能源数据监测装置和系统论文和设计-林新志

全文摘要

本实用新型公开一种能源数据监测装置和系统，该装置包括：电容充放电路，包括第一二极管、限流电阻、超级电容与第二二极管；控制器，包括电源输入端、CAN信号发送端和CAN信号接收端；及CAN总线收发驱动电路，包括电源端与CAN收发器；第一二极管的正极连接至电源，负极连接至超级电容的正极；限流电阻的一端与第一二极管的负极连接，另一端接地；超级电容的负极接地，正极还与第二二极管的正极连接；第二二极管的负极分别与电源输入端和电源端连接；CAN收发器包括与节点设备的故障信息输出端连接的总线引脚对、连接至CAN信号发送端的信号发送端和连接至控制器的CAN信号接收端的信号接收端。本实用新型可实现故障信息的上报，有利于维修排障效率的提高。

主设计要求

1.一种能源数据监测装置，所述装置与至少一个节点设备连接，用于监测所述节点设备的能源数据，其特征在于，包括：电容充放电路，包括第一二极管、限流电阻、超级电容与第二二极管；控制器，包括电源输入端、CAN信号发送端和CAN信号接收端；及CAN总线收发驱动电路，包括电源端与CAN收发器；所述电容充放电路包括第一二极管、限流电阻、超级电容与第二二极管；所述第一二极管的正极连接至电源，负极连接至所述超级电容的正极；所述限流电阻的一端与所述第一二极管的负极连接，另一端接地；所述超级电容的负极接地，正极还与所述第二二极管的正极连接；所述第二二极管的负极与所述控制器的电源输入端连接；所述CAN收发器包括与所述节点设备的故障信息输出端连接的总线引脚对、信号发送端和信号接收端；所述CAN收发器的信号发送端连接至所述控制器的CAN信号发送端；所述CAN收发器的信号接收端连接至所述控制器的CAN信号接收端；所述第二二极管的负极还与所述CAN总线收发驱动电路的电源端连接。

设计方案

1.一种能源数据监测装置，所述装置与至少一个节点设备连接，用于监测所述节点设备的能源数据，其特征在于，包括：

电容充放电路，包括第一二极管、限流电阻、超级电容与第二二极管；

控制器，包括电源输入端、CAN信号发送端和CAN信号接收端；及

CAN总线收发驱动电路，包括电源端与CAN收发器；

所述电容充放电路包括第一二极管、限流电阻、超级电容与第二二极管；所述第一二极管的正极连接至电源，负极连接至所述超级电容的正极；所述限流电阻的一端与所述第一二极管的负极连接，另一端接地；所述超级电容的负极接地，正极还与所述第二二极管的正极连接；所述第二二极管的负极与所述控制器的电源输入端连接；所述CAN收发器包括与所述节点设备的故障信息输出端连接的总线引脚对、信号发送端和信号接收端；所述CAN收发器的信号发送端连接至所述控制器的CAN信号发送端；所述CAN收发器的信号接收端连接至所述控制器的CAN信号接收端；所述第二二极管的负极还与所述CAN总线收发驱动电路的电源端连接。

2.根据权利要求1所述的能源数据监测装置，其特征在于，所述控制器还包括掉电检测端；所述装置还包括掉电检测电路；所述掉电检测电路的输出端与所述控制器的掉电检测端连接。

3.根据权利要求1所述的能源数据监测装置，其特征在于，所述控制器还包括掉电检测端；所述限流电阻包括第三电阻和第四电阻；所述第三电阻的一端与所述第一二极管的负极连接，另一端与所述第四电阻的一端连接；所述第四电阻的另一端接地；所述第三电阻的另一端还与所述控制器的掉电检测端连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的能源数据监测装置，其特征在于，所述装置还包括电源隔离电路；所述第二二极管的负极通过所述电源隔离电路与所述CAN总线收发驱动电路的电源端连接。

5.根据权利要求4所述的能源数据监测装置，其特征在于，所述电源隔离电路包括DCDC隔离芯片、第三电容和第四电容；DCDC隔离芯片包括上游电源端、上游接地端、下游电源端与下游接地端；所述第二二极管的负极连接所述DCDC隔离芯片的上游电源端；所述CAN总线收发驱动电路的电源端连接所述DCDC隔离芯片的下游电源端；所述DCDC隔离芯片的上游接地端还通过所述第三电容连接至电源地；所述DCDC隔离芯片的下游接地端还通过所述第四电容连接至信号地。

6.根据权利要求5所述的能源数据监测装置，其特征在于，所述装置还包括稳压器；所述DCDC隔离芯片的下游电源端通过所述稳压器与所述CAN总线收发驱动电路的电源端连接。

7.根据权利要求6所述的能源数据监测装置，其特征在于，所述CAN总线收发驱动电路还包括第一隔离电路与第二隔离电路；所述CAN收发器的信号发送端通过所述第一隔离电路连接至所述控制器的CAN信号发送端；所述CAN收发器的信号接收端通过所述第二隔离电路连接至所述控制器的CAN信号接收端。

8.根据权利要求7所述的能源数据监测装置，其特征在于，所述第一隔离电路包括第八电阻与第一高速光耦芯片；所述第一高速光耦芯片包括阴极、阳极、电源输入端与开路集电极；所述第一高速光耦芯片的阴极通过所述第八电阻连接至第一电源，阳极连接至所述控制器的CAN信号发送端，开路集电极与电源输入端皆连接至第二电源。

9.根据权利要求8所述的能源数据监测装置，其特征在于，所述第二隔离电路包括第十电阻、第二高速光耦芯片与第十一电阻；所述第二高速光耦芯片包括阴极、阳极、电源输入端与开路集电极；所述第二高速光耦芯片的阴极通过所述第十电阻连接至所述第二电源，阳极连接至所述CAN收发器的信号接收端，开路集电极连接至所述控制器的CAN信号接收端，开路集电极连接至所述第一电源；所述第二高速光耦芯片的开路集电极还通过所述第十一电阻连接至所述第一电源。

10.一种能源数据监测系统，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的能源数据监测装置与服务器；所述能源数据监测装置的控制器包括网络通讯接口；所述能源数据监测装置通过所述网络通讯接口与所述服务器连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电气技术领域，特别是涉及能源数据监测装置和系统。

背景技术

随着物联网的发展，配电运维、能源管理等综合能源服务、及用电安全等应用对能源数据监测装置的要求越来越高。发明人在实施本实用新型的过程中发现，传统的能源数据监测装置发生断电故障时，无法上报故障信息，维修人员无法快速确定故障位置，导致维修排障时间长，用户体验差。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种能源数据监测装置和系统，可实现故障信息的上报，有利于维修排障效率的提高。

一方面，本实用新型提供一种能源数据监测装置，所述装置与至少一个节点设备连接，用于监测所述节点设备的能源数据。所述装置包括控制器、电容充放电路与CAN总线收发驱动电路。

电容充放电路包括第一二极管、限流电阻、超级电容与第二二极管。

控制器包括电源输入端、CAN信号发送端和CAN信号接收端。

CAN总线收发驱动电路包括电源端与CAN收发器；

相比于现有技术，本实用新型提供的能源数据监测装置，可通过超级电容的充放电，在系统掉电时为控制器和CAN总线收发驱动电路提供短时的电源，便于节点设备通过CAN总线收发驱动电路上报故障信息，以及便于控制器进行数据保存，从而实现故障信息的上报，有利于维修排障效率的提高。

在一种可选的实施方式中，所述控制器还包括掉电检测端；所述装置还包括掉电检测电路；所述掉电检测电路的输出端与所述控制器的掉电检测端连接。

在一种可选的实施方式中，所述控制器还包括掉电检测端；所述限流电阻包括第三电阻和第四电阻；所述第三电阻的一端与所述第一二极管的负极连接，另一端与所述第四电阻的一端连接；所述第四电阻的另一端接地；所述第三电阻的另一端还与所述控制器的掉电检测端连接。

在一种可选的实施方式中，所述装置还包括电源隔离电路；所述第二二极管的负极通过所述电源隔离电路与所述CAN总线收发驱动电路的电源端连接。

在一种可选的实施方式中，所述电源隔离电路包括DCDC隔离芯片、第三电容和第四电容；DCDC隔离芯片包括上游电源端、上游接地端、下游电源端与下游接地端；所述第二二极管的负极连接所述DCDC隔离芯片的上游电源端；所述CAN总线收发驱动电路的电源端连接所述DCDC隔离芯片的下游电源端；所述DCDC隔离芯片的上游接地端还通过所述第三电容连接至电源地；所述DCDC隔离芯片的下游接地端还通过所述第四电容连接至信号地。

在一种可选的实施方式中，所述装置还包括稳压器；所述DCDC隔离芯片的下游电源端通过所述稳压器与所述CAN总线收发驱动电路的电源端连接。

在一种可选的实施方式中，所述CAN总线收发驱动电路还包括第一隔离电路与第二隔离电路；所述CAN收发器的信号发送端通过所述第一隔离电路连接至所述控制器的CAN信号发送端；所述CAN收发器的信号接收端通过所述第二隔离电路连接至所述控制器的CAN信号接收端。

在一种可选的实施方式中，所述第一隔离电路包括第八电阻与第一高速光耦芯片；所述第一高速光耦芯片包括阴极、阳极、电源输入端与开路集电极；所述第一高速光耦芯片的阴极通过所述第八电阻连接至第一电源，阳极连接至所述控制器的CAN信号发送端，开路集电极与电源输入端皆连接至第二电源。

在一种可选的实施方式中，所述第二隔离电路包括第十电阻、第二高速光耦芯片与第十一电阻；所述第二高速光耦芯片包括阴极、阳极、电源输入端与开路集电极；所述第二高速光耦芯片的阴极通过所述第十电阻连接至所述第二电源，阳极连接至所述CAN收发器的信号接收端，开路集电极连接至所述控制器的CAN信号接收端，开路集电极连接至所述第一电源；所述第二高速光耦芯片的开路集电极还通过所述第十一电阻连接至所述第一电源。

另一方面，本实用新型还提供一种能源数据监测系统，所述系统包括如上述任一实施例所述的能源数据监测装置与服务器；所述能源数据监测装置的控制器包括网络通讯接口；所述能源数据监测装置通过所述网络通讯接口与所述服务器连接。

相比于现有技术，本实用新型提供的能源数据监测系统，可通过超级电容的充放电，在系统掉电时为控制器和CAN总线收发驱动电路提供短时的电源，便于节点设备通过CAN总线收发驱动电路上报故障信息，以及便于控制器进行数据保存，从而实现故障信息的上报，有利于维修排障效率的提高。通过网络通讯电路实现控制器与服务器的连接，便于将故障信息上报至服务器，利于实现能源数据监测的智能化。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式中的能源数据监测装置的部分示意图；

图2是本实用新型一实施方式中的能源数据监测装置的又一部分示意图；

图3是本实用新型一实施方式中的CAN总线收发驱动电路的示意图；

图4是本实用新型一实施方式中的第二电压信号放大电路的示意图；

图5是本实用新型又一实施方式中的能源数据监测装置的结构示意图；

图6是本实用新型一实施方式中的剩余电流检测电路的示意图；

图7是本实用新型一实施方式中的能源数据监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称与与另一个元件“连接”时，它可以直接与另一个元件连接或者也可以存在居中的元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1与图2，本实施例提供的能源数据监测装置3与至少一个节点设备连接，用于监测节点设备18的能源数据，能源数据包括电压、电流、功率、功率因素、时间、相位角等信息中的一种或多种。装置3包括控制器11、电容充放电路19与CAN总线收发驱动电路17。控制器11包括电源输入端VCC_IN、CAN信号发送端CAN_TXD和CAN信号接收端CAN_RXD。

电容充放电路包括第一二极管D1、限流电阻、超级电容C1与第二二极管D2。超级电容又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是通过极化电解质来储能的一种电化学元件。

具体地，限流电阻包括第三电阻R3和第四电阻R4。

第一二极管D1的正极连接至电源VCC_SYS，负极连接至超级电容C1的正极。第三电阻R3的一端与第一二极管D1的负极连接，另一端与第四电阻R4的一端连接。第四电阻R4的另一端接地。超级电容C1的负极接地，正极还与第二二极管D2的正极连接。第二二极管D2的负极与控制器11的电源输入端VCC_IN连接。控制器11的电源输入端VCC_IN通过电源VCC_P供电。电容充放电路还包括电阻R23。第一二极管D1的正极通过电阻R23连接至电源VCC_SYS。可选的，电阻R23可由多个电阻并联而成。

在系统正常工作时，电源VCC_SYS对超级电容C1充电，超级电容C1的正极的电压为VBATT。当系统掉电时，超级电容C1放电，为第二二极管D2的后级电路提供电源VCC_P。

由于控制器11设置于第二二极管D2的后级电路，则通过超级电容的充放电为系统掉电时提供短时的电源，便于控制器进行数据保存，从而提高能源数据监测的可靠性。

CAN总线收发驱动电路17包括电源端VCC_CAN、CAN收发器171。

CAN收发器171包括与所述节点设备的故障信息输出端连接的总线引脚对、信号发送端TXD和信号接收端RXD。其中，CAN收发器171的总线引脚对包括总线高电平引脚H和总线低电平引脚L。其中，总线高电平引脚H用于连接至总线的CAN_H线，总线低电平引脚L用于连接至总线的CAN_L。

第二二极管D2的负极还与CAN总线收发驱动电路17的电源端VCC_CAN连接。CAN收发器171的信号发送端TXD连接至控制器11的CAN信号发送端CAN_TXD；CAN收发器17的信号接收端RXD连接至控制器11的CAN信号接收端CAN_RXD。

进一步，CAN总线收发驱动电路17还包括第一隔离电路172与第二隔离电路173。CAN收发器171的信号发送端TXD连接至第一隔离电路172的输入端，信号接收端RXD连接至第二隔离电路173的输入端。第一隔离电路172的输出端连接至控制器11的CAN信号发送端CAN_TXD。第二隔离电路173的输出端连接至控制器11的CAN信号接收端CAN_RXD。

在本实施方式中，超级电容的规格为4F，5.5V。该规格的超级电容可维持控制器及CAN总线收发驱动电路工作一定时间。由于控制器11和CAN总线收发驱动电路设置于第二二极管D2的后级电路，则通过超级电容的充放电，在系统掉电时为控制器和CAN总线收发驱动电路提供短时的电源，便于节点设备通过CAN总线收发驱动电路上报数据，以及便于控制器进行数据保存，从而实现故障信息的上报，有利于维修排障效率的提高。

本实施例提供的能源数据监测装置，支持CAN总线通讯协议，应用层数据传输支持JSON、google protocol buffer两种序列化方式，使其能广泛适配各种物联网应用场景。本装置可通过CAN总线收发驱动电路实现多台节点设备的数据同时并发上传而不造成总线拥塞，降低数据错乱的风险，提高能源数据监测的准确性和实时性。

进一步，第一二极管D1为肖特基二极管。第二二极管D2为肖特基二极管。采用肖特基二极管可降低功耗，提高效率。在其他实施方式中，第一二极管D1可以是快恢复二极管、普通二极管等二极管。第二二极管D2可以是快恢复二极管、普通二极管等二极管。

进一步，控制器11还包括掉电检测端DET。可选的，装置还包括掉电检测电路；掉电检测电路的输出端与控制器11的掉电检测端连接。控制器11通过掉电检测端检测系统掉电，便于在系统掉电时主动、及时对数据进行保存。在本实施方式中，第三电阻R3的另一端与控制器11的掉电检测端连接。通过该方式，可节约硬件成本。

进一步，装置3还包括电源隔离电路20；第二二极管D2的负极通过电源隔离电路20与CAN总线收发驱动电路的电源端连接。

具体地，电源隔离电路20包括DCDC隔离芯片、第三电容和第四电容(图中未示出)。DCDC隔离芯片包括上游电源端、上游接地端、下游电源端与下游接地端。第二二极管D2的负极连接DCDC隔离芯片的上游电源端。CAN总线收发驱动电路17的电源端VCC_CAN连接DCDC隔离芯片的下游电源端。DCDC隔离芯片的上游接地端还通过所述第三电容连接至电源地；所述DCDC隔离芯片的下游接地端还通过第四电容连接至信号地。通过电源隔离电路进行电气隔离，防止电气干扰，提高稳定性。

进一步，装置3还包括稳压器21。所述DCDC隔离芯片的下游电源端通过稳压器21与CAN总线收发驱动电路17的电源端VCC_CAN连接。

优选地，稳压器21包括使能端、输入端和输出端。稳压器21的输入端与DCDC隔离芯片的下游电源端连接，输出端与CAN总线收发驱动电路17的电源端VCC_CAN。控制器11还包括CAN使能信号输出端。控制器11的CAN使能信号输出端与稳压器21的使能端连接。控制器11具体用于当检测到掉电信号时，向稳压器21的使能端发送第一控制信号，以使稳压器21的输出端输出电源，并向CAN总线收发驱动电路17获取故障信息；控制器11还用于在接收故障信息后，向稳压器21的使能端发送第二控制信号，以使稳压器21的输出端停止输出电源。通过向稳压器21的使能端发送控制信号，可在接收故障信息后断开CAN总线收发驱动电路的电源，以避免CAN总线收发驱动电路继续消耗超级电容的电能，为控制器争取更多的时间来存储数据，以保证故障信息得以及时存储，提高数据存储的可靠性，从而提高维修排障的效率。

请参阅图3，其是本实用新型一实施方式中的CAN总线收发驱动电路的示意图。

第一隔离电路172包括第八电阻R8与第一高速光耦芯片U5；第一高速光耦芯片U5包括阴极Anode、阳极Cathode、电源输入端VCC、开路集电极OUT和接地端GND；第一高速光耦芯片U5的阴极Anode通过第八电阻R8连接至第一电源VCC_1，阳极Cathode连接至控制器11的CAN信号发送端CAN_TXD，开路集电极OUT与电源输入端VCC皆连接至第二电源VCC_2。

第二隔离电路包括第十电阻、第二高速光耦芯片U6与第十一电阻R11；第二高速光耦芯片U6包括阴极Anode、阳极Cathode、电源输入端VCC、开路集电极OUT和接地端GND。第二高速光耦芯片U6的阴极Anode通过第十电阻R10连接至第二电源VCC_2，阳极Cathode连接至CAN收发器U7的信号接收端RXD，开路集电极OUT连接至控制器11的CAN信号接收端CAN_RXD，开路集电极OUT连接至第一电源VCC_1。第二高速光耦芯片U6的开路集电极OUT还通过第十一电阻R11连接至第一电源VCC_1。

通过高速光耦芯片实现CAN总线各节点的电气隔离，提高CAN通信的可靠性，进而提高能源数据监测的准确性。在本实施例中，第一高速光耦芯片和第二高速光耦芯片皆采用ELM611。

进一步，装置3还包括用于隔离第一电源VCC_1和第二电源VCC_2的隔离DCDC电源模块。第一电源与第二电源通过该模块隔离，进一步实现CAN总线各节点的电气隔离，提高CAN通信的可靠性，进而提高能源数据监测的准确性。

CAN总线收发驱动电路还包括第七电阻R7与第九电阻R9。总线高电平引脚CAN_H通过第七电阻R7与总线低电平引脚CAN_L连接。CAN收发器的信号发送端TXD通过第九电阻R9连接至第二电源VCC_2。

CAN总线收发驱动电路17还包括TVS瞬态抑制二极管ZD3。总线高电平引脚CAN_H还通过TVS瞬态抑制二极管ZD3与总线低电平引脚CAN_L连接。通过TVS瞬态抑制二极ZD3可抑制瞬变干扰，提高装置的稳定性和准确性。

CAN收发器171还包括电源输入端VDD、接地端VSS、参考端REF与备用端RS。其中，CAN收发器171的接地端VSS接地，电源输入端VDD连接至第二电源VCC_2。CAN总线收发驱动电路还包括电阻R25。CAN收发器171的备用端RS通过电阻R25接地。

具体地，能源数据监测装置1还包括电压信号采样电路、电流信号采样电路、三相计量芯片、LCD显示屏、存储器、按键、开关量检测电路、开盖检测电路、强磁检测电路、RS485通讯电路、网络通讯电路、电源管理电路、LED灯指示电路、蜂鸣器告警电路等。进一步，网络通讯电路为无线通讯模组。具体地，无线通讯模组可以是2G、4G、LoRaWAN、NB-IoT等无线通讯模组中的一种。优选地，无线通讯模组为NB-IoT通讯模组。

通过CAN总线收发驱动电路与无线通讯模组，便于控制器在检测到系统掉电时，及时将节点设备的能源数据上报至云端，提高能源数据监测的实时性。本装置支持CAN总线上传感器高并发的数据上传，实现了遥测、遥信、遥调、遥控数据和告警事件的实时主动上报等创新的低成本组网方式。

进一步，开盖检测电路包括红外传感器。

请参阅图4，其是本实用新型又一实施方式中的能源数据监测装置的结构示意图。如图4所示，能源数据监测装置包括上述实施例所述的控制器11、电容收发电路19、电源隔离电路20、稳压器21与CAN总线收发驱动电路17(图5中未示出)，还包括剩余电流检测电路12、温度检测电路14与可控开关13。控制器11包括第一信号采集端110、第二信号采集端111、及控制信号输出端112。控制器11的第一信号采集端110与剩余电流检测电路12的输出端连接；控制器11的第二信号采集端111与温度检测电路14的输出端连接；可控开关13包括用于与电源15连接的第一连接端130、用于与负载16连接的第二连接端131和受控端132；可控开关13的受控端132与控制器11的控制信号输出端112连接。

剩余电流，又称漏电流，是指低压配电线路中各相(含中性线)电流矢量和不为零的电流。

本实施例提供的能源数据监测装置，可通过剩余电流检测电路和温度检测电路实现剩余电流和温度的并行采集，利于通过控制器结合剩余电流和温度来控制可控开关的通断，以将负载与电源断开，从而实现能源数据监测，提高能源数据监测的可靠性。通过无线通讯模组，能够实现通过云端向受控端132输出控制信号，实现远程控制，提高能源数据监测的智能化。

可选的，可控开关包括继电器。继电器的可动触点与电源15连接，常闭触点与负载连接。在其他实施方式中，继电器的常开触点与负载连接。示例性地，可控开关还包括第六电阻和三极管，控制器11的控制信号输出端112与三极管的基极通过第六电阻连接。三极管的发射极接地。三极管的集电极连接至继电器的第一线圈引脚，继电器的第二线圈引脚连接至工作电源。

温度检测电路14包括温度传感器和第二电压信号放大电路。温度传感器的输出端与第二电压信号放大电路的输入端连接。第二电压信号放大电路的输出端与控制器11的第二信号采集端111连接。

进一步，温度传感器为铂电阻温度传感器(PT100)。

请参阅图5，其是本实用新型一实施方式中的第二电压信号放大电路的示意图。如图5所示，第二电压信号放大电路包括电阻R12～R22、电容C3、电容C4、第一运算放大器U1和第二运算放大器U2。电阻R12的一端接地GND，另一端与电阻R13的一端连接。电阻R13的一端还与电阻R16的一端连接。电阻R13的另一端连接至第二电压电源VCC_T。电阻R16的另一端与第一运算放大器U1的正输入端连接。第一运算放大器U1的正输入端还通过电阻R17接地GND。电阻R14的一端连接至第二电压电源VCC_T，另一端与电阻R15的一端连接。电阻R15的另一端与第一运算放大器U1的负输入端连接。第一运算放大器U1的负输入端还通过电阻R22与第一运算放大器U1的输出端连接。电阻R15的一端还通过电容C3接地。电阻R15的一端还用于与温度传感器的输出端连接(图2中未示出)。

第一运算放大器U1的输出端通过电阻R19与第二运算放大器U2的正输入端连接。第二运算放大器U2的负输入端通过电阻R18接地。第二运算放大器U2的负输入端还通过电阻R20连接至第二运算放大器U2的输出端。第二运算放大器U2的输出端与控制器11的第二信号采集端111连接。第二运算放大器U2的输出端通过电阻R21与电容C4的一端连接。电容C4的另一端接地。

第二电压信号放大电路还包括静电抑制器ZD2。电阻R14还通过静电抑制器ZD2接地。

通过LED灯指示电路、蜂鸣器告警电路可实现声光报警，提高能源数据监测的可靠性。

请参阅图6，其是本实用新型一实施方式中的剩余电流检测电路的示意图.如图6所示，剩余电流检测电路12包括剩余电流互感器120、电流转电压电路121与第一电压信号放大电路122；

传统结构件的电流线接线方式为下进上出方式，辅助功能端子在壳体上下两排都有分布，强电和弱电未做功能区分隔，现场施工存在不安全和效率低等缺点；且辅助功能端子较少，导致功能缺失，不适配多种应用场景。本实施例中，能源数据监测装置1的结构件(图中未示出)包括上壳组件、端子组件、线路板、剩余电流互感器、天线和下壳组件，所述上壳组件、天线和下壳组件连接组成中空壳体，所述线路板、端子组件、剩余电流互感器互感器均布置在中空壳体内，所述端子组件包括地电流线接入端子、电压线接入端子和辅助功能端子，分别连接线路板和剩余电流互感器。

本装置结构件采用新型设计方式，改良了结构件中的下壳组件和端子组件。将电流线接入端子统一设计在壳体下排，辅助功能端子统一设计在壳体上排，且增加了辅助功能端子的数量至15个，极大增强了本装置的可扩展功能。所述的可扩展功能包括多路温度和剩余电流采集、RS485通讯口、CAN总线通讯口、多路开关量信号输入、继电器控制输出和辅助电源供电等。

剩余电流互感器120包括正电流输出端和负电流输出端；电流转电压电路包括第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1的阻值与第二电阻R2的阻值相等。第一电阻R1的一端与第二电阻R2的一端连接；第一电阻R1的另一端与剩余电流互感器120的正电流输出端连接；第二电阻R2的另一端与剩余电流互感器120的负电流输出端连接；第一电阻R1的另一端还与第一电压信号放大电路122的输入端连接；第一电压信号放大电路122的输出端与控制器11的第一信号采集端110连接。

具体地，第一电压信号放大电路122包括电阻R7～R11、电容C2、电容C6、第三运算放大器U3和第四运算放大器U4。电阻R7的一端与电阻R8的一端连接。电阻R7的另一端与第三运算放大器U3的正输入端连接。电阻R8的另一端与剩余电流互感器120的负电流输出端连接。第三运算放大器U3的负输入端通过电阻R9连接至第三运算放大器U3的输出端。第三运算放大器U3的输出端还与电阻R10的一端连接。电阻R10的另一端通过电阻R11与第四运算放大器U4的正输入端连接。第四运算放大器U4的正输入端还通过电容C6接地。电阻R10的另一端还通过电容C2连接至第四运算放大器U4的负输入端。第四运算放大器U4的输出端还与第四运算放大器U4的负输入端连接。第四运算放大器U4的输出端还与控制器11的第一信号采集端110连接。

进一步，剩余电流检测电路还包括静电抑制器ZD1。静电抑制器ZD1的一端与剩余电流互感器120的正电流输出端连接，另一端与剩余电流互感器120的负电流输出端连接。

进一步，剩余电流检测电路还包括电阻R6。电阻R6与第三运算放大器U3的正输入端连接。电阻R6的阻值为0欧姆。

进一步，第一电阻R1的阻值范围为小于100欧姆。优选地，第一电阻R1的阻值为47欧姆。

进一步，第一电阻R1的精度为小于或等于1％。所述第二电阻的精度为小于或等于1％。即通过高精度电阻提高剩余电流检测精度，进而提高能源数据监测的可靠性。在其他实施方式中，第一电阻R1的精度可以在1％左右。在又一可选实施方式中，第二电阻R2的精度可以在1％左右。

能源数据监测装置1还包括第二电压转换电路。该第二电压转换电路包括第五电阻、晶体管、低压差线性稳压器。进一步，低压差线性稳压器包括电源输入端、使能端、电源输出端。第五电阻的一端与低压差线性稳压器的使能端连接，另一端连接至第三电压电源。第五电阻的一端还与晶体管的集电极连接。控制器11还包括使能信号控制输出端。晶体管的发射极接地，基极与控制器11的使能信号控制输出端连接。低压差线性稳压器的电源输入端连接至第三电压电源，电源输出端用于输出第四电压电源。温度检测电路14还包括电源输入端。温度检测电路14的电源输入端连接至第四电压电源。剩余电流互感器12还包括电源输入端。剩余电流互感器12的电源输入端连接至第四电压电源。

即通过低压差线性稳压器的使能端来实现温度检测电路和剩余电流检测电路的使能，可应用于不需要温度检测或剩余电流监测的场景，从而节约能耗。

请参阅图7，其是本实用新型一实施方式中的能源数据监测系统的结构示意图。如图7所示，本实施例提供的能源数据监测系统2，其包括如上述任一实施例所述的能源数据监测装置3与服务器4；能源数据监测装置3的控制器11包括网络通讯接口113；能源数据监测装置3通过网络通讯接口113与服务器4连接。

需要说明的是，服务器4可以是物理服务器，也可以是云服务器。

相比于现有技术，本实施例提供的能源数据监测系统，可通过超级电容的充放电，在系统掉电时为控制器和CAN总线收发驱动电路提供短时的电源，便于节点设备通过CAN总线收发驱动电路上报故障信息，以及便于控制器进行数据保存，从而实现故障信息的上报，有利于维修排障效率的提高；通过网络通讯接口，还可将故障信息上报至服务器，便于实现维修的远程协助，以及对故障信息进行记录。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

能源数据监测装置和系统论文和设计

能源数据监测装置和系统论文和设计-林新志

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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