CN102062811A - 一种带无线抄表模块的单相静止式电能表 - Google Patents

Abstract

一种带无线抄表模块的单相静止式电能表，解决现有电能表因功能不全而不能适应于多层面客户使用需求以及不能远程抄表的问题，本发明的电能表包含依次连接的电能信号采样模块，计量模块，微控制器；还包含分别与微控制器连接的电源，校表脉冲输出模块，数据存储模块，显示模块，时钟、电池模块，分时模块以及无线通讯模块，该无线通讯模块经无线通讯信道与远程抄表装置链接，实现远程抄表。本发明的电能表具有以下功能：自动组网的无线通讯可实现远程抄表，具有分时多费率、需量计量、事件记录、负荷曲线记录，测量电压、电流、有功功率、视在功率、频率等负荷数据，检测欠压、过压、失流、过流等功能，功能较全、能够适应于多层面客户使用需求。

Description

一种带无线抄表模块的单相静止式电能表

技术领域

本发明涉及一种电力仪表，尤其指一种带无线抄表模块的单相静止式电能表。

背景技术

现有普通单相电能表一般只具备计量电能和分时多费率的功能，低温能够正常显示，一般采用LED数码管的方式，但显示内容少、功耗大。

目前使用的普通单相电能表大部分采用机械式电能表，该机械式电能表是利用机械旋转计量，因此电能表的安装有严格的要求，若悬挂水平相差大，将造成电能表的安装位置与垂直的角度不一，甚至明显倾斜，使电能计量失衡，造成计量不准，即会产生慢走、停走甚至不走的结果。因此也有采用电子式电能表，电子式电能表是一种静止式电能表，是静止的电子计量方式，不存在机械旋转部分，所以其安装的方式，对电能计量的误差影响较小。但现有的静止式电能表及现有普通单相电能表一般不具备远程抄表功能，即使具备远程抄表功能的电能表也是采用有线传输、布线比较麻烦，并且一般不具备需量(规定时间内的平均功率)计量、事件记录、负荷曲线、测量电压、电流、有功功率、视在功率、频率等；也不具备检测欠压、过压、失流、过流等功能。

由于现有普通单相电能表存在上述缺陷，它不适应更高层面的客户使用需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种功能更全、更适应于多层面客户使用需求并具有远程抄表功能的一种带无线抄表模块的单相静止式电能表。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种带无线抄表模块的单相静止式电能表，包括：

电能信号采样模块，包含电流采样模块及电压采样模块；

计量模块，与所述电能信号采样模块连接，取得电流、电压的采样信号，对单相三线的电压、电流、功率、电能进行计量；

记录模块，与所述计量模块连接，用于记录计量模块计量的数据；

微控制器，与所述计量模块连接，从所述计量模块读取计量数据并进行以下处理：根据计量模块计量的数据分别计算有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值和电流有效值数据；根据有功功率计算出负荷数据；对负荷数据进行记录、显示和通讯处理；自检处理，自检分时设置错误、非易失存储器错误、时钟错误、计量错误、电池欠压错误；

电源，分别与所述计量模块及微控制器连接，提供所述电能表工作电源；

无线通讯模块，与所述微控制器连接，用于在自动组网的无线通讯，采用具有无线抄表模块的无线通讯模块，该无线通讯模块经无线通讯信道与远程抄表装置链接；

校表脉冲输出模块，与所述微控制器连接，用于校表及采集电能量；

数据存储模块，与所述微控制器连接，存储所述微控制器计算出的负荷数据；

显示模块，与所述微控制器连接，显示微控制器处理的数据；

时钟、电池模块，与所述微控制器连接，用于满足ANSI标准的多费率分时计量及发生停电时时钟自动切换到电池；

分时模块，与所述微控制器连接，用于满足ANSI标准的多费率分时。

所述电流采样模块采用电流互感器隔离结构，对两条火线电流采用同一个电流互感器求和方式对电流取样；所述电压采样模块采用分压电阻对连接电压进行电压取样。

所述计量模块计量的数据包括记录电能、最大需量、需量发生时间，记录电能与负荷曲线，以及记录编程、校时、需量清零、时区切换事件。

所述无线通信模块采用RobuNet无线自组网模块，使用SS900MHz个人免授权频带实现自动抄表应用。

所述脉冲输出模块为无源光电隔离型输出端口，脉冲宽度：80ms±20ms。

所述电能表还包括光通讯口模块，与所述微控制器连接，支持红外光口通讯，支持本地通讯。

所述电能表还包括监测模块，与所述微控制器连接，是功能模块，用于检测电网电压、电流、有功功率、视在功率、频率，以及检测是否欠压、过压、失流、过流。

由于采用了上述技术方案，本发明静止式电能表具有下列效果：

1)在低温-40℃时能进行正常的液晶显示；

2)自动组网的无线通讯可用于远程抄表；

3)符合ANSI规约的光口通讯；

4)在普通单相表的基础上增加了分时多费率、需量计量、事件记录、负荷曲线记录，测量电压、电流、有功功率、视在功率、频率等负荷数据，并具有检测欠压、过压、失流、过流等功能，功能较全、能够适应于多层面客户使用需求。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明单相静止式电能表的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

图1是本发明单相静止式电能表的功能框图，如图1所示，本发明的单相静止式电能表包括以下部件。

电能信号采样模块20，包含电流采样模块21及电压采样模块22，所述电流采样模块21采用电流互感器隔离结构，对两条火线电流采用同一个电流互感器求和方式对电流取样；电压采样模块22采用分压电阻对连接电压进行电压取样。

计量模块11，与所述电能信号采样模块20连接，取得电流、电压的采样信号，对单相三线的电压、电流、功率、电能等进行计量。计量模块11包含滤波器、放大器、A/D转换器，分别对电流、电压的采样信号进行滤波、放大、A/D转换并计算出电压、电流、功率、电能等计量数据(计量模块11芯片内部使用∑-Δ型AD转换器对电压、电流进行测量)，本实施例可采用意法半导体公司生产的STPM01型号的芯片。

记录模块12，与所述计量模块11连接，用于记录计量模块11计量的数据，计量模块计量的数据包括记录电能、最大需量、需量发生时间，记录电能与负荷曲线，以及记录编程、校时、需量清零、时区切换事件。记录模块12可采用ATMEL公司生产的AT24C1024型号的芯片或RAMTRON公司生产的FM24C64型号的芯片。

微控制器14，与所述计量模块11连接，采用NEC公司生产的uPD78F0338芯片，从计量模块11读取计量数据并进行以下处理：根据计量数据分别计算有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值和电流有效值等数据；根据有功功率计算出负荷数据；对负荷数据进行记录、显示和通讯处理；自检处理，自检分时设置错误、非易失存储器错误、时钟错误、计量错误、电池欠压错误。

电源14，分别与所述计量模块11及微控制器14连接，提供电能表工作电源。

无线通讯模块112，与所述微控制器14连接，用于在自动组网的无线通讯，采用具有无线抄表模块的无线通讯模块，本实施例采用RobuNet无线自组网模块，使用SS900MHz个人免授权频带实现自动抄表应用。即，无线通讯模块112给远程抄表装置提供一种通讯信道，该无线通讯模块112经无线通讯信道与远程抄表装置链接，实现无线远程抄表。

校表脉冲输出模块17，与所述微控制器14连接，用于校表及采集电能量，为无源光电隔离型输出端口，脉冲宽度：80ms±20ms。

光通讯口模块18，与所述微控制器14连接，光通讯口模块是本地抄表和工厂调试用的端口，通讯规约符合ANSI C12.18、C12.19的要求；通讯波特率默认9600bps；支持本地通讯，可通过厂商提供的配有光电头的掌上抄表器来通讯。

数据存储模块19，与所述微控制器14连接，存储所述微控制器14计算出的负荷数据。本实施例采用铁电存贮器，为RAMTRON公司生产的FM24C64型号的芯片。

监测模块111，与所述微控制器14连接，是功能模块，用于检测电网电压、电流、有功功率、视在功率、频率，以及检测是否欠压、过压、失流、过流。

显示模块15，与所述微控制器14连接，用于能够在低温-40℃时正常地进行液晶显示，显示微控制器14处理的数据，最多可循环显示32项数据，项目显示顺序和显示时间用户可编程，电能表所有参数数据均可通过LCD显示。

时钟、电池模块16，与所述微控制器14连接，具有时钟及后备电池的模块，时钟(RTC)采用爱普生公司生产的RX8025型号的芯片，用于满足ANSI标准的多费率分时计量，该时钟电路，内置2000--2099百年历，时间日期可设。当发生停电时时钟(RTC)自动切换到电池，停电后可维持5年。

分时模块110，与所述微控制器14连接，用于满足ANSI标准的多费率分时。分时模块110可采用爱普生公司生产的RX8025型号的芯片。

下面就本发明带无线抄表模块的单相静止式电能表的具体功能应用描述如下。

一、电能计量

本发明电能表有复费率计量功能：支持4个费率，有方向指示，反向正计功能；每个费率有单独的计度器记录电量，电量最小刻度单位：0.01kWh。

电能计量内容一般为：

总有功电量	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时、12个月电量、最近72小时整点电量
		费率1电量	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时、12个月电量
费率2电量	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时、12个月电量
		费率3电量	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时、12个月电量
费率4电量	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时、12个月电量

电能表每周日0时0分0秒产生一次电量、需量的冻结，同时自动需量清零；电能表可以保存最近10周的电量。

二、最大需量

最大需量：在指定的时间区间内，需量周期中测得平均功率的最大值。

需量周期：测量平均功率的连续相等的时间间隔；等于滑差时间的整数倍；需量周期可在5、10、15、30、60分钟中选择。

滑差时间：依次递推来测量需量的小于需量周期的时间间隔，该时间与需量周期时间必须保持整数倍关系。

需量复位最小时间间隔：0-99分钟，在这段时间内，电能表不接受第二次需量复位操作。

电能表可按4个费率分时计量最大需量，并设定超限报警阈值，如果需量超过这个阈值，电能表给出告警指示。需量的计算采取滑差方式，并且通过命令可以进行需量清零。

最大需量记录内容如下：

总有功最大需量	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时
		总有功最大需量发生时间	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时
费率1有功最大需量	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时
		费率1有功最大需量时间	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时
费率2有功最大需量	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时
		费率2有功最大需量时间	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时
费率3有功最大需量	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时
		费率3有功最大需量时间	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时
费率4有功最大需量	当前、最近10周、需量清零时、时区切换时

费率4有功最大需量时间

当前、最近10周、需量清零时、时区切换时

三、复费率

复费率方案可按日类型和季节类型的组合来进行设置。电能表支持4个时区(季节类型)，10个日表(日类型)，每个日表最多支持8个时段，支持周休日、工作日、公共假日时段的设置。

费率：编程时用来表示电能表运行在何种费率，用1、2、3、4表示，LCD上用T1、T2、T3、T4表示不同的费率，如编为0，则电能表认为无效，但在第一个时段出现时，电能表默认费率1。

时区：电能表最多支持4个时区，最少默认1个时区(时区号＝0)，时区号定义：0-3。用户只能按月划分时区，电能表允许一年分为若干时区，每个时区实施不同的分时计划(或方案)。编程时须设置每个时区内周六、周日、工作日、特殊日1、特殊日2的日表号。

时段：电能表至少能运行10套日表，每套日表里最多可定义8个时段，总计80个时段的设置。时段的设置遵循闭环原则，时间先后连接，且同一日表中后一时段开始时间应大于前一时段开始时间。

四、失压记录

可以设置失压判断模式、失压阈值、过压阈值，当电压低于失压阈值时电能表产生记录；在失压检测中，电能表采用了平滑滤波处理，大约6秒可以确定一次有效的失压事件；通过设定失压判别模式，电能表也可以检测过电压。对于此项记录，电能表按时间顺序形成日志，并且通过LCD可显示最近9次失压记录。电能表在失压、过压状态停电时，电能表保持此状态并做停电记录，直到来电后失压、过压状态恢复为止；在突然断电的情况下，电能表只记录停电信息。

五、失流记录

电能表可以设置失流判断模式、失流阈值、过流阈值。当电流低于失流阈值时电能表产生记录；在失流检测中，电能表采用了平滑滤波处理，大约6秒可以确定一次有效的失流；通过设定失流工作模式，电能表也可以检测过电流。对于此项记录，电能表按时间顺序形成日志，并且通过LCD可显示最近9次失流记录。电能表在失流、过流状态停电时，电能表保持此状态并做停电记录，直到来电后失流状态恢复为止；在突然断电的情况下，电能表只记录停电信息。

六、月结算电量

每月运行到月结时间时，电能表结算一次用电量，该电量是从上月结算时间到本月结算时间期间的用电量，电能表同时存储结算日期以便查验；电能表可以记录12个月的用电量，包括总电量和分时电量。

七、负荷记录曲线

电能表支持容量为128KB的负荷数据的存储，用户可选择记录的数据包括：电量、需量、有功功率、电压、电流；记录的时间间隔可在1-99分钟之间任意设置，每个负荷记录点均有时间戳(年、月、日、时、分)。

八、实时参数的测量

电能表除计量电量外，还提供电网参数的测量，800-806项数据分别是：电压、电流、有功功率、视在功率、当前需量、电网频率、电池电压。其中主要数据可以保存在负荷记录曲线中，因此连同失压、失流、停电等记录，电能表可以实现供电质量监测的功能。

九、通讯

1)电能表支持红外光口通讯，通讯规约符合ANSI C12.18、C12.19的要求；通讯波特率默认9600bps；支持本地通讯，可通过厂商提供的配有光电头的掌上抄表器来通讯。

2)电能表还支持无线通讯，电能表可以通过无线进行通讯，组成网络后可以实现远程抄表管理。

3)通讯建立后，电能表LCD上通讯符号“COM”显示；电能表各类数据均可抄读或设置。

综上所述，本发明带无线抄表模块的静止式电能表是单相三线无线复费率电子式电能表，除具有计量电量外，还具有分时计量、计量需量、事件记录等功能，并能通过无线通讯和红外通讯接口通讯。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种带无线抄表模块的单相静止式电能表，其特征在于包括：

电能信号采样模块，包含电流采样模块及电压采样模块；

计量模块，与所述电能信号采样模块连接，取得电流、电压的采样信号，对单相三线的电压、电流、功率、电能进行计量；

记录模块，与所述计量模块连接，用于记录计量模块计量的数据；

微控制器，与所述计量模块连接，从所述计量模块读取计量数据并进行以下处理：根据计量模块计量的数据分别计算有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值和电流有效值数据；根据有功功率计算出负荷数据；对负荷数据进行记录、显示和通讯处理；自检处理，自检分时设置错误、非易失存储器错误、时钟错误、计量错误、电池欠压错误；

电源，分别与所述计量模块及微控制器连接，提供所述电能表工作电源；

无线通讯模块，与所述微控制器连接，用于在自动组网的无线通讯，采用具有无线抄表模块的无线通讯模块，该无线通讯模块经无线通讯信道与远程抄表装置链接；

校表脉冲输出模块，与所述微控制器连接，用于校表及采集电能量；

数据存储模块，与所述微控制器连接，存储所述微控制器计算出的负荷数据；

显示模块，与所述微控制器连接，显示微控制器处理的数据；

时钟、电池模块，与所述微控制器连接，用于满足ANSI标准的多费率分时计量及发生停电时时钟自动切换到电池；

分时模块，与所述微控制器连接，用于满足ANSI标准的多费率分时。

2.如权利要求1所述的带无线抄表模块的单相静止式电能表，其特征在于：

所述电流采样模块采用电流互感器隔离结构，对两条火线电流采用同一个电流互感器求和方式对电流取样；所述电压采样模块采用分压电阻对连接电压进行电压取样。

3.如权利要求1所述的带无线抄表模块的单相静止式电能表，其特征在于：

所述计量模块计量的数据包括记录电能、最大需量、需量发生时间，记录电能与负荷曲线，以及记录编程、校时、需量清零、时区切换事件。

4.如权利要求1所述的带无线抄表模块的单相静止式电能表，其特征在于：

所述无线通信模块采用RobuNet无线自组网模块，使用SS900MHz个人免授权频带实现自动抄表应用。

5.如权利要求1所述的带无线抄表模块的单相静止式电能表，其特征在于：

所述脉冲输出模块为无源光电隔离型输出端口，脉冲宽度：80ms±20ms。

6.如权利要求1所述的带无线抄表模块的单相静止式电能表，其特征在于：

所述电能表还包括光通讯口模块，与所述微控制器连接，支持红外光口通讯，支持本地通讯。

7.如权利要求1所述的带无线抄表模块的单相静止式电能表，其特征在于：

所述电能表还包括监测模块，与所述微控制器连接，是功能模块，用于检测电网电压、电流、有功功率、视在功率、频率，以及检测是否欠压、过压、失流、过流。

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