近红外读数装置及电表的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——近红外读数装置及电表。该专利由华立科技股份有限公司申请，并于2016年8月17日获得授权公告。

内容说明

本发明实施例涉及电力系统电测量技术，更特定言之，本发明一个较佳实施例涉及一种电表，又一较佳实施例涉及一种带有新颖近红外读数装置的电表。

发明背景

近红外通讯广泛应用于手持式设备和电脑与电表的抄表应用中。近红外通讯具有高电气隔离，线路简单，抗干扰性好，可以方便的实现点对点通讯的特点。

但是传统的近红外通讯头必须满足通讯头的红外发射管对准设备的红外接收管，通讯头的红外接收管对准设备的红外发射管才能通讯。同时IEC标准和ANSI标准对电表上的红外发射管和红外接收管的位置定义刚好是相反的，导致红外通讯头设计时必须区分两种不同标准的设备。

发明内容

本发明主要涉及一种应用于近红外通讯的360°全方向通讯装置，主要包括：近红外发射部，红外信号接收部，斜率比较器，TXD信号屏蔽部。本电路采用中心对称设计，不需要对准电表端近红外通讯的红外发射管和接收管，可以实现任意角度通讯，本电路可以兼容IEC标准和ANSI标准的近红外通讯读数的要求，无需对准即可通讯。

本发明的其中一个技术方案为：近红外读数装置，它用于与一个电表的红外通讯部之间的通讯耦合，包括一个近红外读数装置本体，其改进设计在于：所述近红外读数装置本体的一端设置有数据接口。所述近红外读数装置本体的端部设有读数头壳体，所述读数头壳体内设有读数模块，所述读数模块连接数据接口。

在一个较佳实施例中，所述读数模块包括了DSP，信号发射部，信号接收部，斜率比较器以及TXD信号屏蔽部，其中所述DSP分别通过所述的信号发射部和信号接收部向电表的红外通讯部发送和接收红外信号，且在所述信号发射部与信号接收部之间连接了斜率比较器以及与之耦合的TXD信号屏蔽部。

近红外读数装置进一步包括电源，它为所述DSP，信号发射部和信号接收部提供工作电压，且进一步连接所述数据接口，通过所述数据接口获取外部电力源。所述数据接口为航空插头或者USB接口。所述信号发射部包括红外发射阵列以及与之耦合的开关器件，通过所述开关器件受控于DSP的TXD信号端且进一步控制所述红外发射阵列，其中所述红外发射阵列包括若干个并行且对称设置的红外发射管。所述的开关器件为三极管Q1。所述信号接收部包括上拉器件和与之连接的红外接收管T1，通过所述红外接收管T1接收电表的红外通讯部的红外信号。所述电位上拉器件为上拉电阻R4。所述斜率比较器的输入端接入信号接收部，且包括：两个并联的第一受控通断器件和第二受控通断器件，它们连接至所述信号接收部，根据此信号接收部的红外接收管T1的信号而对后级电路造成通断控制

本发明第二个技术方案为：电表，它接设于电网供电线与电网用户负载之间，其改进设计在于：包括根据前述的近红外读数装置，以及与之相配合的表壳，在所述表壳内设置有处理器和红外通讯部，所述红外通讯部电连接至处理器，其中所述表壳内固定有铁柱，所述近红外读数装置内固定有磁柱，所述铁柱与所述磁柱的位置相对应并可吸附在一起。

在一个较佳实施例中，电表实现与外部设备进行近红外数据通讯的方法包括了步骤：通过所述近红外读数装置的数据接口连接一个外部数据设备并获取工作电力支持；将所述近红外读数装置一端的凸台对准插入所述表壳对应的定位槽中，使所述表壳内的红外通讯部与读数模块正对地相互通讯耦合；所述外部数据设备通过读数模块向红外通讯部发送读数信号：通过DSP将其TXD信号端置于低电平，通过电阻R5输入给信号发射部的开关器件一个低电平信号使之导通，进而使得所述电源的一个电压提供给红外发射阵列，使之向红外通讯部发送红外信号；所述电表的处理器通过红外通讯部接收此红外信号，并反馈数据信号给信号接收部；通过所述信号接收部的红外接收管T1接收此反馈的数据信号，所述红外接收管T1处于放大状态，其C极处于一个电平不确定的低电平状态，此时其C极电压是与所述电表的红外通讯部的红外发射强度和发散角度成比例关系，当所述红外通讯部的红外发射强度与发散角度增大时，C极电压逐渐趋近于0V；当所述红外通讯部结束发射数据信号时，所述红外接收管T1的C极电压被上拉器件提升至所述第一电压；通过数据接口传送数据信息给外部数据设备。

本发明的有益效果显而易见，本方案采用中心对称设计。通过斜率比较器来克服红外接收管与设备的红外发射管之间的角度差带来的红外接收信号上升沿/下降沿缓慢的问题，实现了红外发射管和红外接收管非中心对准时的通讯功能。