基于蓝牙通讯的光伏并网开关的制作方法

1.本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，属于光伏并网开关的领域。


背景技术：

2.本实用新型背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.随着智能电网的发展，光伏电力的发展，光伏并网开关的应用需求也越来越大，这样同时需求匹配智能控制。光伏并网开关是一款具备边缘计算能力的智能采集器，与智能开关设备(如断路器、量测开关、漏电重合闸等系列产品)配套使用；上行通信使用蓝牙通讯方式与云服务器进行交互，下行通信使用rs485方式与开关子设备进行交互，具备智能搜表、档案管理、数据采集、数据透传、实时上报、事件记录、历史冻结等功能；可靠性高，安装方便。


技术实现要素：

4.本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，上行通信使用蓝牙通讯方式与云服务器进行交互，下行通信使用rs485方式与开关子设备进行交互，具备智能搜表、档案管理、数据采集、数据透传、实时上报、事件记录、历史冻结等功能；可靠性高，安装方便。
5.本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，包括蓝牙通讯电路、485通信电路、液晶显示电路、电能计量电路、剩余电流电路、短路瞬时保护电路、三相电流不平衡保护电路、mcu数据处理电路、rtc时实时钟电路，所述mcu数据处理电路分别和蓝牙通讯电路、485通信通道、液晶显示电路、电能计量电路、剩余电流电路、短路瞬时保护电路、三相电流不平衡保护电路、rtc时实时钟电路连接。
6.还包括ac入口浪涌保护电路、ac-dc电源模块，ac转成双路dc12v，一路12v转3.3v的dc-dc电路，一路12v转5v的dc-dc电路。
7.所述mcu数据处理电路是使用u5作用主芯片来进行处理，此芯片采用的是3.3v供电，外围设计了时钟电路，复位电路，掉电检测电路，电源滤波电路。
8.所述485通信电路内置隔离芯片。
9.所述液晶显示电路采用的是lcd显示屏，通过8位并行数据线与mcu数据处理电路连接的方式来进行控制。
10.所述电能计量电路采用差分采样计量。
11.所述剩余电流电路通过一个零序互感器，将漏电电流感应成一个相对小一些的交流电流，感应出来的交流电流再引入线路板的相关取样电路。
12.所述三相不平衡电流检测电路通过过零点的原理来进行处理。
13.所述蓝牙通讯电路为低功耗电路，供电电源为3.3v～4.2v。
14.本实用新型的有益效果：
15.本实用新型中，上行通信使用蓝牙通讯方式与云服务器进行交互，下行通信使用rs485方式与开关子设备进行交互，具备智能搜表、档案管理、数据采集、数据透传、实时上报、事件记录、历史冻结等功能；可靠性高，安装方便。
附图说明
16.图1为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的电路连接结构示意图。
17.图2为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的硬件连接结构示意图。
18.图3为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的mcu电路的电路结构示意图。
19.图4为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的电量计量电路的电路结构示意图。
20.图5为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的lcd屏显示电路的电路结构示意图。
21.图6为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的电能脉冲电路的电路结构示意图。
22.图7为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的rs485通讯电路的电路结构示意图。
23.图8为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的红外控制电路的电路结构示意图。
24.图9为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的蓝牙模块电路的电路结构示意图。
25.图10为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的瞬间短路保护电路的电路结构示意图。
26.图11为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的三相电流不平衡检测电路的电路结构示意图。
27.图12为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的电压计量采样电路的电路结构示意图。
28.图13为本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关的电流计量采样电路的电路结构示意图。
具体实施方式
29.以下结合附图对本实用新型作进一步说明
30.根据图1-13所示，本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，包括蓝牙通讯电路、485通信电路、液晶显示电路、电能计量电路、剩余电流电路、短路瞬时保护电路、三相电流不平衡保护电路、mcu数据处理电路、rtc时实时钟电路，所述mcu数据处理电路分别和蓝牙通讯电路、485通信通道、液晶显示电路、电能计量电路、剩余电流电路、短路瞬时保护电路、三相电流不平衡保护电路、rtc时实时钟电路连接。
31.还包括ac入口浪涌保护电路、ac-dc电源模块，ac转成双路dc12v，一路12v转3.3v的dc-dc电路，一路12v转5v的dc-dc电路。
32.进一步具体说明：电源为外部220v供电，先进过ac入口浪涌保护电路，再通过ac-dc电源模块转为双路12v供电，一路12v供电给mcu、flash、e2prom,蓝牙通讯电路供电；一路12v进dc-dc转成5v电源给rs485芯片供电。两路弱电电源、220v强电之间都进行电气隔离处理，输入与双输出之间2500vac隔离；双输出12v和12v之间2000vac隔离。
33.ac入口浪涌保护电路是ab c三相电分别接先接压敏电阻rv1 rv2 rv3。再接功率电阻r1 r2 r3。经过这两种器件后，就可以把浪涌进来的量能消耗殆尽，从而达到浪涌保护的作用。之后就进入整流电路，在设计中整流器件是采用耐压值较高的整流二极管d1 d2 d3 d4d5 d6 d7 d8。整流之后，然后就进入开关电源模块，进行降压到两路dc12v。其中12v是给整个系统电路供电，包括mcu电路计量芯片电路、存储器电路、温度取样电路、系统复位电路等等。另一路dc12v转换成dc5v电路是单独给双路rs485电路供电，并且与dc12v电路起到2000v的隔离作用。12v转3.3v电路是一路12v先经过dc-dc芯片u4转换成5v，然后5v再经过ldo芯片u2转换成3.3v。dc-dc芯片u4是一款可调节的dc-dc，我们可以通过反馈电阻r7 r8来调节输出的电压值。在u4的电源输入口对地有两个陶瓷电容。分别为c5、c6,它们的值分别是10uf跟0.1uf，它们可以起到滤波跟去耦的作用，就是当电源波动的时候，这两个电容可以起到让电源平稳的供电。在u4的电压输出端，也是对地有两个陶瓷电容c10 c11，它们值也分别是10uf跟0.1uf。它们可以起到滤波跟去耦的作用，保证输出电压是平稳的5v输出。转换成5v输出后，再经过芯片u2转换成3.3v。芯片u3的电源输入口与电源输出口也都分别有两个陶瓷电容来进行电源的滤波与去耦，从而来保障电源的平稳输入与输出。
34.所述mcu数据处理电路是使用u5作用主芯片来进行处理，此芯片采用的是3.3v供电，外围设计了时钟电路，复位电路，掉电检测电路，电源滤波电路。
35.进一步具体说明：此芯片的接口丰富，其中我们使用了这个芯片的烧录接口，用于此芯片的程序升级。使用了这个芯片的ad转换接口，用于模拟信号采样处理。使用了这个芯片的掉电检测脚，用于掉电检测。使用了这个芯片的复位引脚，用于上电复位以及异常情况复位处理。使用了这个芯片的vbat引脚，用于实时的rtc记录。使用了i2c接口用于连接e2p器件，用于存储的作用。使用了这个器件的spi接口，用于连接flash器件，用于存储大容量的数据。使用了此芯片的lcd接口，用于连接lcd显示器，从而来驱动显示器。使用了两对uart串口，连接到计量芯片，用于跟计量芯片之间的通讯。使用了一对uart接口连接到rs485模块电路，用于跟rs485之间进行通讯。使用了hosci接口，用于跟时钟电路的晶振进行连接，从而来给mcu提供震荡时钟。同时也使用了其它的i/o口，来作为一些控制信号的处理。mcu在上电启动时，通过下行485通道，采集智能断路器的地址信息，并依据采集地址判断出下行设备地址号。依据智能搜表，对挂载档案进行管理，管理新增设备的档案添加，无效设备的档案剔除，不同设备间的数据差异性查询等操作。对档案存储在flash内。mcu内置时钟芯片，通过外部低速振荡器(32.768khz晶振)，作为rtc的计数时钟，并在上电后主要从主站获取时钟校时，保持rtc上电正常运行。同时档案管理确认后，蓝牙实时精准采集智能开关设备的电压、电流、有功功率、线路温度、漏电电流、电能量等用电数据，等待查询或主动上报数据，有助于电量统计、电网质量分析、用电安全等。并且网关能够在不同通信协议、数据格式的远程规约与本地规约进行数据交换，以达到网络互联、数据查询、参数设置、指令控制等操作。
36.所述485通信电路内置隔离芯片。
37.进一步具体说明：隔离芯片，将rs 485通道与mcu之间的uart通讯通过隔离芯片u13隔离起来，能进行信号电气隔离，避免性能干扰。隔离芯片为rs 485通讯数字隔离芯片，耐压达到5000kvrms。芯片是集成了数字隔离跟rs485通讯的能力。由mcu的urat-tx urat_rx urat_rd直接接到u13的前端进行数据发送及接收。
38.rs485芯片内置隔离电路，所以这里就不需要再使用隔离电路，vdda处接mcu的3.3v,vddb处接rs 485的5v电源驱动。芯片内置失效保护功能，保证接收器输入端在开路或短路时，接收器的输出端处于逻辑高电平状态芯片使用限摆率驱动器，能显著减少emi和由于不恰当的终端匹配电缆所引起的反射，并实现高达500kbps的无差错数据传输。收发器输入阻抗为1/8单位负载，最大可挂256个收发器接在总线上，实现半双工通信。i/o口引脚具有
±
15kv iec 61000-4-2接触放电保护功能。485芯片的a/b接口同时外挂双向tvs保护器件tvs1，通过a/b接口端对dgnd连接集成三端口d1的双向tvs，a/b接口输出端串联pptc电阻f1、f2。
39.所述液晶显示电路采用的是lcd显示屏，通过8位并行数据线与mcu数据处理电路连接的方式来进行控制。
40.进一步具体说明：液晶显示电路是将lcd显示屏的排线直接接到fpc座子，数据接口然后通过串联电阻r60 r61 r62 r63 r64 r65 r66 r67 r68 r69 r70 r71 r72接到mcu，进行lcd屏的数据发送，来控制lcd屏上数据的显示，即将获取到的电流、电压、各种事件的信息显示出来。在这个电路当中，lcd背光的亮度是可调节的，我们通过r103、r104、c54、q3、r102来组成背光调节的硬件控制部分。具备汉字显示功能，具备背光亮度调节功能。
41.所述电能计量电路采用差分采样计量。
42.进一步具体说明：先市电电流通过计量互感器，转换成毫安级的小电流引入线路板，线路板上再经过电阻进行电压转换，转换成我们计量芯片识别范围之内的差分电压取样值进行处理。再通过计量芯片跟mcu芯片的处理，把对应的电量数据通过蓝牙通讯电路上传到客户端，让客户进行电量的查看。在这套取样电路当中，采用了2个2欧姆的电阻进行差分取样，在后端分别对地连接了一个3.3nf的陶瓷电容进行滤波，让交流差分电压能够更加稳定的进行计量芯片进行计量。
43.进一步细化：电能计量电路是将三相电分别经过三个互感器，再将互感器分别接入线路板的插座上，再分别通过电阻r133 r134 r137 r138 r141 r142将互感器感应出来的电流转换成差分电压进入计量芯片，让计量芯片对数据进行计算，然后再通过串口将数据传输到mcu统一处理，mcu将数据处理好后，再通过mcu的串口将数据传给蓝牙通讯电路，蓝牙通讯电路在通过无线传输协议将数据传给我们远程客户端，让客户对电量进行查看。
44.所述剩余电流电路通过一个零序互感器，将漏电电流感应成一个相对小一些的交流电流，感应出来的交流电流再引入线路板的相关取样电路。
45.进一步具体说明：漏电电流取样电路通过一个4.02欧姆的电阻进行放大取样，将电流转换成电压值。从而引入mcu进行分析处理，当判断漏电电流为大于30ma时，mcu就进行分闸处理。在这个取样电路后面，也是对地接了一个3.3nf的陶瓷电容进行滤波处理，让更加稳定的信号进入mcu芯片当中进行处理。
46.进一步具体说明：光伏并网开关产品具备过压保护功能，当电路监测到进入的电压超过行业标准值的时候，设备将会进行过压处理，让设备进行分闸掉电，不再让设备进行
工作，从而起到保护作用。具体实施方法是采用6个200k的电阻，1个20k的电阻进行串联对进行分压，然后取20k电阻端的电压，进行ad转换，把模拟信号转换为数字信号。mcu再对转换后的数字信号进行判断处理。当数字超过我们设置的阈值后，mcu将发送指令使得设备进行分闸，断电，从而起到保护作用。
47.所述三相不平衡电流检测电路通过过零点的原理来进行处理。
48.进一步具体说明：当三相电的电流出线不平衡的时候，三相不平衡电流保护电路会产生一个信号的变化，这个信号的变化将会传输到mcu里面，让mcu进行判断，然后mcu再做出分闸的动作，断开市电，达到保护作用。在这里我们是对ab c三相电分别接入二极管d12 r123,d13 r219,d14 r220.然后合拼接到光耦的发光二极管的正极，n线接到发光二极管的负极。光耦的集电极通过上拉电阻接到mcu，让mcu获取此处的电平变化，光耦的发射极接地。当三相电的电流平衡的时候，流过光耦发光二极管的电流为零，所以光耦不导通，光耦集电极处的信号没有变化，一直是高电平，mcu也一直是检测为高电平，所以mcu将判断此处三相电流是平衡的，将不做分闸处理。如果三相电的电流不平衡的时候，流过光耦的发光二极管的电流就不为零，那么发光二极管将发光，光耦将会导通，光耦的集电极处的电平将会由高电平变成低电平。这时mcu将会检测到此处的电平由高电平变成低电平，从而mcu判断为此处三相电的电流不平衡，mcu将发送指令控制设备分闸，断电，从而达到保护作用。
49.进一步具体说明：当接入的市电电流瞬间变得很大的时候，设备将会检测到异常，判断为短路，进行采取分闸断电处理，从而来达到保护作用。首先是将三相电的电流先分别进过三个保护互感器，将互感器感应出来的电流分别接到三个桥堆进行整流，将整流出来的直流电压再分配给mcu进行处理，首先是将电压信号经过ad转换成数字值，让mcu内部再进行判断处理。当三相电有其中一项电短路或者多相电同时短路时，mcu将会判断出短路的信号，给到设备进行分闸，从而达到断电保护的作用。
50.所述蓝牙通讯电路为低功耗电路，供电电源为3.3v～4.2v。
51.进一步具体说明：蓝牙通讯电路的发射功率为0dbm，工作电流为ua级的产品，为保障蓝牙通讯电路为最大功率发射，其供电电压至少需要保证为3.3v电压工作。同时在蓝牙通讯电路供电接口vcc_bt端，有两个陶瓷电容c60、c61，保证在瞬时电源供电不足的情况下，陶瓷电容分担部分供电能力。同时为保证蓝牙通讯电路的工作低干扰。蓝牙通讯电路与mcu之间通过urat通讯，mcu通过muc的tx脚发送数据给到蓝牙通讯电路的rx脚，从而达到mcu控制蓝牙通讯电路的能力，蓝牙通讯电路收到数据后，通过蓝牙通讯电路tx脚发送数据给到mcu模块的rx脚，从而达到把蓝牙通讯电路的数据传给mcu进行处理。蓝牙通讯电路也具备软件复位控制，通过mcu的io口连接蓝牙模块的rst引脚来进行复位控制，当我们需要蓝牙通讯电路复位时，通过mcu发送一个指令就行。
52.以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，其中部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.基于蓝牙通讯的光伏并网开关，其特征在于：包括蓝牙通讯电路、485通信电路、液晶显示电路、电能计量电路、剩余电流电路、短路瞬时保护电路、三相电流不平衡保护电路、mcu数据处理电路、rtc时实时钟电路，所述mcu数据处理电路分别和蓝牙通讯电路、485通信通道、液晶显示电路、电能计量电路、剩余电流电路、短路瞬时保护电路、三相电流不平衡保护电路、rtc时实时钟电路连接。2.根据权利要求1所述的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，其特征在于：还包括ac入口浪涌保护电路、ac-dc电源模块，ac转成双路dc12v，一路12v转3.3v的dc-dc电路，一路12v转5v的dc-dc电路。3.根据权利要求1所述的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，其特征在于：所述mcu数据处理电路是使用u5作用主芯片来进行处理，此芯片采用的是3.3v供电，外围设计了时钟电路，复位电路，掉电检测电路，电源滤波电路。4.根据权利要求1所述的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，其特征在于：所述485通信电路内置隔离芯片。5.根据权利要求1所述的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，其特征在于：所述液晶显示电路采用的是lcd显示屏，通过8位并行数据线与mcu数据处理电路连接的方式来进行控制。6.根据权利要求1所述的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，其特征在于：所述电能计量电路采用差分采样计量。7.根据权利要求1所述的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，其特征在于：所述剩余电流电路通过一个零序互感器，将漏电电流感应成一个相对小一些的交流电流，感应出来的交流电流再引入线路板的相关取样电路。8.根据权利要求1所述的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，其特征在于：所述三相不平衡电流检测电路通过过零点的原理来进行处理。9.根据权利要求1所述的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，其特征在于：所述蓝牙通讯电路为低功耗电路，供电电源为3.3v～4.2v。

技术总结
本实用新型提供的基于蓝牙通讯的光伏并网开关，属于光伏并网开关的领域。包括蓝牙通讯电路、485通信电路、液晶显示电路、电能计量电路、剩余电流电路、短路瞬时保护电路、三相电流不平衡保护电路、MCU数据处理电路、RTC时实时钟电路，所述MCU数据处理电路分别和蓝牙通讯电路、485通信通道、液晶显示电路、电能计量电路、剩余电流电路、短路瞬时保护电路、三相电流不平衡保护电路、RTC时实时钟电路连接。本实用新型，上行通信使用蓝牙通讯方式与云服务器进行交互，下行通信使用RS485方式与开关子设备进行交互，具备智能搜表、档案管理、数据采集、数据透传、实时上报、事件记录、历史冻结等功能；可靠性高，安装方便。安装方便。安装方便。


技术研发人员：李建
受保护的技术使用者：深圳腾明技术有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/8/13