上报系统，其中：

还包括向所述预设节点提供电压的一个直流到直流的电压转换器；

所述交流变直流电源通过二极管向所述电压转换器提供电压源；以及

所述电压转换器的电压源输入端和参考地电位之间还连接有一个或多个输入电容。

上述的通讯设备断电上报系统，其中：

该通讯设备未发生电源断开事件时，所述交流变直流电源为所述电压转换器供电而藉此使得所述电压转换器输出的电压保持所述预设节点持续具有高于参考地电位的电压；

该通讯设备在发生电源断开事件时，由所述输入电容在断电期间不断释放电量而为所述电压转换器供电，藉此使得所述电压转换器输出的电压在断电期间保持所述预设节点具有高于参考地电位的电压。

上述的通讯设备断电上报系统，其中：

所述采样电压通过一个镇流电阻耦合到所述开关的控制端。

上述的通讯设备断电上报系统，其中：

所述的开关是NPN三级晶体管。

上述的通讯设备断电上报系统，其中：

所述第一电阻和开关的互连节点处与参考地电位之间串联有第二电阻和电容元件；

所述第二电阻和电容元件相连的节点视为所述预警信号的输出端。

上述的通讯设备断电上报系统，其中：

所述第一逻辑状态是所述互连节点处的电位趋于等于所述参考地电位的低电平；

所述第二逻辑状态是所述互连节点的电位趋于等于所述预设节点的电位的高电平。

应该认识到通讯设备断电（Power Cut-off）和断网（Network Disconnection）对于通讯设备自身而言是不同类型的故障。

在本实用新型的应用领域中，很多重要设备都具有监视自身供电情况的功能，在出现某些供电异常时能够给出适当的报警信号，通知操作人员。然而现有技术在设备工作过程中如果因为设备自身或外部的原因造成设备断电，设备自身将无法提示作业人员，可能造成设备在工作过程中长时间断电，影响产品质量或者酿成生产事故，造成这种情况的主要原因是现有设备的所有功能都是以设备本身能够通电为前提的。因此，在设备本身完全失去外部及内部电力供应的情况下，其不可能进行任何主动的报警提示。本申请能够解决的另一个重要问题是：由于带有通信功能的通讯设备在发生断电和发生网络掉线这两种情况对通信功能的影响基本是相同的，都是无法执行有效的通信机制，所以通讯设备和与之通信的其他电子设备例如服务器很难区分通讯设备是断电还是掉线，本申请在掉电瞬态触发预警信号，能够精准地甄别出通讯设备是突发掉电还是断网故障。

附图说明

为使上文目的和特征及优点能够更加通俗易懂，后文结合附图对具体实施方式做详细的阐释，阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本申请的特征和优势将显而易见。

图1是本申请涉及到的带有通信功能的通讯设备中各个模块的系统架构。

图2是通讯设备具备的电压采样模块和预警模块及电压转换器的示意图。

具体实施方式

下面将结合各实施例，对本实用新型的方案进行清楚完整的阐述，所描述的实施例仅是本实用新型用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该等实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案都属于本实用新型的保护范围。

在光伏发电领域，光伏组件或光伏电池是发电的核心部件，太阳能电池板在主流技术的方向分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池等，大型的集中式光伏电站采用的电池组件的数量庞大，小型的分布式户用型小型电站采用的电池组件的数量相对较少。硅电池在该领域要求的使用年限高达二十多年的寿命，所以对电池的实时性和持久性监测是必不可少的。很多内部和外部因素都会导致光伏组件的发电效率低下，光伏组件自身之间的制造差异或安装差异或阴影遮挡或最大功率追踪适配度等因素都会引起转换效率降低。以典型的阴影遮挡为例，如果部分光伏组件被云朵或建筑物或树影或污垢等类似情况遮挡后，这部分组件就会由电源变成负载而不再产生电能，光伏组件在发生热斑效应严重的位置局部温度可能较高，有的甚至超过150℃，导致组件局部区域烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装材料老化、玻璃炸裂、腐蚀等永久性破坏，给光伏组件的长期安全性和可靠性造成极大地的隐患。光伏电站/系统亟待解决的问题就是：能够实时地或周期性的观察每一块被安装的光伏电池板的工作状态，能对电池的过温、过压、过流和端子短接及电弧故障等异常情况进行预警，这对发生异常的电池采取类似于主动安全关断或其他的应急措施显得尤为重要。无论是集中式还是分布式光伏电站，基于采集光伏组件的工作参数数据对于判断和识别那些存在潜在问题的组件是十分必要的。提供数据分析、组件实时监控、远程诊断、使电站业主能及时迅速全面掌握电站运行情况，都是基于光伏组件的参数监控。当前的数据采集模块能够在光伏组件一侧采集到所需要的数据，将数据发送到目标设备例如服务器/汇流箱/逆变器上却需要使用到通讯设备。

参见图1，通讯设备（Communication Device）通常具有适用于工控环境的有线通讯设备和无线通讯设备。有线通讯设备主要是期望解决工业应用现场的串口通讯、专业总线型的通讯、工业以太网的通讯以及各种通讯协议之间的转换设备。无线通讯设备则主要是基于无线AP、无线网桥、无线网卡、无线避雷器、天线等设备。单工通信：只能进行单向的通信类型，如各种各样的遥控器。半双工通信：如对讲机。全双工通信：可以进行双向通信的类型，如家用电话座机/市话、手机、计算机、调制解调器、无线电台以及卫星电话/海事电话等等。关于通讯设备在本领域已经有较为详细的介绍，鉴于通讯设备与生俱来的通信功能，唯独需要注意的是：当其他周边设备与通讯设备执行通信，其他的周边设备或许会侦测到自身无法连接到通讯设备，无法通信的原因是多方面因素造成的，但最主要的两种情况必须先行确定，其一是通讯设备从外部供电系统上断开，其二是通讯设备自身发生网络故障而从通信网络上掉线。

参见图1，通讯设备断电上报系统主要包括了如下的组成部分：判断该通讯设备是发生电源断开事件PCO还是发生网络断开事件NDIS的预警模块400，预警模块400针对所谓断点或断网的外在表象是它发出的预警信号SIG会存在不同的逻辑状态，如果通讯设备持续有外部供电系统来供电例如由市电来供电，则预警信号SIG的逻辑状态可以维持在某个状态不变，譬如一直维持在高电平逻辑或低电平逻辑。而作为对比，如果通讯设备来自外部供电系统的供电被断开，譬如停电或设备插头松动，则预警信号SIG的逻辑状态不再维持在某个状态不变，而是在不同的逻辑状态之间至少跳变一次，譬如由供电未断开的初始态的低电平跳变到供电断开的末态的高电平，或者是由供电未断开的初始态的高电平跳变到供电断开的末态的低电平。前文我们提及到：通讯设备和周边设备无法通信的原因必须先确认是通讯设备是否从外部供电系统上断开，和通讯设备之间存在单向通信或双向通信的周边设备或目标设备500所收到的预警信号SIG如果没有发生逻辑状态的跳变或切换，则目标设备500基本能判断出通讯设备供电正常而很可能是断网。相反目标设备500所收到的预警信号SIG如果至少发生了一次逻辑状态的跳变或切换，毫无疑虑很可能是供电异常，必须检核通讯设备是否能正常的撷取外部供电。

参见图1，通讯设备断电上报系统主要包括了如下的组成部分：交流变直流电源100撷取电网或离线交流电并转换为电子设备能直接使用的直流电，对为通讯设备供电的交流变直流电源（AC/DC电源模块）100的输出电压进行采样的电压采样模块300。电压采样模块300的主要作用就是感知或侦测交流变直流电源100的输出电压的变化，如果通讯设备断电则交流变直流电源100的输出电压几乎会瞬态跌落下降到零值附近，电压采样模块300能够分辨出所谓的交流变直流电源100的输出电压的大小变化情况。电压采样模块300在通讯设备发生电源断开事件时，电压采样模块300所提供的采样电压的电压值毫无疑虑会有一定幅度的跌落，采样电压的这种大小变化（跌落）会触发所谓的预警模块400输出的预警信号SIG的逻辑状态发生切换，譬如从原始的第一逻辑LOG1状态跳变到第二逻辑状态LOG2，电压采样模块300可以采用分压器。

参见图2，在一个非限制性的可选实施例中，电压采样模块300包括串联连接在交流变直流电源100的输出电压与参考地电位GND之间的多个分压电阻，图2中暂时是以分压电阻RD1-RD2为例阐释说明，除了分压电阻RD1和RD2之外在实际应用中还可以采用更多的分压电阻，而且在分压电阻之间的某个分压节点处提供所述的采样电压。假定分压电阻RD1和分压电阻RD2之间互连处为分压节点NS，则在该分压节点NS处可以提供期望的采样电压VS，采样电压VS和交流变直流电源100输出电压成比例关系。

参见图2，在一个非限制性的可选实施例中，预警模块400包括串联连接在一个预设节点NP与参考地电位GND之间的第一电阻R1和开关Q。开关Q作为电子开关它具有控制端以及第一端和第二端，控制端的驱动信号的电位变化可控制开关Q的第一端和第二端之间的导通或关断。譬如第一电阻R1连接在开关Q的第一端和预设节点NP之间而该开关Q的第二端耦合到参考地电位GND。另外前文提及的电压采样模块300所提供的采样电压VS可以耦合到开关Q的控制端，例如采样电压耦合到场效应晶体管的栅极控制端或是三极管的基极控制端，采样电压VS在断电事件发生时的跌落相当于开关的控制端的驱动信号的电位变化，这会引起开关Q在接通和关断之间切换。预警模块400的主要目的在于输出一个预警信号SIG，在图2的实施例中，在第一电阻R1和开关Q之间的互连节点NO处产生所谓的预警信号SIG。预警信号SIG大体上会因为开关Q的接通和关断而表现出不同的电势等级，譬如：如果开关Q接通则互连节点NO的电位更靠近参考地电位GND的低电位，与之相反，如果开关Q关断则互连节点NO的电位更靠近预设节点NP带有的高电位。这里预设节点NP带有的电位高于参考地电位GND，而且该预设节点NP处的电位由电压转换器（DC/DC电源模块）200供电。

参见图2，在一个非限制性的可选实施例中，通讯设备未发生电源断开事件时由于交流变直流电源100的输出电压基本恒定所以该采样电压VS不会跌落，采样电压VS耦合到开关Q的控制端迫使开关Q接通，所以开关Q的第一端也即互连节点NO处的电势更加靠近趋于等于参考地电位，此时我们认为开关Q会维持所述的预警信号SIG处于原始的第一逻辑状态LOG1，码元[0]表征的低电位逻辑。与之相对的是，该通讯设备在发生电源断开事件时，由于交流变直流电源100的输出电压会迅速跌落到零值附近，所以采样电压VS也随之跌落，采样电压VS耦合到开关Q的控制端迫使开关Q关断，相当于断电事件导致开关Q从接通状态切换到关断状态，此阶段互连节点NO的电位从更靠近参考地电位切换到更靠近预设节点NP带有的电位，也即相当于使预警信号SIG从原始的第一逻辑状态LOG1跳变到第二逻辑状态LOG2，码元[1]表征的高电位逻辑。

参见图2，在一个非限制性的可选实施例中，考虑到必须在合理的时机为所述的预设节点NP处提供电压源，断电上报系统还至少包括向预设节点NP提供电压的直流到直流的电压转换器（DC-DC）200，电压转换器的典型方案有BUCK电路、BOOST电路以及升降压的BUCK-BOOST电路拓扑。在一个非限制性的可选实施例中，所述的交流变直流电源100通过二极管D向电压转换器200提供电压源，前者是以单向的方式向后者提供电压源，譬如：这里的二极管D的阳极连到交流变直流电源100的电压输出端而二极管的阴极连到电压转换器200的电压输入端。考虑到在发生断电事件的阶段该交流变直流电源100能够供应的电压马上跌为零，但在断电事件的瞬态该预设节点NP处却必须提供合理的电压源，为了解决该问题，本申请的方案在于：在电压转换器200的电压源输入端和参考地电位GND之间还连接有一个或多个输入电容，譬如图2中描述的大容量电容器C1至C4或更多数量的大电容。断电事件的瞬态，电压转换器200的电压输入端和参考地电位GND之间的电容能够维持短暂时间的电压，一般是毫秒级的时段，但是断电时刻的这个短暂的时间足够电压转换器200将电容器C1至C4上暂时维持的电压进行直流电到直流电的转换，并输出预期的电压值到预设节点NP处。

参见图2，该通讯设备未发生电源断开事件时，所述交流变直流电源100为所述电压转换器200供电，而藉此使得电压转换器200输出的电压保持所述预设节点NP持续具有高于参考地电位GND的电压，此期间不用担心预设节点NP的电压供应问题。通讯设备在发生电源断开事件期间，输入电容C1-C4体现出了电压保持作用，相当于一系列的输入电容C1-C4在断电期间不间断的释放电量而为电压转换器200供电，藉此使得电压转换器200对输入电容C1-C4保持的电压进行DC-DC电压变换，电压转换器200输出的电压在断电期间保持所述预设节点NP具有高于参考地电位GND的电压。大体上随着输入电容的数量越多它们能维系的电压持久越长，但是成本也随之更高，通常而言输入电容应当在断电期间维持供电100ms至500ms这样持久度的时间段。

参见图2，在一个非限制性的可选实施例中，在分压电阻RD1-RD2之间的所谓的分压节点NS与开关Q控制端之间连接有一个镇流电阻RG，则所述的采样电压VS通过这个镇流电阻RG耦合到开关Q的控制端，分压节点NS处的电位可能会上升到开关无法承受的水准，假定开关Q是三极管，则镇流电阻RG本身会承受部分压降而避免三极管的基极控制端承受过高的电压。例如：所述的电压采样模块300的分压电阻RD1-2之间的分压节点NS和三极管开关Q的基极之间连接镇流电阻RG，三极管开关Q的基极和耦合到地端的发射极之间寄生的PN结就不会过压而发生不可逆转的损坏。

参见图2，在一个非限制性的可选实施例中，所述的开关是NPN三极管，控制端是三极管的基极，耦合到互连节点NO的第一端是三极管的集电极而耦合到接地端的第二端则是三极管的发射极。当然NPN三极管还可以被MOS场效应晶体管替代。

参见图2，在一个非限制性的可选实施例中，所述的第一电阻R1和开关Q两者的互连节点NO处与参考地电位GND之间还串联有第二电阻R2和电容元件CO。虽然我们可以直接在互连节点NO处提供预警信号SIG并且将预警信号SIG传输给与通讯设备建立了单向或双向通信的接收方，例如接收方为图1中的目标设备500，在一个非限制性的可选实施例中，第二电阻R2和电容元件CO两者相连/互连的输出节点OUT替代性的视为预警信号SIG的实际输出端，即是预警信号SIG不再从互连节点NO处提供，反而是从输出节点OUT处提供，这对于平滑预警信号SIG的逻辑态电位具有实际意义。

参见图2，在一个非限制性的可选实施例中，根据前文描述，当开关Q接通时所述的第一逻辑状态LOG1是所述互连节点NO处的电位趋于等于所述参考地电位GND的低电平逻辑状态。开关Q接通的条件：通讯设备未断电并保持分压节点NS处具有一定能够驱动开关接通的电压。根据前文描述，当开关Q关断时所述第二逻辑状态LOG2是互连节点NO处的电位趋于等于所述预设节点NP的电位的高电平逻辑状态。开关Q关断的条件：通讯设备断电并诱使分压节点NS处的实际电位从系统未断电时的原始电压跌落到几乎等于断电时的零，分压节点NS处的实际电位不足以驱动开关接通。总而言之预警模块400判断该通讯设备是发生电源断开事件PCO还是发生网络断开事件NDIS，判断依据就是在发生电源断开事件时，电压采样模块300所提供的采样电压VS由于断电跌落而触发预警模块400输出的预警信号SIG从原始未断电的第一逻辑状态LOG1跳变到断电时的第二逻辑状态LOG2。如果是明确的发生了断电：预警信号SIG至少会在第一逻辑状态LOG1和互补的第二逻辑状态LOG2之间切换一次；反之如果是明确的是没有断电则预警信号SIG要么维持在第一逻辑状态LOG1或维持在第二逻辑状态LOG2，没有所谓的逻辑状态的切换。这对于失去网络通信功能的通讯设备而言，可以甄别出断网是由于设备断电引起的还是由于网络本身断掉所引起的。

以上通过说明和附图的内容，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述实用新型提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言在阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本实用新型的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本实用新型的意图和范围内。