一种基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置的制作方法

本实用新型涉及物联网技术领域，特别是指一种基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置。

背景技术：

近年来，由于在窗户开关状态检测和信息传输中存在诸多问题，社区或者大型建筑物的管理部门需要一套技术先进、运行可靠的窗户状态检测、传输及显示装置。在一般的社区或者大型建筑物中，楼宇内窗户数量众多，因此需要一套装置时刻检测统计窗户的状态，进而可以制定出合理的策略使楼宇能耗降到最低。

现有技术中，通过人员来统计窗户的状态，既费时又费力。随着科技的发展，出现了利用WiFi网络和ZigBee通信方式来进行窗磁开关数据的检测传输，但同样存在着如下缺点：

(1)无线通信的通信距离短，不能大范围的覆盖，从而不能实现大范围的通信；

(2)都需要硬件设备进行配套使用，即需要接入网络，都需要大功率的无线设备，从而增加了成本。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置，以解决现有技术所存在的通信距离短、成本高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置，包括：利用低压电力线进行载波通信的载波通信模块、微处理器、窗磁开关传感器模块、及为所述载波通信模块、微处理器、窗磁开关传感器模块供电的电源模块；其中，

所述载波通信模块、窗磁开关传感器模块、电源模块分别与所述微处理器进行连接。

进一步地，所述载波通信模块与所述微处理器通过串口进行通信。

进一步地，所述装置还包括：数字隔离保护模块；

所述载波通信模块通过所述数字隔离保护模块与所述微处理器相连。

进一步地，所述电源模块包括：交流—直流电源模块及直流—直流电源模块；

所述交流—直流电源模块与所述直流—直流电源模块及所述载波通信模块相连；

所述直流—直流电源模块与所述载波通信模块、数字隔离保护模块、微处理器及窗磁开关传感器模块相连。

进一步地，所述交流—直流电源模块包括：电压转换单元；

所述电压转换单元，用于将交流电转换为两路直流电，并将所述两路直流电提供给所述直流—直流电源模块，其中，所述两路直流电的电压分别为12V和5V；

所述交流—直流电源模块，用于为所述载波通信模块提供220V的交流电，并为所述载波通信模块提供12V的直流电。

进一步地，所述直流—直流电源模块包括：第一电压转换单元；

所述第一电压转换单元，用于将所述交流—直流电源模块输出的5V直流电转化为3.3V，为所述微处理器供电。

进一步地，所述直流—直流电源模块包括：第二电压转换单元；

所述第二电压转换单元，用于将所述交流—直流电源模块输出的12V直流电转化为5V，为所述载波通信模块供电。

进一步地，所述直流—直流电源模块包括：第三电压转换单元；

所述第三电压转换单元，用于将所述交流—直流电源模块输出的5V直流电转化为12V，为所述窗磁开关传感器模块供电。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过窗磁开关传感器模块实时采集窗户的状态，并将采集到的窗户状态上传到微处理器中，微处理器通过载波通信模块以载波通信的方式将窗户状态发送出去。本实用新型的传输方式为低压电力线载波通信，这种通信方式有着其他通信方式无法比拟的优点，电力线分布范围广、密度大，不需要重新布线，投资成本低，并且电力线的通信距离一般无中继的情况下为1km，电力线负载小的时候，可达几公里，比普通的WiFi或者ZigBee远，并且由于电力线的自身特点，便于对测量仪的维护，减少很多人力和物力，成本低。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置的详细结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的载波通信隔离保护电路原理示意图。

图4为本实用新型实施例提供的窗磁开关传感器模块的电路原理示意图。

图5为本实用新型实施例提供的交流—直流电源模块电路原理示意图。

图6为本实用新型实施例提供的5V转换成3.3V电源电路原理示意图。

图7为本实用新型实施例提供的78M05芯片的电路原理示意图。

[主要元件符号说明]

11：载波通信模块；

12：微处理器；

13：窗磁开关传感器模块；

14：电源模块；

141：交流—直流电源模块；

142：直流—直流电源模块；

15：数字隔离保护模块。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型针对现有的通信距离短、成本高的问题，提供一种基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置。

如图1所示为本实用新型实施例提供的一种基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置，包括：利用低压电力线进行载波通信的载波通信模块11、微处理器12、窗磁开关传感器模块13、及为所述载波通信模块11、微处理器12、窗磁开关传感器模块13供电的电源模块14；其中，

所述载波通信模块11、窗磁开关传感器模块13、电源模块14分别与所述微处理器12进行连接。

本实用新型实施例所述的基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置，通过窗磁开关传感器模块实时采集窗户的状态，并将采集到的窗户状态上传到微处理器中，微处理器通过载波通信模块以载波通信的方式将窗户状态发送出去。本实用新型的传输方式为低压电力线载波通信，这种通信方式有着其他通信方式无法比拟的优点，电力线分布范围广、密度大，不需要重新布线，投资成本低，并且电力线的通信距离一般无中继的情况下为1km，电力线负载小的时候，可达几公里，比普通的WiFi或者ZigBee远，并且由于电力线的自身特点，便于对测量仪的维护，减少很多人力和物力，成本低。

本实施例中，所述微处理器可以通过载波通信模块以载波通信的方式将窗户状态发送至上位机中进行显示，从而实现微处理器与上位机之间的通信。本实用新型结构简单、操作简单、使用便捷、运行可靠、寿命长、成本低，适用于大型楼宇建筑及社区的窗户状态检测。

为了更好地理解本实施例所述的基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置，对所述装置中的各组件进行详细说明：

本实施例中，微处理器采用的可以是高性能工业级微处理器STM32F103，STM32F103由ST公司研制而成，该芯片内核为ARM公司的32位Cortex-M3处理器。微处理器通过实时接收窗磁开关传感器模块采集到的电平状态，从而判断窗户是否打开，统计窗户实时的状态，并将实时状态实时上报给上位机，同时能够满足上位机下发实时获取窗户状态命令，将存储的最近一个时刻的窗户状态上传给上位机，从而实现微处理器与上位机进行数据交互的功能。

本实施例中，载波通信模块与微处理器通过串口进行通信，例如，微处理器串口1的接收端和发送端与载波通信模块的接收端和发送端分别对应连接，从而进一步实现微处理器与上位机的数据传输功能。另外还有IO口线直连实现事件的触发和设置。载波发送信号通过载波通信模块耦合到电力线，接收信号通过载波通信模块解耦，整个过程实现数据的收发。载波通信模块内部包含数据处理主芯片，发送和接收配置线路，通过变压器线圈实现与电力线的耦合，数据处理主芯片是载波的收发处理芯片，与微处理器之间串行通信。

所述装置中存在着不同的电平以及不同的信号，因此需要将各个信号进行隔离。由于有220V强电接入到装置中，因此为了对微处理器进行保护，在微处理器12与载波通信模块11之间加入了数字隔离保护模块15，如图2所示，通过数字隔离保护模块15能有效消除电力线信号干扰，保护微处理器12并维持通信信号的稳定性。

本实施例中，可以采用工业级Si8663BC-B-IS1型号的数字隔离芯片实现数字隔离保护模块的功能。Si8663BC-B-IS1数字隔离芯片具有六路通道其中三路的传输方向由微处理器到载波通信模块，其余三路通道的传输方向是由载波通信模块到微处理器；Si8663BC-B-IS1数字隔离芯片具有宽范围的工作温度，数据传输速率150Mbps，是目前业界最高的水平；与同类产品比较，抖动性能最低，可保证具有最低的数据传输错误和误码率。通过Si8663BC-B-IS1数字隔离芯片，将载波通信模块的电源与微处理器的电源进行隔离，同时将载波通信模块的信号线与其他模块的信号线进行隔离处理。载波通信隔离保护的电路原理图如图3所示。

本实施例中，作为一可选实施例，所述装置还包括：数字隔离保护模块；所述载波通信模块通过所述数字隔离保护模块与所述微处理器相连。

本实施例中，窗磁开关传感器模块根据检测到的对应I/O口的高低电平来判断窗户的开关状态。窗磁开关传感器模块需要12V的稳定电压供电，窗磁开关传感器模块有两根线，一根信号线接到微处理器的I/O口上，另一根线接地。当窗户打开时，微处理器读取到I/O口状态为高电平；当窗户关闭时，微处理器读取到I/O口状态为低电平。因而根据实时状态判断窗户的开关状态，并将数据实时上报。窗磁开关传感器模块的电路原理图如图4所示。

电源模块是整个装置正常工作的关键部分，电源模块设计的好坏直接影响到装置的稳定性和性能。由于装置的供电电压多并且幅值也不相同，并且装置对电源的性能要求高并且要求体积小、重量轻，因此，电源模块共分为两个部分，具体的：

如图2所示，所述电源模块14包括：交流—直流电源模块141及直流—直流电源模块142；其中，所述交流—直流电源模块141与所述直流—直流电源模块142及所述载波通信模块11相连；所述直流—直流电源模块142与所述载波通信模块11、数字隔离保护模块15、微处理器12及窗磁开关传感器模块13相连。

本实施例中，由于载波通信模块需要提供220V的交流电和5V、12V的直流电，因此装置中必须引入220V交流电，同时，装置里的微处理器以及窗磁开关传感器模块需要3.3V和12V的弱电(直流电)，所以需采用高性能开关电源的形式，通过交流输入转换成直流低压电，既满足了220V的需求，也提供了弱电的需求。根据供电需求以及考虑现场的环境因素，加入了金升阳科技有限公司出品的工业级交流/直流隔离电源模块，可以提高装置的安全性及可靠度，提高电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility，EMC)的特性并保护二次侧。该方案同时能很好的满足低压电路的需求。

本实施例中，如图5所示，所述交流—直流电源模块包括：电压转换单元；所述电压转换单元，用于将交流电转换为两路直流电，并将所述两路直流电提供给所述直流—直流电源模块，其中，所述两路直流电的电压分别为12V和5V；所述交流—直流电源模块，用于为所述载波通信模块提供220V的交流电，并为所述载波通信模块提供12V的直流电。

本实施例中，所述交流—直流电源模块的双路输出为隔离的，于是可以选择交流—直流电源模块输出的12V直流电直接提供给载波通信模块。

在整个装置中，微处理器、窗磁开关传感器模块以及载波通信模块都需要被提供3.3V-12V不同的直流电源来供电，因此需要装置引入直流电源。在装置设计中，微处理器供电电压为3.3V，它的来源为：将所述交流—直流电源模块输出的5V直流电，通过型号为SPX1117M3-3.3的芯片转换成3.3V的直流电，从而为微处理器提供稳定的3.3V电压。5V转换成3.3V电源的电路原理图如图6所示。

本实施例中，作为一可选实施例，所述直流—直流电源模块包括：第一电压转换单元；

所述第一电压转换单元，用于将所述交流—直流电源模块输出的5V直流电转化为3.3V，为所述微处理器供电。

在前述基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置的具体实施方式中，进一步地，所述直流—直流电源模块包括：第二电压转换单元；

所述第二电压转换单元，用于将所述交流—直流电源模块输出的12V直流电转化为5V，为所述载波通信模块供电。

本实施例中，同时通过型号为78M05的芯片，将将所述交流—直流电源模块输出的12V直流电转化为5V，直接供给载波通信模块，78M05芯片的电路原理图，如图7所示。

在前述基于低压电力线载波的窗磁开关检测装置的具体实施方式中，进一步地，所述直流—直流电源模块包括：第三电压转换单元；

所述第三电压转换单元，用于将所述交流—直流电源模块输出的5V直流电转化为12V，为所述窗磁开关传感器模块供电。

本实施例中，所述窗磁开关传感器模块需要12V的直流电，因此，可以将所述交流—直流电源模块输出的5V直流电转化为12V，为所述窗磁开关传感器模块供电。

本实施例中，上位机以载波通信的方式通过载波通信模块向相应的微处理器发送命令帧，相应的微处理器接收到命令帧时，判断命令帧内容是否为查询窗户状态的命令，如果是，微处理器将最近一次检测到的窗户状态以载波通信的方式通过载波通信模块上传至上位机，完成一次数据抄读。

本实施例中，还可以通过上位机设置定时上报时间，当到达定时时间时，所述微处理器控制器主动去抄读窗户状态，并将数据上传至上位机。这样便实现了定时上报与主动抄读窗户状态的功能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。