专利名称：一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型专利用于电力需求侧的电能监测仪设备，尤其涉及一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪。
背景技术：
在低碳环保的能源消耗需求背景下，用能的精细化管理，尤其是需求侧用电的精细化管理要求被越来越多的提出，用能效采集系统能精细采集电能的具体使用情况，为需求侧用电精细化管理提供了数据支撑。电力监测仪是一种多功能电力品质分析表，它集合了高精度量测、显示、远程控制、计算机联机及多种电力质量分析等多功能，可量测显示多种电量及电力品质参数。在现今复杂的电力环境中，不但提供了基本电量测量(用电及供电)的功能，更提供有关的电力质量数据以供电力质量改善分析。现有的电能监测仪如图1所示，图1是现有技术电能监测仪的电方框图。可以看出，该现有技术的电能监测仪的通信模块及其外围的通信、控制电路都在电能监测仪内，电能监测仪的MCU主电路直接对通信模块进行控制和管理。这种通信模块与监测仪的一体化设计模式决定了电能监测仪内是单一通信方式与主站连接，一般多为RS485有线方式，即只能支持单一的一种通信方式。因此存在以下的缺点1、现有的电能监测仪一般采用一体化的设计模式，通信接口为内置，如果现场需要不同的通信方式，只能更换不同型号的电能监测仪，无法做到通信方式的灵活多变；2、现有的通信方式多采用有线RS485，如果需要采用其他通信方式，要通过RS485总线外接软连线到外置的通信模块上，接线很不方便；3、以上的软连接下，即使外接了通信模块，一般还需对通信模块外接电源，对其进行供电，而外接的供电一方面增加了设备的不可靠性，另一方面也给现场安装带来了不便。
发明内容本实用新型是为了克服现有技术存在的上述缺点而提供的一种具有自适应通信接口功能的电力监测仪，该电力监测仪扩展了通信方式，可以自适应的支持以太网、公网GPRS或者小无线等各种通信信道，而无需更换电能监测仪主机，丰富了电能监测仪的通信方式，方便了使用，节约了成本。本实用新型采取的技术方案是一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其特点是，包括一主机模块和一扩展的通信电路模块，所述的主机模块和扩展的通信电路模块之间通过多制式自适应接口插拔式连接；所述的主机模块包括一 MCU主电路、一主机模块电源电路、以及用于切换通讯方式的切换控制电路，所述的切换控制电路的输入端与所述的主机模块的MCU主电路双向电连接；所述的切换控制电路的输出端通过所述的多制式自适应接口与所述的扩展的通信电路模块插拔式电连接。上述一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其中，所述的多制式自适应接口包括一电源接口、一通信接口以及一切换控制接口 ；所述的电源接口、通信接口以及切换控制接口均包括一主机侧和一扩展通信电路侧；所述的扩展的通信电路模块包括一扩展通信模块电源、一通信电路和一电平翻转电路；所述多制式自适应接口的电源接口的主机侧与主机模块电源电路连接，向扩展的通信电路模块的扩展通信模块电源供电；所述多制式自适应接口的通信接口的主机侧与所述的切换控制电路双向电连接；该通信接口的扩展通信电路侧与所述的扩展的通信电路模块的通信电路双向电连接，提供电能监测仪主机模块与扩展通信模块间的通信；所述多制式自适应接口的切换控制接口的主机侧与所述的切换控制电路双向电连接，该切换控制接口的扩展通信电路侧与所述的扩展的通信电路模块的电平翻转电路的输出端电连接，提供主机模块与扩展的通信电路模块之间的通信切换和控制。上述一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其中，所述的切换控制电路包括一检测电路、一切换开关、以及一 RS485电路；所述的检测电路的输入端与所述切换控制接口的主机侧电连接，该检测电路的输出端与MCU主电路的输入端电连接；所述的切换开关的输入端与所述的MCU主电路双向电连接，并与所述的切换控制接口的主机侧电连接；该切换开关的输出端与所述的通信接口的主机侧双向电连接。上述一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其中，所述的主机模块还包括一组光电隔离电路，该一组光电隔离电路的输入端与所述的主机模块的MCU主电路双向电连接，其输入端并与所述的切换控制电路的检测电路的输出端电连接，该一组光电隔离电路的输出端与所述的切换开关双向电连接。上述一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其中，所述的多制式自适应接口为一多制式自适应接口，包括——对应的主机侧引脚和扩展通信电路侧的引脚，其中，包括与电源接口电路连接的电源供电引脚和公共地引脚；与通信接口电路连接的多个通用通信引脚；与切换控制电路连接的通信切换控制引脚。上述一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其中，所述的扩展的通信电路模块由一 MCU单片机构成。上述一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其中，所述的电平翻转电路由所述MCU单片机上的一 I/O 口构成。上述一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其中，所述的扩展的通信电路模块为系列模块，包括以太网通信方式的扩展的通信电路模块、公网GPRS通信通信方式的扩展的通信电路模块模块或者小无线通信通信方式的扩展的通信电路模块，根据需要通过多制式自适应接口与所述的主机模块插拔式连接。本实用新型由于采用了以上的技术方案，其产生的技术效果是明显的1、由于在扩展的通信电路模块设有通信电路和电平翻转电路，在电能监测仪主机与扩展的通信电路模块之间连接一多制式自适应接口，即使电能监测仪的安装现场不具备RS485有线通信布线的条件，需要采用以太网或无线等通信方式，可通过自适应的通信接口，切换到以太网等有线通信方式，无需更换具备现场安装方式的型号电能监测仪。而通过该自适应接口简单的进行通信方式的扩展，就可以实现通讯的多制式选择，支持以太网、公网GPRS或者小无线等各种通信信道，丰富了电能监测仪的通信方式，且节约了成本，方便了操作；2、现有电能监测仪如果要通过RS485接口外接其它通信模块来实现通信方式扩展，则存在需要外接软连线、且需要给外界通信模块单独供电的问题。软连接线和通信模块所需的外供电源，一方面增加了施工工程量，同时也增加了设备通信的不可靠性。而本实用新型通过接口电路直接给扩展的通信电路模块供电，则有效解决了上述问题，不仅能大大简化安装，而且提升了连接可靠性以及供电的可靠性；3、将多制式自适应接口、扩展的通信电路模块做成独立的模块，与电能监测仪主机间采用插拔式连接，具有安装、操作、维护方便的优点。
图1是现有技术电能监测仪的电方框图。图2是本实用新型电能监测仪的一种实施例的电方框图。图3是本实用新型电能监测仪的另一种实施例的电方框图。图4是本实用新型电能监测仪的多制式自适应接口的一种实施例的示意图。图5是本实用新型电能监测仪的一种实施例的电原理图。
具体实施方式
请参阅图2，图2是本实用新型电能监测仪的一种实施例的电方框图。本实用新型具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，包括一主机模块I和一扩展的通信电路模块2，所述的主机模块和扩展的通信电路模块之间通过多制式自适应接口 3插拔式连接；所述的主机模块I包括一 MCU主电路11、一主机模块电源电路12、一用于切换通讯方式的切换控制电路13，所述的切换控制电路的输入端与所述的主机模块的MCU主电路双向电连接；所述的切换控制电路的输出端通过所述的多制式自适应接口与所述的扩展的通信电路模块插拔式电连接。所述的扩展的通信电路模块2包括一扩展通信模块电源21、一通信电路22和一电平翻转电路23。所述的扩展通信模块电源21、通信电路22和电平翻转电路23均包括与主机模块连接的主机侧和与扩展的通信电路模块连接的扩展通信电路侧。所述的多制式自适应接口 3包括一电源接口 31、一通信接口 32以及一切换控制接口 32 ;所述的电源接口、一通信接口以及一切换控制接口均包括与主机模块连接的主机侧和与扩展的通信电路模块连接的扩展通信电路侧。所述多制式自适应接口的电源接口的主机侧与主机模块电源电路连接，向扩展的通信电路模块的扩展通信模块电源供电。所述多制式自适应接口的通信接口的主机侧与所述的切换控制电路双向电连接；该通信接口的扩展通信电路侧与所述的扩展的通信电路模块的通信电路双向电连接，提供电能监测仪主机模块与扩展通信模块间的通信。所述多制式自适应接口的切换控制接口的主机侧与所述的切换控制电路双向电连接，该切换控制接口的扩展通信电路侧与所述的扩展的通信电路模块的电平翻转电路的输出端电连接，提供主机模块与扩展的通信电路模块之间的通信切换和控制。请参阅图3，图3是本实用新型电能监测仪的另一种实施例的电方框图。本实用新型具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，包括一主机模块4和一扩展的通信电路模块5，所述的主机模块和扩展的通信电路模块之间通过多制式自适应接口 6插拔式连接。所述的主机模块4包括一 MCU主电路41、一主机模块电源电路42、一用于切换通讯方式的切换控制电路43，还包括一光电隔离电路44。所述的多制式自适应接口 6包括一电源接口 61、一通信接口 62以及一切换控制接口 63 ;所述的电源接口、一通信接口以及一切换控制接口均包括一主机侧和一扩展通信电路侧。所述的扩展的通信电路模块5包括一扩展通信模块电源51、一通信电路52和一电平翻转电路53。所述多制式自适应接口的电源接口 61的主机侧61-1与主机模块电源电路42连接，其扩展通信电路侧61-2与所述的扩展通信模块电源电连接，向扩展的通信电路模块的扩展通信模块电源供电；所述多制式自适应接口的通信接口 62的主机侧62-1与所述的切换控制电路43双向电连接；该通信接口 62的扩展通信电路侧62-2与所述的扩展的通信电路模块的通信电路52双向电连接，提供电能监测仪主机模块与扩展通信模块间的通信；所述多制式自适应接口的切换控制接口 63的主机侧63-1与所述的切换控制电路43双向电连接，该切换控制接口 63的扩展通信电路侧63-2与所述的扩展的通信电路模块的电平翻转电路的输出端电连接，提供主机模块与扩展的通信电路模块之间的通信切换和控制。本实施例中，所述的切换控制电路43包括一检测电路431、一切换开关432、以及一 RS485电路433 ;所述的检测电路431的输入端与所述切换控制接口 63的主机侧63_1电连接，该检测电路431的输出端与MCU主电路41的输入端电连接；所述的切换开关432的输入端与所述的MCU主电路41双向电连接，并与所述的切换控制接口的主机侧63-1电连接；该切换开关432的输出端与所述的通信接口 62的主机侧62-1双向电连接。所述的主机模块的一组光电隔离电路44的输入端与所述的主机模块的MCU主电路41双向电连接，其输入端并与所述的切换控制电路的检测电路431的输出端电连接，该一组光电隔离电路的输出端与所述的切换开关432双向电连接。请参阅图4。本实用新型一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪中，所述的多制式自适应接口 6为一多制式自适应接口，包括一一对应的主机侧引脚和扩展通信电路侧的引脚，其中，包括与电源接口电路连接的电源供电引脚和公共地引脚；与通信接口电路连接的多个通用通信引脚；与切换控制电路连接的通信切换控制引脚。各引脚的定义说明如下VCC:主机模块向扩展的通信电路模块供电的电源引脚；GND :主机模块与扩展的通信电路模块间电源及信号的公共地引脚；RXD, TXD, RTS:主机模块与扩展的通信电路模块间的通信信号引脚；Sff:主机模块与扩展的通信电路模块间的切换控制引脚。请参阅图5，图5是本实用新型电能监测仪的一种实施例的电原理图。本实用新型具有多制式自适应通信功能的电能监测仪包括一主机模块7和一扩展的通信电路模块8，所述的主机模块和扩展的通信电路模块之间通过多制式自适应接口 9插拔式连接。所述的主机模块7包括一 MCU主电路71、一主机模块电源电路72、一用于切换通讯方式的切换控制电路73。本实施例中，所述的多制式自适应接口为一多制式多制式自适应接口，该多制式自适应接口包括电源接口、通信接口和切换控制接口等。本实施例中所述的多制式自适应接口采用了一个16PIN引脚的接口，该多制式自适应接口包括与主机模块主机侧弓I脚和扩展通信电路侧的电路引脚一一对应的引脚，其中，与电源接口电路连接的引脚包括电源供电引脚1、2脚和公共地引脚3、4、13、14脚；与通信接口电路连接的引脚包括多个通用通信引脚5 10脚；与切换控制电路连接的包括通信切换控制引脚11、12脚。该实施例中，各引脚的具体定义说明如下VCC:主机模块向扩展通信模块供电的电源引脚；GND :主机模块与扩展通信模块间电源及信号的公共地引脚；RXD，TXD，RTS:主机模块与扩展通信模块间的通信信号引脚；SW:主机模块与扩展通信模块间的切换控制引脚。为适应现场通讯的需求，本实用新型所述的扩展的通信电路模块9为系列模块，包括以太网通信方式的扩展的通信电路模块、公网GPRS通信方式的扩展的通信电路模块模块或者小无线通信通信方式的扩展的通信电路模块，根据需要通过多制式自适应接口与所述的主机模块插拔式连接。本实施例中，所述的扩展的通信电路模块9由一 MCU单片机构成。其中，所述的电平翻转电路由所述MCU单片机上的一 I/O 口构成。所述的切换控制电路73由检测电路、切换开关和RS475电路构成，本实施例中，所述的检测电路和切换开关由一集成电路Ul构成，例如型号为SD74HC4053 ;所述的RS475电路由另一集成电路U2构成，例如型号为MAX475。本实施例中，所述的电能监测仪的主机还包括一光电隔离电路74，与MCU主电路71连接。本实施例所述的光电隔离电路74由多个光电稱合器构成,例如米用了 4个光电耦合器D100、DlOU D102、D103，均与主机模块的MCU主电路双向电连接，其中光电耦合器DlOU D102、D103实现主机模块与多制式自适应接口的收发信号，光电耦合器DlOO实现主机模块与多制式自适应接口的控制的切换。本实用新型切换控制的原理是当现场需要使用非RS485通信方式时，将适合现场通讯方式的扩展的通信电路模块通过多制式自适应接口插入监测仪主机模块，此时，通过扩展的通信电路模块的电平翻转电路产生一个逻辑为低的电平信号SW信号。该SW信号经过切换控制电路后，输入给MCU主电路，将MCU主电路上的检测输入端原来的高电平拉低，MCU主电路即检测到外接通信模块的插入。同时该电平信号SW也作为切换开关的切换控制信号，将切换控制电路的通信口由原先与RS475485电路相连而切换至通过多制式自适应接口与所述扩展的通信电路模块的通信引脚相连，完成通信模式的切换动作。本实用新型电能监测仪由于采用电源接口通过主机模块的电源电路向多向扩展的通信模块供电，采用将通信和控制信号经过光电隔离电路连接到主机模块上，光电隔离电路为主板提供隔离和保护，这样，即使扩展的通信电路模块有故障，也不会影响电能监测仪内的数据采集。另外通过切换控制接口实现适用的通信电路模块的插入识别和通信接口的切换控制，可以自适应的支持以太网、公网GPRS或者小无线等各种通信信道，而无需更换电能监测仪主机。因此具有操作方便、可靠，施工维护简单，以及节约成本的优点。
权利要求1.一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其特征在于，包括一主机模块和一扩展的通信电路模块，所述的主机模块和扩展的通信电路模块之间通过多制式自适应接口插拔式连接；所述的主机模块包括一 MCU主电路、一主机模块电源电路、以及用于切换通讯方式的切换控制电路，所述的切换控制电路的输入端与所述的主机模块的MCU主电路双向电连接；所述的切换控制电路的输出端通过所述的多制式自适应接口与所述的扩展的通信电路模块插拔式电连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其特征在于，所述的多制式自适应接口包括一电源接口、一通信接口以及一切换控制接口 ；所述的电源接口、通信接口以及切换控制接口均包括一主机侧和一扩展通信电路侧；所述的扩展的通信电路模块包括一扩展通信模块电源、一通信电路和一电平翻转电路；所述多制式自适应接口的电源接口的主机侧与主机模块电源电路连接，向扩展的通信电路模块的扩展通信模块电源供电；所述多制式自适应接口的通信接口的主机侧与所述的切换控制电路双向电连接；该通信接口的扩展通信电路侧与所述的扩展的通信电路模块的通信电路双向电连接，提供电能监测仪主机模块与扩展通信模块间的通信；所述多制式自适应接口的切换控制接口的主机侧与所述的切换控制电路双向电连接， 该切换控制接口的扩展通信电路侧与所述的扩展的通信电路模块的电平翻转电路的输出端电连接，提供主机模块与扩展的通信电路模块之间的通信切换和控制。
3.根据权利要求2所述的一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其特征在于，所述的切换控制电路包括一检测电路、一切换开关、以及一 RS485电路；所述的检测电路的输入端与所述切换控制接口的主机侧电连接，该检测电路的输出端与MCU主电路的输入端电连接；所述的切换开关的输入端与所述的MCU主电路双向电连接，并与所述的切换控制接口的主机侧电连接；该切换开关的输出端与所述的通信接口的主机侧双向电连接。
4.根据权利要求3所述的一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其特征在于，所述的主机模块还包括一组光电隔离电路，该一组光电隔离电路的输入端与所述的主机模块的MCU主电路双向电连接，其输入端并与所述的切换控制电路的检测电路的输出端电连接，该一组光电隔离电路的输出端与所述的切换开关双向电连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其特征在于，所述的多制式自适应接口为一多制式自适应接口，包括一一对应的主机侧引脚和扩展通信电路侧的引脚，其中，包括与电源接口电路连接的电源供电引脚和公共地引脚；与通信接口电路连接的多个通用通信引脚；与切换控制电路连接的通信切换控制引脚。
6.根据权利要求1或2所述的一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其特征在于，所述的扩展的通信电路模块由一 MCU单片机构成。
7.根据权利要求6所述的一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其特征在于，所述的电平翻转电路由所述MCU单片机上的一 I/O 口构成。
8.根据权利要求1或2所述的一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其特征在 于，所述的扩展的通信电路模块为系列模块，包括以太网通信方式的扩展的通信电路模块、公网GPRS通信通信方式的扩展的通信电路模块模块或者小无线通信通信方式的扩展的通信电路模块，根据需要通过多制式自适应接口与所述的主机模块插拔式连接。
专利摘要本实用新型公开了一种具有多制式自适应通信功能的电能监测仪，其特点是，包括一主机模块和一扩展的通信电路模块，所述的主机模块和扩展的通信电路模块之间通过多制式自适应接口插拔式连接；所述的主机模块包括一MCU主电路、一主机模块电源电路、以及用于切换通讯方式的切换控制电路，所述的切换控制电路的输入端与所述的主机模块的MCU主电路双向电连接；所述的切换控制电路的输出端通过所述的多制式自适应接口与所述的扩展的通信电路模块插拔式电连接。可以自适应的支持以太网、公网GPRS或者小无线等各种通信信道，而无需更换电能监测仪主机，方便了使用，节约了成本。
文档编号G01R22/00GK202837391SQ201220451908
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者李力, 秦建荣, 沈瑞强, 肖明权, 朱彬, 邵文俊, 陈利平 申请人:上海协同科技股份有限公司, 苏州太谷电力有限公司