一種新型的開關(guān)柜無線智能操控裝置制造方法
【專利摘要】一種新型的開關(guān)柜無線智能操控裝置，其特點(diǎn)是：包括有主控制器以及多個(gè)從控制器、開關(guān)量采集電路、控制量輸出電路、MCU及其配套電路、無線收發(fā)器，所述包括主控制器在內(nèi)的多個(gè)從控制器均設(shè)有無線收發(fā)模塊，主控制器內(nèi)配置有GSM/GPRS、藍(lán)牙和近距離無線通訊模塊，從控制器內(nèi)僅配有近距離無線通訊模塊且均與MCU連接構(gòu)成遠(yuǎn)程/本地開關(guān)柜無線操控系統(tǒng)，對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行操控時(shí)手機(jī)端僅與主控制器連接，主控制器與從控制器間通過近距離無線通訊模塊進(jìn)行通訊。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了手機(jī)對(duì)開關(guān)柜的遠(yuǎn)程/本地的無線操控，提高了對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)開關(guān)柜的靈活控制，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便靈活，成本低，節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種新型的開關(guān)柜無線智能操控裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種開關(guān)柜的智能操控裝置，特別涉及一種能基于GSM/GPRS和 藍(lán)牙通訊以及近距離無線傳輸技術(shù)，并可通過手機(jī)/遠(yuǎn)程上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜遠(yuǎn)程/本地 無線操控的新型的開關(guān)柜無線智能操控裝置。本實(shí)用新型可對(duì)開關(guān)柜內(nèi)的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行記 錄、查詢及上傳，并實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)遠(yuǎn)程/本地的無線操控，屬于無線控制領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著電力技術(shù)的發(fā)展，高壓開關(guān)柜智能操控裝置以其集成度高、配線簡 便、可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多的高壓開關(guān)柜需求單位、設(shè)計(jì)單位以及開關(guān)柜制造商所 使用。其可以實(shí)現(xiàn)的功能為一次系統(tǒng)圖動(dòng)態(tài)顯示、溫濕度控制、高壓帶電指示及驗(yàn)電防誤操 作和智能化操控等。
[0003] 在實(shí)際的電力應(yīng)用當(dāng)中，一方面在配電室中，對(duì)于高壓開關(guān)柜的送電、停電等操作 依然需要由人近距離的去操作，盡管智能操控裝置為維護(hù)人員提供了方便，但是近距離的 操作依然具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。另一方面，對(duì)于設(shè)置在較偏遠(yuǎn)地方的變電站，對(duì)站內(nèi)開關(guān)柜的 開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)不便。而設(shè)計(jì)出具有與智能操控裝置配套的終端手持機(jī)對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行遠(yuǎn)程操 控又會(huì)增加設(shè)備成本。為此，為了節(jié)省成本，增加操作方式的靈活性，迫切需要采用一種新 的方法和裝置去實(shí)現(xiàn)非接觸式的遠(yuǎn)程操作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提出一種新型的開關(guān)柜無 線智能操控裝置，這種新型的開關(guān)柜無線智能操控裝置可以更安全、可靠、靈活的去實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程/本地?zé)o線操作，可通過智能手機(jī)/遠(yuǎn)程上位機(jī)，基于藍(lán)牙和GSM/GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通 訊、無線近距離通訊技術(shù)(如nRF、Zigbee)實(shí)現(xiàn)主-從控制器間本地?zé)o線通訊，能夠方便的 實(shí)施對(duì)高壓開關(guān)柜遠(yuǎn)程無線智能操控及狀態(tài)數(shù)據(jù)信息讀取，維護(hù)人員僅需使用一部可以連 接GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)并具有藍(lán)牙通訊功能的智能手機(jī)，便可以與開關(guān)柜進(jìn)行遠(yuǎn)程/本地?zé)o線通 信并實(shí)現(xiàn)操控。
[0005] 特別是，這種新型的開關(guān)柜無線智能操控裝置既獨(dú)立于傳統(tǒng)的智能操控裝置，但 又可作為其遠(yuǎn)程無線通訊模塊并行使用。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案。
[0007] 這種新型的開關(guān)柜無線智能操控裝置，包括有主控制器以及多個(gè)從控制器、開關(guān) 量采集電路、控制量輸出電路、MCU及其配套電路、無線收發(fā)器、其特點(diǎn)是：所述的主控制器 以及多個(gè)從控制器均設(shè)置有無線收發(fā)模塊，完成對(duì)開關(guān)柜的無線操控；所述的無線收發(fā) 器由無線收發(fā)模塊與MCU相連接構(gòu)成，完成主控制器與手機(jī)、主控制器與從控制器間的通 訊。
[0008] 所述的新型開關(guān)柜無線智能操控裝置由主控制器和從控制器兩部分組成無線操 控系統(tǒng)，其中主控制器安裝在主控開關(guān)柜內(nèi)，其內(nèi)部裝有與手機(jī)通訊的GSM/GPRS模塊和藍(lán) 牙無線收發(fā)模塊和與本地從控制器通訊的近距離無線收發(fā)模塊(如nRF、Zigbee)，手機(jī)端僅 與主控制器連接，對(duì)從控制器的操控通過該主控制器實(shí)現(xiàn)。
[0009] 所述的新型開關(guān)柜無線智能操控裝置的主控制器的無線收發(fā)模塊由與手機(jī)通訊 連接的GSM/GPRS模塊和藍(lán)牙無線收發(fā)模塊和與本地從控制器通訊的近距離無線收發(fā)模塊 構(gòu)成。
[0010] 所述的新型開關(guān)柜無線智能操控裝置的GSM/GPRS模塊的遠(yuǎn)程無線收發(fā)電路為： 采用GSM/GPRS無線通訊模塊與MCUMCU通過串口進(jìn)行通訊，IC2的7,9端通過C0N2連接到 MCU的10,11，其13腳連接到MCU的28腳作為其開關(guān)機(jī)控制，15腳接MCU的27腳來查詢遠(yuǎn) 程控制信號(hào)的到達(dá)，其5腳接地，1號(hào)端接5V供電。
[0011] 所述的新型開關(guān)柜無線智能操控裝置的藍(lán)牙無線收發(fā)模塊的電路為：采用藍(lán)牙無 線模塊與MCU之間通過串口進(jìn)行通訊，IC3的1，2管腳通過C0N1的2,1與MCU的11，10管 腳連接，其12管腳接3. 3V供電，電容C4與電阻R10組成復(fù)位電路，RST接到模塊的11號(hào) 管腳，其24號(hào)引腳接MCU的12號(hào)管腳作為外部中斷源，接收來自手機(jī)的藍(lán)牙連接信號(hào)，其 13, 21，22號(hào)管腳接地。
[0012] 所述的新型開關(guān)柜無線智能操控裝置的與本地從控制器通訊的近距離無線收發(fā) 模塊的電路為：采用近距離無線通訊模塊nRF或Zigbee與MCU之間通過SPI接口進(jìn)行通 訊，IC1的1，2, 3,4端分別連接到MCU的20,4,8, 7管腳，其5,6, 7端分別接到MCU的14,6， 5管腳，其8號(hào)端接3. 3V供電。
[0013] 所述的新型開關(guān)柜無線智能操控裝置的開關(guān)柜無線智能操控方法為：包括有主控 制器以及多個(gè)從控制器、被控開關(guān)柜、智能手機(jī)以及完成遠(yuǎn)程通訊連接的通訊基站及遠(yuǎn)程 數(shù)據(jù)服務(wù)器，其中：所述開關(guān)柜均配有本實(shí)用新型無線操控裝置，手機(jī)遠(yuǎn)程控制開關(guān)柜通過 GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)-通訊基站-遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器與主控制器連接通訊，手機(jī)本地?zé)o線控制開關(guān) 柜通過藍(lán)牙與主控制器進(jìn)行通訊連接，主控制器與從控制器之間通過近距離無線通訊模塊 (如nRF、Zigbee)完成控制操作，主控制器內(nèi)設(shè)置有與手機(jī)通訊的GSM/GPRS和藍(lán)牙無線收 發(fā)模塊以及與從控制器無線通訊的近距離無線收發(fā)模塊，從控制器內(nèi)僅設(shè)置有本地近距離 無線收發(fā)模塊，手機(jī)與從控制器之間通過主控制器間接通訊，其控制步驟如下。
[0014] 1)當(dāng)開關(guān)柜需要進(jìn)行遠(yuǎn)程無線操控時(shí)，用手機(jī)通過GSM網(wǎng)絡(luò)向主控制器發(fā)送請(qǐng)求 控制短信，主控制器進(jìn)入控制狀態(tài)并打開GPRS連接與手機(jī)通過通訊基站-遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器 建立連接。
[0015] 2)當(dāng)開關(guān)柜需要進(jìn)行本地?zé)o線操控時(shí)，用手機(jī)通過藍(lán)牙與主控制器建立連接。
[0016] 3)通過以上方式建立連接后，可通過手機(jī)對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行狀態(tài)讀取和執(zhí)行操控，其 中，對(duì)裝有從控制器的開關(guān)柜通過主控制器間接控制。
[0017] 4)操作結(jié)束后手機(jī)發(fā)送操作結(jié)束指令，主控制器關(guān)閉GPRS連接，各無線通訊模塊 進(jìn)入監(jiān)聽模式。
[0018] 本實(shí)用新型為節(jié)能和節(jié)省GPRS流量，在遠(yuǎn)程控制時(shí)采用GSM短信的方式喚醒主控 制器的GPRS連接，只有當(dāng)主控制器接收到請(qǐng)求短信之后，才打開GPRS與遠(yuǎn)程設(shè)備連接，操 控結(jié)束后，一方面可以通過結(jié)束指令結(jié)束GPRS連接，另一方面在沒有GPRS數(shù)據(jù)量一段時(shí)間 后會(huì)自動(dòng)關(guān)閉GPRS連接。
[0019] 本實(shí)用新型給出的這種新型的開關(guān)柜無線智能操控裝置，包括有主控制器以及多 個(gè)從控制器、開關(guān)量采集電路、控制量輸出電路、MCU及其配套電路、無線收發(fā)器，其中。
[0020] 主控制器以及多個(gè)從控制器均設(shè)置有無線收發(fā)模塊，主控制器內(nèi)配置有GSM/GPRS 模塊、藍(lán)牙模塊和近距離無線收發(fā)模塊(如nRF、Zigbee)，從控制器內(nèi)僅配置有近距離無線 收發(fā)模塊且均與MCU連接構(gòu)成遠(yuǎn)程/本地開關(guān)柜無線操控系統(tǒng)。
[0021] 開關(guān)量采集電路完成對(duì)開關(guān)柜內(nèi)各狀態(tài)位置信號(hào)的采集。
[0022] 控制量輸出電路完成對(duì)開關(guān)柜的各項(xiàng)操控功能。
[0023] MCU及配套電路完成操控指令和狀態(tài)信息的收發(fā)及對(duì)開關(guān)下達(dá)操控指令的工作。
[0024] 無線收發(fā)器由無線收發(fā)模塊與MCU相連接構(gòu)成，完成主控制器與手機(jī)/遠(yuǎn)程上位 機(jī)的通訊、主控制器與從控制器間的通訊。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是。
[0026] 遠(yuǎn)程控制通過向主控制器端發(fā)送短信請(qǐng)求指令，主控制器收到帶有請(qǐng)求命令的指 令后，打開GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器建立連接，之后手機(jī)與主控制器可以通過GPRS網(wǎng) 絡(luò)-通訊基站-數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行通訊，而不受操控地點(diǎn)的制約，只要有通訊信號(hào)的地方就可 以對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行控制，提高了操作的靈活性。
[0027] 本地控制可以直接利用手機(jī)端的藍(lán)牙與主控制器進(jìn)行連接并完成操控。
[0028] 采用主-從控制器模式，主-從控制器之間通過近距離無線通訊技術(shù)組成本地?zé)o 線控制網(wǎng)絡(luò)，手機(jī)只需與主控制器建立連接，便可以操作所有開關(guān)柜，使用方便靈活，成本 低，節(jié)能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)示意圖。
[0030] 圖2為本實(shí)用新型的GSM/GPRS通訊連接子程序流程圖。
[0031] 圖3為本實(shí)用新型的藍(lán)牙通訊連接子程序流程圖。
[0032] 圖4為本實(shí)用新型的近距離無線通訊模塊（以nRF為例）子程序流程圖。
[0033] 圖5為本實(shí)用新型的定時(shí)發(fā)送開關(guān)狀態(tài)信息流程圖。
[0034] 圖6為本實(shí)用新型的硬件組成。
[0035] 圖7為本實(shí)用新型的無線發(fā)送電路和控制芯片及其外圍電路。
[0036] 圖8為本實(shí)用新型的開關(guān)量輸入電路。
[0037] 圖9為本實(shí)用新型的控制量輸出電路。

【具體實(shí)施方式】
[0038] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方 式做進(jìn)一步地詳細(xì)解釋。
[0039] 本實(shí)用新型給出的這種新型的開關(guān)柜無線智能操控裝置，包括有主控制器以及多 個(gè)從控制器、開關(guān)量采集電路、控制量輸出電路、MCU及其配套電路、無線收發(fā)器。主控制器 配置有GSM/GPRS通訊模塊、藍(lán)牙通訊模塊和近距離通訊模塊(如nRF、Zigbee)，從控制器僅 配置有近距離通訊模塊，主、從控制器內(nèi)的無線通訊模塊構(gòu)成了這種開關(guān)柜無線智能操控 系統(tǒng)并均與MCU相連。
[0040] 如圖1所示，手機(jī)操控端為開關(guān)柜的實(shí)際控制端，其與主控制器A有遠(yuǎn)程和本地兩 種連接通訊方式。
[0041] 1)當(dāng)需要遠(yuǎn)程對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行控制時(shí)，手機(jī)端打開手機(jī)內(nèi)的控制程序并按提示選擇 "遠(yuǎn)程控制"，程序自動(dòng)向主控制器A通過GSM網(wǎng)絡(luò)-基站發(fā)送請(qǐng)求連接短信，主控制器A收 到請(qǐng)求控制短信后，由MCU控制打開GPRS連接，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)-基站-遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器與 手機(jī)端的控制應(yīng)用程序進(jìn)行連接，完成相應(yīng)遠(yuǎn)程操作請(qǐng)求。
[0042] 2)當(dāng)需要本地對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行控制時(shí)，手機(jī)端打開手機(jī)內(nèi)的控制程序并按提示選擇 "本地控制"，此時(shí)程序自動(dòng)請(qǐng)求藍(lán)牙連接控制器A，成功驗(yàn)證配對(duì)連接后便可以對(duì)開關(guān)柜完 成相應(yīng)操作。
[0043] 3)主控制器A與從控制器之間通過近距離無線模塊進(jìn)行通訊。
[0044] 如圖2所示，系統(tǒng)啟動(dòng)后，GSM/GPRS模塊即進(jìn)入監(jiān)聽模式，等待請(qǐng)求連接短信。當(dāng) 有請(qǐng)求連接短信到達(dá)后，由MCU控制其打開GPRS連接并與手機(jī)端通過GPRS網(wǎng)絡(luò)-通訊基 站-遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行連接，連接后執(zhí)行相應(yīng)操作指令。當(dāng)收到手機(jī)端結(jié)束指令或者10 分鐘無操作時(shí)，釋放并斷開GPRS連接進(jìn)入監(jiān)聽模式。
[0045] 如圖3所示，系統(tǒng)啟動(dòng)后，Bluetooth模塊即進(jìn)入監(jiān)聽模式，等待請(qǐng)求連接短信。當(dāng) 有藍(lán)牙連接請(qǐng)求指令到達(dá)后，主控制器與其進(jìn)行驗(yàn)證連接，連接后執(zhí)行相應(yīng)操作指令。當(dāng)收 到手機(jī)端結(jié)束指令或者10分鐘無操作時(shí)，釋放Bluetooth連接進(jìn)入監(jiān)聽模式。
[0046] 如圖4所示，系統(tǒng)啟動(dòng)后，nRF模塊即進(jìn)入監(jiān)聽模式，從控制器等待來自主控制器 的連接請(qǐng)求。當(dāng)有主控制器的控制指令到達(dá)后，主控制器與其建立連接，連接后執(zhí)行相應(yīng)操 作指令。當(dāng)收到主控制器結(jié)束指令或者10分鐘無操作時(shí)，釋放nRF無線連接進(jìn)入監(jiān)聽模式。
[0047] 如圖5所示，本實(shí)用新型由MCU定時(shí)向遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送操作記錄信息。
[0048] 如圖6所示，本實(shí)用新型的硬件由主控MCU及其外圍電路、繼電器輸出電路、開關(guān) 量采集電路、藍(lán)牙模塊、GPRS/GSM模塊和nRF無線模塊電路構(gòu)成。開關(guān)量采集電路可以采 集斷路器合/分位置、接地開關(guān)合/分位置、已儲(chǔ)能/未儲(chǔ)能、手車試驗(yàn)位/工作位、帶電指 示以及2路備用開關(guān)量輸入，并通過光電耦合器與主控MCU連接。繼電器輸出可以控制開 關(guān)合/分閘、開關(guān)柜加熱等操作。
[0049] 如圖7所示，本實(shí)用新型的無線收發(fā)由nRF無線收發(fā)電路、GSM/GPRS收發(fā)電路、 Bluetooth無線收發(fā)電路和MCU配套電路組成，其中。
[0050] 本地近距離無線收發(fā)電路（以nRF無線模塊為例）為：采用近距離無線通訊模塊 nRF與MCU之間通過SPI接口進(jìn)行通訊，IC1的1，2, 3,4端分別連接到Μ⑶的20,4,8, 7管 腳，其5,6, 7分別接到MCU的14,6, 5,其8號(hào)端接3. 3V供電。
[0051] GSM/GPRS遠(yuǎn)程無線收發(fā)電路為：采用GSM/GPRS無線通訊模塊與MCUMCU通過串口 進(jìn)行通訊，IC2的7,9端通過C0N2連接到MCU的10,11，其13腳連接到MCU的28腳作為其 開關(guān)機(jī)控制，15腳接MCU的27腳來查詢遠(yuǎn)程控制信號(hào)的到達(dá)，其5腳接地，1號(hào)端接5V供 電。
[0052] 藍(lán)牙無線收發(fā)電路為：采用藍(lán)牙無線模塊與MCU之間通過串口進(jìn)行通訊，IC3的1， 2管腳通過C0N1的2,1與MCU的11，10管腳連接，其12管腳接3. 3V供電，電容C4與電阻 R10組成復(fù)位電路，RST接到模塊的11號(hào)管腳，其24號(hào)引腳接MCU的12號(hào)管腳作為外部中 斷源，接收來自手機(jī)的藍(lán)牙連接信號(hào)，其13,21，22號(hào)管腳接地。
[0053] 如圖8所示為本實(shí)用新型的開關(guān)量輸入電路（以一路開關(guān)量輸入為例，可以為多 路)，Sx為所要控制回路的輔助開關(guān)或行程開關(guān)，通過光耦隔離將開關(guān)量信號(hào)發(fā)送給MCU的 P2端口，由MCU進(jìn)行相關(guān)操作。
[0054] 如圖9所示為本實(shí)用新型的控制量輸出電路（以一路輸出為例，可以為多路)，當(dāng) MCU要向開關(guān)發(fā)送操控指令時(shí)，通過P1相應(yīng)端口通過三極管Q1向固態(tài)繼電器發(fā)送指令，此 處由三極管Q1拉高對(duì)繼電器的操作電流使其動(dòng)作，C0N1的1，3端為常開端口，其接入控制 回路完成相應(yīng)控制動(dòng)作。
[0055] 雖然通過參照本實(shí)用新型的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了圖示和 描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上或支路數(shù)量上對(duì)其作各種改變，而 不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種新型的開關(guān)柜無線智能操控裝置，包括有主控制器以及多個(gè)從控制器、開關(guān)量 采集電路、控制量輸出電路、MCU及其配套電路、無線收發(fā)器、其特征是：所述的主控制器以 及多個(gè)從控制器均設(shè)置有無線收發(fā)模塊，完成對(duì)開關(guān)柜的無線操控；所述的無線收發(fā)器 由無線收發(fā)模塊與MCU相連接構(gòu)成，完成主控制器與手機(jī)、主控制器與從控制器間的通訊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型開關(guān)柜無線智能操控裝置，其特征是：由主控制器和從 控制器兩部分組成無線操控系統(tǒng)，其中主控制器安裝在主控開關(guān)柜內(nèi)，其內(nèi)部裝有與手機(jī) 通訊的GSM/GPRS模塊和藍(lán)牙無線收發(fā)模塊和與本地從控制器通訊的近距離無線收發(fā)模 塊，手機(jī)端僅與主控制器連接，對(duì)從控制器的操控通過該主控制器實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型開關(guān)柜無線智能操控裝置，其特征是： 主控制器的無線收發(fā)模塊由與手機(jī)通訊連接的GSM/GPRS模塊和藍(lán)牙無線收發(fā)模塊和 與本地從控制器通訊的近距離無線收發(fā)模塊構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK204028654SQ201420228065
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】劉為, 侯春光, 高有華, 曹云東 申請(qǐng)人:沈陽工業(yè)大學(xué)