专利名称：无线或can总线程控远程电力负荷控制模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可单独应用或与远程抄表系统配合的无线或CAN总线 级联远程控制电力负荷控制模块。可应用于预付费电力用电管理和通过负荷分类 分时实现负荷削峰管理进行的远程通断操作。
背景技术：
用电负荷有室内照明、室外照明、热水锅炉、厨房电器等多种类型负载，对 于这些具有不同重要性等级的负载类型，电力公司在用电高峰时段，电力负荷紧
张时，需对居民户内的各种负载，按重要性程度，选择性地断开一些非生活必须 用电负载，例如在用电高峰时，切断居民的锅炉负载，可大大降低电网负荷，但 不影响居民的日常生活，客观上，电力公司需要有一种可对不同类型负载进行分 配，并可进行远程通断操作的装置，实现对居民负载的分类管理，从而达到既降 低电网负荷压力，又可保证居民的基本生活用电需要不受影响。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种无线或CAN总线程控远程电力负荷控制 模块，实现远程负载分类断电控制。 .
本实用新型的目的可通过以下的技术方案来实现 一种无线远程断电模块， 包括
含一个以上磁保持继电器，用作负荷通断的执行元件，每个继电器连接一路 负载；
通讯电路及其对应的外接通讯接口，用于与外部设备的无线或有线远程通 讯，传输断电控制信息；
微处理器，用于整个模块数据采集和输出控制，是模块测控系统的核心部件；
继电器状态检测电路，用于采集每路继电器的工作状态(通/断)，定位交流 市电的过零点；确定通断电时间，确保交流过零点时通断继电器；
多路继电器控制电路，用于向每个磁保持继电器的控制线圈提供分/合动作 所需的正负脉冲，其中分断操作还需要选择动作时点，使继电器在交流时点经过 零点时分断；固化电源，用于对上述各电路单元提供直流电源；
上述通讯电路的通讯输入/输出口、继电器状态检测电路的检测信息输出端 口 、多路继电器控制电路的控制信号输入端口各自与微处理器上相应的功能接口 连接，继电器状态检测电路的检测信息输入端口连接每路继电器的工作开关状态 输出端口，多路继电器控制电路的控制信号输出端口分别连接每路继电器的线圈 控制端口。
本实用新型设有四个磁保持继电器，每个继电器分别连接室内照明、室外照 明、热水锅炉、厨房电器负载。
本实用新型所述的微处理器上连接E2ROM存储器，用于保存模块的各种配 置信息并接受程序控制流程对模块或级联的其他同类模块的继电器进行程序控 制；E2ROM存储器接微处理器上相应的存储器接口。
本实用新型所述的通讯电路包括
CAN通讯电路，用于外部设备之间进行CAN总线通讯； RS232'通讯模块，用于外部设备之间进行232通讯； 一个CAN总线外接接口，用于设备间的有线级联通讯； 一个RS232外接接口，用于对外无线通讯，实际应用中，可根据需要使用 任一种通讯方式，或同时使用两种通讯方式。
本实用新型与现有技术相比，具有以下的有点1、模块之间或模块与其他 数据釆集设备间可用有线或无线方式组网，这样，可先在小区中利用免费的通讯 信道实现本地数据集中，再以GPRS或其他通讯方式与监控中心进行数据通讯， 从而使得在居民区中构建远程控制网络、或把远程控制功能嵌入到集中抄表系统 中变得十分便利，实现远程断电控制，从而实现对居民复杂的分类管理。2、利 用磁保持继电器控制用户负载的通断，继电器的状态控制只需脉冲电压控制，避 免了继电器长期通电，既降低了继电器的线圈功耗，又提高了可靠性；
图1为本实用新型的总原理框图。
图2为本实用新型中CAN总线分电路原理图。图3为本实用新型中RS232分电路原理图。 图4为本实用新型中单片机接口电路图。 图5为实用新型中四路继电器控制电路原理图。 图6为实用新型中继电器状态检测电路原理图。 图7为E2ROM存储器的电路原理图。 图8为实用新型中AC220V/DC12V固化电源电路原理图。 图9为实用新型应用到系统中的连接示意图。 图IO为模块程序流程图。
具体实施方式
如图9所示，每户居民安装一块电表、 一个本实用新型断电模块，居民的四 种负载，室内照明、室外照明、热水锅炉和厨房电器，分别接到断电模块的四个 通道上；每户装有一个集中抄表系统用的数据采集模块，用于抄收电表数据，小 区内各户居民数据以无线方式集中，断电模块通过CAN总线与数据采集模块连 接，从而嵌入到集中抄表系统中，远方的监控中心除了可读取各户电表数据外， 还可根据电网负荷调控的需要，通过本实用新型断电模块对用户的各种负载分别 执行远程合分控制。
如图1-8所示的各电路组成一个本实用新型断电模块的主控电路板结构。
如图1所示，微处理器采用新型工业控制微机(MCU)，是整个数据采集器 的核心，负责协调各部分电路的工作，向外发送各电能表数据。单片机型号为P
PD78F0881---32K字节内部程序存储器，内置CAN总线控制器，采用4M
时钟，CAN总线速率100Kbit/s; MCU的外设电路有晶振时钟电路、CAN总 线通讯电路、RS232通讯电路、控制输出电路、继电器状态检测电路、E2ROM 存储器。 .
MCU的P71D和P70脚连接CAN总线电路的两条数据通讯线，MCU以中 断方式与外部通讯，通讯方式为半双工，通讯速率100kbit/s; MCU的P10和Pll 脚连接RS232总线电路的两条数据通讯线，RS232以中断方式与外部通讯，通 讯方式为全双工，通讯速率9600bit/s; E2ROM存储器以I2C总线与MCU通讯， 连接到MCU的P61和P60脚，用于保存模块的通讯地址等基本配置参数；四路 继电器控制电路每路各输出合/分两个信号输出到其中一路管理负载的继电器。四路继电器控制电路每路各输入合/分控制信号，第一路继电器合/分信号连接到 MCU的相应输入端口的P41和P130，第二路继电器合/分信号连接到MCU的 P12和P123，第三路继电器合/分信号连接到MCU的P15和P124，第四路继电 器合/分信号连接到MCU的P17和40;四路继电器状态检测电路每路各输入一 个电压取样信号后输出连接到MCU的相应输入端口，第一路连接到MCU的 P120，第二路连接到MCU的P30，第三路连接到MCU的P62，第四路连接到 MCU的P16;本实用新型的电源由一个AC-DC (AC220V/DC12V)模块、 一个 DC-DC (BS1205S)模块、 一个稳压芯片(SPX117)组成，其中BS120'5S为MCU、 RS232电路、CAN电路提供5V直流电源，AC-DC模块为继电器控制电路提供 12V电源，SPX117为CAN总线外接电路提供5V隔离电源，时钟电路为单片机
提供工作振荡周期，提供准确的软件定时。
如图2.所示，有线级联通讯电路可采用CAN现场总线与外部设备通讯，向 外发送模块状态信息数据，接收监控中心的控制指令。CAN(controller area network)即控制器局域网，是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网 络。它采用短帧结构,每一帧为8个字节，并采用了位填充、数据块编码、CRC检 验等功能,数据出错率极低。CAN总线高速光电耦合隔离器采用6N137， CAN总 线收发器采用TJA1040 。 .
如图3所示，无线通讯电路采用RS232接口与外部设备通讯，RS232通讯 芯片采用SP3220; RS232接口可方便地连接当今主流的无线通讯设备，如数传 电台、ZIGBEE通讯模块等。利用RS232通讯接口可在小区现场构建无线数据通 讯网络，特别适用于现场没有布线条件的用户。
如图5所示，四路继电器控制电路通过光耦TLP521—4与微处理器隔离， 接收来自微处理器的指令，为磁保持继电器提供合/分操作所需的正负脉冲电压。
如图6所示，继电器状态检测电路各通道输出端交流电压信号，采用单通道 光耦芯片NEC2501，让交流市电与模块内的弱电系统隔离，状态检测电路除了 采集模块的继电器状态外，还采集交流市电的过零点，综合继电器的机械分断时 间，使继电器在接到分断命令后，准确地在下一个交流过零点时分断，避免继电 器触点分断时拉出电弧，可有效地延长继电器的触点寿命。
如图7所示，ESROM存储器用于存储模块的通讯地址、各种网络属性配置信息，以及每通道继电器的特性参数数据。当遇停电后重新通电时，微处理器先 从存储器中读出数据，作为模块运行的配置参数。
如图8所示，电源电路采用WA3-220S12全固化AC/DC电源模块，为模 块提供弱电系统直流电源，输入为宽电压输入范围AC85V-AC265V，输出为 DC12V; DC12V电源供应继电器控制电路，主控板的其他电路使用5V电源， 由DC12V通过DC/DC模块B1205变换取得，CAN总线对外电路电源由DC12V 电源通过SPX1117降压取得；整个模块的直流电源系统设计，令到使用DC12V 电源的继电器控制电路，与较为脆弱的微处理器、通讯芯片等在电器上完全隔离。
如图10所示，MCU上电后，系统首先进行初始化处理，然后，检测四路采 样电路的状态，根据状态点亮相应的指示灯，指示各继电器当前的通断状态； MCU进入循环等待控制指令状态，当中心通过CAN总线发出控制揞令时，MCU 产生CAN中断，接收数据，经过数据处理后，输出控制指令；当中心通过RS232 总线发出控制指令时，MCU产生串口中断，接收数据，经过数据处理后，输出 控制指令；当处理完毕后，MCU再次进入循环等待指令状态。
另外，本实用新型可以配合软件(ST-PPH-GP集中抄表系统后台监控管理 软件v2.0登记号2007110757。)和专利技术(基于CAN总线的云台控制系 统，专利号200420094597.2。基于总线式模块化远程抄表终端，专利号 200620062399.7。)就可实现市政用电管理的各种模式，如预付费，信用等级 用电管理等技术。也可以用于对恶意拖欠电费的用户，进行远程通断电操作。
权利要求1、一种无线或CAN总线程控远程电力负荷控制模块，其特征在于包括含一个以上磁保持继电器，用作负荷通断的执行元件，每个继电器管理连接一路负载；通讯电路及其对应的外接通讯接口，用于与外部设备的无线或有线远程通讯，传输断电控制信息；微处理器，用于整个模块数据采集和输出控制，是模块测控系统的核心部件；继电器状态检测电路，用于采集每路继电器的通/断工作状态，定位交流市电的过零点，确定通断电时间；多路继电器控制电路，用于向每个磁保持继电器的控制线圈提供分/合动作所需的正负脉冲，其中分断操作还需要选择动作时点，使继电器在交流时点经过零点时分断；固化电源，用于对上述各电路单元提供直流电源；上述通讯电路的通讯输入/输出口、继电器状态检测电路的检测信息输出端口、多路继电器控制电路的控制信号输入端口各自与微处理器上相应的功能接口连接，继电器状态检测电路的检测信息输入端口连接每路继电器的工作状态输出端口，多路继电器控制电路的控制信号输出端口分别连接每路继电器的线圈控制端口。
2、 根据权利要求1所述的无线或CAN总线程控远程电力负荷控制模块， 其特征在于设有四个磁保持继电器，每个继电器分别连接室内照明、室外照明、 热水锅炉、.厨房电器负载。
3、 根据权利要求1所述的无线或CAN总线程控远程电力负荷控制模块， 其特征在于所述的微处理器上连接E2ROM存储器，用于保存模块的各种配置信 息并接受程序控制流程对模块或级联的其他同类模块的继电器进行程序控制； E2ROM存储器接微处理器上相应的存储器接口 。
4、根据权利要求1所述的无线或CAN总线程控远程电力负荷控制模块，其特征在于所述的通讯电路包括CAN通讯电路，用于外部设备之间进行CAN总线通讯；RS232通讯模块，用于外部设备之间进行232通讯；一个CAN总线外接接口，用于设备间和同类设备的有线级联通讯;一个RS232外接接口，用于接口对外无线通讯模块。
专利摘要本实用新型公开了一种无线或CAN总线程控远程电力负荷控制模块，包括含一个以上磁保持继电器，通讯电路及其对应的外接通讯接口，微处理器，继电器状态检测电路，多路继电器控制电路和电源；上述各组成电路各自与微处理器上相应的功能接口连接，继电器状态检测电路的检测信息输入端口连接每路继电器的工作合/关状态输出端口，多路继电器控制电路的输出控制每路继电器。本实用新型可先在小区中利用免费的通讯信道实现本地数据集中，再以GPRS或其他通讯方式与监控中心进行数据通讯，从而使得在居民区中构建远程控制网络、或把远程控制功能嵌入到集中抄表系统中变得十分便利，实现远程断电控制，从而实现对居民复杂的分类管理。
文档编号H02J13/00GK201142577SQ20072006128
公开日2008年10月29日 申请日期2007年12月11日 优先权日2007年12月11日
发明者郑贵林 申请人:郑贵林