CN102236936A

CN102236936A - 面向智能电网的多功能电表

Info

Publication number: CN102236936A
Application number: CN2010101652396A
Authority: CN
Inventors: 李华刚; 王伟敏
Original assignee: SHANGHAI CORTELCO INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI CORTELCO INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2011-11-09

Abstract

本发明提供一种面向智能电网的多功能电表，其由计量模块、电源模块、通信模块、显示模块、实时时钟模块、安全认证模块、继电器以及控制模块组成，其中所述计量模块、电源模块、通信模块、显示模块、安全认证模块和继电器都电路连接在所述控制模块上。本发明中的面向智能电网的多功能电表具有电量计量、数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能，其充分了利用了智能电网的结构特点，解决了传统电能表功能单一的问题，实现了用户用电的智能化和自助化，从而避免了电力管理系统上门抄表和用户缴费繁琐的问题。

Description

面向智能电网的多功能电表

技术领域

本发明涉及一种电能计量仪表，特别地，涉及一种面向智能电网的多功能电表。

背景技术

在日常生活中，每个家庭都要用到电表，电表是用于计算电能消耗的工具。按照原理分，电表可分为感应式和电子式两大类。随着电子技术和科学水平的不断提高，电子式电表的应用越来越广泛。电子式电表是运用模拟或者数字电路得到电压和电流向量的乘积，然后通过模拟或者数字电路实现电能计量功能。

但是，上述常用电表只能够用于记录用电量，无法用于其它有用信息的计量。而且，电力管理系统每个月都要指派专门人员对每家每户的电表进行数据抄写。只有在上门查表之后，用户才能知道实际的用电量。而且后续的电费的缴纳也耗时耗力。

另外，随着智能电网的不断发展，高速、双向、实时、集成的电网通信系统发展成熟，在电力系统中实现双向数据通讯和数字控制已经变为现实。用户可以利用上述智能电网随时随地的进行电量查询、电费缴纳等操作，从而实现电费查询和缴纳的自助化，进一步实现日常生活的便利化。但是，传统的电表只能进行简单的电量计量，无法充分利用智能电网的特点。

综上所述，传统的电表功能单一，不可兼容于智能电网。且对于电力管理系统而言，存在着每月专人查表的工作负荷；对于家庭用户而言，电费的查询和缴纳也费时费力，有着诸多不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是提供一种能够预付费的智能电能表，提供除用电量信息之外的其他有用信息，如剩余可使用的电量。同时，其可充分利用智能电网，对用户的购电信息进行联网管理，为用户进行电费查询、统计、电费缴纳以及打印票据提供方便。

为解决上述问题，本发明提供一种面向智能电网的多功能电表，其包括：

计量模块，其计量所述面向智能电网的多功能电表所产生的电量；

电源模块，其为所述面向智能电网的多功能电表内部供电；

通信模块，其发送和接收所述面向智能电网的多功能电表中产生的数据；

显示模块，其显示所述面向智能电网的多功能电表的实时信息；

实时时钟模块；

安全认证模块，其对所述面向智能电网的多功能电表进行双向身份认证，费用控制；

继电器，其控制所述面向智能电网的多功能电表的供电；

控制模块，其对所述面向智能电网的多功能电表的上述所有模块进行控制；

其中所述计量模块、电源模块、通信模块、显示模块、安全认证模块和继电器都电路连接在所述控制模块上。

其中，所述计量模块内部还包含电源监控电路，用于保证上电和断电时所述计量模块的工作可靠性。

其中，所述电源模块还包括过流保护电路，输出短路保护电路，输出过载保护电路，用于对所述面向智能电网的多功能电表中的各个模块提供稳定、充足的电源供应。

其中，所述通信模块包括RS485接口、红外接口和PLC接口。

其中，所述显示模块包括一LCD显示屏。

其中，所述实时时钟模块为具有温度补偿功能的硬件时钟电路，具有日历、计时和闰年自动转换功能。

其中，所述时钟电路的输出频率为1Hz。

其中，所述安全认证模块由嵌入式安全模块和中央处理器/射频卡组成。

其中，所述控制模块为一单片机。

因此，本发明所提供的面向智能电网的多功能电表由用户交费对智能IC卡充值，只有当智能IC卡插入所述面向智能电网的多功能电表中，电表才能供电。当电量用完后，电表会自动拉闸断电。同时，本发明所提供的面向智能电网的多功能电表可以直观显示出用户已经使用了的电量以及剩余可以使用的电量。这有效的解决了电力管理系统上门查表和家庭用户查询和缴费的难题，极大的减轻的电力管理系统的工作负荷，方便了用户的用电需求。同时，还可以为用户提供用电信息的网络查询、统计、收费以及票据打印等功能。

附图说明

图1为本发明的面向智能电网的多功能电表的电路框架图；

图2为本发明的面向智能电网的多功能电表的计量模块框图；

图3为本发明的面向智能电网的多功能电表的电源模块框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做出进一步的清楚详细的说明。

本发明中的面向智能电网的多功能电表是100％按照实际电表设计标准和功能要求实现的，采用了最新的645-2007通信规约，并通过了完善的ESD/EMC性能测试。图1是本发明的面向智能电网的多功能电表的电路结构框图。其中，该面向智能电网的多功能电表包括计量模块RN8209，电源模块，通信模块，显示模块，实时时钟模块RTC8025T、安全认证模块、继电器和控制模块UPD78F0527。所述计量模块、电源模块、通信模块、显示模块、安全认证模块和继电器都电路连接在所述控制模块上。下面分别详细介绍各个模块。

在本发明中的面向智能电网的多功能电表中，按照国家电网设计规约的要求，采用芯片RN8209作为计量模块，用于获取电量计量数据和各类参变量数据。RN8209的具体结构框图如图2所示。RN8209能够测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量，并能够同时提供两路独立的有功功率和有效值、电压有效值、线频率、过零中断等，可以实现灵活的防窃电方案。同时，RN8209支持全数字的增益、相位和offset校正，其还可提供两个串行接口SPI和RSIO，方便与外部微控制单元MCU之间进行通信。其中RSIO为专用的单线通讯接口，可以使用一根数据线实现双向通讯。另外，RN8209内部还包含电源监控电路，因此可以保证上电和断电时芯片的可靠工作。

电源模块为本发明的面向智能电网的多功能电表中的关键模块，其为整个系统供电。因而从根本上决定了系统工作的稳定性和安全性。其具体电路结构如图3所示。上述电源电路能滤除外部电网的干扰，同时还能防止内部干扰窜入电网。其可提供各种保护功能，包括过流保护，输出短路保护，输出过载保护等，为通信模块、控制模块、继电器和显示模块提供稳定、充足的电源供应。当电网电压在一定范围内变化时，其可保证内部电压的基本稳定。

本发明的面向智能电网的多功能电表的通信模块主要包括RS485接口、红外接口和PLC通讯，用于对整个系统中产生的数据进行接收和发送。

在显示模块中，采用了LCD显示屏，并增加了片外LCD驱动芯片，这样充分实现了显示部分的模块化设计，有利于整个面向智能电网的多功能电表的整体布局配置。其中，在LCD显示屏上可以实时的显示当前已经使用了的电量和剩余还可以使用的电量。用户可以直观、方便的得知自己当前的用电信息，及时的进行电费缴纳，从而避免了由于电量用尽而产生的突然断电的问题，极大的方便了用户的用电需求。

本发明的面向智能电网的多功能电表中的实时时钟模块采用的是芯片RTC8025T。它是具有温度补偿功能的内置硬件时钟电路，具有日历、计时、闰年自动转换功能。其中，RTC8025T的内部时钟端子的输出频率为1Hz。在25-60℃温度范围内，时钟准确度≤±1s/d；在参比温度(23℃)下，时钟准确度≤±0.5s/d。

本发明的面向智能电网的多功能电表中的安全认证模块由嵌入式安全控制模块ESAM模块和CPU/RF卡组成。其中，ESAM模块能够实现安全存储、数据加/解密、双向身份认证、存取权限控制、线路加密传输等功能；CPU/RF卡则实现本地费用控制功能。

本发明的面向智能电网的多功能电表中还包含继电器，用于根据所述面向智能电网的多功能电表的具体用电情况控制电能的供应。当智能IC卡插入所述面向智能电网的多功能电表时，所述继电器连通，电表开始供电。当电量用完后，所述继电器断开，电表停止电能供应。

控制模块也是本发明的面向智能电网的多功能电表的核心模块。在本发明中，采用的是单片机UPD78F0527。它对上述计量模块、电源模块、通信模块、显示模块、实时时钟模块、安全认证模块和继电器进行控制，从而使得整个系统能够进行准确有效的运作。并且由于UPD78F0527上具有丰富的定时器通道资源，配合以高效的软件算法，可分别实现ESAM、IC卡和红外抄表的串行通讯。而硬件串口则分配给RS485抄表和PLC通讯。

由上述各个模块所组成的面向智能电网的多功能电表有效的解决了传统电能表功能单一的问题，实现了用户用电的智能化和自助化，从而避免了电力管理系统上门抄表和用户缴费繁琐的问题。用户只需要在智能IC卡中充值，插入所述面向智能电网的多功能电表中便可开始供电。当智能IC卡中电量用尽，所述面向智能电网的多功能电表便自动断电。而所述面向智能电网的多功能电表的LCD显示器则可实时的显示用户已经使用了的电量和用户还可以使用的电量，便于用户可根据实际情况合理安排电量购买，从而避免突然断电带来的不便。而且，按照目前的资源配置，本发明的面向智能电网的多功能电表的各个功能要求均可以完美实现，并且还略有盈余。这为后续的功能变化和升级提供了一定的空间。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对该面向智能电网的多功能电表进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种面向智能电网的多功能电表，其特征在于，包括：

电源模块，其为所述面向智能电网的多功能电表内部供电；

实时时钟模块；

继电器，其控制所述面向智能电网的多功能电表的供电；

2.根据权利要求1所述的面向智能电网的多功能电表，其特征在于，所述计量模块内部还包含电源监控电路，用于保证上电和断电时所述计量模块的工作可靠性。

3.根据权利要求1所述的面向智能电网的多功能电表，其特征在于，所述电源模块还包括过流保护电路，输出短路保护电路，输出过载保护电路，用于对所述面向智能电网的多功能电表中的各个模块提供稳定、充足的电源供应。

4.根据权利要求1所述的面向智能电网的多功能电表，其特征在于，所述通信模块包括RS485接口、红外接口和PLC接口。

5.根据权利要求1所述的面向智能电网的多功能电表，其特征在于，所述显示模块包含一LCD显示屏。

6.根据权利要求1所述的面向智能电网的多功能电表，其特征在于，所述实时时钟模块为具有温度补偿功能的硬件时钟电路，具有日历、计时和闰年自动转换功能。

7.根据权利要求5所述的面向智能电网的多功能电表，其特征在于，所述时钟电路的输出频率为1Hz。

8.根据权利要求1所述的面向智能电网的多功能电表，其特征在于，所述安全认证模块由嵌入式安全模块和中央处理器/射频卡组成。

9.根据权利要求1所述的面向智能电网的多功能电表，其特征在于，所述控制模块为一单片机。