用电监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及用电监测领域，尤其涉及一种用电监测装置。


背景技术：

2.随着科学技术日新月异的进步，生活水平不断提高，各式各样方便生活、生产的设备越来越多，对电的需求愈发紧密，用电量也是与日俱增，随之而来的用电安全、能耗管理等问题也是显得尤为重要。生活中，由用电设备导致的安全事故也是屡见不鲜，也有逐年攀升的趋势，事故基本上都是由于用电不规范，缺乏安全用电意识，同时由于忽视对电气设备的能耗管控优化，导致能源分配不合理，能源浪费，降低电气设备使用寿命，造成不必要的财产损失，对能源资源也是一种浪费，特别也是对当前社会能源紧缺情况下，国家需要双碳目标的一种挑战。对此，需要对用电回路的电能使用情况进行监测。
3.当前对于用电回路的监测设备基本上都是智能电表配合电气火灾监控探测器方案为主，此类设备可有效监测楼层或者一个区域的电气设备用电情况，即对总回路的用电情况进行监测。这种监测方式不能监测各相回路以及与各相回路连接的区域的用电情况，难以提高监测结果的准确性和改善能耗管控效果。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本实用新型提出一种用电监测装置，设置三相总回路采集单元、单相采集单元，利用三相总回路采集单元、单相采集单元分别采集三相总回路、单相回路的信号，并在单相回路上设置链式连接的多个监测回路实现对单相回路不同区域的检测，能够同时实现对总回路、分回路各区域的同时检测，提高了监测结果的准确性，改善了能耗管控效果，并且一主多从的设计方式能最大程度上降低设备成本，模块增减方便，基本上不增加额外的设备安装空间，保证被监测线路完整性，简化安装步骤，有效提高施工及调试效率，减少设备采购支出和线材损耗等成本，经济的同时也符合当前社会的能源利用愿景。
5.为解决上述问题，本实用新型采用的一个技术方案为：一种用电监测装置，所述用电监测装置包括：三相总回路采集单元、单相采集单元，三相电路中每一相设置不同的单相采集单元，且所述单相采集单元均与所述三相总回路采集单元连接；所述三相总回路采集单元包括采样模块、中央处理单元、通信模块，所述采样模块与三相电路的三相总回路连接，所述中央处理单元通过所述通信模块传输所述采样模块采集的三相总回路信号以及单相采集单元采集的单相电路信号；所述单相采集单元包括多个监测模块，所述多个监测模块链式连接形成多级监测结构，通过所述多级监测结构进行电参量采集和信号的传输，所述通信模块与其中一个监测模块连接以向所述单相采集单元供电和获取所述监测模块采集的单相电路信号。
6.进一步地，所述采样模块包括温度采集电路、剩余电流采集电路、电压采集电路、电流采集电路以及信号滤波电路、信号放大电路，通过所述信号滤波电路、信号放大电路滤
波、放大所述温度采集电路、剩余电流采集电路、电压采集电路、电流采集电路采集的信号。
7.进一步地，所述三相总回路采集单元还包括总存储模块，所述中央处理单元与所述总存储模块通信连接，通过所述总存储模块存储数据。
8.进一步地，所述三相总回路采集单元还包括显示模块，所述显示模块包括背光亮度控制电路、按键操作电路、led指示灯电路以及显示器，所述中央处理单元分别与所述背光亮度控制电路、按键操作电路、led指示灯电路、显示器连接。
9.进一步地，所述三相总回路采集单元还包括总供电模块，所述总供电模块包括电能转换电路，所述电能转换电路与三相电路中的一相连接，将三相电路中的电能转换为用电监测装置使用的电参量采集。
10.进一步地，所述通信模块包括第一通信接口电路、第二通信接口电路以及物联网接口模块，所述中央处理单元分别与所述第一通信接口电路、第二通信接口电路、物联网接口连接，所述单相采集单元与所述第一通信接口电路连接以获取所述三相总回路采集单元传输的电能和传输采集的单相电路信号，所述中央处理单元通过所述第二通信接口电路进行区域组网。
11.进一步地，所述监测模块包括分供电模块、从通信模块，所述从通信模块与所述分供电模块电连接，且与所述第一通信接口电路或上一级监测模块的从通信模块连接以获取电能和传输信号。
12.进一步地，所述监测模块还包括从编址信号模块，所述从编址信号模块与所述第二通信接口或上一级监测模块的从通信模块连接。
13.进一步地，所述监测模块包括分采样模块、控制器，所述控制器与所述分采样模块连接以获取所述分采样模块采集的单相电路信号。
14.进一步地，所述三相总回路采集单元还包括信号量模块，所述信号量模块与所述中央处理单元连接，包括开关量输入电路、开关量输出电路，所述开关量输入电路用于采集各种遥信输入信号、联动开关量出口动作开关以及告警提示，开关量输出电路用于告警输出或者与所述开关量输入电路输入的信号联动。
15.相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：设置三相总回路采集单元、单相采集单元，利用三相总回路采集单元、单相采集单元分别采集三相总回路、单相回路的信号，并在单相回路上设置链式连接的多个监测回路实现对单相回路不同区域的检测，能够同时实现对总回路、分回路各区域的同时检测，提高了监测结果的准确性，改善了能耗管控效果，并且一主多从的设计方式能最大程度上降低设备成本，模块增减方便，基本上不增加额外的设备安装空间，保证被监测线路完整性，简化安装步骤，有效提高施工及调试效率，减少设备采购支出和线材损耗等成本，经济的同时也符合当前社会的能源利用愿景。
附图说明
16.图1为本实用新型用电监测装置一实施例的结构图；
17.图2为本实用新型用电监测装置另一实施例的结构图；
18.图3为本实用新型用电监测装置的三相总回路采集单元一实施例的结构图；
19.图4为本实用新型用电监测装置的单相采集单元中监测模块一实施例的结构图。
具体实施方式
20.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，通常在此处附图中描述和示出的各本公开实施例在不冲突的前提下，可相互组合，其中的结构部件或功能模块可以以各种不同的配制来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
21.请参阅图1至图4，其中，图1为本实用新型用电监测装置一实施例的结构图；图2为本实用新型用电监测装置另一实施例的结构图；图3为本实用新型用电监测装置的三相总回路采集单元一实施例的结构图；图4为本实用新型用电监测装置的单相采集单元中监测模块一实施例的结构图。结合图1至图4对本实用新型的用电监测装置进行说明。
22.在本实施例中，用电监测装置包括：三相总回路采集单元、单相采集单元，三相电路中每一相设置不同的单相采集单元，且单相采集单元均与三相总回路采集单元连接；三相总回路采集单元包括采样模块、中央处理单元、通信模块，采样模块与三相电路的三相总回路连接，中央处理单元通过通信模块传输采样模块采集的三相总回路信号以及单相采集单元采集的单相电路信号；单相采集单元包括多个监测模块，多个监测模块链式连接形成多级监测结构，通过多级监测结构进行电参量采集和信号的传输，通信模块与其中一个监测模块连接以向单相采集单元供电和获取监测模块采集的单相电路信号。
23.三相总回路采集单元与单相采集单元使用一主多从的设计方式，且每个单元中采集模块化的方式将个功能器件连接在一起。避免了需要使用单个高成本器件进行多个信号采集和将设备集中在一起安装的问题，降低了设备成本，模块增减方便，基本上不增加额外的设备安装空间，保证被监测线路完整性，简化安装步骤，有效提高施工及调试效率，减少设备采购支出和线材损耗等成本，经济的同时也符合当前社会的能源利用愿景。
24.散热模块可以为风扇、水冷模块、空调以及其他能够进行散热的器件或制冷模块。
25.在本实施例中，采样模块包括温度采集电路、剩余电流采集电路、电压采集电路、电流采集电路以及信号滤波电路、信号放大电路，通过信号滤波电路、信号放大电路滤波、放大温度采集电路、剩余电流采集电路、电压采集电路、电流采集电路采集的信号。其中，信号放大电路与信号滤波电路、中央处理单元连接，将滤波放大后的信号发送给中央处理单元。信号滤波电路分别与温度采集电路、剩余电流采集电路、电压采集电路、电流采集电路连接，通过该电路结构将温度信号、剩余电流信号、电压信号及电流信号采集处理后输出至中央处理单元进行运算分析。
26.具体的，采样模块为多回路采样电路，三相总回路为三线四线回路，温度采集电路采集三相四线的温度信号，剩余电流采集电路采集三相四线剩余电流信号，电压采集电路、电流采集电路分别采集三相电压、三相电流。其中，电流采集电路通过开合式小电流输出式电流互感器采集电流，剩余电流采集电路通过开合式剩余电流互感器，温度采集电路使用耐高温材料线缆的绝缘型温度传感器。
27.三相总回路采集单元还包括总存储模块，中央处理单元与总存储模块通信连接，通过总存储模块存储数据。具体的，存储模块为掉电不丢失存储介质，存储介质采用铁电型具有高速率读写性能及无限擦写次数的存储芯片fram，用于存储系统的用户参数、物联网接口参数、系统配置参数、电参量参数、历史事件等信息。
28.三相总回路采集单元还包括显示模块，显示模块包括背光亮度控制电路、按键操作电路、led指示灯电路以及显示器，中央处理单元分别与背光亮度控制电路、按键操作电路、led指示灯电路、显示器连接。显示模块作为设备的人机交互接口，显示实时数据、告警及修改装置参数数据，查询实时历史记录信息等。通过上述结构实现人机交互，其集按键、指示灯和点阵显示器等功能于一体，用于修改设备参数、显示实时和历史等数据、指示设备运行、告警等状态。
29.在本实施例中，显示器为lcd液晶显示器，背光亮度控制电路使用三极管作为电子开关控制背光led器件实现背光控制；其中，按键操作电路使用轻型点触型按键实现菜单操作；led指示灯电路使用小尺寸黄绿红颜色led灯指示主设备运行状态；其中，lcd液晶显示器使用128*64点阵cog型低功耗小尺寸lcd液晶，用于三相总回路采集单元的显示操作界面。
30.三相总回路采集单元还包括总供电模块，总供电模块包括电能转换电路，电能转换电路与三相电路中的一相连接，将三相电路中的电能转换为与用电监测装置使用的电压、电流。
31.在本实施例中，电能转换电路包括三相采样接口、整流电路、降压电路、滤波电路，三相采样接口与三相总回路中的a相、n相连接以获取电能，将采集的电能传输给整流电路、降压电路、滤波电路进行整流、降压、滤波后输出3.3v、12v各等级电压供三相总回路采集单元、单相采集单元使用。
32.中央处理单元包含一个由32位高性能arm核的mcu芯片组成的最小系统，中央处理单元具有高速运算能力及强大的外设功能，完成三相总回路采集单元的全部运算功能，和进行逻辑分析、协议解析、物联网信息交互、电参量采集分析、开关量信号监控以及与单相采集单元信息交互完成整个装置的监测功能。
33.通信模块包括第一通信接口电路、第二通信接口电路以及物联网接口模块，中央处理单元分别与第一通信接口电路、第二通信接口电路、物联网接口连接，单相采集单元与第一通信接口电路连接以获取三相总回路采集单元传输的电能和传输采集的单相电路信号，中央处理单元通过第二通信接口电路进行区域组网。
34.具体的，第一通信接口电路包括了一组rs485通信总线、一组12v的直流供电电路、编址输出信号电路、向单相采集单元的监测模块传输信号的6芯信号线缆。第二接口电路与上级采集系统连接，包括一组rs485总线，用于区域组网以管理三相总回路采集单元。
35.物联网接口模块包含一个全网通的4g模组，通过该4g模块将三相总回路采集单元接入到互联网网络中，实现远程连接用电监测装置监测现场设备运行工况。其对接物联网平台，作为远程入网通信的桥梁，上行，将监测装置信息上传至物联网平台，实现物联功能，24小时在线实时监控；下行，对监测装置进行历史、实时数据获取，同时出现预警或者告警时对装置进行远程控制。
36.在其他实施例中，物联网接口模块也可以包括nb-iot通讯模块、lora通讯模块等
能够与物联网或局域网、互联网连接的通讯模块。
37.在本实施例中，三相总回路采集单元还包括信号量模块，信号量模块与中央处理单元连接，包括开关量输入电路、开关量输出电路，开关量输入电路用于采集各种遥信输入信号、与开关量输出电路联动以动作开关等分断设备保证用电安全以及进行告警提示，开关量输出电路用于告警输出或者与开关量输入电路输入的信号联动或者用于本体告警、故障等事件的紧急信号输出。
38.在一个具体的实施例中，开关量输入电路、开关量输出电路组成di/do接口
39.监测模块包括分供电模块、从通信模块，从通信模块与分供电模块电连接，且与第一通信接口电路或上一级监测模块的从通信模块连接以获取电能和传输信号。分供电模块提供监测模块工作使用的电能，并向下一级监测模块供电。
40.监测模块采用非接触式模块化设计，模块供电和回路电压等信号均由上级的采集设备提供，结合模块采集的型号，经过模块电路处理后送至监测模块的控制器处理，计算出电压、电流、功率、电能、谐波、温度等电参量数据，并通过从通信模块将数据汇总到总开关处的三相总回路采集单元，对数据进行分析运算及传到云端进行智能分析监控。
41.其中，从通信模块包含两个rs485总线型通信接口(第一通信接口、第二通信接口)；第一通信接口包含了一组rs485通信总线、一组与三相总回路采集单元第一通信接口电路中12v的直流供电电源电路连接的总线电路、编址输入信号电路、传输单相电压信号的6芯信号线缆；第二通信接口包含一组rs485通信总线、一组与三相总回路采集单元第一通信接口电路中12v的直流供电电源电路连接的总线电路、编址输出电路、传输单相电压信号的6芯信号线缆；用于串接组网中的下一个监测模块，编址输出电路用于向下一级监测模块输入编址信号。
42.监测模块还包括从编址信号模块，从编址信号模块与第二通信接口或上一级监测模块的从通信模块连接。具体的，从编址信号模块包含两个部分，一个接收三相总回路采集单元或者上一级单相采集单元输出的编址信号，用于获取本监测模块的自动编址信号；第二部分用于生成编址信号，将该编址信号告知下一个串接的监测模块作为自动编址信号输入使用。
43.监测模块包括分采样模块、控制器，控制器与分采样模块连接以获取分采样模块采集的单相电路信号。
44.其中，分采样模块包括回路温度信号采集电路、电流信号采集电路、电压信号采集电路、信号滤波电路、信号放大电路，分采样模块为多回路采样电路，将模拟量采集为可处理的数字量信号。控制器包括一个由32位高性能arm核的经济型的mcu芯片组成的最小系统，其具有高速运算能力及丰富的外设功能，完成模拟量信号采集运算、逻辑分析、协议解析、电参量运算分析、信号输出。
45.本实用新型采用主从模块化设计，集总回路电参量、线缆温度、剩余电流、4g通信对接物联网、分回路实时采集监测等功能于一体，模块体积小巧紧凑、独立供电，安装空间限制小，易于安装调试，制造成本较低，便于大量生产推广使用。
46.有益效果：本实用新型在用电监测装置中设置三相总回路采集单元、单相采集单元，利用三相总回路采集单元、单相采集单元分别采集三相总回路、单相回路的信号，并在单相回路上设置链式连接的多个监测回路实现对单相回路不同区域的检测，能够同时实现
对总回路、分回路各区域的同时检测，提高了监测结果的准确性，改善了能耗管控效果，并且一主多从的设计方式能最大程度上降低设备成本，模块增减方便，基本上不增加额外的设备安装空间，保证被监测线路完整性，简化安装步骤，有效提高施工及调试效率，减少设备采购支出和线材损耗等成本，经济的同时也符合当前社会的能源利用愿景。
47.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
48.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。