CN101592683A

CN101592683A - 三相电子式多费率电能表

Info

Publication number: CN101592683A
Application number: CNA2008100382091A
Authority: CN
Inventors: 曹优然; 阮金祥; 周烈兴
Original assignee: SHANGHAI ZHENHAO ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI ZHENHAO ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2009-12-02

Abstract

本发明涉及一种电子技术领域的三相电子式多费率电能表。本发明包括三相电子式电能表，其上加装了由单片机芯片、三块电能采集芯片、电平转换芯片、存储芯片、时钟芯片、调制解调芯片组成的电路，其电路的核心为单片机芯片：单片机芯片分别与三个电能采集芯片连接完成电能脉冲采样；单片机芯片接收从调制解调芯片的红外信号进行转换，单片机芯片发出调制信号经三极管电流放大后通过二极管进行红外数据发送；单片机芯片与电平转换芯片、存储芯片、时钟芯片连接。采用三相电子式电能表加装单片机芯片组成的电路进行分段多费率的计费，具有LCD显示、红外线和RS－485通讯功能，电路结构简单，可靠性高，大大方便了各时段的计费。

Description

三相电子式多费率电能表

技术领域

本发明涉及一种电子技术领域的电度表，具体是一种三相电子式多费率电能表。

背景技术

现有的电度表一般都是机械式计数，在人工抄表时容易造成读数误差，且无法实现远程数据传输和分段多费率的计费，机械结构还容易造成器件磨损。

最接近现有电度表：对电量脉冲的采样都是采用脉冲跳变触发，不能很好的滤除一些干扰信号，容易发生电量的多计、少计现象。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提供一种三相电子式多费率电能表。采用三相电子式电能表加装单片机芯片组成的电路进行分段多费率的计费，具有LCD显示、红外线和RS-485通讯功能，电路结构简单，可靠性高，大大方便了各时段的计费。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：电能采集单元和费率单元，电能采集单元包括3块电能采集芯片，费率单元包括：单片机芯片、电平转换芯片、存储芯片、时钟芯片、LCD驱动芯片、调制解调芯片，其中：

单片机芯片为费率单元的核心，单片机芯片分别与三块电能采集芯片、电平转换芯片、存储芯片、时钟芯片、LCD驱动芯片、调制解调芯片相连。

三个电能采集芯片分别负责将三相电路分别输入的交流电流信号和交流电压信号转换为电量脉冲信号即功率信号输出给单片机；

单片机芯片的三个采样引脚分别对三个电能采集芯片传输过来的电量脉冲信号进行高速采样，完成电量的累计功能，同时单片机确认三片电能采集芯片的功率是否反向；

单片机芯片从调制解调芯片接收红外通讯信号，并对红外通讯信号进行解析；在通讯信号符合规约的情况下单片机芯片发出调制信号进行红外数据发送；

电平转换芯片负责单片机芯片和外接通讯设备通信信号的转换；

存储芯片中存储两费率8时段的计费参数、电能表初始化参数、时段电量等，以供单片机芯片调用；

时钟芯片为电能表提供实时的时间，为计费时段的切换提供依据；

LCD驱动芯片由单片机芯片控制，控制液晶显示屏显示平谷电量、ABC三相是否缺相、电池是否不足等信息。

所述费率单元，还包括电池、滤波电容、二极管D4、短路块，其中：电池正极通过一个短路块与二极管D4正极相连，与主电路的VCC电源通过二极管D2构成不相互充电与漏电的VDD电源，以保证上电时由VCC电源供电，掉电时由电池电源供电。

所述调制解调器，其电源端和接地端之间接有一电容C33，电容C33为滤波电容。

所述存储芯片，其中多次备份两费率8时段的计费编程、电能表初始化参数、时段电量，保证了重要数据的安全性，对电量保存进行多存储空间的写入，保证的EEPROM的使用寿命。

本发明在缺相检测时，可以通过对其中一相电能采集芯片输出的脉冲周期计量的同时对比其他两相电能采集芯片周期的方式进行检测，这种方式不仅能在三相电压回路接法正常的情况下对缺失的电压作出正确的判断，而且也能在三相电压回路接错接乱的情况下能对电压回路的缺失作出准确的判断，避免判误的发生。

本发明复费率电能表通常设置多个费率和时段，通过分时段价格措施来达到峰平谷的效果，平衡用电的时间分配，这非常符合解决当前中国电力供求矛盾的需要，具有重要推广意义。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的电路结构简单，可靠性高，具有LCD显示、红外线和RS-485通讯功能，可分时段多费率进行计费，大大方便了复费率的计算，尤其对脉冲采集采用了软件高速采样和实时消抖滤波技术，确保电量脉冲信号不丢失，可靠性大大提高；

2、单片机对电能脉冲进行高速采样的同时对电能采集芯片也进行信号采样确认功率是否反向。现有的电度表中对电量脉冲的采样都是采用脉冲跳变触发，不能很好的滤除一些干扰信号，容易发生电量的多计、少计现象。本发明在脉冲采集方面采用了单片机芯片进行高速采样并进行实时消抖滤波，确保电量脉冲信号不丢失和可靠性；

3、单片机芯片接收从调制解调芯片的红外信号进行转换；单片机芯片的18脚发出调制信号经三极管Q1电流放大后通过二极管D6进行红外数据发送；

4、电平转换芯片完成单片机和上位机485通信信号的转换，存储芯片设有两费率8时段的计费编程，时钟芯片为系统提供实时的时间；

5、可以设置时钟芯片秒脉冲输出，用于检定电表的时钟准确率；

6、存储芯片的参数采用多次备份，保证了重要数据的安全性，对电量保存进行多存储空间的写入，保证的存储芯片的使用寿命。

附图说明

图为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图所示，本实施例包括电能采集单元和费率单元，电能采集单元包括3块电能采集芯片2、3、4，费率单元包括：单片机芯片1、电平转换芯片5、存储芯片6、时钟芯片7、调制解调芯片8、LCD驱动芯片9，其中：

单片机芯片1为NEC公司的芯片78F0511，电能采集芯片为ADI公司的电能采集芯片ADE7755，单片机芯片1的2、12、14脚分别对电能采集芯片2、3、4的22脚发出的电能脉冲信号进行高速采样，在电能脉冲信号不丢失的同时对于脉冲宽度小于20ms的信号进行滤波，保证信号的可靠性，在电能脉冲信号采样的同时、单片机芯片的1、13、15引脚分别对电能采集芯片2、3、4的20脚也进行信号采样，以确认功率是否反向；

调制解调芯片8为可得公司的红外调制解调芯片AT138B(U7)，单片机芯片1的30脚从调制解调芯片8的1引脚接收红外信号后进行处理转换，单片机芯片1根据接收到的编码，产生相应的应答编码，并通过单片机芯片1的31脚发出一组调制信号，经三极管Q1电流放大后通过发射二极管D6进行红外数据发送。

存储芯片6为Atmel公司的EEPROM芯片AT24C16，存储芯片中存有两费率8时段的计费参数，此参数决定了8个时段的分别采用的费率，存储芯片6的VCC端通过电阻R19、R20和单片机芯片1的42、16引脚相连，电阻R19、R20为I²C总线上拉电阻，存储芯片6的5、6引脚分别和单片机芯片1的42、16引脚相连。

时钟芯片7为系统提供实时的时间，时钟芯片7为Epson公司的时钟芯片RX8025，时钟芯片7的13、2引脚分别和单片机芯片1的42、16引脚相连。

LCD驱动芯片为上海华龙的HL9576，单片机芯片1的16、46引脚分别与LCD驱动芯片9的10、11引脚相连，单片机芯片1控制LCD驱动芯片9刷新液晶显示。

电平转换芯片5为Maxim公司的RS-485电平转换芯片MAX13085，电平转换芯片5的引脚1、2分别和单片机芯片1的27、28引脚相连，电平转换芯片5实现单片机芯片1和外接通讯设备的通信信号的转换；

所述单片机芯片1，其中存有消抖处理程序，负责剔除电能采集芯片发送过来的电能脉冲信号中的干扰信号，而得到真正的电能脉冲信号。

所述单片机芯片1，其中存储有计费分段选择程序，负责根据时钟芯片提供的实时时钟做平谷时段的切换，实现分时计费功能。

所述单片机芯片1，其中存储有校表程序，该程序实现电量累计的校准功能，该功能大大简化了表厂对电量累计的准确度的校准，而且准确、可靠，避免了原来硬件校表需多次校准才能达到精度的烦琐。

所述费率单元，还包括脉冲指示灯D1，采用两个发光二极管(红色发光二极管R、绿色发光二极管亮G)，脉冲指示灯和单片机芯片21、23脚相连，在单片机芯片控制下在平时段红色发光二极管R亮，谷时段绿色发光二极管G亮。

所述费率单元，还包括电池BAI、第一电容C12、二极管D4、TEST1短路块，其中：电池BAI正极通过一个TEST1短路块与二极管D4正极相连，与主电路的VCC电源通过二极管D2构成不相互充电与漏电的VDD电源，以保证上电时由VCC电源供电，掉电时由电池电源供电。

所述电池BAI为锂电池，可支持时钟芯片5正常工作10年，三极管为9013，二极管为AT205。

所述调制解调器8，其电源端和解地端之间接有一电容C33，电容C33为滤波电容。

本实施例工作时，单片机芯片1从存储芯片6(AT24C16)中将时段计费参数、电能表初始化参数、时段电量等读出后，将读出的时段电量送LCD驱动芯片9，LCD驱动芯片9根据单片机芯片1送入的内容点亮液晶；单片机芯片1每分钟与时钟芯片7通讯一次，以获得实时时间，同时通过实时时间和时段计费参数决定目前所处的时段费率；同时单片机芯片1不断的对电能采集单元2、3、4的电量脉冲输出脚进行采集和累加和判断，并在需要输出脉冲的同时根据当前时段费率计费：如果是平时段，将电量累计在平电量参数内，同时点亮红色脉冲指示灯；如果是谷时段，则将电量累计在谷电量参数内，同时点亮绿色脉冲指示灯，单片机芯片1对电能采集单元2、3、4的功率方向引脚的采集决定目前采集和累加的电量的正负，如果是正向功率，脉冲指示灯的输出为闪烁方式，如果是反向功率，脉冲指示灯的输出则是常亮不灭；单片机定时对电平转换芯片5的发送脚采集并解析，如果接收到的数据满足通讯规约，则根据通讯规约中规定发送数据到电平转换芯片5的接收脚；单片机芯片1定时对调制解调芯片8发送脚采集并解析，如果接收到的数据满足通讯规约，则根据通讯规约中规定发送数据到发射二极管D6进行红外数据发送。

本实施例分段计费时，通过选择单片机芯片1内的计费分段选择程序，在存储芯片6中的计费编程中的8时段进行选择，时段最小间隔为1分钟。电量可记录平、谷费率电量，记录数据为5位整数，2位小数，液晶显示当前平、谷电量，电量显示为5位整数，1位小数，并具有停电显示功能，脉冲指示灯采用双色发光二极管，红色代表平时段，绿色代表谷时段，在接通电压无脉冲输出时，指示灯灭，有脉冲输出时，指示灯点亮，在反向功率情况下，当电流大于启起动电流时，指示灯常亮不灭，电量仍然正常进行正向累计。电平转换芯片5，半双式通信方式，驱动能力为32个同类接口。有功电能量脉冲输出，可供精度测试，脉宽500ms，周期为ls。

Claims

1、一种三相电子式多费率电能表，包括电能采集单元，电能采集单元包括3块电能采集芯片，其特征在于，还包括费率单元，费率单元包括：单片机芯片、电平转换芯片、存储芯片、时钟芯片、LCD驱动芯片、调制解调芯片，其中：

单片机芯片为费率单元的核心，单片机芯片分别与三块电能采集芯片、电平转换芯片、存储芯片、时钟芯片、LCD驱动芯片、调制解调芯片相连；

单片机芯片从调制解调芯片接收红外通讯信号，并对红外通讯信号进行解析，在通讯信号符合规约的情况下单片机芯片发出调制信号进行红外数据发送；

2、根据权利要求1所述的三相电子式多费率电能表，其特征是，所述费率单元，还包括电池、滤波电容、二极管、短路块，其中：电池正极通过一个短路块与二极管正极相连，与主电路的VCC电源通过二极管构成不相互充电与漏电的VDD电源，以保证上电时由VCC电源供电，掉电时由电池电源供电。

3、根据权利要求1所述的三相电子式多费率电能表，其特征是，所述存储芯片，其中多次备份两费率8时段的计费编程、电能表初始化参数、时段电量。

4、根据权利要求1所述的三相电子式多费率电能表，其特征是，所述单片机芯片，其中存有消抖处理程序，负责剔除电能采集芯片发送过来的电能脉冲信号中的干扰信号，而得到真正的电能脉冲信号。

5、根据权利要求1所述的三相电子式多费率电能表，其特征是，所述单片机芯片，其中存储有计费分段选择程序，负责根据时钟芯片提供的实时时钟做平谷时段的切换，实现分时计费功能。

6、根据权利要求1所述的三相电子式多费率电能表，其特征是，所述单片机芯片，其中存储有校表程序，该程序实现电量累计的校准功能，简化了表厂对电量累计的准确度的校准，避免了原来硬件校表需多次校准才能达到精度的烦琐。

7、根据权利要求1所述的三相电子式多费率电能表，其特征是，所述费率单元，还包括脉冲指示灯，采用两个发光二极管，一个红色发光二极管、一个绿色发光二极管亮，在单片机芯片控制下在平时段红色发光二极管亮，谷时段绿色发光二极管亮。

8、根据权利要求1所述的三相电子式多费率电能表，其特征是，在缺相检测时，通过对其中一相电能采集芯片输出的脉冲周期计量的同时对比其他两相电能采集芯片周期的方式进行检测，这种方式不仅在三相电压回路接法正常的情况下对缺失的电压作出正确的判断，而且也在三相电压回路接错接乱的情况下能对电压回路的缺失作出准确的判断，避免判误的发生。