基于泛在电力物联网的智能共享电源计量箱的制作方法

本实用新型涉及电力供电设备技术领域，尤其是基于泛在电力物联网的智能共享电源计量箱。

背景技术：

本实用新型所述的泛在电力物联网，将电力用户及其设备、电网企业及其设备，发电企业及其设备、供应商及其设备，以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务；以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇，提供价值服务。

随着科技的发展，“三农”基建盖房、村镇集市庙会、移动商贩、抢险、排灌、电动汽车充电等临时性、短时性用电的需求已经显著增加，但电力用户申请临时用电资料繁杂、办电手续多，办理时间长，甚至有私拉乱扯、收费混乱的现象，用电过程中存在较大的安全隐患，影响了电力企业的形象。

为此，本实用新型针对电力用户日常生产生活产生的季节性、临时性、公用性用电需求，从简化办电手续、提升用电状态全感知、业务全穿透能力等方面出发，汇集泛在电力物联网、移动通信、云平台、大数据、互联网+、嵌入式系统、信息安全等技术，兼容电力行业相关标准及规约，在电网企业及用户数据和信息安全的情况下，为电网企业及设备和用户及设备提供全时空泛在物联，为电力用户提供电力资源共享、深度融会贯通电网内部和外部应用的数据和信息，提高共享及开放能力。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于泛在电力物联网的智能共享电源计量箱，本实用新型采用的技术方案如下：

基于泛在电力物联网的智能共享电源计量箱，包括主附件计量箱，分别设置在主附件计量箱内的总开关、电能表、智能断路器和用户开关、程控电子锁，以及设置在主附件计量箱内、且分别与总开关、电能表、智能断路器、程控电子锁和用户开关电气连接的共享电源终端；

所述共享电源终端包括mcu处理器，与mcu处理器连接、且从总开关的进线端取电的电源模块，与mcu处理器连接、用于分块存储电能表数据信息、系统参数、安全及报警事件的存储模块，与mcu处理器连接、用于安全接入电力内网系统的身份和权限认证的esam安全芯片，与mcu处理器连接、用于与电网企业系统通信的移动通信模块，与mcu处理器连接、且用于采集电能表数据的rs485通信模块，以及与mcu处理器连接、用于与电网企业系统、电能表进行时间同步的实时时钟模块；所述智能断路器、程控电子锁和用户开关通过输入输出电路与mcu处理器通信连接；所述存储模块、esam安全芯片、移动通信模块、rs485通信模块和实时时钟模块均与电源模块连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型巧妙地在主附件计量箱内设置共享电源终端，用于数据采集检测并负责各业务功能及模块之间的调度；在电网企业及用户数据和信息安全的情况下，为电网企业及设备和用户及设备提供全时空泛在物联，为电力用户提供电力资源共享、深度融会贯通电网内部和外部应用的数据和信息，提高共享及开放能力。

(2)本实用新型通过设置电源模块，其从总空开取电源，并支持多种规格电源输入和输出，负责各给模块及部件提供稳定的电源，保证各模块供电可靠。

(3)本实用新型巧妙设置rs485通信模块采集多个电能表的数据，并支持多表位多通道用电检测，保证用户用电可靠监管；与此同时，本实用新型通过检测控制电路，以检测智能断路器、程控电子锁的工作状态，并实现智能断路器、程控电子锁开、关动作控制。

(4)本实用新型巧妙地设置移动通信模块是通过移动通信网络，不仅限于移动网络的包括4g、3g、2g、nb-iot、wifi、微功率无线、蓝牙等方式与电网企业系统进行通信，并可以接收电网企业系统的数据，为远程升级、数据上传，数据下载，数据交互提供无线通信通道。

(5)本实用新型通过设置esam安全芯片，用于安全接入电力内网相关系统和设备，主要用于身份和权限认证，保证与电网企业系统和现场作业终端等通信的安全认证。

(6)本实用新型在电源模块中设置锂电池，保证在无市电情况下，保持4g通信长时间工作，彻底解决总开关进线无市电后无法与电网企业进行通信的问题。

(7)本实用新型通过设置实时时钟rtc是用于与电网企业系统、现场作业终端、电能表等进行时间同步，为数据模型和边缘计算提供时钟依据，保证与电网企业系统之间的时间同步。综上所述，本实用新型具有结构简单、检测全面、控制简便等优点，填补了电力供电设备技术领域无智能共享电源计量箱的技术空白，在电力供电设备技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的主附件计量箱的立体图。

图2为本实用新型的主附件计量箱的侧视图。

图3为本实用新型的交直流转换电路原理图。

图4为本实用新型的第一直流转换电路原理图。

图5为本实用新型的第三直流转换电路原理图。

图6为本实用新型的第一智能断路器检测控制电路原理图。

图7为本实用新型的主箱用电通道监控电路原理图。

图8为本实用新型的第一rs485通信电路原理图。

图9为本实用新型的主附件箱门监测电路原理图。

图10为第二智能断路器检测控制电路原理图。

图11为本实用新型的附箱用电通道监控电路原理图。

图12为本实用新型的第二rs485通信电路原理图。

图13为本实用新型的智能断路器检测采集端口电路原理图。

图14为本实用新型的第一采集端口电路原理图。

图15为本实用新型的用户开关监控电路原理图。

图16为本实用新型的第二采集端口电路原理图。

图17为本实用新型的耳机传输电路原理图。

图18为本实用新型的esam安全芯片电路原理图。

图19为本实用新型的mcu处理器电路原理图。

图20为本实用新型的调试接口电路原理图。

图21为本实用新型的系统调试电路原理图。

图22为本实用新型的第一存储器原理图。

图23为本实用新型的第二存储器原理图。

图24为本实用新型的时钟电路原理图。

图25为本实用新型的发光电路原理图。

图26为本实用新型的rs485通信供电电路原理图。

图27为本实用新型的主附件箱门、用电通道、用户开关电源偏置电路原理图。

图28为本实用新型的智能断路器检测控制供电电路原理图。

图29为本实用新型的第二直流转换电路原理图。

图30为本实用新型的红外通信电路原理图。

图31为本实用新型的第四直流转换电路原理图。

图32为本实用新型的第五直流转换电路原理图。

图33为本实用新型的pci-e总线接口电路原理图。

图34为本实用新型的sim卡电路原理图。

图35为本实用新型的原理框图。

图36为本实用新型的程控电子锁监控电路原理图。

图37为本实用新型的蜂鸣器的电路原理图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-主附件计量箱，2-电缆，3-通信天线，4-安装支架。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例

如图1至图37所示，本实施例提供了一种基于泛在电力物联网的智能共享电源计量箱。包括主附件计量箱1，分别设置在主附件计量箱1内的总开关、电能表、智能断路器、程控电子锁、用户开关、用户插座、紧急断电按键及用电状态指示灯(小圆)、检修门监测(大圆)、电线和配件(现有成熟部件，市场可购买到)，设置在主附件计量箱1内、且分别与总开关、电能表、智能断路器、程控电子锁和用户开关电气连接的共享电源终端，设置在主附件计量箱1的顶部、且与共享电源终端的移动通信模块连接的通信天线3，以及设置在主附件计量箱1背部、用于安装固定的安装支架4。其中，进线电缆2从主附件计量箱1的侧壁进入。首先，需要说明的是，本实施例中所述的“第一”、“第二”等序号用语仅用于区分同类部件，不能理解成对保护范围的特定限定。另外，本实施例基于结构的改进，并未对其使用的软件程序进行改进，本领域的技术人员根据本实施例记载的内容，采用常规的程序片段组合便能实现，因此，在此不予赘述软件程序的具体内容。

在本实施例中，该共享电源终端包括mcu处理器，与mcu处理器连接、且从总开关的进线端取电的电源模块，与mcu处理器连接、用于分块存储电能表数据信息、系统参数、安全及报警事件的存储模块，与mcu处理器连接、用于安全接入电力内网系统的身份和权限认证的esam安全芯片，与mcu处理器连接、用于与电网企业系统通信的移动通信模块，与mcu处理器连接、且用于采集电能表数据的rs485通信模块，与mcu处理器连接、用于与电网企业系统、电能表进行时间同步的实时时钟模块，与mcu处理器连接、用于与施工作业现场的现场作业终端(现有成熟部件)通信的红外通信模块，与mcu处理器连接、用于获取主附件计量箱1的实时位置的定位模块，以及采用串口或网口连接在mcu处理器与调试机器之间的调试运维模块，其中，智能断路器和用户开关通过输入输出监控电路与mcu处理器通信连接；所述定位模块、红外通信模块、调试运维模块、存储模块、esam安全芯片、移动通信模块、rs485通信模块和实时时钟模块均与电源模块连接。

下面依次介绍各模块的具体结构和工作原理：

本实施的电源模块从总空开取电源(ac220v)，并分别转换成+12v、+5v、+3.5v、+3.3v；具体来说，其包括acl引脚经熔断器f1与总开关的进线端ac_l_in连接、acn引脚与总开关的进线端ac_n连接、且型号为fa15-220s12f12或fa25-220s12h12的交直流转换芯片m1，连接在交直流转换芯片m1的acn引脚与acl引脚之间的可变电阻rv1，并联后一端与交直流转换芯片m1的vo+引脚连接、且另一端接地的电容c3、电容c1和电容c2，输入阳极与交直流转换芯片m1的vo+引脚连接的二极管d33，in引脚与二极管d33的输入阳极连接、且型号为mp2315gj的第一直流转换芯片u1，并联后一端与第一直流转换芯片u1的in引脚连接、且另一端接地的电容c4、电容c5和电容c6，连接在第一直流转换芯片u1的in引脚与en/sync引脚之间的电阻r3，一端与第一直流转换芯片u1的vcc引脚连接、且另一端接地的电容c8，并联后一端与第一直流转换芯片u1的aam引脚连接、且另一端接地的电阻r7和电容c15，连接在第一直流转换芯片u1的bs引脚与sw引脚之间的电容c7，串联后连接在第一直流转换芯片u1的sw引脚与fb引脚之间的电感l1、电阻r4和电阻r5，一端连接在电感l1与电阻r4之间、且另一端连接在电阻r4与电阻r5之间的电容c10，一端均连接在电阻r4与电阻r5之间、且另一端分别接地的电阻r6和电阻r93，并联后一端连接在电感l1与电阻r4之间、且另一端接地的电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c92和电容c9，vcc引脚连接在电感l1与电阻r4之间、且型号为tp4054的第二直流转换芯片u4，连接在第二直流转换芯片u4的vcc引脚与chrg引脚之间的电阻r9和二极管d3，并联后一端与第二直流转换芯片u4的vcc引脚连接、且另一端接地的电容c16和电容c17，一端与第二直流转换芯片u4的prog引脚连接、且另一端接地的电阻r12，一端与第二直流转换芯片u4的bat引脚连接、且另一端接地的电阻c18，正极经熔断器f2与第二直流转换芯片u4的bat引脚连接、且负极接地的锂电池bat1，漏极与第二直流转换芯片u4的bat引脚连接的场效应管q17，连接在场效应管q17的漏极与栅极之间的电阻r10，漏极与场效应管q17的栅极连接、且源极接地的场效应管q15，输入阳极连接在电感l1与电阻r4之间、且输出阴极与场效应管q15的栅极连接的二极管d30，并联后一端与二极管d30的输出阴极连接、且另一端接地的电阻r102、电容c83、电容c91、电容c80、电容c86和电容c88，输出阴极与二极管d30的输出阴极连接的二极管d29，一端与场效应管q17的源极连接的电阻r11，并联后一端与电阻r11的另一端连接、且另一端接地的电阻r84和电容c24，输入阳极与场效应管q17的源极连接的二极管d2，输入阳极与第二直流转换芯片u4的vcc阴极连接、且输出阴极与二极管d2的输出阴极连接的二极管d1，源极与二极管d2的输入阳极连接、漏极与二极管d2的输出阴极连接、且栅极经电阻r142接地的场效应管q21，连接在二极管d1的输入阳极与场效应管q21的栅极之间的电阻r141，串联后一端与二极管d1的输出阴极连接、且另一端接地的电阻r83、电容c74和电容c75，并接在电阻r83的两端的二极管d26，vin引脚与二极管d1的输出阴极连接、且型号为dnp-xc6206p332mr的第三直流转换芯片u25，并联后连接在第三直流转换芯片u25的vin引脚与gnd引脚之间的电容c25和电容c26，连接在第三直流转换芯片u25的vin引脚与out引脚之间的电阻r136，并联后一端与第三直流转换芯片u25的out引脚连接、且另一端接地的电容c27、电容c28、电容c66和二极管d34，vin引脚与二极管d1的输出阴极连接、且型号为xc6206p332mr的第四直流转换芯片u3，并联后连接在第四直流转换芯片u3的vin引脚与gnd引脚之间的电容c19和电容c20，并联后一端与第四直流转换芯片u3的out引脚连接、且另一端接地的电容c21、电容c22、电容c23、电容c84、电容c89和电容c90；in引脚与二极管d1的输出阴极连接、且型号为tps7a7001ddar的第五直流转换芯片u26，并联后一端与第五直流转换芯片u26的in引脚连接、且另一端接地的电容c76、电容c77和电容c78，连接在第五直流转换芯片u26的in引脚与en引脚之间的电容r98，集电极与第五直流转换芯片u26的en引脚连接、发射极接地的三极管q16，串联后一端与第四直流转换芯片u3的out引脚连接、且另一端与三极管q16的基极连接的电阻r104和电阻r107，并联后连接在第五直流转换芯片u26的out引脚与fb引脚之间的电阻r99和电容c81，并联后一端与第五直流转换芯片u26的fb引脚连接、且另一端接地的电阻r105和电阻r106，以及并联后一端与第五直流转换芯片u26的out引脚连接、且另一端接地的电容c82和电容c85。其中，交直流转换芯片m1从总开关取电并转换成直流12v/15w，再经第一直流转换芯片u1将直流12v转换成直流5.0v，然后通过第二直流转换芯片u4向锂电池bat1充电同时，供第四直流转换芯片u3、第五直流转换芯片u26、第三直流转换芯片u25转换所需的直流电压；当总开关进线供电时，利用第二直流转换芯片u4提供直流电源，即场效应管q15的栅极为高电平，场效应管q15的漏极与源极导通，场效应管q17的栅极为低电平，场效应管q17的漏极与源极处于截止状态，锂电池bat1通过第二直流转换芯片u4的bat引脚充电；当总开关进线失电后，第一直流转换芯片u1输出电压为0，即第二直流转换芯片u4的vcc引脚为低电平，场效应管q15的源极与漏极处于截止状态，且场效应管q17的漏极与源极处于导通状态，此时采用锂电池bat1供电，如此一来，便能保证在无交流电情况下，保持4g通信长时间工作。

本实施例通过移动通信模块与电网企业系统通信，接收电网企业系统的数据，为远程升级、数据上传、数据下载，数据交互提供无线通信通道。具体来说，该移动通信模块包括refclk-引脚经电阻r112与mcu处理器的串行口pd4连接、refclk+引脚经电阻r113与mcu处理器的串行口pd3连接、reserved1引脚经电阻r114与mcu处理器的串行口pd5连接、reserved2引脚经电阻r115与mcu处理器的串行口pd6连接、perst#引脚与mcu处理器的串行口pb5连接的pci-e总线接口，并联后一端分别与pci-e总线接口的3.3v端口和第五直流转换芯片u26的out引脚连接、且另一端接地的电容c51、电容c52、电容c53、电容c54、电容c55、电容c56、电容c57、电容c58、电容c59和电容c60，连接在第五直流转换芯片u26的out引脚与pci-e总线接口的led_wwan#引脚之间的电阻r119和发光二极管d28，i/o引脚与pci-e总线接口的uim_data引脚连接、clk引脚与pci-e总线接口的uim_clk引脚连接、rst引脚与pci-e总线接口的uim_rest引脚连接、vcc引脚与pci-e总线接口的uim_pwr引脚连接的sim卡，一端与sim卡的i/o引脚连接、且另一端接地的电容c64，一端与sim卡的clk引脚连接、且另一端接地的电容c63，一端与sim卡的rst引脚连接、且另一端接地的电容c62，以及一端与sim卡的vcc引脚连接、且另一端接地的电容c61。

在本实施例中，为了获取电能表数据，巧妙地设置数个与电能表一一对应连接的rs485通信电路，其中，任一rs485通信电路包括型号为sp3485en-l/tr的数据速频收发器u12，连接在数据速频收发器u12的a引脚与b引脚之间的电阻r52，一端与数据速频收发器u12的a引脚连接、且另一端与第三直流转换芯片u25的out引脚连接的电阻r49，一端与数据速频收发器u12的a引脚连接、且另一端接地的二极管d14，并联后一端与数据速频收发器u12的b引脚连接、且另一端接地的二极管d16和电阻r51，与数据速频收发器u12的发射引脚连接、且型号为el357nc的光电隔离器u21，与数据速频收发器u12的发射控制引脚和接收控制引脚连接、且型号为el357nc的光电隔离器u17，以及与数据速频收发器u12的接收引脚连接、且型号为el357nc的光电隔离器u19；所述光电隔离器u21、光电隔离器u17和光电隔离器u19分别与mcu处理器连接。本实施例的共享电源终端通过rs485通信模块采集多个电能表的数据，并支持多表位多通道用电，以全面掌握用户用电情况。

本实施例的共享电源终端通过总线监控智能断路器，且任一智能断路器与mcu处理器之间设置有检测控制电路；所述检测控制电路包括基极经电阻r26与mcu处理器的串行口pb15连接、发射极接地的三极管q2，线圈连接在三极管q2的集电极与交直流转换芯片m1的vo+之间、且辅助触头与智能断路器的动作控制端连接的继电器k1，输入阳极依次经串联的电阻r35、电阻r29、电阻r30、电阻r36和二极管d11与智能断路器连接、输出阴极接地、且型号为el357nc的光电隔离器u9，连接在光电隔离器u9的输入阳极与输出阴极之间的电阻r44，以及均与光电隔离器u9的集电极连接的电阻r41和电容c42。

本实施例的共享电源终端实时时钟rtc是用于与电网企业系统、现场作业终端、电能表等进行时间同步，为数据模型和边缘计算提供时钟依据，保证与电网企业系统之间的时间同步。其中，实时时钟模块包括scl引脚与mcu处理器的串行口pc2连接、sda引脚与mcu处理器的串行口pc1连接、int引脚与mcu处理器的串行口pc3连接、foe引脚和vdd引脚经电阻r23和电阻r111与mcu处理器的串行口pa3连接、且型号为bl8025t的时钟芯片u6，连接在时钟芯片u6的scl引脚与第四直流转换芯片u3的out引脚之间的电阻r18，连接在时钟芯片u6的sda引脚与第四直流转换芯片u3的out引脚之间的电阻r19，连接在时钟芯片u6的int引脚与第四直流转换芯片u3的out引脚之间的电阻r21，连接在时钟芯片u6的foe引脚与第四直流转换芯片u3的out引脚之间的二极管d7，以及正极连接在电阻r111与电阻r23之间、且负极接地的锂电池bat2。

在本实施中，为了实现远程开启电子锁，在mcu处理器与程控电子锁之间设置有输入输出的锁监控电路，其包括基极经电阻r59与mcu处理器的串行口pe10连接、发射极接地的三极管q10，一端与三极管q10的基极连接、且另一端接地的电阻r66，栅极经电阻r67与三极管q10的集电极连接、源极经熔断器f5和瞬态电压抑制器d20接地、且漏极与交直流转换芯片m1的vo+引脚连接的场效应管q7，连接在交直流转换芯片m1的vo+引脚与场效应管q7的栅极之间的电阻r68，集电极与mcu处理器的串行口pe11连接、发射极接地、且基极经电阻r77与程控电子锁连接的三极管q13，分别与三极管q13的集电极连接的电阻r73和电容c49，一端与三极管q13基极连接、且另一端接地电阻r80，以及分别与程控电子锁连接的电阻r74和瞬态电压抑制器d21；所述程控电子锁连接在熔断器f5与瞬态电压抑制器d20之间。本实施例，当mcu处理器接收到程控电子锁开启信号，mcu处理器通过串行口pe10下发高电平，驱动程控电子锁动作，程控电子锁利用三极管q13反馈状态信号，即程控电子锁开启状态为高电平，驱动三极管q13的集电极与发射极导通，并向mcu处理器反馈低电平，同理地，程控电子锁关闭时，其向mcu处理反馈高电平。

在本实施例中，总开关、电能表、智能断路器、程控电子锁、用户开关、用户插座均为现有成熟部件，其通过购买所得；为了满足本装置的需求，各部件需要满足以下要求：总空开支持三相四线的4p空开或者单相零火线2p空开；电能表支持通用的三相智能电能表、单相智能电能表等；智能断路器支持三相四线的4p空开或者单相零火线2p空开，通过输入输出电路可以控制其断合闸；用户空开支持三相四线的4p空开或者单相零火线2p空开；用户插座支持三相电专用插座，三孔220v插座，二孔220v插座，usb接口；用户空开和用户插座是给用户提供用电的接口。另外，本实施例的共享电源终端还能监控检修门和用电通道，以及紧急停电按键及用电状态指示灯，支持用户一键紧急停电，防止二维码/条形码陷阱。与此同时，存储模块，由大容量flash和小容量eeprom等存储器件，用于分开分块存储电能表数据信息、各种系统参数、安全及报警事件等。大容量flash主要用于存储嵌入式软件系统和相关应用程序的固件、数据模型和边缘计算模型程序、电能表数据、窃电分析计算结果数据，远程程序升级等功能，小容量eeprom主要用于存储临时参数、系统参数及配置参数等。

综上所述，本实用新型填补了电力供电设备技术领域无智能共享电源计量箱的技术空白，与现有技术相比，具体突出的实质性特点和显著的进步，在电力供电设备技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本实用新型的保护范围之内。