可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)，其特征在于所述可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)包含：外殼、電源輸入端子、繼電器輸出端子、指示燈、射頻單片機模塊、電源模塊、功率繼電器模塊以及遠程控制中心。所述可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的電源輸入端子用于連接交流電源，繼電器輸出端子的公共端引腳、常開端引腳和常閉端引腳用于連接負載。所述可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)一方面根據(jù)所監(jiān)測到的無線封包控制功率繼電器閉合或者斷開，另一方面將功率繼電器的當前狀態(tài)無線反饋給遠程控制中心。
【專利說明】可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)自動化控制和無線通訊【技術領域】，具體涉及一種利用無線通訊技術實現(xiàn)對功率繼電器進行自動控制的設備及其使用方法。
【背景技術】
[0002]繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。
[0003]傳統(tǒng)的功率繼電器控制均是采用有線的控制方式，然而，在某些人員不便進入的場合，或者繼電器遠程分布在多處的情況下，有線控制方式就顯得不適合。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)及其使用方法，解決了在某些人員不便進入的場合，或者功率繼電器遠程分布在多處的情況下，遠程控制功率繼電器的問題。
[0005]為了解決現(xiàn)有技術中的這些問題，本發(fā)明提供的技術方案是:
一種可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)，其特征在于:所述可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)由外殼、電源輸入端子、繼電器輸出端子、指示燈、射頻單片機模塊、電源模塊、功率繼電器模塊、遠程控制中心組成，所述的電源輸入端子用于連接交流電流，繼電器輸出端子用于連接負載，所述的指示燈由信號指示燈、狀態(tài)指示燈和報警指示燈組成，所述的射頻單片機模塊用于監(jiān)測空氣中無線封包的狀態(tài)，若監(jiān)測到控制命令封包，則解析封包中的內容，并根據(jù)其內容控制功率繼電器模塊的閉合或斷開，由狀態(tài)指示燈表示繼電器模塊的閉合和斷開，射頻單片機模塊若監(jiān)測到狀態(tài)查詢封包，則將繼電器模塊當前的狀態(tài)無線反饋給遠程控制中心，所述的功率繼電器模塊的功能還在于:若發(fā)生異常斷開或者閉合現(xiàn)象，功率繼電器模塊及時將異?，F(xiàn)象無線發(fā)送給遠程控制中心，并且點亮報警指示燈。
[0006]優(yōu)選的，所述的可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)，其特征在于為增強無線信號的傳輸距離和穿透能力，射頻單片機模塊的射頻端口需增添射頻功放電路模塊。
[0007]作為優(yōu)選的，所述的射頻功放電路模塊，其特征在于除射頻功放芯片之外還需包含兩個通道選擇開關，用于切換射頻信號的發(fā)送和接收。
[0008]優(yōu)選的，所述可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)其特征在于電源模塊包含AC-DC功率轉化芯片，用于將交流電源轉換為直流電源。
[0009]優(yōu)選的，所述可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)，其特征在于電源模塊包含整流、濾波、變壓和穩(wěn)壓電路模塊，提供功率繼電器模塊中繼電器線圈和射頻功放模塊的射頻功放所需的直流電壓。
[0010]優(yōu)選的，所述的可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)，其特征在于電源模塊還包含電源管理芯片，將直流電壓降壓至射頻單片機所需的工作電壓。[0011]優(yōu)選的，所述的可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)，其特征在于射頻單片機模塊的外部連接高頻石英晶體振蕩器。
[0012]優(yōu)選的，所述的可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)，其特征在于射頻單片機模塊的射頻端口連接巴倫電路、阻抗匹配電路和天線。
[0013]作為優(yōu)選的，所述的功率繼電器具有公共端引腳、常開端引腳和常閉端引腳。
[0014]本發(fā)明的另一目的在于提供一種可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的使用方法，其特征在于所述方法包括以下步驟:
(1)將可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的電源輸入端子連接交流電源；
(2)將可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的繼電器輸出端子連接負載:公共端連接負載電源，常開端或者常閉端連接負載正極；
(3)可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)上電后信號指示燈周期性閃爍，其射頻單片機一直處于監(jiān)測空氣中無線封包的狀態(tài)；
(4)若監(jiān)測到控制命令封包，則解析封包中的內容，并且根據(jù)其內容控制繼電器閉合或者斷開，狀態(tài)指示燈點亮和熄滅分別表示繼電器閉合和斷開；
(5)若監(jiān)測到狀態(tài)查詢封包，則將繼電器當前的狀態(tài)無線反饋給遠程控制中心；
(6)若發(fā)生異常斷開或者閉合現(xiàn)象，可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)及時將異?，F(xiàn)象無線發(fā)送給遠程控制中心，并且點亮報警指示燈。
[0015]相對于現(xiàn)有技術中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點是:低成本、傳輸距離遠、穿透能力強，接口設計和高層協(xié)議相對比較簡單，更適合于遠距離控制功率繼電器，方便快捷地實現(xiàn)對終端負載的自動化控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
圖1是本發(fā)明的實施例中可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)結構框圖；
圖2為本發(fā)明的實施例中電源模塊電路原理圖；
圖3為本發(fā)明的實施例中射頻單片機模塊電路原理圖；
圖4為本發(fā)明的實施例中功率繼電器模塊控制原理圖；
圖5為本發(fā)明的實施例中可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的工作流程圖；
【具體實施方式】
[0017]以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0018]實施例一種可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)
如圖1，本實施例的可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)采用如圖1所示的結構，其中包含:外殼1、電源輸入端子2、繼電器輸出端子(其中包括公共端引腳3、常開端引腳4、常閉端引腳5)、指示燈、射頻單片機模塊、電源模塊以及功率繼電器模塊。其中，可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的外殼尺寸為82*50*32MM。電源輸入端子為2 PIN綠色鳳凰端子，置于外殼外部左側，用于連接85?265 V交流電源。繼電器輸出端子為3 PIN綠色鳳凰端子，置于外殼外部右側，用于連接負載。負載最大交流電壓為277V AC，最大直流電壓為30V，最大電流為10A。信號指示燈為紅色，置于外殼外部左側，可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)上電后該指示燈將每隔2S閃爍一次。狀態(tài)指示燈和報警指示燈分別為綠色和黃色，均置于外殼外部右偵牝狀態(tài)指示燈點亮和熄滅分別表示功率繼電器閉合和斷開。當發(fā)生異常情況時，報警指示燈點亮，異常解除時報警指示燈熄滅。射頻單片機模塊、電源模塊和功率繼電器模塊等均置于外殼內部。
[0019]以下對可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)各個部分進行詳細描述:
為增強無線信號的傳輸距離和穿透能力，射頻單片機模塊的射頻端口增添射頻功放電路模塊。射頻功放電路模塊除射頻功放芯片之外還包含兩個通道選擇開關，T/R開關10和T/R開關11用于切換射頻信號的發(fā)送和接收。其具體電路連接方式如圖3所示。
[0020]本實施例采用的電源模塊包含AC-DC功率轉化芯片，以及整流、濾波、變壓和穩(wěn)壓電路模塊，用于將交流電源轉換為直流電源，提供功率繼電器模塊中的繼電器線圈和射頻功放模塊的射頻功放所需的直流電壓。AC-DC功率轉化芯片的型號為LNK625，其具體電路連接方式如圖2所示。
[0021]如圖2所示可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的電源模塊采用220V AC輸入，因為功率繼電器線圈工作電壓和射頻低噪聲放大器的工作電壓均為5V DC，所以使用帶初級側精確恒壓控制的高效能、離線式開關芯片LNK625進行交直流電壓轉換。LNK625采用了革新的控制技術，無需光耦器和次級恒壓控制電路，且能提供極為嚴格的輸出電壓調節(jié)，因此可大大簡化低功率恒壓轉換器的設計。芯片內集成了一個700 V功率M0SFET、開/關控制狀態(tài)機、自偏置電路、頻率調制、逐周期電流限制及遲滯熱關斷電路。
[0022]LNK625提供4種功能引腳，分別是:
漏極⑶引腳:功率MOSFET的漏極連接點。在開啟及穩(wěn)態(tài)工作時提供內部操作電流。
[0023]旁路(BP)引腳:一個外部旁路電容連接到這個引腳，用于生成內部6 V的供電電源。
[0024]反饋(FB)引腳:在正常操作下，功率MOSFET的開關由此引腳控制。該引腳可檢測偏置繞組上的AC電壓。這種控制輸入方式可根據(jù)偏置繞組上的反激電壓來調節(jié)輸出電壓。
[0025]源極⑶引腳:該引腳內部連接到MOSFET的源極，用于高壓功率的返回節(jié)點及控制電路的參考點。
[0026]使用LNK625設計而成的2路輸出初級偵彳穩(wěn)壓反激式電源電路如圖1所示。在IlOVAC/220 V AC輸入條件下，效率超過67%;在220 VAC輸入條件下，空載輸入功率小于140
mWo
[0027]220V AC輸入電壓由二極管Dl至D4進行橋式整流。整流后由大容量電容Cl和C2進行濾波。電感L1、C1和C2組成一個Ji型濾波器，對差模傳導EMI噪聲進行衰減。這種配置使得本設計在無需使用Y電容的情況下能夠滿足EMI標準EN55022 B級要求，并具有較大得裕量。保險絲Fl提供嚴重故障保護。
[0028]LNK625集成了功率開關器件、振蕩器、恒壓控制引擎、啟動以及保護功能。集成的700 V MOSFET在通用輸入AC應用中可提供很大的漏極電壓裕量，可通過使用更大的變壓器匝數(shù)比，提高可靠性，并減小輸出二極管的電壓應力。該器件可通過旁路弓I腳和退耦電容CS完全實現(xiàn)自供電。本設計添加了一個偏置電路(D7、C7及R5)，將空載輸入功耗降至140 mff以下。經(jīng)整流及濾波的輸入電壓加在變壓器T初級繞組的一側。LNK625中集成的MOSFET驅動變壓器初級繞組的另一側。D5、RU R2和C3組成箝位電路，對漏感引起的漏極電壓尖峰進行限制。
[0029]變壓器的次級由D6進行整流，為降低高頻率振蕩及相關的輻射EMI，在D6上添加了由R3和C4組成的RC緩沖電路。整流后由大容量電容C5和C6進行濾波。電感L2、C5和C6組成一個π型濾波器。
[0030]LNK625使用開/關控制來調節(jié)輸出，具體方法是根據(jù)反饋引腳上的采樣電壓使能或禁止開關周期。輸出電壓檢測是由變壓器T上的初級參考繞組來執(zhí)行的，無需光耦器和次級檢測電路。由R7和R8組成的電阻分壓器將繞組電壓饋入LNK625。標準的1%電阻值用于將額定輸出電壓控制在中心位置。電阻R6及CS可產(chǎn)生與連續(xù)使能開關周期成比例的偏置電壓，從而減少群脈沖現(xiàn)象的發(fā)生。
[0031 ] 所述電源模塊還包含電源管理芯片，其型號為ASMl 17-3.3，將直流電壓降壓至射頻單片機所需的工作電壓3.3V。
[0032]如圖3所示，本實施例采用的射頻單片模塊中射頻單片機型號為CC1110F16，射頻工作頻段為433MHz。其外部連接高頻石英晶體振蕩器，頻率為26MHz，封裝為3225。射頻單片機模塊的射頻端口連接巴倫電路6、阻抗匹配電路7和433MHz彈簧天線8。
[0033]射頻單片機模塊的微處理器采用美國德州儀器公司出品的CClllO射頻單片機芯片，CClllO是一種低成本真正的無線S0C，為低功耗無線應用而設計。這個芯片包含了一個標準的增強型8051MCU和一個無線收發(fā)芯片CCllOO被封裝在一個6 X 6mm的芯片中。8051MCU自帶32K Flash和4K RAM。無線通信主要工作在315、433、868和915MHz的ISM(工業(yè)，科學和醫(yī)學)和SRD (短距離設備)頻率波段，在ISM頻段可自由地設置為300-348MHz、391-464 MHz 和 728-928 MHz。
[0034]CClllO射頻收發(fā)器集成了一個高度可配置的調制解調器。這個調制解調器支持不同的調制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率可達500kbps。通過開啟集成在調制解調器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。CClllO為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評估、連接質量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。另外，CClllO還包含模擬數(shù)字轉換器(ADC)、定時器(Timer)、AES128協(xié)同處理器、看門狗定時器(Watchdog Timer),32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路(Power On Reset)、掉電檢測電路(Brown OutDetection)以及21個可編程1/0引腳。
[0035]CClllO射頻單片機芯片睡眠模式下0.3uA的電流消耗。可編程數(shù)據(jù)傳輸率可以高至500kBaud，當速率為1.2kBaud時，CC1110在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于16.2 mA或16 mA。CC1110的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。最高靈敏度達一 IlOdBm,可編程射頻輸出功率最高為10dBm。
[0036]CClllO芯片只要極少數(shù)外圍元件就能夠搭建穩(wěn)定可靠且功耗低的SoC，大大簡化了 RF電路的設計過程。設計的傳感器節(jié)點工作在433 MHz頻段。圖3是CC1110配合射頻功放應用的參考設計，主要由CClllO芯片、射頻匹配電路、T/R開關、射頻功放和其他外圍元件組成。
[0037]CClllO的供電電壓為3.3V，芯片背面底部需要接地。Rl為直流偏置電阻，C7為去耦電容。巴倫電路6由L1、L2、Cl和C2組成，實現(xiàn)平衡與不平衡變換。阻抗匹配電路7由L3、L4、C4、C5和C6組成，用來匹配芯片輸入、輸出阻抗，使其輸入、輸出阻抗為50 Ω，同時，為芯片內部的PA(功率放大器)及LNA(低噪聲放大器)提供直流偏置。CClllO的RF信號采用差分方式，在433 MHz頻段，其最佳差分阻抗為116+j41 Ω。T/R開關用來切換射頻發(fā)送和接收，當發(fā)送數(shù)據(jù)封包時，T/R開關切換至發(fā)送(T)狀態(tài)，使射頻信號經(jīng)過射頻功放(PA)實現(xiàn)功率放大；當接收數(shù)據(jù)封包時，T/R開關切換至接收(R)狀態(tài)，此時射頻信號無需經(jīng)過射頻功放，可以直接由CClllO接收。
[0038]圖4為功率繼電器模塊控制原理圖，其中功率繼電器模塊中功率繼電器的型號為HF3FF，具有一組常開觸點和一組常閉觸點，最大切換電壓為277V AC和30V DC,最大切換電流為10A，線圈的額定電壓為5V，動作電壓為3.8 V。
[0039]圖中RELAY_CTRL連接至射頻單片機模塊的I/O端口，該端口高電平時，三極管Ql導通，三極管Q2導通，功率繼電器的線圈上電，功率繼電器閉合；RELAY_CTRL端口低電平時，三極管Ql截止，三極管Q2截止，功率繼電器的線圈失電，功率繼電器斷開。
[0040]本實施例射頻單片機模塊中驅動軟件使用IAR軟件平臺編寫，可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的工作流程圖如圖5所示。具體使用方法包括以下步驟:
(1)將可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的電源輸入端子連接交流電源；
(2)將可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的繼電器輸出端子連接負載:公共端引腳5連接負載電源，常開端引腳4或者常閉端引腳3連接負載正極；
(3)可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)上電后信號指示燈周期性閃爍，其射頻單片機一直處于監(jiān)測空氣中無線封包的狀態(tài)；
(4)若監(jiān)測到控制命令封包，則解析封包中的內容，并且根據(jù)其內容控制繼電器閉合或者斷開，狀態(tài)指示點亮和熄滅分別表示繼電器閉合和斷開；
(5)若監(jiān)測到狀態(tài)查詢封包，則將繼電器當前的狀態(tài)無線反饋至遠程的控制中心；
(6)若發(fā)生異常斷開或者閉合現(xiàn)象，可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)及時將異常現(xiàn)象無線發(fā)送到遠程控制中心，并且點亮報警指示燈。
[0041]該處理具有一個起點，如塊12所示，塊13表示將可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的電源輸入端子連接交流電源，塊14表示將可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)的繼電器輸出端子連接負載:公共端引腳連接負載電源，常開端引腳或者常閉端引腳連接負載正極，塊15表示接下來初始化無線信號繼電器的硬件和軟件。
[0042]可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)上電后信號指示燈周期性閃爍，其射頻單片機一直處于監(jiān)測空氣中無線封包的狀態(tài)，如塊16所示，若監(jiān)測到控制命令封包，則解析封包中的內容，如塊22所示，并且根據(jù)其內容控制繼電器閉合或者斷開，如塊25、26所示，狀態(tài)指示燈點亮和熄滅分別表示繼電器閉合和斷開，如塊27、28所示；若監(jiān)測到狀態(tài)查詢封包，則將繼電器當前的狀態(tài)無線反饋至遠程控制中心，如塊23所示。
[0043]若發(fā)生異常斷開或者閉合現(xiàn)象，如塊16所示無線信號繼電器及時將異常現(xiàn)象無線發(fā)送至遠程控制中心，如塊17所示，并且點亮報警指示燈；若未發(fā)生異常斷開或閉合現(xiàn)象但發(fā)生了超時現(xiàn)象，如塊18所示，則信號指示燈閃爍，如塊19所示；若未發(fā)生超時現(xiàn)象則監(jiān)測無線封包，如塊20所示。
[0044]上述實例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
[0045]綜上所述:本發(fā)明的優(yōu)點在于:可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)不但節(jié)省電纜及工程量，而且迅速及時。使用全球免費的433MHz ISM頻段，無網(wǎng)絡使用費用，也不會受制于公用網(wǎng)絡的流量、阻塞等，而且維護成本低。
【權利要求】
1.一種可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)，其特征在于:所述可無線通訊的功率繼電器系統(tǒng)由外殼、電源輸入端子、繼電器輸出端子、指示燈、射頻單片機模塊、電源模塊、功率繼電器模塊以及遠程控制中心組成，所述的電源輸入端子用于連接交流電源，繼電器輸出端子用于連接負載，所述的指示燈由信號指示燈、狀態(tài)指示燈和報警指示燈組成，所述的射頻單片機模塊用于監(jiān)測空氣中無線封包的狀態(tài)，若監(jiān)測到控制命令封包，則解析封包中的內容，并根據(jù)其內容控制功率繼電器模塊的閉合或斷開，由狀態(tài)指示燈表示繼電器模塊的閉合和斷開，射頻單片機模塊若監(jiān)測到狀態(tài)查詢封包，則將繼電器模塊當前的狀態(tài)無線反饋給遠程控制中心，所述的射頻單片機模塊的射頻端口增添射頻功放電路模塊，射頻功放電路模塊內設射頻功放芯片用來增強無線信號的傳輸距離和穿透能力，所述的電源模塊包含整流、濾波、變壓和穩(wěn)壓電路模塊，提供功率繼電器模塊中繼電器線圈和射頻功放模塊的射頻功放所需的直流電壓，所述的功率繼電器模塊的功能還在于:若發(fā)生異常斷開或者閉合現(xiàn)象，功率繼電器模塊及時將異常現(xiàn)象無線發(fā)送給遠程控制中心，并且點亮報警指示燈。
【文檔編號】H04L29/08GK103543662SQ201210236858
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優(yōu)先權日:2012年7月10日
【發(fā)明者】王 鋒 申請人:泰州市鋒碩電子科技有限公司