专利名称：一种基于物联网的终端巡检与控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于设备监控管理技术领域，特别涉及一种基于物联网的智能单点检测与控制设备。
背景技术：
智慧城市是新一代信息技术支撑、知识社会创新2.0环境下的城市形态，智慧城市通过物联网、云计算等新一代信息技术以及维基、社交网络、Fab Lab、Living Lab、综合集成法等工具和方法的应用，实现全面透彻的感知、宽带泛在的互联、智能融合的应用以及以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的可持续创新。伴随网络帝国的崛起、移动技术的融合发展以及创新的民主化进程，知识社会环境下的智慧城市是继数字城市之后信息化城市发展的高级形态。从技术发展的视角，智慧城市建设要求通过以移动技术为代表的物联网、云计算等新一代信息技术应用实现全面感知、泛在互联、普适计算与融合应用。从社会发展的视角，智慧城市还要求通过维基、社交网络、Fab Lab、Living Lab、综合集成法等工具和方法的应用，实现以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的知识社会环境下的可持续创新，强调通过价值创造，以人为本实现经济、社会、环境的全面可持续发展。2008年11月，在纽约召开的外国关系理事会上，IBM提出了“智慧的地球”这一理念，进而引发了智慧城市建设的热潮。而欧盟则于2006年发起了欧洲Living Lab组织，它采用新的工具和方法、先进的信息和通讯技术来调动方方面面的“集体的智慧和创造力”，为解决社会问题提供机会，并发起了欧洲智慧城市网络。2010年，IBM正式提出了“智慧的城市”愿景，希望为世界和中国的城市发展贡献自己的力量。IBM经过研究认为，城市由关系到城市主要功能的不同类型的网络、基础设施和环境六个核心系统组成:组织(人)、业务/政务、交通、通讯、水和能源。这些系统不是零散的，而是以一种协作的方式相互衔接。而城市本身，则是由这些系统所组成的宏观系统。21世纪的“智慧城市”，能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对于包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能的响应，为人类创造更美好的城市生活。在智慧城市技术中，需要对很多单点设备进行数据采集和控制，比如路灯、环境监测、工业设备、电器设备等等。随着电力载波技术与集成电路技术的发展许多领域的数据采集(如环境监测，工业设备)与控制尤其是电器设备控制领域已经脱离了原来的模式，现有的单点检测与控制器外形较大，结构复杂，功能单一且应用时需要对现有线路进行大规模改造。
实用新型内容为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种体积更小的基于物联网的终端巡检与控制器，其使用时不需对现有线路进行大规模改造。[0009]为实现上述目的，本实用新型所采用技术方案如下:一种基于物联网的终端巡检与控制器，包括微控制器和提供各部分电路工作动力的直流电源，还包括:电表功能电路，与所述微控制器连接，用以检测负载的工作电压、工作电流、有效功率和功率因数；电力载波通信电路，与所述微控制器连接，用以通过电力线与智能监控服务器进行通信；存储电路，与所述微控制器连接，用以存储各种数据；功率调节电路，与所述微处理器连接，用以调节负载的输出功率；继电器控制电路，与所述微处理器连接，用以控制负载电路的开关。进一步的，所述电表功能电路包括与所述微处理器连接的电表处理芯片、电压互感器、电流互感器、串联在所述电表处理芯片和电压互感器之间的电压采样处理电路、以及串联在所述电表处理芯片和电流互感器之间的电流采样处理电路。进一步的，所述电表处理芯片是型号为CS5463的专用计量芯片。进一步的，所述微处理器与电表处理芯片具体通过SPI接口连接。进一步的，所述电力载波通信电路包括载波芯片，与所述载波芯片连接的电力载波耦合放大电路、晶振电路、复位电路、外部存储器、串口和直流电源。进一步的，所述载波芯片是型号为RISE3301的电力载波芯片。进一步的，所述直流电源包括降压变压器、与所述降压变压器连接的整流桥、与所述整流桥连接的5V和3.3V直流稳压电源芯片。进一步的，在所述微控制器上还连接有LED指示灯。进一步的，在所述微处理器和电力载波通信电路上还连接有复位电路。进一步的，所述复位电路为型号为MP708的复位芯片。本实用新型充分利用了电力载波技术和集成电路技术，使其通过电力线与设备监控服务器通讯，通过它可对负载设备实现控制开关、功率输出调节、电表查询等功能。本终端巡检与控制器以电力载波进行通讯，无需进行大规模线路改造与通信线路的架设，而且其体积较小，可以在不破坏原有设备的前提下轻松安装在设备中。
图1是本实用新型的结构框图；图2是电表功能电路的结构框图；图3是电力载波通信电路的结构框图；图4是直流电源的结构框图。
具体实施方式
为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图与具体实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。如图1所示，本实施例公开了一种基于物联网的终端巡检与控制器，包括微控制器I和提供各部分电路工作动力的直流电源9，在微控制器I还连接有电表功能电路2、电力载波通信电路5、存储电路6、功率调节电路3、继电器控制电路4 ;其中，电表功能电路2用以检测负载的工作电压、工作电流、有效功率和功率因数；其中，电力载波通信电路5用以通过电力线与智能监控服务器进行通信；其中，存储电路6用以存储各种数据；其中，功率调节电路3用以调节负载的输出功率；其中，继电器控制电路4用以控制负载电路的开关。其中，存储电路6用于存储来自智能监控服务器的配置信息以及单点检测与控制本身的相关参数。根据单点检测与控制的配置参数的容量要求，选择小容量的存储1C。接口方式为I2C的方式。其中，功率调节电路3可以通过软件调节PWM的输出频率。并通过软件调整占比大小。PWM对外的接口采用光耦隔离的方式。默认的方式采取无源的光耦驱动方式。输出方式一种是脉宽支持PWM调节的电气设备，一种是通过滤波电路输出电平调光支持电平的电气设备。功率调节输出的是PWM信号，PWM信号频率在MCU中预定的，但其脉宽根据MCU所接收到的功率控制命令进行相应的脉宽输出，PWM信号接负载驱动电源对应的功率调节信号输入，根据PWM信号脉宽驱动负载电源输出相对应的电流或电压，进而实现功率调节输出。对应附图中的功率调节电路。其中，继电器控制电路4采用由单片机的GPIO控制单点检测与控制的开关，单点检测与控制中的继电器的规格根据单点检测与控制的规格要求。如图2所示，电表功能电路2包括与所述微处理器连接的电表处理芯片21、电压互感器24、电流互感器25、串联在所述电表处理芯片21和电压互感器24之间的电压采样处理电路22、以及串联在所述电表处理芯片21和电流互感器25之间的电流采样处理电路
23。所述电表处理芯片21是型号为CS5463的专用计量芯片，所述微处理器I与电表处理芯片21具体通过SPI接口连接。电表功能电路2具有抄表的功能，能够测试负载的工作电压、工作电流、有效功率、功率因素等。通过SPI的接口与系统的MCU进行通信。该模块的设计选择CS5463的芯片方案。电表功能模块核心部分为电表处理芯片CS5463，CS5463是一个包含两个A I:模-数转换器(ADC)、功率计算功能、电能到频率转换器和一个SPI串行接口的完整的功率测量芯片。它可以精确测量瞬时电压，电流和计算IRMS、VRMS、瞬时功率、有功功率、无功功率，用于研制开发单相、2线或3线电表，产生一个线性的稳定的电压模拟提供给电表处理芯片CS5463进行ADC转换及数据处理，然后通过SPI接口与MCU进行交互。本实用新型通过电压互感器、电流互感器对终端设备进行监测，当负载的电压或者电流出现异常，及时向智能服务器发出报警信号，智能服务器接收报警信号后将改节点的信息以短信发送到管理员，或者发送到后台服务器报警。如图3所示，电力载波通信电路5包括载波芯片51，与所述载波芯片51连接的电力载波耦合放大电路52、晶振电路54、复位电路57、外部存储器53、串口 56和直流电源55，所述载波芯片51是型号为RISE3301的电力载波芯片。载波模块通过串口与节点进行通讯而载波模块又是集中器与节点通信之间的桥梁，通过载波模块可以将数据从节点到集中器进行互传。载波通信采用了 CSMA技术，采用洪泛算法，不依赖与网络拓扑结构的一种动态分布式的组网方式，保证了通信质量的可靠与稳定。载波模块主要是晶振电路、PLC耦合信号放大，串口，存储器等部分组成，芯片采用RISE3301，该芯片可保证多节点网络高效及可靠的通信。RISE3301芯片在设计时还增加了自动路由控制层，每个节点均可动态地被设置为路由器或转发器，使整个电力通信网络系统的性能更稳定。通过其自动建网、自适应及自动维护网络等特点。如图4所示，直流电源9包括降压变压器93、与所述降压变压器连接的整流桥92、与所述整流桥连接的5V和3.3V直流稳压电源芯片91。直流电源9的设计可以分为两部分:AC/DC部分和DC/DC部分，AC/DC部分包括降压变压器93、与所述降压变压器连接的整流桥92，DC/DC部分是直流稳压电源芯片91。AC/DC部分的功能是将交流输出的电源经过变压器，将交流的高压电源降为交流的低压电源，再经过整流桥，将交流信号整成直流信号。在交流输入端可增加压敏电阻、安规电容和熔断丝进行EMI和过流保护的设计。在直流输出部分可增加大容量的电解电容，用于滤掉电源的纹波。DC/DC部分的功能是为单点检测与控制的数字部分提供工作所需的电压和电流。DC/DC部分在单点检测与控制的设计中使用稳压电源芯片为数字部分提供5V和3.3V的电压。如图1所示，在微控制器I上还连接有LED指示灯8，包括有3个LED灯，分别是电源灯(红色LED)、发送数据指示灯(绿色LED灯)和接收头数据指示灯(黄色LED灯)。指示部分用于显示当前数据传输的状态。如图1所示，在微处理器I和电力载波通信电路5上还连接有复位电路7，所述复位电路为型号为MP708的复位芯片。为了保证单点检测与控制的单片机和电力载波模块能够可靠的复位，使用2pcs的复位芯片MP708为微处理器和电力载波芯片进行复位。本终端巡检与控制器安装在每一个设备上，进行控制和检测电气设备的工作状态。作为电气设备控制的一个终端，具有电力线载波通信的功能。通过供电电力线与集中器保持互通，从智能监控服务器接受指令并执行各种指令包括控制设备开关、功率调节、故障检测等，并采集电流、电压、功率以及功率因数等参数，并将执行结果和数据送回智能检测服务器。本终端巡检与控制器体积较小可以在不破坏原有设备的前提下轻松安装在设备中，因为是以电力载波进行通讯所以无需进行大规模线路改造与通信线路的架设。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。
权利要求1.一种基于物联网的终端巡检与控制器，包括微控制器和提供各部分电路工作动力的直流电源，其特征在于还包括: 电表功能电路，与所述微控制器连接，用以检测负载的工作电压、工作电流、有效功率和功率因数； 电力载波通信电路，与所述微控制器连接，用以通过电力线与智能监控服务器进行通f目; 存储电路，与所述微控制器连接，用以存储各种数据； 功率调节电路，与微处理器连接，用以调节负载的输出功率； 继电器控制电路，与所述微处理器连接，用以控制负载电路的开关。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的终端巡检与控制器，其特征在于: 所述电表功能电路包括与所述微处理器连接的电表处理芯片、电压互感器、电流互感器、串联在所述电表处理芯片和电压互感器之间的电压采样处理电路、以及串联在所述电表处理芯片和电流互感器之间的电流采样处理电路。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的终端巡检与控制器，其特征在于: 所述电表处理芯片是型号为CS5463的专用计量芯片。
4.根据权利要求2所述的基于物联网的终端巡检与控制器，其特征在于: 所述微处理器与电表处理芯片具体通过SPI接口连接。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的终端巡检与控制器，其特征在于: 所述电力载波通信电路包括载波芯片，与所述载波芯片连接的电力载波耦合放大电路、晶振电路、复位电路、外部存储器、串口和直流电源。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的终端巡检与控制器，其特征在于: 所述载波芯片是型号为RISE3301的电力载波芯片。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的终端巡检与控制器，其特征在于: 所述直流电源包括降压变压器、与所述降压变压器连接的整流桥、与所述整流桥连接的5V和3.3V直流稳压电源芯片。
8.根据权利要求1所述的基于物联网的终端巡检与控制器，其特征在于: 在所述微控制器上还连接有LED指示灯。
9.根据权利要求1所述的基于物联网的终端巡检与控制器，其特征在于: 在所述微处理器和电力载波通信电路上还连接有复位电路。
10.根据权利要求9所述的基于物联网的终端巡检与控制器，其特征在于: 所述复位电路为型号为MP708的复位芯片。
专利摘要本实用新型属于设备监控管理技术领域，具体公开了一种基于物联网的终端巡检与控制器。它包括微控制器和提供各部分电路工作动力的直流电源，在微控制器还连接有电表功能电路、电力载波通信电路、存储电路、功率调节电路、继电器控制电路、LED指示灯、复位电路。本实用新型充分利用了电力载波技术和集成电路技术，使其通过电力线与设备监控服务器通讯，通过它可对负载设备实现控制开关、功率输出调节、电表查询等功能。本终端巡检与控制器以电力载波进行通讯，无需进行大规模线路改造与通信线路的架设，而且其体积较小，可以在不破坏原有设备的前提下轻松安装在设备中。
文档编号G05B19/418GK202948321SQ20122071308
公开日2013年5月22日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者袁峰, 李引, 余方, 谢磊, 王昊苏, 石小飞, 宁伟超, 张检保 申请人:广州中国科学院软件应用技术研究所