一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统专利检索-差动电流互感器变压器和转换设备专利检索查询-专利查询网

一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电 开关系统

阅读：668发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统，本发明所述的智能用电开关是在不改变现有用电开关既有功能的基础上增加了短路、过载监测报警、漏电监测报警、用户负载超功率限制、过欠压监测报警、温度监测报警等电气火灾监测和用电监测报警功能，它采用基于NB-IOT无线通信技术实现采集数据推送至物联网云平台、电气火灾监控管理平台或用电管理平台，用户可以通过IE浏览器或手机APP查看所采集的数据与历史纪录，也可以接收监控平台推送的各种报警信息，同时系统所采用的智能用电开关采用模块化结构，可以根据需要选用不同功能的组合，以满足用户的需求。，下面是一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统，包括中继网关和智能用电开关，其特征是：
所述的中继网关包括：微处理器MKE06Z64、与所述微处理器MKE06Z64相连的POWER-BUS主控单元、显示单元、声光报警单元、NB-IOT通讯模组、WiFi通讯模组、CAN通讯接口单元和AC/DC 开关电源；
所述的智能用电开关包括自动分合闸控制单元、信号采集处理单元和断路器，可根据需要选用所述单元的不同组合以获得不同功能的智能用电开关；
所述的智能用电开关系统包括一个智能用电总开关和多个智能用电分开关；
所述的中继网关和智能用电开关是这样连接的：电源线由P0进入中继网关中AC/DC开关电源的输入端，同时所述的电源线也并联到1#智能用电总开关的断路器进线端，从所述总开关断路器的出线端P1输出，然后P1分别并联到各智能用电分开关的断路器进线端；
所述中继网关采用电源载波通讯的方式给各智能用电分开关的单元电路提供电电源，电源载波信号通过S1线与智能用电开关的信号采集处理单元进行连接，各信号采集处理单元均设有两个S1线的接插端子，通过这种转接的方式实现中继网关为各智能用电开关提供电源和通讯连接；
所述的信号采集处理单元通过C1、C2、C3控制线与所述的自动分合闸控制单元进行连接，以实现对智能用电开关自动分合闸信号的
传输；
所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与POWER-BUS主控单元连接，所述微处理器MKE06Z64采用巡检的方式分别读取智能用电开关信号采集处理单元和自动分合闸控制单元的监测数据，微处理器MKE06Z64内部存储着中继网关所连接的智能用电开关的具体参数，并根据其参数设置区分各智能用电开关的组合方式和具体的功能，采取逐个巡检的方式以读取各智能用电开关的监测数据；
所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与WiFi通讯模组或NB-IOT通讯模组连接以实现将所有智能用电开关的监测数据推送至物联网云平台，也可以将监测数据推送至其它管理服务平台或用户端手机APP。
2.根据权利要求1所述的电气火灾监控智能用电开关系统，其特征是：所述的POWER-BUS主控单元包括：U3调制芯片PB620、电源芯片IC1、场效应管Q2、瞬态抑制二极管TVS1及电阻、电容、二极管、三极管，所述AC/DC开关电源输出的DC24V 电压经电容C17、C18滤波后到场效应管Q2的漏极，载波信号通过场效应管Q2进行功率放大后，经瞬态抑制二极管TVS1浪涌保护，并由L+和GND端输出给智能用电分开关的单元电路提供电源和数据通讯，场效应管Q2的栅极通过电阻R13与节点BH连接，U3调制芯片PB620的第9脚通过由三极管T1、T2、T4、电阻R15、电阻R16组成的信号驱动电路通过电阻R16和电容C10的并联端与节点BH连接，U3调制芯片PB620的第2脚和第8脚通过节点UART0_TX、UART0_RX和BRK1与中继网关的微处理器MKE06Z64串行通讯接口连接，通过微处理器MKE06Z64以实现对所述信号采集处理单元所采集信号的集中处理。
3.根据权利要求1所述的电气火灾监控智能用电开关系统，其特征是：所述的信号采集处理单元包括：剩余电流信号采集单元、电流信号采集单元、电压信号采集单元、温度信号采集单元、电能计量芯片HT7107、微处理器LPC824、POWER-BUS终端节点单元和DC/DC直流转换电源；
所述微处理器LPC824通过串行通讯接口与电能计量芯片HT7107连接，所述的电能计量芯片HT7107内置3路可编程差分放大器，所述差分放大器1连接外置的剩余电流互感器采样的剩余电流信号，差分放大器2连接外置的电流信号分流器采样的电流信号，差分放大器3连接外置电压分压器采样的电源电压信号，3路采样信号数据进入电能计量芯片HT7107内置的3路22位模数转换器，进行低通滤波和有效值运算后通过串口输出电压的有效值、电流的有效值、剩余电流的有效值、有功功率，无功功率、视在功率、电能、频率等参数至微处理器LPC824内部固定的数据缓存区保存，等待中继网关单元微处理器MKE06Z64对数据的读取；
所述温度信号采集单元采集的温度信号直接输入微处理器LPC824进行处理和保存；
所述微处理器LPC824设置有可调节的阀值寄存器，所述的智能用电开关使用时要根据需要对该寄存器各种参数的阀值进行配置，微处理器LPC824上电运行前首先会读取该阀值寄存器的数据，以判定对监测参数是否实施超限报警。
4.根据权利要求3所述的电气火灾监控智能用电开关系统，其特征是：所述的POWER-BUS终端节点单元包括：U6解码芯片PB331、整流器ZD1、三级管Q5、二极管D8、电容C26-C30、电阻R34-R37和浪涌保护器TVS10，所述的载波信号通过 L+ 和GND端输入，经TVS10、C26、C29滤波后通过整流器ZD1整流，一路经二极管D8和C27、C28滤波后输出24V直流电压，由DC/DC直流转换电源U17将24V直流电压转换成有关单元需要的3.3V电源电压，另一路经三极管Q5放大后由电阻R35取出至U6解码芯片PB331对输入信号进行解码转换，转换成通讯信号由RX2、TX2串行通信接口输出至所述信号采集处理单元的微处理器LPC824以完成对各种参数信号的运算处理和报警保护判定。
5.根据权利要求3所述的电气火灾监控智能用电开关系统，其特征是：所述的剩余电流信号采集单元的剩余电流信号分别由智能用电总开关和各分开关取得，所述微处理器LPC824会根据开关类别寄存器判断是总开关或者是分开关，如果是总开关执行电气线路火灾剩余电流超限报警保护流程，如果是分开关执行人身接触电流超限报警保护流程；
所述的总开关电气线路火灾剩余电流超限报警保护流程为：首先将电能计量芯片HT7107内置差分放大器的增益设置为1，然后读取自动脱扣选择寄存器的剩余电流报警阀值、报警延时阀值，所述剩余电流报警阀值、报警延时阀值的数据是根据智能用电开关的线路条件和使用环境并通过应用平台设置的，所述剩余电流报警阀值在100-1000mA中选择，报警延时时间在1-10s内选取，微处理器LPC824每次从电能计量芯片HT7107通讯得到的剩余电流有效值与自动脱扣选择寄存器的剩余电流报警阀值进行比较，满足条件后开始启动延时，在延时时间内每次对比的阀值都达到超限报警的要求，给出报警信号并等待中继网关对报警数据的读取，并在中继网关的显示屏中进行显示，同时根据自动脱扣选择寄存器的阀值判断报警超限并满足自动脱扣设置条件即输出脱扣信号联动自动分合闸控制单元对断路器进行电磁脱扣；
所述的分开关人身接触电流超限报警保护流程为：首先将电能计量芯片HT7107内置差分放大器的增益设置为16以提高测量分辨率，然后微处理器LPC824每次从电能计量芯片HT7107通讯得到的剩余电流有效值进行保存，两次通讯采样结束后得到100mS内剩余电流有效值的平均值，根据平均值的大小和持续时间确定判定阀值的选取，本发明分别选取10个判定时间窗口和10个判定阀值，最小判定时间窗口为100mS，剩余电流阀值为300mA，最大判定时间窗口为1000mS，剩余电流阀值为30mA，时间窗口间隔为100mS递增，剩余电流阀值间隔为30mA递增，任何区间的采样值乘以时间值如果大于30mA*1000mS的判定阀值，则联动自动分合闸控制单元对断路器进行电磁脱扣。
6.根据权利要求1所述的电气火灾监控智能用电开关系统，其特征是：所述的自动分合闸控制单元包括：微处理器LPC824、与所述微处理器LPC824相连的开关位置信号传感器1、开关位置信号传感器2、开关位置信号传感器3、外控信号接口、直流减速电机、电磁脱扣装置、POWER-BUS终端节点单元和DC/DC直流转换电源，所述的自动分合闸控制单元由中继网关的S1线提供载波信号，通过POWER-BUS终端节点单元将所述的载波信号分解为电源电压和通讯信号，所述电源电压由DC/DC直流转换电源将DC24V转换成DC3.3V给有关单元电路供电，而通讯信号则通过所述POWER-BUS终端节点单元U6解码芯片PB331解码后通过串口输入至微处理器LPC824，微处理器LPC824实时接收U6解码芯片PB331的通讯信号并根据信号指令控制智能用电开关的分合闸；
所述的自动分合闸控制单元有两种脱扣控制方式，方式一：通过管理平台的外控信号接口由直流减速电机对智能用电开关进行合闸、分闸，方式二：通过微处理器LPC824实时监测信号采集处理单元输出的短路、过流、剩余电流的控制信号，控制所述电磁脱扣装置动作而使智能用电开关脱扣，而微处理器LPC824内部数据缓存区保存的有关数据，待中继网关对数据的读取后，由中继网关进行显示和报警；
所述微处理器LPC824实时检查3个传感器的位置信号以确定智能用电开关所处的状态，所述3个传感器的位置信号分别为合闸位置信号、分闸位置信号、禁止手动合闸位置信号，微处理器LPC824接收到外控信号接口传来的合闸位置信号、分闸位置信号后控制直流减速电机运行而进行合闸、分闸，当接收到禁止手动合闸位置信号时，手动不能合闸。
7.根据权利要求1所述的电气火灾监控智能用电开关系统，其特征是：所述的AC/DC开关电源的输入连接AC220V供电电源，开关电源的输出与输入隔离，输出设置有两组独立的电压，其中一组输出3.3V电压分别给各有关单元电路供电，另一组输出24V电压给POWER-BUS主控单元提供电源和通讯信号调制，经过调制后的电压信号分别通过所述的S1线的接插端子连接至信号采集处理单元，并在其内部转接后再连接到自动分合闸控制单元，一方面为自动分合闸控制单元提供电源，同时也实现了中继网关与信号采集处理单元、自动分合闸控制单元的数据通讯。
8.根据权利要求1所述的电气火灾监控智能用电开关系统，其特征是：所述微处理器MKE06Z64通过CAN通讯接口单元实现智能用电开关基本参数的配置，所述显示单元采用了一块0.9寸的点阵液晶屏用于显示监测数据以及各种报警信息，所述声光报警单元由4只LED指示灯和一只蜂鸣器组成，LED指示灯分别为电源指示、通讯指示、故障指示、报警指示，蜂鸣器用以实现故障报警。

说明书全文

一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电气开关，具体说涉及一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统。

背景技术

[0002] 电气火灾监控系统是预防电气火灾发生的重要技术手段，经过多年的不断发展，我国以由单一的剩余电流、温度监控，逐渐发展出多种新型电气火灾探测技术，例如：故障电弧探测器、绝缘电阻探测器、限流式电子开关等，但在实际使用过程中出现了一些比较突出的问题,例如：第一、在现有的配电系统中增加电气火灾监控需要增加多种功能的探测器，在增加成本的同时安装施工也比较困难；第二、低压配电系统中具有的短路保护、过载保护、接地保护等故障动作信号与电气火灾监控系统很难共享和兼容，使系统升级改造困难；第三、目前国内各种用电开关和火灾探测器品种繁多，不但增加了产品的生产和使用成本，同时给用户选型造成困难。

发明内容

[0003] 为了改善目前我国电气火灾监控系统和低压配电系统存在的上述困难，本发明在于提供一种基于NB-IOT 物联网技术的模块化结构的电气火灾监控智能用电开关系统，为此，本发明采用如下技术方案：一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统，包括中继网关和智能用电开关。

[0004] 所述的中继网关包括：微处理器MKE06Z64、与所述微处理器MKE06Z64相连的POWER-BUS主控单元、显示单元、声光报警单元、NB-IOT通讯模组、WiFi通讯模组、CAN通讯接口单元和AC/DC 开关电源；所述的智能用电开关包括自动分合闸控制单元、信号采集处理单元和断路器，可根据需要选用所述智能用电开关各单元的不同组合以获得不同功能的智能用电开关，比如组合
1：可以由中继网关、自动分合闸控制单元、信号采集处理单元和断路器组合，实现一种多功能型自动重合闸智能用电开关，它具有电流有效值、电压有效值、有功功率、无功功率、有功电能、剩余电流、频率、温度等参数的实时监测和显示功能，提供短路报警及保护、过载报警及保护、电气线路剩余电流和接触电流的超限报警及保护、过欠压报警及保护、电能超限报警及保护和远程自动重合闸控制功能；组合2：由中继网关、信号采集处理单元和断路器组合，实现一种多功能型智能用电开关，它具有电流有效值、电压有效值、有功功率、无功功率、有功电能、剩余电流、频率、温度等参数的实时监测和显示功能，提供短路报警及保护、过载报警及保护、电气线路剩余电流和接触电流的超限报警及保护、过欠压报警及保护和电能超限报警及保护功能；组合3：由中继网关、自动分合闸控制单元、断路器组合，实现一种自动重合闸智能用电开关，具有短路报警及保护、过载报警及保护、自动重合闸控制和过欠压报警及保护功能。

[0005] 进一步设置，所述的智能用电开关系统包括一个智能用电总开关和多个智能用电分开关以组成智能用电开关系统。

[0006] 进一步设置，所述的中继网关和智能用电开关是这样连接的：电源线由P0进入中继网关中AC/DC开关电源的输入端，同时所述的电源线也并联到1#智能用电总开关的断路器进线端，经短路保护和过载保护后从所述总开关断路器的出线端P1输出，然后P1分别并联到各智能用电分开关的断路器进线端。

[0007] 进一步设置，所述中继网关采用电源载波通讯方式给各智能用电分开关的单元电路提供电源，电源载波信号通过S1线与智能用电开关的信号采集处理单元进行连接，各信号采集处理单元均设有S1线的两个接插端子，通过这种转接方式实现中继网关和各智能用电开关提供电源和通讯连接。

[0008] 进一步设置，所述的信号采集处理单元通过C1、C2、C3控制线与所述的自动分合闸控制单元进行连接，以实现对智能用电开关自动分合闸信号的传输。

[0009] 进一步设置，所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与POWER-BUS主控单元连接，采用巡检的方式分别读取智能用电开关信号采集处理单元和自动分合闸控制单元的监测数据，微处理器MKE06Z64内部存储着中继网关所连接的智能用电开关的具体参数，所述的具体参数包括中继网关所连接智能用电开关的数量，各开关的类型，并根据其参数设置区分各智能用电开关的组合方式和具体的功能，采取逐个巡检的方式以读取各智能用电开关的监测数据。

[0010] 进一步设置，所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与WiFi通讯模组或NB-IOT通讯模组连接以实现将所有智能用电开关的监测数据推送至物联网云平台，也可以将监测数据推送至其它管理服务平台或用户端手机APP。

[0011] 进一步设置，所述微处理器MKE06Z64通过CAN通讯接口单元实现智能用电开关基本参数的配置，所述显示单元采用了一块0.9寸的点阵液晶屏用于显示监测数据以及各种报警信息，所述声光报警单元由4只LED指示灯和一只蜂鸣器组成，LED指示灯分别为电源指示、通讯指示、故障指示、报警指示，蜂鸣器用以实现故障报警；进一步设置，所述的POWER-BUS主控单元包括：U3调制芯片PB620、电源芯片IC1、场效应管Q2、瞬态抑制二极管TVS1及电阻、电容、二极管、三极管，所述AC/DC开关电源输出的DC24V电压经电容C17、C18滤波后到场效应管Q2漏极，通过场效应管Q2进行功率放大后，经瞬态抑制二极管TVS1浪涌保护，并由L+和GND输出给智能用电分开关单元电路供电和数据通讯，场效应管Q2的栅极通过电阻R13与BH节点连接，调制芯片PB620的第9脚通过由三极管T1、T2、T4、电阻R15、电阻R16组成的信号驱动电路与BH信号节点连接，调制芯片PB620的第2脚和第
8脚通过信号节点UART0_TX、UART0_RX和BRK1与中继网关的微处理器MKE06Z64串行通讯接口连接，以实现对所述信号采集处理单元所采集信号的集中处理。

[0012] 进一步设置，所述的信号采集处理单元包括：剩余电流信号采集单元、电流信号采集单元、电压信号采集单元、温度信号采集单元、电能计量芯片HT7107、微处理器LPC824、POWER-BUS终端节点单元和DC/DC直流转换电源。

[0013] 进一步设置，所述剩余电流信号由外置的剩余电流互感器T10、T9端取得，通过R54和C63由V2P端输出至电能计量芯片HT7107第1路差分放大器的第3脚，以实现剩余电流信号的采样。

[0014] 所述电流信号由外置的电流互感器T8、T11端经锰铜分流器取得，经R53、R56、C62、C64滤波整形后由R53的V1P端输出至电能计量芯片HT7107第2路差分放大器的第5脚，由R56的V1N端输出至电能计量芯片HT7107第2路差分放大器的第6脚，以实现电流信号的采样。

[0015] 所述的电压信号由AC220V电源L1端通过R57-R62分压电阻后由R63和R62连接端的V3P输出至电能计量芯片HT7107第3路差分放大器第2脚，同时电能计量芯片HT7107第3路差分放大器的第3脚V3N通过R52连接到GND，同时GND连接到220V电源的N1端，以实现电压信号的采样。

[0016] 进一步设置，所述微处理器LPC824通过串行通讯接口第25、26脚的RX2和TX2信号节点与电能计量芯片HT7107第10、11脚相连，以实现微处理器LPC824与信号采集处理单元的数据通讯，所述电能计量芯片HT7107内置3路可编程差分放大器，所述差分放大器1连接外置的剩余电流互感器采样的剩余电流信号，差分放大器2连接外置的电流信号分流器采样的电流信号，差分放大器3连接外置电压分压器采样的输入电源电压信号，3路采样信号数据进入电能计量芯片HT7107内置的3路22位模数转换器，进行低通滤波和有效值运算后通过串口输出电压的有效值、电流的有效值、剩余电流的有效值、有功功率，无功功率、视在功率、电能、频率等参数，通过电能计量芯片HT7107串行通讯接口输入至微处理器LPC824内部固定的数据缓存区保存，等待中继网关微处理器MKE06Z64对数据的读取。

[0017] 进一步设置，所述的温度信号处理单元包括运算放大器U1A、电阻R67-R71及电容C73-C76，所述的温度信号由外置的温度传感器PT100取得，通过P2端子经电阻R68进入运算放大器U1A，经放大处理后由UT1输出至微处理器LPC824的第1脚，实现温度信号的采样和运算处理。

[0018] 进一步设置，所述微处理器LPC824设置有可调节的阀值寄存器，所述的智能用电开关使用时要根据需要对该寄存器各种参数的阀值进行配置，微处理器LPC824上电运行前首先会读取该阀值寄存器的数据，以判定对监测参数是否实施超限报警。

[0019] 进一步设置，所述的POWER-BUS终端节点单元包括：解码芯片U6、整流器ZD1、三级管Q5、二极管D8、电容C26-C30、电阻R34-R37和浪涌保护器TVS10，所述的载波信号通过中继网关的S1线输入，经TVS10、C26、C29滤波后通过整流器ZD1整流，一路经二极管D8和C27、C28滤波后输出24V直流电压，由DC/DC直流转换电源U17转换成有关单元需要的3.3V供电电源，另一路经三极管Q5放大后由电阻R35取出至解码芯片U6对输入信号进行解码，转换成通讯信号由RX2、TX2串行通信接口输出至所述信号采集处理单元的微处理器LPC824以完成对各种参数信号的运算处理和报警保护判定。

[0020] 进一步设置，所述的剩余电流信号采集单元的剩余电流分别由智能用电总开关和各分开关取得，所述微处理器LPC824会根据开关类别寄存器判断是总开关或者是分开关，如果是总开关执行电气线路火灾剩余电流超限报警保护流程，如果是分开关执行人身接触电流超限报警保护流程。

[0021] 进一步设置，所述的总开关电气线路火灾剩余电流超限报警保护流程是这样设置的：首先将电能计量芯片HT7107内置差分放大器的增益设置为1，然后读取自动脱扣选择寄存器的剩余电流报警阀值、报警延时阀值，所述剩余电流报警阀值、报警延时阀值的数据是根据产品的线路条件和使用环境并通过应用平台设置的，所述剩余电流报警阀值在100-1000mA中选择，延时时间在1-10s内选取，微处理器LPC824每次从电能计量芯片HT7107通讯得到的剩余电流有效值与剩余电流报警阀值寄存器进行比较，满足条件后开始启动延时，在延时时间内每次对比的阀值都达到超限报警的要求，给出报警信号并等待中继网关对报警数据的读取，并在中继网关的显示屏中进行显示，同时还根据自动脱扣选择寄存器的阀值判断报警超限后是否进行自动脱扣，如果满足自动脱扣设置条件即输出脱扣信号联动自动分合闸控制单元并控制断路器进行电磁脱扣保护；
进一步设置，所述的分开关人身接触电流超限报警保护流程为：首先将电能计量芯片HT7107内置的差分放大器的增益设置为16以提高测量分辨率，然后微处理器LPC824每次从电能计量芯片HT7107通讯得到的剩余电流有效值进行保存，两次通讯采样结束后得到
100mS内剩余电流有效值的平均值，根据平均值的大小和持续时间确定判定阀值的选取，本发明分别选取10个判定时间窗口和10个判定阀值，最小判定时间窗口为100mS，剩余电流阀值为300mA，最大判定时间窗口为1000mS，剩余电流阀值为30mA，时间窗口间隔为100mS递增，剩余电流阀值间隔为30mA递增，任何区间的采样值乘以时间值如果大于30mA*1000mS的判定阀值，联动自动分合闸控制单元并控制断路器进行电磁脱扣保护。

[0022] 进一步设置，所述的自动分合闸控制单元包括：微处理器LPC824、与所述微处理器LPC824相连的开关位置信号传感器1、开关位置信号传感器2、开关位置信号传感器3、外控信号接口、直流减速电机、电磁脱扣装置、POWER-BUS终端节点单元和DC/DC直流转换电源，所述的自动分合闸控制单元由中继网关的S1线提供载波信号，通过POWER-BUS终端节点单元将所述的载波信号分解为电源电压和通讯信号，所述电源电压由DC/DC直流转换电源将直流24V转换成直流3.3V给有关单元电路供电，而通讯信号则通过所述POWER-BUS终端节点单元U6解码芯片PB331解码后通过串口输入至微处理器LPC824，微处理器LPC824实时接收解码芯片PB331的通讯信号并根据信号指令控制智能用电开关的分合闸。

[0023] 所述的自动分合闸控制单元有两种脱扣控制方式，方式一：通过管理平台的外控信号接口由直流减速电机对智能用电开关进行合闸、分闸，方式二：通过微处理器LPC824实时监测信号采集处理单元输出的短路、过流、剩余电流的控制信号，控制所述电磁脱扣装置动作而使智能用电开关脱扣，而微处理器LPC824内部数据缓存区保存的有关数据，待中继网关对数据的读取后，由中继网关进行显示和报警。

[0024] 所述微处理器LPC824实时检查3个传感器的位置信号以确定智能用电开关所处的状态，所述3个传感器的位置信号分别为合闸位置信号、分闸位置信号、禁止手动合闸位置信号，微处理器LPC82接收到外控信号接口传来的合闸位置信号、分闸位置信号后控制直流减速电机运行而进行合闸、分闸，当接收到禁止手动合闸位置信号时，手动不能合闸。

[0025] 进一步设置，所述的AC/DC开关电源的输入连接AC220V供电电源，开关电源的输出与输入隔离，输出设置有两组独立的电压，其中一组输出3.3V直流电压分别给各有关单元电路供电，另一组输出24V直流电压给POWER-BUS主控单元提供电源和通讯信号调制，经过调制后的电压信号分别通过所述的S1线的接插端子连接至各信号采集处理单元，并在其内部转接后再连接到自动分合闸控制单元，一方面为自动分合闸控制单元内部电路供电，同时也实现了中继网关与信号采集处理单元、自动分合闸控制单元的数据通讯。

[0026] 进一步设置，所述微处理器MKE06Z64通过CAN通讯接口单元实现智能用电开关基本参数的配置，所述显示单元采用了一块0.9寸的点阵液晶屏用于显示监测数据以及各种报警信息，所述声光报警单元由4只LED指示灯和一只蜂鸣器组成，LED指示灯分别为电源指示、通讯指示、故障指示、报警指示，蜂鸣器用以实现故障报警。

[0027] 以上结构的一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统具有的有益效果是：1、智能用电开关采用模块化结构，可根据需要选用不同模块，以实现不同的功能，这样减少了工厂的生产成本和用户的使用成本，同时也方便了用户的选型。

[0028] 2、可根据用户的需要选择智能用电开关的配置个数以组成智能用电开关系统，方便用户，节约成本。

[0029] 3、采用数字量对电压、电流、剩余电流、有功功率，无功功率、视在功率、电能、频率、温度等参数进行采集和报警设置，做到了传统的用电开关保护参数和火灾报警参数的数据共享，有利于对低压配电系统的改造升级。

[0030] 4、系统可根据用户电气线路的实际情况设置剩余电流火灾报警阀值，能区分线路剩余电流火灾超限报警保护和人身接触电流超限报警保护，为用户处理和预防安全事故提供了可靠的依据。

[0031] 5、实现了将所有智能用电开关的监测数据推送至物联网云平台，也可以将监测数据推送至其它管理服务平台或用户端手机APP，为用户对用电系统的火灾监测和用电管理提供了现代化的管理平台。附图说明

[0032] 图1为智能用电开关系统整体结构框图；图2为中继网关结构框图；
图3为微处理器MKE06Z64线路原理图；
图4为 POWER-BUS主控单元线路原理图；
图5为信号采集处理单元原理框图；
图6为剩余电流信号采集单元线路原理图；
图7为电流信号采集单元线路原理图；
图8为电压信号采集单元线路原理图；
图9为温度信号采集单元线路原理图；
图10为微处理器LPC824线路原理图；
图11为电能计量芯片HT7107线路原理图；
图12为POWER-BUS终端节点单元线路原理图；
图13为自动分合闸控制单元原理框图；
图14为AC/DC开关电源线路原理图；
图15为CAN通讯接口单元线路原理图；
图16为显示单元线路原理图；
图17为声光报警单元线路原理图；
图18 为NB-LOT通讯模组线路原理图；
图19为WIFI通讯模组线路原理图；
图20 为DC/DC直流转换电源线路原理图。

具体实施方式

[0033] 结合图1～图20，通过具体实施例，对本发明作进一步说明。一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统，如图1、图2所示，包括中继网关和智能用电开关。

[0034] 进一步设置，所述的中继网关包括：微处理器MKE06Z64、与所述微处理器相连的POWER-BUS主控单元、显示单元、声光报警单元、NB-IOT通讯模组、WiFi通讯模组、CAN通讯接口单元和AC/DC开关电源。

[0035] 进一步设置，所述的智能用电开关包括自动分合闸控制单元、信号采集处理单元和断路器，可根据需要选用所述智能用电开关各单元的不同组合以获得不同功能的智能用电开关，本实施例采用由中继网关、自动分合闸控制单元、信号采集处理单元和断路器组合，实现一种多功能型自动重合闸智能用电开关，它具有电流有效值、电压有效值、有功功率、无功功率、有功电能、剩余电流、频率、温度等参数的实时监测和显示功能，提供短路报警及保护、过载报警及保护、电气线路火灾剩余电流和人身接触电流的超限报警及保护、过欠压报警及保护、电能超限报警及保护和远程自动重合闸控制功能。

[0036] 进一步设置，所述的智能用电开关包括一个智能用电总开关和15个智能用电分开关以组成用户的智能用电开关系统。

[0037] 进一步设置，所述的中继网关和智能用电开关是这样连接的：电源线由P0进入中继网关中AC/DC开关电源的输入端，同时所述的电源线也并联到1#智能用电总开关断路器的进线端，经内部短路保护和过载保护后从所述总开关断路器的出线端P1输出，然后P1分别并联到各智能用电分开关的断路器进线端。

[0038] 进一步设置，所述中继网关采用电源载波通讯方式给各智能用电分开关的单元电路提供电源，所述载波信号通过S1线与智能用电开关的信号采集处理单元进行连接，各信号采集处理单元均设有S1线的两个接插端子，通过这种转接方式实现中继网关和各智能用电开关的电源和通讯连接。

[0039] 进一步设置，所述的信号采集处理单元通过C1、C2、C3控制线与所述的自动分合闸控制单元进行连接，以实现对智能用电开关自动分合闸信号的传输。

[0040] 进一步设置，所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与POWER-BUS主控单元连接，采用巡检的方式分别读取智能用电开关信号采集处理单元和自动分合闸控制单元的监测数据，微处理器MKE06Z64内部存储着中继网关所连接的智能用电开关的具体参数，包括中继网关所连接的智能用电开关数量，每个开关的类型，并根据其参数设置区分各智能用电开关的组合方式和所具有的功能，采取逐个巡检的方式以读取各智能用电开关的监测数据。

[0041] 进一步设置，所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与WiFi通讯模组或NB-IOT通讯模组连接以实现将所有智能用电开关的监测数据推送至物联网云平台，也可以将监测数据推送至其它管理服务平台或用户端手机APP。

[0042] 进一步设置，所述微处理器MKE06Z64通过CAN通讯接口单元实现智能用电开关基本参数的配置，所述显示单元采用了一块0.9寸的点阵液晶屏用于显示监测数据以及各种报警信息，所述声光报警单元由4只LED指示灯和一只蜂鸣器组成，LED指示灯分别为电源指示、通讯指示、故障指示、报警指示，蜂鸣器用以实现故障报警。

[0043] 进一步设置，如图4所示，所述的POWER-BUS主控单元包括：U3调制芯片PB620、电源芯片IC1、场效应管Q2、瞬态抑制二极管TVS1及电阻、电容、二极管、三极管，所述AC/DC开关电源输出的DC24V电压经电容C17、C18滤波后输入场效应管漏极，载波信号通过场效应管Q2进行功率放大后，经瞬态抑制二极管TVS1浪涌保护，并由L+和GND端输出给智能用电分开关单元电路供电和数据通讯，场效应管Q2的栅极通过电阻R13与BH信号节点连接，调制芯片PB620的第9脚通过由三极管T1、T2、T4、电阻R15、电阻R16组成的信号驱动电路与BH信号节点连接，调制芯片PB620的第2脚和第8脚通过信号节点UART0_TX、UART0_RX和BRK1与中继网关的微处理器MKE06Z64串行通讯接口连接，以实现对所述信号采集处理单元所采集信号的集中处理。

[0044] 进一步设置，如图5所示，所述的信号采集处理单元包括：剩余电流信号采集单元、电流信号采集单元、电压信号采集单元、温度信号采集单元、电能计量芯片HT7107、微处理器LPC824、POWER-BUS终端节点单元和DC/DC直流转换电源。

[0045] 进一步设置，如图6、图11所示，所述剩余电流信号由外置的剩余电流互感器T10、T9端取得，通过R54和C63阻容滤波后由V2P端连接至电能计量芯片HT7107第1路差分放大器的第4脚，端子T10连接到GND，与电能计量芯片HT7107第8脚连接，以实现剩余电流信号的采样。

[0046] 进一步设置，如图7、图11所示，所述电流信号由外置的电流互感器T8、T11端经锰铜分流器取得，经R53、R56、C62、C64滤波整形后由R53的V1P端输出至电能计量芯片HT7107第2路差分放大器的第5脚，由R56的V1N端输出至电能计量芯片HT7107第2路差分放大器的第6脚，以实现电流信号的采样。

[0047] 进一步设置，如图8、图11所示，所述的电压信号由AC220V电源L1端通过R57-R62分压电阻后由R63和R62连接端的V3P输出至电能计量芯片HT7107第3路差分放大器的第2脚，电能计量芯片HT7107第3路差分放大器的第3脚V3N通过R52连接到GND，同时GND连接到AC220V电源的N1端，以实现电压信号的采样。

[0048] 进一步设置，如图9所示，所述的温度信号放大单元包括U1A运算放大器MCP6002、电阻R67-R71及电容C73-C76，所述的温度信号由外置的温度传感器PT100取得，通过P2端子经电阻R68进入U1A运算放大器MCP6002，经U1A运算放大器MCP6002放大处理后输出至微处理器LPC824第1脚，实现温度信号的采样和运算处理。

[0049] 进一步设置，如图10、图11所示，所述微处理器LPC824的 RX2和TX2信号节点通过串行通讯接口第25、26脚与电能计量芯片HT7107的第10、11脚相连，所述的剩余电流信号、电流信号、电压信号等3路采样信号数据进入电能计量芯片HT7107内置的3路22位的模数转换器，进行低通滤波和有效值运算后通过串口输出电压的有效值、电流的有效值、剩余电流的有效值、有功功率，无功功率、视在功率、电能、频率等参数，通过HT7107串行通讯接口输入至微处理器LPC824内部固定的数据缓存区保存，所述的温度信号直接进入微处理器LPC824，与所述的电压、电流、剩余电流、有功功率，无功功率、视在功率、电能、频率等参数等待中继网关微处理器MKE06Z64对数据的读取。

[0050] 进一步设置，所述微处理器LPC824设置有可调节的阀值寄存器，所述的智能用电开关使用时要根据需要对该寄存器各种参数的阀值进行配置，微处理器LPC824上电运行前首先会读取该阀值寄存器的数据，以判定对监测参数是否实施超限报警。

[0051] 进一步设置，如图12、图20所示，所述的POWER-BUS终端节点单元包括：U6解码芯片PB331、整流器ZD1、三级管Q5、二极管D8、电容C26-C30、电阻R34-R37和TVS浪涌保护器TVS10，所述的载波信号通过中继网关的S1线输入，经TVS10、C26、C29滤波后通过整流器ZD1整流，一路经二极管D8和C27、C28滤波后输出24V直流电压，由DC/DC直流转换电源电路U17转换成有关单元需要的3.3V电源电压，另一路经三极管Q5放大后由电阻R35取出至U6解码芯片PB331的第6脚，通过U6解码芯片PB331对输入信号进行解码，转换成通讯信号由第2、第3脚的RX2、TX2串行通信接口输出至所述信号采集处理单元的微处理器LPC824的第25、26脚，以完成对各种参数信号的运算处理和报警保护判定。

[0052] 进一步设置，所述的剩余电流信号采集单元的剩余电流分别由配电箱一个智能用电总开关和15个分开关取得，所述微处理器LPC824会根据开关类别寄存器判断是总开关或者是分开关，如果是总开关执行电气线路火灾剩余电流超限报警保护流程，如果是分开关执行人身接触电流超限报警保护流程。

[0053] 进一步设置，所述的总开关电气线路火灾剩余电流超限报警保护流程为：电能计量芯片HT7107内置有1-16可调增益差分放大器，首先将电能计量芯片HT7107内置差分放大器的增益设置为1，然后读取剩余电流报警阀值、报警延时阀值、自动脱扣阀值寄存器的数据，所述阀值寄存器的数据是根据智能用电开关系统的线路条件和使用环境，通过应用管理平台设置的，所述剩余电流报警阀值在100-1000mA中选择，报警延时时间在1-10s内选取，微处理器LPC824每次从电能计量芯片HT7107通讯得到的剩余电流有效值与剩余电流报警阀值寄存器进行比较，满足条件后开始启动延时，在延时时间内每次对比的阀值都达到超限报警的要求，给出报警信号并等待中继网关对报警数据的读取，并在中继网关的显示屏中进行显示和报警，同时还根据自动脱扣选择寄存器的阀值判断报警超限后是否进行自动脱扣，如果满足自动脱扣设置条件即输出脱扣信号联动自动分合闸控制单元对断路器进行电磁脱扣；进一步设置，所述的分开关人身接触电流超限报警保护流程为：首先将电能计量芯片HT7107内置的差分放大器的增益设置为16以提高测量分辨率，然后微处理器LPC824每次从电能计量芯片HT7107通讯得到的剩余电流有效值进行保存，两次通讯采样结束后得到
100mS内剩余电流有效值的平均值，根据平均值的大小和持续时间确定判定阀值的选取，本发明分别选取10个判定时间窗口和10个判定阀值，最小判定时间窗口为100mS，剩余电流阀值为300mA，最大判定时间窗口为1000mS，剩余电流阀值为30mA，时间窗口间隔为100mS递增，剩余电流阀值间隔为30mA递增，任何区间的剩余电流采样值乘以时间值如果大于30mA*
1000mS的判定阀值，联动自动分合闸控制单元对断路器进行电磁脱扣。

[0054] 进一步设置，如图13所示，所述的自动分合闸控制单元包括：微处理器LPC824、与所述微处理器LPC824相连的开关位置信号传感器1、开关位置信号传感器2、开关位置信号传感器3、外控信号接口、直流减速电机、电磁脱扣装置、POWER-BUS终端节点单元和DC/DC直流转换电源，所述的自动分合闸控制单元由中继网关的S1线提供载波信号，通过POWER-BUS终端节点单元将所述的载波信号分解为电源电压和通讯信号，所述电源电压由DC/DC直流转换电源将直流24V转换成直流3.3V给有关单元电路供电，而通讯信号则通过所述POWER-BUS终端节点单元U6解码芯片PB331解码后通过串口输入至微处理器LPC824，微处理器LPC824实时接收解码芯片PB331的通讯信号并根据信号指令控制智能用电开关的分合闸。

[0055] 进一步设置，所述的自动分合闸控制单元由中继网关的微处理器MKE06Z64根据POWER-BUS主控单元微处理器LPC824的开关位置信号和微处理器LPC824内部数据缓存区保存的有关参数，等待中继网关对报警数据的读取，并在中继网关的显示屏中进行显示和报警，同时还根据自动脱扣选择寄存器的阀值判断报警超限后是否进行自动脱扣，如果满足脱扣条件，即输出控制信号经直流减速电机减速后由所述的电磁脱扣装置对智能用电开关的断路器进行自动分闸或重合闸，同时也可以通过所述的外控信号接口由人工进行合闸或分闸。

[0056] 进一步设置，如图14、图1所示，所述的AC/DC开关电源包括电源芯片U11、整流桥U10、变压器T7、线性稳压器U8、U12、光电耦合器U9、共模电感LH2、压敏电阻ZT1、保险F2及电阻、电容和二极管， AC220V电源由L2、N1输入，经保险F2、压敏电阻ZT1保护元件和共模电感LH2滤除共模噪声后经U10整流，C48滤波后，连接到电源芯片U11、变压器T7的初级绕组，变压器T7的次级绕组1通过整流二极管D9、电感L1、滤波电容C40、C41输出24V直流电压给POWER-BUS主控单元提供电源，变压器T7的次级绕组2通过整流二极管D10、电感L1、滤波电容 C43、C44、稳压芯片U8输出3.3V直流电压给有关单元提供电源，光电耦合器U9、三端稳压芯片U12、电阻R45、R46、R47、R48组成输出稳压反馈电路来控制电源芯片U11的输出脉宽从而实现稳定的输出电压。

[0057] 所述24V直流电压通过POWER-BUS主控单元进行通讯信号调制，经调制后的电压信号分别通过所述S1线的接插端子连接到各智能用电开关的信号采集处理单元，并在其内部转接后又连接到各智能用电开关的自动分合闸控制单元，一方面为自动分合闸控制单元内部电路供电，同时也实现了中继网关与信号采集处理单元、自动分合闸控制单元的数据通讯。

[0058] 进一步设置，如图15所示，所述CAN通讯接口单元包括CAN通讯芯片U5、共模电感LH1、自恢复保险PTC1、PTC2瞬态抑制二极管TVS7-TVS9及滤波电容C23-C25，所述的共模电感LH1，自恢复保险PTC1、PTC2，瞬态抑制二极管TVS7-TVS9构成CAN通讯保护电路，所述CAN通讯芯片U5的第1、4脚通过节点CANRX、CANTX连接微处理器MKE06Z64的第3、4脚，通过微处理器MKE06Z64实现对智能用电开关基本参数的配置和对智能用电开关系统的集中管理。

[0059] 进一步设置，如图16、图3所示，所述的显示单元包括0.9寸OLED液晶屏LCD1和外围辅助元件电阻R5-R10、电容C1-C7，所述OLED液晶屏通过LCD1SPI1_PCS、SPI1_SCK、SPI1_MOSI、RST端口连接至微处理器MKE06Z64的第1-4脚，所述OLED液晶屏通过D/C 端口连接至微处理器MKE06Z64的第35脚，所述液晶屏用于显示各种监测数据和报警信息。

[0060] 进一步设置，如图17、图3所示，所述声报警单元包括蜂鸣器U2、并联在蜂鸣器U2二端的续流二极管D5，三极管Q5和偏置电阻R11，所述报警信号由Buzzer进入经三极管Q5放大后输入至微处理器MKE06Z64的第6脚，所述的蜂鸣器U2用以实现故障报警。

[0061] 所述的光报警单元包括用于通讯指示、故障指示、报警指示的LED工作状态指示灯D1、D2、D3和其限流电阻R1、R2、R3，还包括电源指示灯D4和其限流电阻R4，所述光报警单元通过LED1、LED2、LED3连接至微处理器MKE06Z64的第39、40、41脚，以实现各种光报警信息的实时显示。

[0062] 进一步设置，如图18、图3所示，所述的NB-IOT通讯模组包括无线通讯芯片U4、射频天线RF1、卡槽SIM1、瞬态抑制二极管TVS2-TVS6及电阻、电容，标号为SIM_VDD、SIM_RST、SIM_DATA、SIM_CLK节点连接至SIM1卡槽,电阻R30-R32、C14-C17和TVS2-TVS5构成阻容滤波和保护电路，电容C20-C22和TVS6构成电源滤波电路和保护电路，所述无线通讯芯片U4的节点DBG_TXD、DBG_RXD连接微处理器MKE06Z64的第16、17脚。

[0063] 进一步设置，如图19、图3所示，所述的WiFi通讯模组包括WiFi模组U21及电源滤波电容C72，所述WiFi模组U21的RX、TX节点连接至图3 微处理器MKE06Z64的第36、37脚。

[0064] 进一步设置，如图20、图12所示，所述的DC/DC直流转换电源由终端节点单元24V/1输入，经U17转换后输出3.3V直流电压，为有关单元提供稳定的3.3V直流电源。

[0065] 需要说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

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一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统

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