基于电力载波实现设备耗能情况采集监控的设备

摘要

本发明公开了基于电力载波实现设备耗能情况采集监控的设备，包括控制模块、电源转换模块、存储模块、继电器控制电路模块、电力载波信号解调电路、载波接收滤波电路模块、发送放大电路模块和计量电路模块；电源转换模块、存储模块分别与控制模块连接，控制模块与继电器控制电路模块连接，载波接收滤波电路模块、发送放大电路模块分别与电力载波信号解调电路模块连接，电力载波信号解调电路模块与控制模块连接，计量电路模块与控制模块连接等；本解决了涉密场所用电设备能耗数据的实时监控和传输问题等。

说明书

技术领域

本发明涉及能耗监测技术领域，更为具体的，涉及基于电力载波实现设备耗能情况采集监控的设备。

背景技术

随着军工生产行业信息化不断发展，对生产相关设备、仪器使用逐年增长，但由于管理手段和管理方式的限制，管理员无法真实了解用电设备的使用情况，导致仪器的使用率及周转率低下，造成了资产的不必要浪费。

经过实验观察，用电设备在开机、关机、待机情况下用电功率或电流强度是存在差异，并在较为稳定范围波动。通过用电设备这一特性，本发明研制了一套对用电设备能耗数据(功率、电流)采集自动采集，通过分析能耗数据的变化情况，便可知道用电设备的操作情况的设备，基于该设备最终可实现对用电设备使用率的计算。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于电力载波实现设备耗能情况采集监控的设备，实现对涉密场所仪器或设备使用情况的检测，解决了涉密场所民用220V用电设备或仪器能耗数据采集，实现了用电设备使用情况的实时监控感知，解决了涉密场所用电设备能耗数据的实时监控和传输问题等。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种基于电力载波实现设备耗能情况采集监控的设备，包括控制模块、电源转换模块、存储模块、继电器控制电路模块、电力载波信号解调电路、载波接收滤波电路模块、发送放大电路模块和计量电路模块；电源转换模块、存储模块分别与控制模块连接，控制模块与继电器控制电路模块连接，载波接收滤波电路模块、发送放大电路模块分别与电力载波信号解调电路模块连接，电力载波信号解调电路模块与控制模块连接，计量电路模块与控制模块连接。

进一步地，所述电源转换模块包括DC-DC电源转换模块、AC-DC电源转换模块，AC-DC电源转换模块的第一端与DC-DC电源转换模块连接，AC-DC电源转换模块的第二端与电力载波信号解调电路模块连接，DC-DC电源转换模块连的第一端与控制模块连接，DC-DC电源转换模块连的第二端与存储模块连接，DC-DC电源转换模块连的第三端与计量电路模块连接。

进一步地，所述存储模块包括FLASH存储模块，所述控制模块包括MCU控制模块。

进一步地，包括过零检测电路模块，过零检测电路模块与控制模块连接。

进一步地，包括外部串口电路模块，外部串口电路模块与控制模块连接。

进一步地，电力载波信号解调电路模块包括MC3361芯片U4、LT421AW芯片U3、JTB421C49芯片U5、多个电阻和多个电容；U4的MIXOUT端口与片U3的第2端口连接，U4的与LIM_IN端口与U3的第1端口连接，U3的第3、4和5端口均与U4的VCC端口连接；U5的第1端口与U4的VCC端口连接，U5的第2端口与U4的QUAD端口连接；U4的DCP1端口与VCC端口之间连接有电容C28，U4的DCP2端口与VCC端口之间连接有电容C31，U4的OSC1端口与VCC端口之间连接有电容C26；U5并联有电阻R36；U4的MIX_IN端口连接有电容C27；U4的SQLCH_IN端口连接有电阻R31，电阻R31与U4的VCC端口连接；U4的FILT_OUT端口与电阻R32连接，电阻R32与电阻R33连接；U4的FILT_IN端口与电阻R34连接，电阻R34与电容C32连接；U4的DEM_OUT端口与电阻R35连接，电阻R35与电容C33连接。

进一步地，载波接收滤波电路模块包括变压器T1、电感、电容和二极管；变压器T1的第1端连接有电感L4，电感L4与电容CS1连接，电感L7与电感L4并联，变压器T1的第1端与第5端之间连接有二极管DT1，变压器T1的第9端与第10端之间连接有电容C38，电容C38与电容C34连接，变压器T1的第7端接地，变压器T1的第6端与电阻R37连接，电阻R37与电容C35连接，电容C35与电感L5连接，电感L5与电感L6连接，电容C36与电感L6并联，电阻R38与电容C36并联，BAV99模块与电阻R38并联。

进一步地，发送放大电路模块包括多个晶体管、电阻、电容和二极管；晶体管Q2的基极与电阻R18连接，电阻R18与电容C14连接，电容C14与电容C18连接；在晶体管Q2的基极与发射极之间连接有二极管D1；晶体管Q3的基极与晶体管Q2的集电极连接，晶体管Q3的发射极与电阻R21连接，电阻R21与二极管D3的一端连接，二极管D3的另一端与晶体管Q3的集电极连接；晶体管Q4的集电极与晶体管Q2的集电极连接，晶体管Q4的基极与电阻R25连接，电阻R25与电容C18连接，在晶体管Q4的发射极与基极之间连接有二极管D5；晶体管Q5的集电极与晶体管Q4的集电极连接，晶体管Q5的发射极与电阻R23连接，电阻R23与二极管D4的一端连接，二极管D4的另一端与晶体管Q5的集电极连接。

进一步地，计量电路模块包括ATT7053CU芯片U8、多个电阻和电容；U8的V3P端口与电阻R43连接，电阻R43的一端与电阻R42连接，电阻R43的另一端与电阻R44连接，电阻R44与电阻R45连接，电阻R45与U8的V3N端口连接，电容C44的一端连接在电阻R44、电阻R43之间，电容C44的另一端接地，电容C47的一端与U8的V3N端口连接，电容C47的另一端接地；U8的DVDD端口与电容C46的一端连接，电容C46的另一端接地，电阻R46的一端与U8的DVDD端口连接，电阻R46的另一端与电容C49的一端连接，电容C49的另一端接地；U8的VIP端口与电阻R48连接，电阻R48与电阻R49连接，电阻R49与电阻R50的一端连接，电阻R50的另一端与U8的VIN端口连接；电容C50的一端连接在电阻R48与U8的VIP端口之间，电容C50的另一端接地，电容C54的一端连接在电阻R50与U8的VIN端口之间，电容C54的另一端接地；电容C55的一端与U8的VREF端口连接，电容C55的另一端接地；电容C56的一端与U8的VREF端口连接，电容C56的另一端接地；U8的

进一步地，所述继电器控制电路模块包括晶体管Q6、多个电阻和二极管；晶体管Q6的基极与电阻R11连接，在晶体管Q6的基极与发射极之间连接有电阻R39，晶体管Q6的集电极与二极管D12连接，二极管D12与电阻RK1连接，晶体管Q6的集电极与肖特基管B5819W连接，肖特基管B5819W与电阻RK1连接。

本发明的有益效果包括：

(1)针对背景中提出的问题，利用电力载波技术实现对涉密场所用电设备耗能数据采集并通过已有的电网完成耗能数据回传，实现对涉密场所仪器或设备使用情况的检测，解决了涉密场所民用220V用电设备或仪器能耗数据采集，实现了用电设备使用情况的实时监控感知，解决了涉密场所用电设备能耗数据的实时监控和传输问题。

(2)对于涉密场所仪器能耗数据的监控采集是通过将监控设备安装在仪器电源接口处，实现对仪器能耗情况(功率和电流)进行采集，并通过电力载波利用现有电网将采集到的能耗数据传输至网关设备，网关设备对采集到的原始数据进行处理并通过以太网发送至后台业务系统进行分析，整个过程解决了涉密场所仪器使用情况的监控，实现了只要有电网的地方就可以实现监控数据的回传，同时解决了仪器设备在流动使用(即从A场地拿到B场地使用)过程中完成使用情况的监控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的结构框图；

图2为本发明实施例的ACDC转12V电路图；

图3为本发明实施例的+12V转+3.3V开关电源电路图；

图4为本发明实施例的PLC供电电路图；

图5为本发明实施例的继电器控制电路图；

图6为本发明实施例的计量电路图；

图7为本发明实施例的电力载波信号解调电路图；

图8为本发明实施例的外部串口电路图；

图9为本发明实施例的MCU控制图；

图10为本发明实施例的过零检测电路图；

图11为本发明实施例的载波接收滤波电路图；

图12为本发明实施例的发送放大电路图。

具体实施方式

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

参照图1～图12。其中，图1所示为一种基于电力载波实现设备耗能情况采集监控的设备，包括控制模块、电源转换模块、存储模块、继电器控制电路模块、电力载波信号解调电路、载波接收滤波电路模块、发送放大电路模块和计量电路模块；电源转换模块、存储模块分别与控制模块连接，控制模块与继电器控制电路模块连接，载波接收滤波电路模块、发送放大电路模块分别与电力载波信号解调电路模块连接，电力载波信号解调电路模块与控制模块连接，计量电路模块与控制模块连接。

在其他的实施方式中，电源转换模块包括DC-DC电源转换模块、AC-DC电源转换模块，AC-DC电源转换模块的第一端与DC-DC电源转换模块连接，AC-DC电源转换模块的第二端与电力载波信号解调电路模块连接，DC-DC电源转换模块连的第一端与控制模块连接，DC-DC电源转换模块连的第二端与存储模块连接，DC-DC电源转换模块连的第三端与计量电路模块连接。

在其他的实施方式中，存储模块包括FLASH存储模块，控制模块包括MCU控制模块，可以采用SPI FLASH作为本地存储设备，能够满足7天，5分钟一次数据采集，存储分钟一次数据采集，存储(约64kbytes)和升级固件(约128kbytes)所需存储空间。

在其他的实施方式中，包括过零检测电路模块，过零检测电路模块与控制模块连接。

在其他的实施方式中，包括外部串口电路模块，外部串口电路模块与控制模块连接。

在其他的实施方式中，图7所示为电力载波信号解调电路模块，包括MC3361芯片U4、LT421AW芯片U3、JTB421C49芯片U5、多个电阻和多个电容；U4的MIXOUT端口与片U3的第2端口连接，U4的与LIM_IN端口与U3的第1端口连接，U3的第3、4和5端口均与U4的VCC端口连接；U5的第1端口与U4的VCC端口连接，U5的第2端口与U4的QUAD端口连接；U4的DCP1端口与VCC端口之间连接有电容C28，U4的DCP2端口与VCC端口之间连接有电容C31，U4的OSC1端口与VCC端口之间连接有电容C26；U5并联有电阻R36；U4的MIX_IN端口连接有电容C27；U4的SQLCH_IN端口连接有电阻R31，电阻R31与U4的VCC端口连接；U4的FILT_OUT端口与电阻R32连接，电阻R32与电阻R33连接；U4的FILT_IN端口与电阻R34连接，电阻R34与电容C32连接；U4的DEM_OUT端口与电阻R35连接，电阻R35与电容C33连接。

在其他的实施方式中，图11所示为载波接收滤波电路模块包括变压器T1、电感、电容和二极管；变压器T1的第1端连接有电感L4，电感L4与电容CS1连接，电感L7与电感L4并联，变压器T1的第1端与第5端之间连接有二极管DT1，变压器T1的第9端与第10端之间连接有电容C38，电容C38与电容C34连接，变压器T1的第7端接地，变压器T1的第6端与电阻R37连接，电阻R37与电容C35连接，电容C35与电感L5连接，电感L5与电感L6连接，电容C36与电感L6并联，电阻R38与电容C36并联，BAV99模块与电阻R38并联。

在其他的实施方式中，图12所示发送放大电路模块包括多个晶体管、电阻、电容和二极管；晶体管Q2的基极与电阻R18连接，电阻R18与电容C14连接，电容C14与电容C18连接；在晶体管Q2的基极与发射极之间连接有二极管D1；晶体管Q3的基极与晶体管Q2的集电极连接，晶体管Q3的发射极与电阻R21连接，电阻R21与二极管D3的一端连接，二极管D3的另一端与晶体管Q3的集电极连接；晶体管Q4的集电极与晶体管Q2的集电极连接，晶体管Q4的基极与电阻R25连接，电阻R25与电容C18连接，在晶体管Q4的发射极与基极之间连接有二极管D5；晶体管Q5的集电极与晶体管Q4的集电极连接，晶体管Q5的发射极与电阻R23连接，电阻R23与二极管D4的一端连接，二极管D4的另一端与晶体管Q5的集电极连接。

在其他的实施方式中，图6所示计量电路模块包括ATT7053CU芯片U8、多个电阻和电容；U8的V3P端口与电阻R43连接，电阻R43的一端与电阻R42连接，电阻R43的另一端与电阻R44连接，电阻R44与电阻R45连接，电阻R45与U8的V3N端口连接，电容C44的一端连接在电阻R44、电阻R43之间，电容C44的另一端接地，电容C47的一端与U8的V3N端口连接，电容C47的另一端接地；U8的DVDD端口与电容C46的一端连接，电容C46的另一端接地，电阻R46的一端与U8的DVDD端口连接，电阻R46的另一端与电容C49的一端连接，电容C49的另一端接地；U8的VIP端口与电阻R48连接，电阻R48与电阻R49连接，电阻R49与电阻R50的一端连接，电阻R50的另一端与U8的VIN端口连接；电容C50的一端连接在电阻R48与U8的VIP端口之间，电容C50的另一端接地，电容C54的一端连接在电阻R50与U8的VIN端口之间，电容C54的另一端接地；电容C55的一端与U8的VREF端口连接，电容C55的另一端接地；电容C56的一端与U8的VREF端口连接，电容C56的另一端接地；U8的

电能计量芯片采用ATT7053，可使用SPI接口与主控芯片通讯，该芯片可完成对电流、电压、功率的采集。外部Flash：MX25L1606E空间为2Mbytes。使用SPI与主控芯片通讯，完成对采集数据的存储，固件升级，系统参数保存。

外部Flash空间分配表：

在其他的实施方式中，图5所示继电器控制电路模块包括晶体管Q6、多个电阻和二极管；晶体管Q6的基极与电阻R11连接，在晶体管Q6的基极与发射极之间连接有电阻R39，晶体管Q6的集电极与二极管D12连接，二极管D12与电阻RK1连接，晶体管Q6的集电极与肖特基管B5819W连接，肖特基管B5819W与电阻RK1连接。

在其他的实施方式中，图2所示为本发明实施例的ACDC转12V电路图，采用非隔离式ACDC芯片可实现220vAC转12vDC，最大可输出600毫安电流，完全能够满足PLC电路和系统供电需求。

图3所示为本发明实施例的+12V转+3.3V开关电源电路图，实现12v转3.3v给系统供电，输入电压范围6-42V，1.5MHZ开关频率。具有过流保护，过温保护，欠压保护。

图4所示为本发明实施例的PLC供电电路图，可使用单相窄带载波模块电路，完成采集信息的传输。

图8所示为本发明实施例的外部串口电路图。

图9所示为本发明实施例的MCU控制图，加载firmware程序实现对硬件控制和能耗信息采集，主控芯片可以采用stm32f030c8t6(Flash:64kbytesFlash)。图10所示为本发明实施例的过零检测电路图。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(Random Access Memory，RAM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。