一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座论文和设计-孙世杰

全文摘要

本实用新型公开了一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特点是：包括PL3105电力线载波单片机电路、指示灯电路、射频卡电路、电源电路、计量电路、时钟电路、存储器电路和烟感检测电路，PL3105电力线载波单片机电路分别与射频卡电路、电源电路、计量电路、时钟电路、存储器电路、烟感检测电路相连接。具有过充保护功能，烟感检测功能，通过电力线载波通讯方式能够实时在线、主动报警；还具有使用方便，安全可靠等优点。

主设计要求

1.一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特征是：它包括PL3105电力线载波单片机电路、指示灯电路、射频卡电路、电源电路、计量电路、时钟电路、存储器电路和烟感检测电路，所述的PL3105电力线载波单片机电路分别与射频卡电路、电源电路、计量电路、时钟电路、存储器电路、继电器电路和烟感检测电路相连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特征是：所述的PL3105电力线载波单片机电路包括芯片U1与晶振XT1，电容CZ、C1-C13，陶瓷滤波器CF，电阻R1-R4、R34-R36，三极管Q1-Q4，稳压二极管D1、D2，二极管D3-D6，瞬压二极管D7，发光二极管LED1、LED2，电感L1、L2，磁环线圈TZ相连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特征是：所述的时钟电路包括时钟芯片U2，二极管D8、D9，锂电池BT1，电阻R5，短接测试点TEST相连接，时钟芯片U3端口SCL、SDA与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特征是：所述的存储器包括存储器芯片U3，电阻R6、R7，电容C8相连接，存储器芯片U3的端口SCL、SDA与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特征是：所述的烟感检测电路包括烟传感器U8，比较器U9，电阻R37，可调电阻R38相连接，端口QM_DOUT与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特征是：所述的射频卡电路包括射频卡读写芯片U7，电阻R24-R33，电容C24-C41，电感L3、L4，二极管D10，晶振XT2，PCB走线构成的天线PCB AERIAL相连接，射频卡读写芯片U7的端口SPI_MISI、SPI_MISO、SPI_SCK、SPI_SSN、STANDBY、RST_N与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特征是：所述的继电器电路包括继电器K1，电阻R8、R9，场效应MOS管Q5，二极管M9，插座端子L相连接，端口RELAY_CTRL与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特征是：所述的电源电路包括保险管F1，压敏电阻RV1，变压器T1，整流桥Z1，稳压器U4、U5，电容C14-C17，接入电源线端子GI、LI、NI，插座端子G、L、N相连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特征是：所述的计量电路包括计量芯片U6，电容C17-C20，锰铜电阻R12，电阻R10、R11、R13-R23，光耦OP1、OP2、OP3相连接，端口CF1_SEL、CF1、CF与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

10.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特征是：所述的PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1型号为PL3105。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于智能电网领域，是一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座。

背景技术

电动自行车百公里耗电量为1-3度，具有环保、节能、节费等优点，当前电动自行车已经在全国大面积普及。电动自行车在使用中需要充电，为了充电的方便，有的家住高层楼房的用户从楼上拉电线插座至户外充电，有的用户在楼道内甚至室内直接接上插座充电，这都留下了巨大的安全隐患！在充电中，电动自行车的蓄电池温度会升高，如果散热不好，温度过高会引起爆炸起火；另外充电的时候，过充会造成蓄电池绝缘损坏，也会引起爆炸起火。近几年频繁发生的电动自行车因充电导致的爆炸起火事故呈上升趋势，不但造成了巨大的财产损失，也影响了电动自行车的推广。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种使用方便，具有过充保护功能，烟感检测功能，采用电力线载波通讯方式，实时在线，通过电力线主动报警的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座。

解决其技术问题采用的技术方案是，一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其特征是：它包括PL3105电力线载波单片机电路、指示灯电路、射频卡电路、电源电路、计量电路、时钟电路、存储器电路和烟感检测电路，所述的PL3105电力线载波单片机电路分别与射频卡电路、电源电路、计量电路、时钟电路、存储器电路、烟感检测电路相连接。

所述的PL3105电力线载波单片机电路包括芯片U1与晶振XT1，电容CZ、C1-C13，陶瓷滤波器CF，电阻R1-R4、R34-R36，三极管Q1-Q4，稳压二极管D1、D2，二极管D3-D6，瞬压二极管D7，发光二极管LED1、LED2，电感L1、L2，磁环线圈TZ相连接。

所述的时钟电路包括时钟芯片U2，二极管D8、D9，锂电池BT1，电阻R5，短接测试点TEST相连接，时钟芯片U3端口SCL、SDA与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

所述的存储器包括存储器芯片U3，电阻R6、R7，电容C8相连接，存储器芯片U3的端口SCL、SDA与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

所述的烟感检测电路包括烟传感器U8，比较器U9，电阻R37，可调电阻R38相连接，端口QM_DOUT与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

所述的射频卡电路包括射频卡读写芯片U7，电阻R24-R33，电容C24-C41，电感L3、L4，二极管D10，晶振XT2，PCB走线构成的天线PCB AERIAL相连接，射频卡读写芯片U7的端口SPI_MISI、SPI_MISO、SPI_SCK、SPI_SSN、STANDBY、RST_N与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

所述的继电器电路包括继电器K1，电阻R8、R9，场效应MOS管Q5，二极管M9，插座端子L相连接，端口RELAY_CTRL与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

所述的电源电路包括保险管F1，压敏电阻RV1，变压器T1，整流桥Z1，稳压器U4、U5，电容C14-C17，接入电源线端子GI、LI、NI，插座端子G、L、N相连接。

所述的计量电路包括计量芯片U6，电容C17-C20，锰铜电阻R12，电阻R10、R11、R13-R23，光耦OP1、OP2、OP3相连接，端口CF1_SEL、CF1、CF与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

所述的PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1型号为PL3105。

本实用新型的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，是一种安装在户外、即插即用、使用电力线载波通讯方式、通讯费用为零、具备充电时间控制和功率控制两种过充保护功能、具备烟感检测功能的电动自行车充电插座。在使用中，一旦附近有燃烧的烟雾产生，内置的高灵敏度烟感传感器会立即触发，单片机会拉闸断电，并立即通过电力线将报警信息及位置信息发送到小区物业管理中心，小区物业管理人员在第一时间得到报警信息，立刻奔赴现场处置，争取将事故消灭在萌芽阶段。具备高精度计量功能，准确计量消耗的电能及实时功率，并能记录1年内的详细充电记录，供管理部门查询。采用了PL3105电力线载波单片机，PL3105即是51核的单片机，又是专业的电力线载波控制器，通过小区内的电力线网络作为通讯介质，自动组建成一个智能的电动自行车充电管理系统网络，实时将监控信息汇集到管理中心，轻易的实现了小区的电动自行车智能化组网管理。使用本实用新型的充电插座，用户能方便的给电动自行车充电，而小区物业部门则轻松实现了电动自行车的有效监管目的，能极大提高电动自行车充电时的安全性，是一种即利于用户，又利于小区物业管理部门实现科学管理。

附图说明

图1为一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座的外观示意图；

图2为一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座的电路原理框图；

图3为图2中PL3105电力线载波单片机电路原理图；

图4为图2中时钟电路和存储器电路原理图；

图5为图2中烟感检测电路原理图；

图6为图2中射频卡电路原理图；

图7为图2中继电器电路和电源电路原理图；

图8为图2中计量电路原理图。

图1中：1载波通讯指示灯，2刷卡指示灯，3烟感检测器窗口，4刷卡感应区，5 插座。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本实用新型的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座作出详细说明。

参照图1，本实用新型的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座具有载波通讯指示灯1，刷卡指示灯2，烟感检测器窗口3，刷卡感应区4和插座5。

参照图1-图8，本实用新型的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，其控制电路包括PL3105电力线载波单片机电路、指示灯电路、射频卡电路、电源电路、计量电路、时钟电路、存储器电路、烟感检测电路，所述的PL3105电力线载波单片机电路分别与射频卡电路、电源电路、计量电路、时钟电路、存储器电路、烟感检测电路相连接。所述的PL3105电力线载波单片机电路包括芯片U1与晶振XT1，电容CZ、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13，陶瓷滤波器CF，电阻R1、R2、R3、R4、R34、R35、R36，三极管Q1、Q2、Q3、Q4，稳压二极管D1、D2，二极管D3、D4、D5、D6，瞬压二极管D7，发光二极管LED1、LED2，电感L1、L2，磁环线圈TZ相连接。其中晶振XT1连接于U1的15脚和16脚之间；其中电容C7、C8和电阻R36连接于U1的52脚；其中电容C9连接于U1的47脚和49脚之间；其中U1的45脚接载波接收电路，载波接收电路由电容CZ、C1、C2、C3，磁环线圈TZ，瞬压二极管D7，电阻R1，电感L2，二极管D5、D6组成。载波接收电路不断对输入端电力线N220、L220的信号进行采样，并通过电容C3传递给U1的45脚，U1不断检测输入45脚的信号，通过载波算法将电力线上小区管理中心发送过来的控制命令提取出来，然后U1执行相关的控制命令。其中陶瓷滤波器CF连接于U1的40脚和44脚之间；其中电阻R4连接于U1的40脚；其中发光二极管LED1经电阻R34连接于U1的29脚；其中发光二极管LED2经电阻35连接于U1的R24脚；其中电容C11连接于U1的19脚、20脚、21脚之间；其中U1的14脚接载波发射电路，载波发射电路由电容CZ、C2、C3、C4，磁环线圈TZ，瞬压二极管D7，电阻R2、R3，电感L1，三极管Q1、Q2、Q3、Q4，二极管D3、D4，稳压二极管D1、D2组成，当U1应答小区管理中心发送过来的载波控制命令或者本身检测烟感电路报警时，会将应答报文的调制信号经由U1的14脚发送到载波发射电路，将信号放大后耦合到电力线上，完成载波信号的发射工作。所述的时钟电路包括时钟芯片U2，二极管D8、D9，锂电池BT1，电阻R5，短接测试点TEST相连接。时钟芯片U3端口SCL、SDA与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。所述的存储器包括存储器芯片U3，电阻R6、R7，电容C8相连接，存储器芯片U3的端口SCL、SDA与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。所述的烟感检测电路包括烟传感器U8，比较器U9，电阻R37，可调电阻R38相连接。端口QM_DOUT与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。所述的射频卡电路包括射频卡读写芯片U7，电阻R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33，电容C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40、C41，电感L3、L4，二极管D10，晶振XT2，PCB走线构成的天线PCB AERIAL相连接。射频卡读写芯片U7的端口SPI_MISI、SPI_MISO、SPI_SCK、SPI_SSN、STANDBY与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。所述的继电器电路包括继电器K1，电阻R8、R9，场效应MOS管Q5，二极管M9，插座端子L相连接。端口RELAY_CTRL与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。所述的电源电路包括保险管F1，压敏电阻RV1，变压器T1，整流桥Z1，稳压器U4、U5，电容C14、C15、C16、C17，接入电源线端子GI、LI、NI，插座端子G、L、N相连接。所述的计量电路包括计量芯片U6，电容C17、C18、C19、C20，锰铜电阻R12，电阻R10、R11、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23，光耦OP1、OP2、OP3相连接。端口CF1_SEL、CF1、CF与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

参照图3，PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1，采用了北京福星晓程电子科技股份有限公司的PL3105。PL3105即是51核的高性能单片机，又是专业的电力线载波控制器，它除了具有功能强大的微处理器外，尤其在电力线载波通讯方面具有更大的优势，它的扩频通信单元是 PL2000 系列专用电力线载波通信集成电路的升级内核，具有更强的抗干扰能力，更高的数据通信速率和更大的软件可配置灵活性。其中U1的32脚对应端口为CF1_SEL、31脚对应端口为CF、30脚对应端口为CF1，这三个端口连接到图8计量电路的对应端口，实现对计量电路的控制和计量参数的读取功能；其中U1的13脚对应端口RELAY_CTRL连接到图7继电器电路的对应端口，控制继电器实现拉闸、合闸功能；其中U1的11脚对应端口QM_DOUT连接到图5烟感检测电路的对应端口，实现烟感报警信号的采集功能；其中U1的8脚对应端口SCL和9脚对应端口SDA连接到图4时钟电路和存储器电路的对应端口，实现时钟的读写功能和数据的读写功能；其中U1的1脚对应端口为STANDY、2脚对应端口为SPI_SSN、3脚对应端口为SPI_MISI、4脚对应端口为SPI_MISO、5脚对应端口为SPI_SCK，6脚对应端口为RST_N与这六个端口连接到图6射频卡电路的对应端口，实现射频卡的读写功能。

参照图4，时钟电路中时钟芯片U2采用爱普生的RX8025T，其中电阻R5，锂电池BT1，短接测试点TEST，二极管D8、D9组成无缝切换的时钟供电电路，正常供电时采用VCC的5V供电，二极管D9截止，使得锂电池电路不供电，当断电时使用锂电池电路供电3.6V，二极管D8截止，使得锂电池只给时钟电路供电，维持时钟电路的工作。短接测试点TEST用于生产期间测试锂电池工作电流使用，测试后直接用焊接的方式短路。时钟芯片U2的端口SCL、SDA接PL3105电力线载波单片机电路U1的对应端口。

参照图4，存储器电路中存储器芯片U3采用大容量的AT24C512，电阻R6、R7作为上拉电阻，存储器内保存有通讯地址、地理位置信息、一年的充电记录、报警信息等数据。存储器芯片U3的端口SCL、SDA接PL3105电力线载波单片机电路U1的对应端口。

参照图5，烟感检测电路中烟感传感器U8采用高灵敏度的ZYMQ-2型烟感传感器，烟感信号经过电阻37，可调电阻R38后接入比较器U9，将比较结果发送到端口QM_DOUT。端口QM_DOUT与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

参照图6，射频卡电路的射频卡读写芯片U7，采用的是北京清华同方微电子有限公司的国产高性能13.56MHz非接触式射频读写芯片THM3070，内置功放、接收解调电路。THM3070符合 ISO\/IEC14443 Type A \/B 和 ISO\/IEC15693 标准。射频卡读写芯片U7的端口SPI_MISI、SPI_MISO、SPI_SCK、SPI_SSN、STANDBY、RST_N与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接。

参照图7，继电器电路中，端口RELAY_CTRL是继电器控制信号，与PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1相连接，根据 RELAY_CTRL的控制状态，通过电阻R8、R9和场效应MOS管Q5，二极管M9将控制信号传递到继电器K1，继电器K1根据控制信号的不同，完成拉闸、合闸动作，使得插座的L端子导通、断开完全受控，实现了对插座G、L、N的通电、断电控制功能。

参照图7，电源电路中，通过接入电源线端子GI、LI、NI接入220V电源后，经过保险管F1和压敏电阻RV1组成的保护电路，后经由变压器T1变压，经由整流桥Z1实现全波整流，经过电容C14、C15滤波后输出电压VHH给图7的继电器电路供电，VHH也给图3电路中的载波发射电路供电。然后经过稳压器U4稳压，电容C17滤波，输出5VCC电源给图8的计量电路模拟电路供电。经过稳压器U5稳压，电容C16滤波，输出VCC系统电源。G、L、N三个端子是插座触点，端口L220_JL、N220_JL、N_JL接到图8计量电路的对应端口。

参照图8，计量电路中，计量芯片U6采用深圳市合力为科技有限公司的HLW8012，HLW8012是专用的单相电能计量芯片，可以测量有功功率、电量、电压有效值、电流有效值。高精度计量有功功率，在1000:1范围内达到±0.3%的精度。锰铜电阻R12，电容C18、C19，电阻R10、R11组成电流采样电路，将来自N220_JL和N_JL的电流信号采集输入到U6的电流差分输入引脚2、3。电阻R13、R14、R15、R16、R17，电容C20组成电压采样电路，将采样信号输入到U6的4脚。端口CF1_SEL连接到PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1的对应端口，经过电阻R21，光耦OP3隔离后，经电阻R18实现对U6的功能选择控制。U6将电能功率信号经由电阻R20，光耦OP1隔离后，经电阻R23输出到端口CF，端口CF连接到PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1的对应端口，实现功率信息的发送。U6将电流、电压信号经由电阻R19，光耦OP2隔离后，经电阻R22输出到端口CF1，端口CF1连接到PL3105电力线载波单片机电路的芯片U1的对应端口，实现电压和电流信息的发送。由端口CF1_SEL控制实现U6的6脚输出电压信号还是电流信号。

本实用新型的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，采用了PL3105电力线载波单片机，PL3105即是51核的单片机，又是专业的电力线载波控制器。使用电力线载波通讯技术，不需要布线，通信费用为零，可以将充电信息，报警信息实时上报到小区物业管理中心主机；支持射频卡，卡内可设置不同的功率限值，充电价格，充电时间；具有过充保护功能，同时具备充电时间控制和功率限值控制两种过充保护手段；具备高灵敏度烟感检测功能，一旦检测到充电插座附近有烟，会立即拉闸断电，后通过电力线载波方式将报警信号和位置信号发送到小区物业管理中心；具备实时时钟和存储器，可以保存一年的详细充电记录；具备计量功能，可以高精度计量电能和实时功率；具备继电器，一旦充电时间到，或烟感传感器报警，或接收到小区物业管理中心通过电力线发送的强制拉闸控制命令，可以立即控制继电器动作，实现拉闸断电。应用本实用新型的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座，既可以为用户解决电动自行车充电难题，排除安全隐患，又可使小区物业管理水平提升到智能、规范、便捷的程度。

本实用新型的一种基于电力线载波通讯技术的电动自行车充电插座所有电子元器件均为市售产品，容易实施。

本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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