CN207457752U - 一种无线远程定时控制开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及本实用新型提供一种无线远程定时控制开关，该控制开关包括供电模块、通讯模块、显示模块、RTC时钟模块和检测模块,供电模块依次与通讯模块、显示模块、RTC时钟模块和检测模块相连，用于供电，检测模块与通讯模块相连，将检测数据传输给通讯模块，通讯模块将处理后的数据发送给显示模块显示。该无线远程定时控制开关能够实现4个交流供配电接触器的无线远程控制，即实现了交流供配电设施回路的无线远程定时控制，又实现了高可靠的双机备份控制，同时该设备体积小巧、成本低，方便安装在交流供配电设施中。

Description

一种无线远程定时控制开关

技术领域

本实用新型涉及物联网、道路照明、工业控制领域，尤其涉及一种无线远程定时控制开关。

背景技术

在道路照明及工业控制领域，存在大量的交流供配电设施，这些交流供配电设施将输入的交流电进行供电回路分配，给各个回路负载进行供电，每个回路通过手动方式或者定时器方式进行回路开关控制供电，这类控制方式需要人工手动控制或者人工定期调整时间控制，不能实现灵活的远程自动化控制。

目前虽然有部分厂家为了实现自动化控制，采用PLC可编程控制器进行供配电回路的自动开关控制，但是PLC可编程控制器回路控制驱动能力较小，需要外接中间继电器才能够实现大功率回路供电接触器的控制驱动，并且可编程控制器只提供以太网接口和RS232、RS485通讯接口，需要外接无线通讯GPRS通讯模块才能实现远程自动控制，另外可编程控制器需要额外的外部供电电源模块给其供电，因此采用可编程控制器实现供配电回路自动控制的需要***提供各种辅助设备和器件，控制***设计复杂、接线工程量大、***稳定性不高、故障点多、无法实现远程控制、无法实现多设备间联动控制。

当前也有少部分厂家有针对性的设计了一体化自动控制设备，能够实现交流供配电设备的远程开关控制，并且还在设备中集成了回路电流检测功能、开关量检测、开关量输出、远程抄表、后备蓄电池供电等各种功能，但这些设备为了追求功能的大而全，设备体积大，制造成本高，控制管理的回路数固定为6个或者12个，但在实际使用过程中，大部分的交流供配电设施为了节约成本，其箱体设计都比较紧凑小巧，没有足够的空间安装这种一体化控制设备，且对于这些一体化控制设备的其他功能也用不上；还有数量巨大的交流供配电设施只有2-4个供配电回路，使用一体化的控制设备浪费严重。

上述提到的这些缺陷已经成为了急需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型针对交流供配电设施设计了一种无线远程定时控制开关，该无线远程定时控制开关能够实现4个交流供配电接触器的无线远程控制，能够实现交流接触器的闭合状态检测、能够检测三相电源供电输入单元电源缺相告警、掉电告警；具有无线远程通信控制接口实现远程无线控制和定时控制、还具有双机控制检测及双机备份控制功能，即实现了交流供配电设施回路的无线远程定时控制，又实现了高可靠的双机备份控制，同时该设备体积小巧、成本低，方便安装在交流供配电设施中。

本实用新型采用了如下技术方案：

一种无线远程定时控制开关，该控制开关包括供电模块、通讯模块、显示模块、RTC时钟模块和检测模块, 其特征在于：

供电模块依次与通讯模块、显示模块、RTC时钟模块和检测模块相连，用于供电，检测模块与通讯模块相连，将检测数据传输给通讯模块，通讯模块将处理后的数据发送给显示模块显示；

该供电模块包括三相电源供电输入单元、AC/DC 12V电源单元、DC6-28V直流供电输入单元、DC12V合并供电单元、DC7.0~8.4V电池组单元、电池供电短接端子单元、电池充放电单元、DC/DC 5.5V电源单元、DC/DC 3.3V电源单元;

该通讯模块包括ARM CPU无线通讯核心单元、GPRS/4G无线通讯单元、SMA天线接口单元、RS232通讯接口、RS485通讯接口；

该显示模块包括HMI显示单元、HMI显示屏供电开关单元、TTL转RS232单元；

该检测模块包括继电器驱动单元、双机备份检测模拟开关单元、缺相掉电检测模拟开关单元、开关量检测模拟开关单元、双机备份检测单元、缺相掉电检测单元、开关量检测单元。

所述三相电源供电输入单元采用7.62mm间距的接线端子保证设备应用过程中三相电的足够的电气隔离，将交流供配电设施中的三相线A、B、C、N共4根线接入本无线远程定时控制开关，用于三相电压的缺相检测和设备供电。

所述DC6-28V直流供电输入单元选用具有更高防雷防浪涌等级的直流电源模块。

所述DC12V合并供电单元采用4个DC12V直流电源输入的合并供电，在A、B、C三相交流和DC6-28V直流共4个外部供电中，只要有一个外部供电输入正常就可以保证无线远程定时控制开关的正常工作。

所述在设备长时间不工作时，断开所述电池供电短接端子单元，避免电池持续放电，在设备工作时，采用导线将电池供电短接端子单元短接，完成电池组给设备的供电。

所述在外部电源供电时，所述电池充放电单元给电池组进行充电，在外部供电电源故障时，通过该电池充放电单元进行放电给设备的DC/DC 5.5V电源单元、ARM CPU无线通讯核心单元、GPRS/4G无线通讯单元、HMI显示屏供电开关单元。

所述SMA天线接口单元中包括高速无线 SMA接口、低速无线 SMA接口、GPRS/4GSMA接口。

所述各个单元间的供电电源分为两类，第一类通过DC12V合并供电单元，并由DC/DC3.3V电源单元提供一个DC3.3V的直流电源，该DC12V合并供电单元给继电器驱动单元、开关量检测供电，DC3.3V电源给双机备份检测、缺相掉电检测、RS485通讯接口供电；第二类通过DC12V合并供电，经过电池充放电单元，给DC/DC 5.5V电源模块提供电源供电，该DC5.5V电源给ARM CPU无线通讯核心单元、GPRS/4G无线通讯单元、HMI显示单元供电；在外部交流直流供电电源正常时，设备所有的模块都处于工作状态，一旦设备外部供电电源故障，需要由设备内部的电池组提供供电电源时，第一类供电部分将处于停止供电状态，仅第二内供电部分采用电池组进行供电，如此最大限度的减少电池组供电时的电量消耗，延长设备无线通讯通道连接保持的时间。

所述针对每个接触器的控制设计了一个双机备份检测功能，通过该双机备份检测功能实现两个或者多个定时控制开关设备备份控制，在主设备工作正常时，通过主设备就可以实现接触器的开关控制，在主设备故障时，可以通过备用设备实现接触器的开关控制。

所述针对每个接触器的控制继电器有4个交流信号检测点，通过这4个检测点能够检测接触器控制状态，4个控制继电器控制4个接触器的开关，总共有4×4共16个检测点，通过隔离的双机备份检测单元及16选1的模块开关将16个检测点的信号轮流输入到ARM CPU处理器的IRQ中断引脚，判断该IRQ引脚上是否有变换的脉冲波形来循环进行双机备份信号检测，并计算是否启动备用控制。

所述缺相掉电检测，通过检测电路检测输入的三相电源供电输入单元线上是否有周期性的正弦波信号，从而判断A、B、C三相电源是否缺相掉电。

所述针对缺相掉电的检测方法是通过隔离的缺相掉电检测单元及4选1的模拟开关选择一个检测信号输入到ARM CPU处理器的IRQ中断引脚，判断该IRQ引脚上是否有变换的脉冲波形来循环进行缺相掉电信号检测。

本实用新型的有益效果是 ：

1）通过光耦隔离检测交流电输入，由于我国交流电为50Hz的正弦波，交流正弦波信号连接到光耦输入端，使得光耦输出端具有一个被整形后的脉冲波形，通过ARM CPU处理器的IRQ中断管脚每100ms检测计数该脉冲波形达到5个脉冲后就表示该输入信号上有交流电输入；

2）通过光耦检测交流电输入，一方面能够对交流电的正弦信号进行整形，另一个作用能够起到强电隔离的作用，采用简单的电路即能够时间交流电输入的检测；

3）通过4选1、16选1模块开关进行循环切换选择，仅仅利用了少数的几个ARM CPUIO引脚实现数量众多的交流电输入信号检测；

4）通过两类供电***，在外部供电故障时仅由电池组给ARM CPU无线通讯核心单元、GPRS/4G无线通讯单元、HMI显示屏供电，保证了电池组供电的低功耗。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本实用新型的无线远程定时控制开关的结构示意图；

图2是本实用新型的供电模块的电路示意图；

图3是本实用新型的通讯模块的电路示意图；

图4是本实用新型的显示模块的电路示意图；

图5是本实用新型的检测模块的电路示意图；

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

本实用新型的无线远程定时控制开关的结构示意图如图1所示。该控制开关包括供电模块、通讯模块、显示模块、RTC时钟模块和检测模块。其中，该供电模块包括三相电源供电输入单元、AC/DC 12V电源单元、DC6-28V直流供电输入单元、DC12V合并供电单元、DC7.0~8.4V电池组单元、电池供电短接端子单元、电池充放电单元、DC/DC 5.5V电源单元、DC/DC 3.3V电源单元。该通讯模块包括ARM CPU无线通讯核心单元、GPRS/4G无线通讯单元、SMA天线接口单元、RS232通讯接口、RS485通讯接口。所述SMA天线接口单元中包括高速无线SMA接口、低速无线 SMA接口、GPRS/4G SMA接口。该显示模块包括HMI显示单元、HMI显示屏供电开关单元、TTL转RS232单元。该检测模块包括继电器驱动单元、双机备份检测模拟开关单元、缺相掉电检测模拟开关单元、开关量检测模拟开关单元、双机备份检测单元、缺相掉电检测单元、开关量检测单元。

该控制开关的三相电源供电输入单元采用7.62mm间距的接线端子保证设备应用过程中三相电的足够的电气隔离，将交流供配电设施中的三相线A、B、C、N共4根线接入本无线远程定时控制开关，用于三相电压的缺相检测和设备供电；该控制开关也可以接入单相AC220V电源供电工作，三相电源供电输入单元的每相输入都具有一个6KV的防雷和防浪涌保护电路（未示出），以保证设备在雷击和浪涌条件下的可靠性工作。

该控制开关采用3个AC/DC 12V电源单元将三相交流电转换为3路DC12V直流电源，以保证在三相电源供电输入单元存在缺相问题时，设备依旧能够提供DC12V的直流电源给其他部分的模块供电。

该控制开关提供了一个DC6-28V直流供电输入单元，该直流供电输入标称输入电压为DC12V，在多个无线远程定时控制开关协同工作时，可以由外部提供一个DC12V的直流电源给所有的无线远程定时控制开关集中供电，该直流电源可以选用具有更高防雷防浪涌等级的直流电源模块。

该控制开关通过DC12V合并供电单元的实时热备份，实现了4个DC12V直流电源输入的合并供电，在A、B、C三相交流和DC6-28V直流共4个外部供电中，只要有一个外部供电输入正常就可以保证无线远程定时控制开关的正常工作，某个外部供电故障后，其他外部供电输入依旧能够保证无线远程定时控制开关其他部分的供电和稳定可靠的工作。

该控制开关除了外部多路的交流直流供电外，还可以通过一个DC7.0-8.4V电池组单元给设备提供后备供电，用以检测到外部供电故障后，能够通过无线通讯网络进行远程供电告警信息的传输。

该控制开关为了方便设备在仓储、运输过程中电池组的可靠性和稳定性，设计了一个电池供电短接端子单元，在设备长时间不工作、仓储、运输时，断开电池供电短接端子单元，避免电池持续放电。在设备工作时，采用导线将电池供电短接端子单元短接，完成电池组给设备的供电，采用短接端子相比于开关能够更加稳定可靠的保证电池组供电，避免了人员的误动作导致电池组供电故障的发生。

该控制开关的电池充放电单元用于在外部电源供电时，通过该电池充放电单元给电池组进行充电，在外部供电电源故障时，通过该电池充放电单元进行放电给设备的DC/DC5.5V电源单元、ARM CPU无线通讯核心单元、GPRS/4G无线通讯单元、HMI显示屏供电开关单元。

该控制开关各个单元间的供电电源分为两类，第一类通过DC12V合并供电单元，并由DC/DC3.3V电源单元提供一个DC3.3V的直流电源，该DC12V合并供电单元给继电器驱动单元、开关量检测供电，DC3.3V电源给双机备份检测、缺相掉电检测、RS485通讯接口供电；第二类通过DC12V合并供电，经过电池充放电单元，给DC/DC 5.5V电源模块提供电源供电，该DC5.5V电源给ARM CPU无线通讯核心单元、GPRS/4G无线通讯单元、HMI显示单元供电；本实用新型设备外部交流直流供电电源正常时，设备所有的模块都处于工作状态，一旦设备外部交流直流供电电源故障，需要由设备内部的电池组提供供电电源时，第一类供电部分将处于停止供电状态，仅第二内供电部分采用电池组进行供电，如此最大限度的减少电池组供电时的电量消耗，延长设备无线通讯通道连接保持的时间。

本实用新型的ARM CPU无线通讯核心单元是整个设备的核心部件，该核心部件具有微功率无线通讯接口、具有ARM CPU运算处理能力，能够通过无线通讯接口接收发送各种无线通讯指令，并由ARM CPU处理器进行无线通讯指令的运算处理，实现交流供配电设施回路的定时开关和指令开关控制，并进行双机备份控制、缺相掉电检测告警等各种功能。本实用新型可以利用ARM CPU无线通讯核心单元中的无线通讯接口及无线指令和其他无线远程定时控制开关设备进行无线通讯协同工作，实现多个定时控制开关设备的同步开关、顺序开关等复杂的控制逻辑，并且还能够和无线回路电流采集设备进行通讯，实现回路电流的检测和门限判断。

本实用新型的GPRS/4G无线通讯单元用于通过运营商的无线通讯网络，同远程管理服务商实现数据和指令的通讯，将管理服务器配置的定时控制开关策略下载到设备中，并将本地检测到的交流供配电设施的各种故障、掉电故障、缺相故障、接触器故障、电流越限告警等信息发送管理服务器中，由管理服务器通知设备维护管理人员及时处理交流供配电设施的故障，保证供配电的安全可靠。

本实用新型为了适应多种不同的无线通讯平台，设计了一个3个SMA天线座，分别对应高速无线通讯SMA天线座、低速无线通讯SMA天线座、GPRS/4G SMA天线座，通过这3个SMA天线座，本实用新型的无线远程定时控制开关即能通过运营商的无线通讯网络实现超远距离的无线通讯管理，又能够利用高速无线通讯和低速无线通讯的高低搭配，实现0米~4500米距离范围的无线组网通讯，实现交流供配电设施内部各个模块的无线组网通讯，同时还能够实现多个距离在4500米内的交流供配电设施的无线组网，最终可以实现利用一个GPRS/4G无线通讯模块实现众多的交流供配电设施及其内部模块的远程开关控制、远程配置和管理。

本实用新型的RS232通讯接口用于设备在安装过程中方便施工人员调试及测试设备的运行稳定性，保证***实施的顺利进行。

本实用新型设计了一个HMI显示单元，通过TTL转RS232芯片实现HMI显示单元和ARM CPU无线通讯核心单元的通讯，完成本实用新型设备的人机交互配置，通过该HMI显示单元的界面的按钮和输入框能够实现就近本地的配置和管理定时控制开关设备，修改设备运行时间、设置定时开关时间段、触发接触器动作给负载回路供电、查询交流供配电设施的各种设备状态等各种管理功能。

本实用新型为了保证设备在电池组供电的情况下，将设备自身功耗做到最低，设计了一个HMI显示屏供电开关单元，通过ARM CPU无线通讯核心单元的PWR_D2引脚控制HMI显示屏供电开关单元给HMI显示单元供电，在超过5分钟没有人员操作显示屏的情况下，通过PWR_D2引脚关闭HMI显示单元供电，保证设备的低功耗运行。

本实用新型通过IO接口实现了4路继电器的驱动，从而实现了4路接触器的开关控制，实现了交流供配电设备回路的远程开关控制。

本实用新型为了保证接触器开关控制的可靠性，针对每个接触器的控制设计了一个双机备份检测功能，通过该双机备份检测功能能够实现两个或者多个定时控制开关设备备份控制，在主设备工作正常时，通过主设备就可以实现接触器的开关控制，在主设备故障时，可以通过备用设备实现接触器的开关控制。

本实用新型的双机备份检测功能，对每个接触器的控制继电器有4个交流信号检测点，通过这4个检测点能够检测接触器控制状态，本实用新型的4个控制继电器控制4个接触器的开关，总共有4×4共16个检测点，通过隔离的双机备份检测单元及16选1的模块开关将16个检测点的信号轮流输入到ARM CPU处理器的IRQ中断引脚进行双机备份检测，并计算是否启动备用控制。

本实用新型的缺相掉电检测和双机备份检测功能类似，通过检测电路检测输入的三相电源供电输入单元线上是否有周期性的正弦波信号，从而判断A、B、C三相电源是否缺相掉电。

本实用新型的针对缺相掉电的检测方法和双机备份检测类似，依然通过隔离的缺相掉电检测单元及4选1的模拟开关选择一个检测信号输入到ARM CPU处理器的IRQ中断引脚循环进行缺相掉电信号检测。

本实用新型通过ARM CPU的IRQ中断引脚循环检测双机备份检测信号和缺相掉电检测信号，判断该IRQ引脚上是否有变换的脉冲波形，即可判断检测信号正常。

本实用新型具有一个4路的开关量检测、4路的按键检测电路，通过8选1模拟开关循环选择1路开关量、按键进入ARM CPU处理器中进行检测；本实用新型的开关量能够检测外部的4路接触器的开关闭合状态，连接交流供配电设备的接触器的辅助触点，检测接触器的动作状态；按键能够实现设备复位操作、HMI显示单元唤醒等操作。

本实用新型还设计了一个RS485通讯接口，该通讯模块可以通过RS485通讯总线连接外部的各种工业控制设备，实现和这些设备的通讯，特别是通过RS485总线和具有RS485通讯接口的电表进行通讯，实现交流供配电设施的用电量的远程抄表功能，该实用新型不仅可以完成交流供电设施的供电回路的无线远程定时控制开关，还能够完成用电量的计量及远程抄表。

本实用新型还包含一个RTC时钟模块，该模块能够保证设备按照精确的实时时钟运行并按照配置的定时时间段开关控制供电设施的回路。

图2是本实用新型的供电模块的电路示意图如图2所示。该供电模块包括三相电源供电输入单元、AC/DC 12V电源单元、DC6-28V直流供电输入单元、DC12V合并供电单元、DC7.0~8.4V电池组单元、电池供电短接端子单元、电池充放电单元、DC/DC 5.5V电源单元、DC/DC 3.3V电源单元。

其中，三相电源供电输入单元为A/B/C三相再加上零线，三相四线制供电。AC/DC12V电源单元包括三个隔离电源单元，分别从A-N、B-N、C-N做输入取电，再接保险丝电阻和压敏电阻做防雷保护，原理是当有雷击感应电压进入输入端时，先通过电阻保险丝做一级吸收，然后通过压敏电阻TVR10471，在高压下压敏电阻内阻急剧下降并迅速导通，泄放雷击瞬间能量，电路理论防雷等级为：线对线2KV，线对地2KV，隔离电源模块采用变压器隔离的flyback方案，输出12V电压，每个电源输出的正极串一个二极管，这样目的是为了防止电源之间互相干扰，及输出的不一致造成损坏。

DC6-28V直流供电输入单元，该单元直流输入选用DC端子，供电范围为最大可以耐压28V，可以选择DC12V、DC24V适配器供电，如果要用到电池组供电，由于充放电模块芯片耐压为18V，需要选择DC12V适配器供电。

DC12V合并供电单元，该单元DC端子输入端串二极管，然后与AC-DC电源输出端并接共同提供直流电压，交流供电和直流供电二选一，方便产品兼容室内室外场合。

DC7.0~8.4V电池组单元，该电池组单元采用的两节锂电池串接供电，电压范围为7V-8.4V，电池组内部有保护电路，防止电池过放过充，根据客户的要求，电池在掉电后运行时间，电池的容量也可以选择不一样的参数。

电池供电短接端子单元，该单元的短接端子放在电池的正极，需要用到电池组供电的时候可以用导线连接，不需要的时候比如在运输的过程中，可以断开导线，避免电池长期过放电。

电池充放电单元，该单元采用以TP5100为主芯片的充电模块，内置肖特基二极管防反接，芯片带过温、过流、过压保护。后端外接供电切换电路，1.当A_DC12V供电正常时，电池在保证正常充电的同时，PMOS Q201 VGS为正，此时Q201关断，B_OUT电压为A_DC12V减去D201的压降，VDD_OUT=12-Vd；2.当A_DC12V供电断开时，VGS为负驱动PMOS导通，B_OUT为电池供电，通过检测电池电压VBAT，不断检测电压来判断电池是否在充电还是放电的状态。分压检测A_DC12V，来判断供电电源是否正常。

DC/DC 5.5V电源单元，该单元的直流电压通过C202后，做低频滤波降低电压纹波干扰， C203、204电容作高频滤波，输出稳定直流电压，电压经过BUCK芯片MP1584输入端，通过芯片FB引脚检测输出电压，自动调节内部占空比，使其输出稳定的5.5V直流电压，

DC/DC 3.3V电源单元，该单元的直流电压通过C101后，做低频滤波降低电压纹波干扰， C102、C103电容作高频滤波，输出稳定直流电压，电压经过BUCK芯片MP1584输入端，通过芯片FB引脚检测输出电压，自动调节内部占空比，使其输出稳定的3.3V直流电压。

本实用新型的通讯模块的电路示意图如图3所示。该通讯模块包括ARM CPU无线通讯核心单元、GPRS/4G无线通讯单元、SMA天线接口单元、RS232通讯接口、RS485通讯接口。

ARM CPU无线通讯核心单元内部有如下芯片及模块组成：

1）CPU处理器为ST的型号为STM32F103RCT6，存储器容量256KB，SRAM为48KB，最大速度可以达到72M；

2）扩展FLASH存储器为M25P32，内存为32M，通过SPI总线与CPU SPI接口连接；

3）模块内部由SP232芯片将CPU的TTL电平转换成232电平，向外提供2路232接口。模块内部带有高速无线和低速无线双模块，可自主选择，也可以双模块同时工作，兼容性强，传输距离远。

GPRS/4G无线通讯单元，采用GPRS232-MODE模块；模块的LinkA、LinkB引脚连接指示灯来反映第一网络连接和第二网络连接是否正常，连接则输出高电平，三极管导管，LED灯被点亮；串口通信引脚UTXD1、URXD1与核心板UART2连接通信；模块引脚WORK在工作正常后，输出高低交替电平，连接指示灯，工作正常指示灯会闪烁；模块引脚POWKEY为开关机功能引脚，当引脚为低电平输入时，GPRS/4G无线通讯模块进入关机模式，这样的目的是为了使设备在掉电的时候进入低功耗的模式延长电池使用时间；RESET为复位引脚，低电平有效。

SMA天线接口单元，三个SMA天线座分别连接高速无线模块、低速无线模块、GPRS/4G无线通讯模块。

RS232通讯接口采用SP3232EEA做通信电平转换。芯片SP3232由驱动器、接收器、电荷泵组成，能够将TTL电平转换为与输入逻辑电平相反的232电平。

RS485通讯接口，核心板USART4通过485芯片U901，输出485接口，进行转换通信，R904为120R电阻主要是为了匹配双绞线的传输电阻，减少传输信号的反射，R905、R906作上拉下拉电阻，有效的减少了误码率，D901、D902、D903为TVS管，用来做瞬间吸收用，防止静电、浪涌电压对芯片的干扰，GDT901为防***，在正常工作状态下为关断，当有瞬间高压过来，防雷光被击穿，通过弧光放电阻止电压进一步的上升，有效的保护了后端电路元件，做防雷保护用，PPT901、PPT902为可恢复保险丝，在输出端有大电流或者短路的情况下，保护芯片不被损坏，芯片的使能端采用了电平转换电路，当核心板在发送数据时，USART_TTL_TX为高电平，通过电平转化电路使能端为低电平，反之接收数据时，使能端为高电平。

本实用新型的显示模块的电路示意图如图4所示。该显示模块包括HMI显示单元、HMI显示屏供电开关单元、TTL转RS232单元。HMI显示单元采用4接口连接，HMI_VCC为供电接口，HMI_TX/HMI_RX为通信接口，GND连接电源地。HMI显示屏供电开关单元,HMI供电回路采用按键电动式触发，默认显示频是不亮，当SW601点动按下后，通过SW_I1的触发，PWR_D2输出高电平，Q1202导通，之后PMOS VS＞VG， Q1201导通，B_DC5.5V提供电压HMI_VCC为显示屏供电。TTL转RS232单元采用UART通信TTL电平，与核心板UART5的232电平通信要做一次转换，采用SP3232EEA做通信电平转换。

本实用新型的检测模块的电路示意图如图5所示。该检测模块包括继电器驱动单元、双机备份检测模拟开关单元、缺相掉电检测模拟开关单元、开关量检测模拟开关单元、双机备份检测单元、缺相掉电检测单元、开关量检测单元。

继电器驱动单元采用光耦对三极管进行隔离控制使继电器初级线圈两端产生电压，最后继电器次级导通，继电器次级三个触点分别为RL1_CO（公共）、RL1_NC（常闭）、RL1_NO（常开）初始默认为常闭，即6、4与3脚导通，当ST_K_O1输入高电平时，光耦次级导通，通过上拉A_DC12V的电压驱动，Q501导通，继电器的初级线圈与A_DC12V并接，继电器开关发生翻转，6、4脚与5脚导通，3脚悬空，与6、4脚连接的回路断开。其他三个继电器驱动电路原理和上面一致。

双机备份检测单元中RL1_MCI对零线之间如果有220V电压输入，通过串联R406，D402，R407，当交流电压通过并达到一定的幅值时，R407通过电阻降压得到的电压达到0.7V左右，使U402初级的发光二极管导通，促使光耦次级的光敏三极管导通，CPU_RL1_MCI电压被拉低，当交流电压未达到一定的幅值，CPU_RL1_MCI电压还是检测的默认高电平，所以有电压时，CPU_RL1_MCI的波形是一个周期里高电平短，低电平长的一个脉冲；当A相电压掉电，初次二极管不发生导通，光敏三极管处于截止状态，AC_CHK_A一致处于上拉的高电位，核心板IO口AC_CHECK_O2通过模拟开关连接到CPU_RL1_MCI，IO口利用下降沿触发中断，进行脉冲计数，每触发一次记一次脉冲，每次计数时间为100mS（即5倍周期），看计数时间内脉冲个数，如果≥3次则判断有电压输入，如一次没有则表示掉电无电压输入，其他双机备份检测电路原理一致。

双机备份检测模拟开关单元采用模拟开关CD4067进行切换检测，Pin15 C只有在为低电平时，模拟开关才能动作，即Pin15 C接地，通过A0、A1、A2、A3不同电平状态的控制输入，选择I0/O0-I15/O15与AC_CHECK_O2导通，进行开关切换选择不同检测回路。AC_CHECK_O2通过模拟开关连接到CPU_RL1_MCI，IO口利用下降沿触发中断，进行脉冲计数，每触发一次记一次脉冲，每次计数时间为100mS（即5倍周期），看计数时间内脉冲个数，如果≥3次则判断有电压输入，如一次没有则表示掉电无电压输入，其他双机备份检测电路原理一致。CD4067与CD4051共用A0、A1、A2输入引脚，这样增加了IO口的利用率，同时不影响模拟开关的正常动作。

缺相掉电检测单元，在A相与零线N之间通过串联R301，D301，R302，当有交流电压通过并达到一定的幅值时，R302通过电阻降压得到的电压达到0.7V左右，使U301初级的发光二极管导通，促使光耦次级的光敏三极管导通，AC_CHK_A电压被拉低，当交流电压未达到一定的幅值，AC_CHK_A电压还是检测的默认高电平，所以有电压时，AC_CHK_A的波形是一个周期里高电平短，低电平长的一个脉冲；当A相电压掉电，初次二极管不发生导通，光敏三极管处于截止状态，AC_CHK_A一致处于上拉的高电位。核心板IO口AC_CHECK_O1通过模拟开关连接到AC_CHK_A，IO口利用下降沿触发中断，进行脉冲计数，每触发一次记一次脉冲，每次计数时间为100mS（即5倍周期），看计数时间内脉冲个数，如果≥3次则有电压输入，如一次没有则表示掉电无电压输入，其他B相、C相掉电检测原理与上述一致。

缺相掉电检测模拟开关单元采用模拟开关CD4051，芯片Pin6引脚 INH通过接地默认为低电平，根据芯片手册查询，只有INH为低电平时，模拟开关才能动作，否则截止，通过核心板输出 A0、A1、A2的状态，选择IN/OUT1- IN/OUT7一路与OUT/IN导通， OUT/IN连接核心板检测IO口AC_CHECK_O1,IO口利用下降沿触发中断，进行脉冲计数，每触发一次记一次脉冲，每次计数时间为100mS（即5倍周期），看计数时间内脉冲个数，如果≥3次则有电压输入，如一次没有则表示掉电无电压输入。CD4051与CD4067共用A0、A1、A2输入引脚，这样增加了IO口的利用率，同时不影响模拟开关的正常动作。

开关量检测单元，在默认状态下，K1_IN无开关量输入，光耦不导通K1_OUT输出高电平，但有开关量输入，光耦导通，K1_OUT被拉低，输出低电平，核心板AC_CHECK_O1通过模拟开关连接到K1_OUT，检测K1_OUT电平来判断开关量的输入状态。电平为低即为导通，电平为高即为关断，其他四路开关量检测电路原理与上述一致。

开关量检测模拟开关单元，开关量检测输出K1_OUT、K2_OUT、K3_OUT、K4_OUT通过模拟开关CD4051连接到AC_CHECK_O1，通过A0、A1、A2输入状态的控制，分别与OUT/IN导通，通过核心板ADC端口检测状态，电平为低即为导通，电平为高即为关断。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无线远程定时控制开关，该控制开关包括供电模块、通讯模块、显示模块、RTC时钟模块和检测模块, 其特征在于：

供电模块依次与通讯模块、显示模块、RTC时钟模块和检测模块相连，用于供电，检测模块与通讯模块相连，将检测数据传输给通讯模块，通讯模块将处理后的数据发送给显示模块显示；

该供电模块包括三相电源供电输入单元、AC/DC 12V电源单元、DC6-28V直流供电输入单元、DC12V合并供电单元、DC7.0~8.4V电池组单元、电池供电短接端子单元、电池充放电单元、DC/DC 5.5V电源单元、DC/DC 3.3V电源单元;

该通讯模块包括ARM CPU无线通讯核心单元、GPRS/4G无线通讯单元、SMA天线接口单元、RS232通讯接口、RS485通讯接口；

该显示模块包括HMI显示单元、HMI显示屏供电开关单元、TTL转RS232单元；

该检测模块包括继电器驱动单元、双机备份检测模拟开关单元、缺相掉电检测模拟开关单元、开关量检测模拟开关单元、双机备份检测单元、缺相掉电检测单元、开关量检测单元。

2.根据权利要求1所述的无线远程定时控制开关，其特征在于：

所述三相电源供电输入单元采用7.62mm间距的接线端子保证设备应用过程中三相电的足够的电气隔离，将交流供配电设施中的三相线A、B、C、N共4根线接入本无线远程定时控制开关，用于三相电压的缺相检测和设备供电。

3.根据权利要求1所述的无线远程定时控制开关，其特征在于：

所述DC6-28V直流供电输入单元选用具有更高防雷防浪涌等级的直流电源模块。

4.根据权利要求1所述的无线远程定时控制开关，其特征在于：

所述DC12V合并供电单元采用4个DC12V直流电源输入的合并供电，在A、B、C三相交流和DC6-28V直流共4个外部供电中，只要有一个外部供电输入正常就可以保证无线远程定时控制开关的正常工作。

5.根据权利要求1所述的无线远程定时控制开关，其特征在于：

在设备长时间不工作时，断开所述电池供电短接端子单元，避免电池持续放电，在设备工作时，采用导线将电池供电短接端子单元短接，完成电池组给设备的供电。

6.根据权利要求1所述的无线远程定时控制开关，其特征在于：

在外部电源供电时，所述电池充放电单元给电池组进行充电，在外部供电电源故障时，通过该电池充放电单元进行放电给设备的DC/DC 5.5V电源单元、ARM CPU无线通讯核心单元、GPRS/4G无线通讯单元、HMI显示屏供电开关单元。

7.根据权利要求1所述的无线远程定时控制开关，其特征在于：

所述SMA天线接口单元中包括高速无线 SMA接口、低速无线 SMA接口、GPRS/4G SMA接口。

8.根据权利要求1所述的无线远程定时控制开关，其特征在于：

所述各个单元间的供电电源分为两类，第一类通过DC12V合并供电单元，并由DC/DC3.3V电源单元提供一个DC3.3V的直流电源，该DC12V合并供电单元给继电器驱动单元、开关量检测供电，DC3.3V电源给双机备份检测、缺相掉电检测、RS485通讯接口供电；第二类通过DC12V合并供电，经过电池充放电单元，给DC/DC 5.5V电源模块提供电源供电，该DC5.5V电源给ARM CPU无线通讯核心单元、GPRS/4G无线通讯单元、HMI显示单元供电；在外部交流直流供电电源正常时，设备所有的模块都处于工作状态，一旦设备外部供电电源故障，需要由设备内部的电池组提供供电电源时，第一类供电部分将处于停止供电状态，仅第二内供电部分采用电池组进行供电，如此最大限度的减少电池组供电时的电量消耗，延长设备无线通讯通道连接保持的时间。

9.根据权利要求1所述的无线远程定时控制开关，其特征在于：

所述针对每个接触器的控制设计了一个双机备份检测功能，通过该双机备份检测功能实现两个或者多个定时控制开关设备备份控制，在主设备工作正常时，通过主设备就可以实现接触器的开关控制，在主设备故障时，可以通过备用设备实现接触器的开关控制；

所述针对每个接触器的控制继电器有4个交流信号检测点，通过这4个检测点能够检测接触器控制状态，4个控制继电器控制4个接触器的开关，总共有4×4共16个检测点，通过隔离的双机备份检测单元及16选1的模块开关将16个检测点的信号轮流输入到ARM CPU处理器的IRQ中断引脚，判断该IRQ中断引脚上是否有变换的脉冲波形来循环进行双机备份信号检测，并计算是否启动备用控制。

10.根据权利要求1所述的无线远程定时控制开关，其特征在于：

所述缺相掉电检测，通过检测电路检测输入的三相电源供电输入单元线上是否有周期性的正弦波信号，从而判断A、B、C三相电源是否缺相掉电；

所述针对缺相掉电的检测方法是通过隔离的缺相掉电检测单元及4选1的模拟开关选择一个检测信号输入到ARM CPU处理器的IRQ中断引脚，判断该IRQ中断引脚上是否有变换的脉冲波形来循环进行缺相掉电信号检测。