CN102279312B - 一种将普通电能表改造成智能电表的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

一种将普通电能表改造成智能电表的方法和装置，包括：将探头固定并对准电能表上反映电能量的窗口；所述探头连接一采集终端；所述探头感应所述电能表的电能图像；所述采集终端从所述探头读取电能图像，根据所述电能图像判断功率方向和计算电能增量、累积电能增量成正反向表底、分时表底和阶梯表底、显示和预付费控制负荷，与外部数字设备相互通信，完成智能电表的功能。通过本发明方案的实施，容易将已有普通电能表改造成双向、分时、阶梯计量、计费、预付费控、远程控，并输出有功功率P和电压U以及门禁、开关状态等遥信信号等智能电表的功能，性能接近，并且，投资小、改造工程量小，不会出现计量接线错误，能够大幅度地减少投资。

Description

一种将普通电能表改造成智能电表的方法与装置
技术领域
本发明涉及电能量计量技术，尤其是一般电能表改造成智能电表的方法和装置。
背景技术
智能电网要求电能表具备智能电表的功能，即双向、分时、阶梯计量以及预付费控和远程控等。但是，现场已安装的电能表大量是机械式电能表和少量脉冲式电能表。如果将机械表或脉冲表更换成智能电表，不仅投资大，造成很大的人力物力浪费，与建设节约型社会相违背，而且，换表的工程量大，容易出现计量接线错误。
因此需要解决的技术问题是：不更换电能表就能将机械电能表或脉冲电能表改造为智能电表。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种将普通电能表改造为智能电表的方法和装置。
所述将普通电能表改造成智能电表的方法，包括：
步骤1：将探头固定并对准普通电能表上反映电能量的窗口；所述探头连接一采集终端；
步骤2：所述探头感应所述电能表的电能图像；
步骤3：所述采集终端从所述探头读取电能图像，根据所述电能图像判断功率方向和计算电能增量、累积电能量成为正反向表底、分时表底和阶梯表底、显示和预付费控制负荷，与外部数字设备相互通信，完成智能电表的功能。
在本发明方法的一个实施例中，所述电能表为机械电能表，所述电能图像为所述机械电能表的机械转盘的转向图像，其特征在于：所述步骤2中，所述探头包括：发光管，其向所述机械电能表的机械转盘发射光；沿所述机械转盘正向旋转方向顺序布置的第一感光管和第二感光管，分别接收所述发射光被所述机械转盘反射的反射光并根据反射光的强弱分别输出脉冲M1和脉冲M2；所述步骤3中，所述采集终端根据脉冲M1超前或滞后脉冲M2判断功率方向，若M1超前于M2，则方向F＝1，否则，M1滞后于M2，则方向F＝-1，计算电能增量Δ＝1/C。其中，C为所述电能表常数。
在本发明方法的另一个实施例中，所述电能表为机械电能表或脉冲电能表，所述电能图像为所述电能表的表底码轮图像，其特征在于：所述步骤2中，所述探头包括图像传感器和照明灯；照明灯用于照亮表底码轮，图像传感器用于表底码轮图像的成像并输出代表表底码轮图像的数据；所述步骤3中，所述采集终端包括图像识别器用于接收代表表底码轮图像的数据、识别表底码轮图像为表底数据WS；采集终端根据当前表底数据WSk比上次表底数据WSk-1的大小判断功率方向，若WSk≥Wsk-1则方向F＝1，否则，方向F＝-1，计算电能增量Δ＝|Wsk-Wsk-1|。
根据功率方向F和电能增量Δ，采集终端还能够累积正、反向有功电能量、分时电能量并计费。若F＝1，累积正向有功总表底W+＝W++Δ、算术有功总表底WS＝WS+Δ、正向有功分时表底W+Tk＝W+Tk+Δ和剩余电费YZ＝YZ-Δ×C+k；否则，F＝-1，则累积反向有功总表底W-＝W-+Δ、算术有功总表底WS＝WS-Δ、反向有功分时表底W-Tk＝W-Tk+Δ和剩余电费YZ＝YZ+Δ×C-k；其中，k＝1，2，3，...，对应不同的费率种类；C+k和C-k为当前时段的用电费率和发电费率。
进一步，采集终端还包括累积阶梯电量和电费的步骤，获得阶梯电量并计费。满足F＝1条件下，首先，累积当前所在的阶梯J的阶梯表底WAJ＝WAJ+Δ；其次，若WAJ＞AgJ，则计算Δ＝WAJ-AgJ，并令WAJ+1＝Δ、WAJ＝AgJ和J＝J+1；其中，AgJ为当前所在阶梯的阶梯电量给定值，J＝1，2，3，...；
计算阶梯电费，满足F＝1条件下，累积剩余电费YZ＝YZ-Δ×ΔC+J。其中，ΔC+J为当前所在阶梯的附加阶梯费率。
同时，本发明还提供一种相对应的将普通电能表改造成智能电表的装置，包括：探头4和采集终端2，其特征是：所述探头4连接所述采集终端2，并固定、对准所述电能表1的电能窗口、感应电能图像；所述采集终端2从所述探头4读取所述电能图像、判断功率方向和计算电能增量、累积成电能量正反向表底、分时表底和阶梯表底、显示和预付费控制负荷，与外部数字设备3相互通信，完成智能电表的功能。
在本发明装置的一个实施例中，所述电能表为机械电能表，所述电能图像为所述机械电能表的机械转盘的转向图像，其特征在于：所述探头包括：发光管，其向所述机械电能表的机械转盘发射光；沿所述机械转盘正向旋转的方向顺序布置第一感光管和第二感光管，分别接收被所述机械转盘发射的反射光并根据光的强弱分别输出脉冲M1和脉冲M2；所述采集终端根据脉冲M1超前或滞后脉冲M2判断功率方向和计算电能增量。
在本发明装置的另一个实施例中，所述电能表为机械电能表或脉冲电能表，所述电能图像为所述电能表的表底码轮图像，其特征在于：所述探头(4)包括用于感应表底码轮图像的图像传感器(48)和用于光源的照明灯(4A)；所述采集终端(2)包括图像识别器(218)，用于识别表底码轮图像为表底数据，并根据当前表底数据比上次表底数据的大小判断功率方向和计算电能增量。
本发明的方案针对现有电能表，将其改造成智能电表，能够完成电能量的双向、分时、阶梯计量等所有智能电表的功能和性能。
附图说明
图1是本发明方法和装置工作状况的示意图。
图2是探头的第一实施例，其中
图2A为探头第一实施例安装的正视图，
图2B是探头第一实施例安装的俯视图，
图2C是探头第一实施例电气原理图，
图2D是探头第一实施例正向功率流过电能表时这种探头输出的脉冲波形。
图3是对应探头第一实施例的采集终端的一种接口电路。
图4是探头的第二实施例，其中，
图4A为探头第二实施例安装的正视图，
图4B是探头第二实施例安装的俯视图，
图4C是探头第二实施例电气原理图。
图5是对应探头第二实施例的采集终端的一种接口电路。
图6是采集终端的电路框图。
图7是采集终端中单片机MPU的主计算过程图。
具体实施方式
图1是本发明方法和装置工作状况的示意图。在图1中，本发明的改造对象是电能表1，数字设备3是已有设备，本发明包括采集终端2和探头4。其工作状况是这样的：探头4感知电能表1的电能图像，输出信号到采集终端2，探头4由采集终端2提供电源；采集终端2接收探头4输出的代表电能量的信号、判断流过电能表功率的正反向、换算成电能增量、累积成电能量正反向表底、分时表底和阶梯表底、显示和预付费控制负荷，与数字设备3相互通信，完成智能电表的功能。
图2是探头的第一实施例，图2A至2D中，探头4包括发光管41、感光管42和43。发光管41由采集终端2输出的电源供电V+(图2C)，。V+有电后发光管41发光；感光三极管42的发射极接地、集电极输出脉冲M1；感光三极管43的发射极接地、集电极输出脉冲M2。图2A和图2B中，还示出了壳44、玻璃板45和线路板46，线路板46用于固定发光管41、感光管42和43和实现图2C的电路，壳44、玻璃板45用于探头4的封装，探头4作为一个整体被直接粘接到所述电能表的玻璃12上、对准电能表1的机械转盘11，且沿着转盘11的正向旋转方向先是第一感光管42，再是第二感光管43。当电能表通过正向功率时，图2D，脉冲M1超前于脉冲M2；反之，当电能表通过负向功率时脉冲M1滞后于脉冲M2；电能增量Δ＝1/C。
图3是对应探头第一实施例的采集终端的一种接口电路。图3中，接口电路21包括整形电路211和212、电阻214，从探头输出的脉冲M1和M2输入到采集终端2的整形电路211和212，整形、去除抖动后输出到单片机MPU22；整形电路211和212可以有多种实施方式，是常规技术，这里省略。电源Vcc经过恒流电阻214将电压转换成恒电流后输出到探头的V+。
为了延长探头中发光管的寿命，接口电路21还包括电阻215和VMOS管216，单片机MPU22输出的O1经电阻215后接VMOS管216的栅极，VMOS管216的漏极接地、源极接V+；上电后，O1输出0，VMOS管216不导通，V+有电、探头的发光管发光，单片机MPU接收脉冲M1和M2；经过一段时间后，MPU能够预测脉冲的间隔T，之后，当单片机MPU接收到M1和M2后，关断对脉冲的输入并输出O1为1、VMOS管216导通、V+无电、探头的发光管停止发光；延时一段时间(小于T)，单片机MPU输出O1为0、关断VMOS管216、探头的发光管又发光、再打开单片机MPU22的脉冲输入，如此继续。发光管间歇发光，可以延长探头寿命。
在图2和图3的实施例中，采集终端2接收感光管42和43输出的电脉冲M1和M2，依据M1和M2的时序判断输出方向标志F，若M1超前于M2，则F＝1为正向；否则，M1滞后于M2，则F＝-1为反向；感知到一个电脉冲(一个M1和一个M2)，一个电脉冲对应的电能增量为Δ，
公式1：Δ＝1/CkWh，
其中，C为电能表1的常数，单位是转/kWh；
采集终端测量上一个脉冲到当前脉冲的时间间隔为T，单位是S。
图4是探头的第二实施例，其中，图4A至4C是图像传感器探头示意图，探头4包括图像传感器48、导光体47、照明灯4A、电路板46和壳体44。探头4可采用快速粘结剂等方式粘在机械表1的前玻璃面板12上、对准电能表1的表底码轮13，能够清晰采集表底码轮的图像。为了节电，V+受采集终端2的控制，夜间V+带电、照明灯4A发光、经过导光体47照亮表底码轮13；白天V+无电、由自然光照亮表底码轮13。表底码轮13的影像通过导光体47映射到图像传感器48上，图像传感器48将感受的每个影像变成一帧图像数据、经过总线驱动电路49输出图像数据到数据总线DB上。图像传感器48也可以接收经数据总线DB、总线驱动电路49送来的控制信号，每收到一次控制信号开始工作，感受图像、输出一帧图像数据，之后休息。线路板46用于固定图像传感器48、照明灯4A和实现图4C的电路，壳44用于探头4的封装。
图5是对应探头第二实施例的采集终端的一种接口电路，接口电路21包括总线驱动电路217、图像识别器218和电阻214，探头4输出的图像数据经数据总线DB输入到采集终端2的总线驱动电路217，再到图像识别器218，将图像数据转换为表底数据WS，WS输出到单片机MPU22；电源Vcc经过恒流电阻214将电压转换成恒电流后输出到探头4的V+；为了省电，单片机MPU22输出O1经电阻215后接VMOS管216的栅极，VMOS管216的漏极接地、源极接V+；夜间单片机MPU输出的O1为0，VMOS管216不导通，探头4的照明灯发光；白天MPU22输出的O1为1、关断探头4的照明灯；单片机MPU22每收到一次表底数据WS后进行一次计算，当前的表底数据WSk与上一次的表底数据WSk-1相减获得两次转换间的电能量ΔW、当前表底数据的时刻与上一次表底数据的时刻之间的差为时间间隔T，单位是S，
公式2：ΔW＝WSk-WSk-1；
如果ΔW≥0则为正向F＝1，否则，ΔW＜0为反向F＝-1；
公式3：Δ＝|ΔW|。
图6是采集终端2的电路框图。在图6中，采集终端2包括与探头4的接口电路21、单片机MPU22、晶振23、复位与看门狗电路24、时钟电路25、人机接口电路26、通信电路27和电源28；探头4经接口电路21(见图3或图5)连接单片机MPU22；晶振23产生的震荡信号输入到单片机MPU为其提供工作频率；复位和看门狗电路24输入到单片机MPU产生上电复位和监视单片机MPU的运行，一旦单片机MPU的程序出格则产生复位信号强制单片机MPU重新复位；时钟电路25即实时时钟RTC连接单片机MPU22为其提供秒脉冲和时间日期数据；人机接口电路26接收单片机MPU的数据并用液晶或数码管显示或通过按键接收人工输入命令输出到单片机MPU22；通信电路27接收单片机MPU的输出数据、输出到外部数字设备3，或接收外部数字设备3输入的数据、输出到单片机MPU22，进行数据交换；电源28接收市电、并转换成低压后为采集终端2内部电路提供电源。
图6还包括开关量输入电路DI29，以接收计量箱的门禁信号、负荷开关的状态信号、输出到单片机MPU22；还包括开关量输出电路DO2A，以接收单片机MPU输出的开关量信号、输出控制负荷开关，由负荷开关控制用电户的用电电源；负荷开关可以内置在采集终端2内，也可以外挂在采集终端外部。
图7是采集终端2中单片机MPU的主计算过程图。首先，输入电能增量Δ、当前时间t、功率方向F和当前所在阶梯J以及算术有功总表底WS、正向有功总表底W+、反向有功总表底W-、正向有功分时表底W+Tk、反向有功分时表底W-Tk、当前所在的阶梯表底WAJ和剩余电费YZ的起始值，其中，Δ由接口程序按公式1或公式3来确定，t即当前时间由实时时钟RTC提供，YZ即剩余电费，F即功率方向，J即所在阶梯年初时复位为1；进入计算过程；
1，依据当前时间t，查分时费率表获得所在时段的费率种类k；
2，判断功率方向F＝1吗？如果功率方向为正F＝1，则累积正向有功总表底W+＝W++Δ、算术有功总表底WS＝WS+Δ、正向有功分时表底W+Tk＝W+Tk+Δ和剩余电费YZ＝YZ-Δ×C+k；否则，费率方向为负F＝-1，则累积反向有功总表底W-＝W-+Δ、算术有功总表底WS＝WS-Δ、反向有功分时表底W-Tk＝W-Tk+Δ和剩余电费YZ＝YZ+Δ×C-k；
3，累积阶梯电量，若F＝1满足的条件下，首先，累积当前所在的阶梯J的阶梯表底WAJ＝WAJ+Δ；其次，当满足WAJ＞AgJ条件下，计算Δ＝WAJ-AgJ，并令WAJ+1＝Δ、WAJ＝AgJ和J＝J+1，到下一步；不满足WAJ＞AgJ条件，则直接到下一步；
4，累积阶梯电费，满足F＝1的条件下，累积剩余电费YZ＝YZ-Δ×ΔC+J；
5，过程结束并返回，输出当前所在阶梯J、算术有功总表底WS、正向有功总表底W+、反向有功总表底W-、正向有功分时表底W+Tk、反向有功分时表底W-Tk、当前所在的阶梯表底WAJ和剩余电费YZ。
过程输出的算术有功总表底WS应当与电能表的表底码轮的数据一致，如果初值相等；某段时间内累积的正向有功总电量ΔW+(为时段起始表底W+与时段末表底W+的差)应当与正向有功分时电量的和∑ΔW+Tk一致；同理，反向有功总电量ΔW-应当与反向有功分时电量的和∑ΔW-Tk一致；某段时间内所有阶梯计量之和∑ΔWAj应当与正向有功总电量ΔW+一致；某段时间内的剩余电费YZ应当与该时段内抄收的分时有功电量ΔW+Tk或ΔW-Tk、阶梯电量ΔWAj，按照对应的分时用电费率或发电费率、附加阶梯电费计算出来的剩余电费应当一致；以上诸一致性可以作为本方案的探头和采集终端的检验标准。
上述1中，k＝1，2，3，...，对应不同的费率种类；
上述2中，C+k和C-k为当前时段的用电费率和发电费率，也作为计算过程的输入可由通信程序从外部数字设备3来；
电能增量Δ对应的电费是：
公式4：ΔY+＝Δ×C+k，或ΔY-＝Δ×C-k；
计算剩余预付费值：
公式5：YZ＝YZ-ΔY+，当F＝1；或YZ＝YZ+ΔY-，当F＝-1；
上述3中，AgJ为当前所在阶梯的阶梯电量给定值，J＝1，2，3，...，也作为计算过程的输入可由通信程序从外部数字设备3来；
上述4中，ΔC+J为当前所在阶梯的附加阶梯费率，也作为计算过程的输入可由通信程序从外部数字设备3来；
电能增量Δ对应的附加阶梯电费ΔYAj是：
公式6：ΔYAj＝Δ×ΔC+j；
剩余预付费值是：
公式7：YZ＝YZ-ΔYAj；
当YZ减少到剩余预付费警告值YGZ，则采集终端2通过通信向外部数字设备3发送欠费告警信号，由外部数字设备3发信号如短信通知用电户续费；当YZ减少到剩余预付费关闭值，例如0时，当然也可以设定其他的小于剩余预付费警告值，则采集终端2通过开关量输出电路图6的2A输出控制信号切断负荷开关停止向用电户供电。
采集终端2还可以通过通信接收外部数字设备3输入的遥控命令，控制负荷开关分断或闭合向用户停止或继续供电。
采集终端2将表底WS、W+、W-、W+Tk、W-Tk、WA1、WA2、WA3、...以及剩余电费YZ输出到人机界面用于显示、经通信输出到其它数字设备3用于远程抄表。
在上述方案中，采集终端2还依据时间间隔T和电能增量Δ、计算并输出有功功率P，
公式8：单位是W，若P≥0为正向有功，否则，P＜0为反向有功。
按公式6求出的P随机误差可能很大，为此，对P进行数字低通滤波。数字低通滤波器可以采用n阶巴特沃斯或n阶切比雪夫滤波器或n阶卡尔曼滤波器，n＝1，2，3，4。
图6还包括模拟输入电路2B，以输入模拟电压信号u，经模数变换器后的采样信号uk输出到单片机MPU22，图7的计算过程还包括计算电压有效值U、谐波分解输出基波电压有效值U1和第k次谐波电压有效值Uk。
有功功率P、电压有效值U、基波U1和第k次谐波Uk到图6的人机接口电路26进行显示、经通信电路27输出到外部数字设备3。
多个电能表可以共用一个采集终端，只要将图6中的探头接口电路21、开关量输入电路29和开关量输出电路2A都增加到N个，其它不变，则一个采集终端2能够通过N个探头带N块电能表。
采集终端2采用导轨安装或磁铁吸附两种安装方式，非常方便地安装在计量箱的导轨上或吸附在计量箱的金属板上。
本发明的技术方案并不局限于上述实施例。对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的构思的任何改变和变型都属于本发明的保护范围。例如，利用已有知识，很容易将探头4的两个脉冲M1和M2调制到一起，如M1为正脉冲、而M2为负脉冲，经一根线输出到采集器2后再解调还原成两个脉冲M1和M2。
通过本发明方案的实施，容易将已有普通电能表改造成双向、分时、阶梯计量、计费、预付费控、远程控，并输出有功功率P和电压U以及门禁、开关状态等遥信信号；与智能电表相比，除少输出电流I和无功功率Q外，其它功能一致、性能接近。而电流I和无功功率Q对于低压线路几乎没有需求，所以，这种改造方案能够满足智能电网对电能表的要求，并且，投资小、改造工程量小，不会出现计量接线错误。并且，多个电能表共用一个采集器，能够大幅度地减少投资。

Claims (10)

1.一种将普通电能表改造成智能电表的装置，包括：探头(4)和采集终端(2)，所述探头(4)连接所述采集终端(2)，并固定、对准所述电能表的电能窗口用于感应电能表的电能图像；所述采集终端(2)从所述探头(4)读取所述电能图像计算电能增量Δ或识别表底数据Ws、计算电能增量，显示并根据预付费控制负荷，与外部数字设备(3)相互通信，采集终端(2)包括单片机MPU(22)、晶振(23)、复位与看门狗电路(24)，其中晶振(23)产生的震荡信号为单片机MPU提供工作频率；复位与看门狗电路(24)输入到单片机MPU产生上电复位并监视MPU的运行；其特征在于：所述电能表为机械电能表，所述探头(4)包括向所述机械电能表的机械转盘发射光的发光管(41)、沿机械转盘正向旋转的方向顺序布置的第一感光管(42)和第二感光管(43)，第一感光管(42)和第二感光管(43)分别接收所述发射光被所述机械转盘反射的反射光，所述发光管(41)由采集终端(2)输出的电源V+供电；所述探头(4)还包括壳(44)、玻璃板(45)和线路板(46)；所述第一感光管(42)的发射极接地、集电极输出脉冲M1；所述第二感光管(43)的发射极接地、集电极输出脉冲M2；线路板(46)用于固定发光管(41)、第一感光管(42)和第二感光管(43)并实现电路布线，壳(44)、玻璃板(45)用于探头(4)的封装；探头(4)对准电能表的机械转盘并被直接粘接到所述电能表的窗口玻璃上；所述第一感光管(42)和所述第二感光管(43)根据反射光的强弱分别输出脉冲M1和脉冲M2，所述采集终端(2)根据脉冲M1超前或滞后脉冲M2的关系判断功率方向，当电能表通过正向功率时，脉冲M1超前于脉冲M2；反之，当电能表通过负向功率时脉冲M1滞后于脉冲M2；电能增量Δ＝1/C，其中，C为电能表常数；所述采集终端(2)根据所述功率方向将电能增量Δ累积到正反向表底、分时表底和阶梯表底。
2.如权利要求1所述的将普通电能表改造成智能电表的装置，其特征在于：所述采集终端(2)还具有一接口电路(21)，接口电路(21)包括第一整形电路(211)、第二整形电路(212)和恒流电阻(214)，第一整形电路(211)和第二整形电路(212)用于对来自探头(4)的脉冲M1和M2进行整形、去除抖动，然后输出到所述单片机MPU(22)；恒流电阻(214)用于将电源Vcc转换成恒电流后输出到探头(4)的V+。
3.如权利要求2所述的将普通电能表改造成智能电表的装置，其特征在于：所述接口电路(21)还包括另一电阻(215)和VMOS管(216)，所述MPU(22)输出的O1经所述另一电阻(215)后接VMOS管(216)的栅极，VMOS管(216)的漏极接地、源极接V+；上电后，O1输出0，VMOS管(216)不导通，V+有电，探头(4)的发光管(41)发光，所述单片机MPU(22)接收脉冲M1和M2；经过一段时间后，MPU能够预测脉冲的间隔T，之后，当MPU接收到M1和M2后，关断对脉冲的输入并输出O1为1、VMOS管(216)导通、V+无电，探头(4)的发光管(41)停止发光；延时一段时间，小于T，MPU输出O1为0、关断VMOS管(216)、探头的发光管又发光、再打开MPU(22)的脉冲输入，如此继续。
4.一种将普通电能表改造成智能电表的装置，包括：探头(4)和采集终端(2)，所述探头(4)连接所述采集终端(2)，并固定、对准所述电能表的电能窗口用于感应电能表的电能图像；所述采集终端(2)从所述探头(4)读取所述电能图像计算电能增量Δ或识别表底数据Ws、计算电能增量，显示并根据预付费控制负荷，与外部数字设备(3)相互通信，采集终端(2)包括单片机MPU(22)、晶振(23)、复位与看门狗电路(24)，其中晶振(23)产生的震荡信号为单片机MPU提供工作频率；复位与看门狗电路(24)输入到单片机MPU产生上电复位并监视MPU的运行；其特征在于：所述电能表为脉冲电能表，所述探头(4)包括图像传感器(48)和用作光源的照明灯(4A)，所述探头(4)用于表底码轮图像的成像，所述采集终端(2)根据当前表底Wsk与上次表底Wsk-1的大小判断功率方向并计算电能增量Δ；所述采集终端(2)根据所述功率方向将电能增量Δ累积到正反向表底、分时表底和阶梯表底；
所述探头(4)还包括导光体(47)、总线驱动电路(49)、线路板(46)和壳(44)；线路板(46)用于固定图像传感器(48)、照明灯(4A)并实现电路布线，壳(44)用于探头(4)的封装；探头(4)对准电能表的表底码轮、采用快速粘结剂方式粘在电能表的前玻璃面板上，能够清晰采集表底码轮的图像；所述照明灯(4A)由采集终端(2)输出的电源V+供电，V+带电时照明灯(4A)发光、经过导光体(47)将照明灯(4A)的发光引导到表底码轮；V+无电时由自然光照亮表底码轮；表底码轮的影像通过导光体(47)映射到图像传感器(48)上，图像传感器(48)将感受的每幅影像变成一帧图像数据、经过总线驱动电路(49)后输出图像数据到数据总线DB上；图像传感器(48)接收经数据总线DB、总线驱动电路(49)送来的控制信号，每收到一次控制信号开始工作，感受图像、输出一帧图像数据，之后休息。
5.如权利要求4所述的将普通电能表改造成智能电表的装置，其特征在于：所述采集终端(2)还包括接口电路(21)，该接口电路(21)包括总线驱动电路(217)、图像识别器(218)和恒流电阻(214)；总线驱动电路(217)接收经数据总线DB输入的来自探头(4)的图像数据、并输出到图像识别器(218)，图像识别器(218)将图像数据转换为表底数据WS、输出WS到单片机MPU(22)；单片机MPU(22)每收到一次表底数据WS后进行一次计算，当前的表底数据WSk与上一次的表底数据WSk－1相减获得两次转换间的电能量ΔW；如果ΔW≥0则为正向F＝1，否则，ΔW<0为反向F＝－1；电能增量Δ＝|ΔW|；电源Vcc经过恒流电阻(214)将电压转换成恒电流后输出到探头(4)的V+。
6.如权利要求1或4所述的将普通电能表改造成智能电表的装置，其特征在于：采集终端(2)包括接口电路(21)、时钟电路(25)、开关量输入电路DI(29)、开关量输出电路DO(2A)、人机接口电路(26)、通信电路(27)和电源(28)；探头(4)经接口电路(21)连接采集终端(2)的单片机MPU(22)；时钟电路(25)即实时时钟RTC连接MPU(22)为其提供秒脉冲和时间日期数据；开关量输入电路DI(29)输入门禁信号、负荷开关的状态信号，并输出到单片机MPU(22)；开关量输出电路DO(2A)输入单片机MPU(22)输出的开关量信号，并输出控制负荷开关，由负荷开关控制用电户的用电电源；人机接口电路(26)接收单片机MPU(22)的数据并用液晶或数码管显示或通过按键接收人工输入命令输出到MPU(22)；通信电路(27)用于单片机MPU(22)与外部数字设备(3)的数据交换；电源(28)为采集终端(2)内部电路提供电源。
7.如权利要求1或4所述的将普通电能表改造成智能电表的装置，其特征在于：所述采集终端(2)中MPU(22)包括如下计算过程：
输入电能增量Δ、当前时间t、功率方向F和当前所在阶梯J以及算术有功总表底WS、正向有功总表底W+、反向有功总表底W－、正向有功分时表底W+Tk、反向有功分时表底W－Tk、当前所在的阶梯表底WAJ和剩余电费YZ的起始值，进入计算过程；
1、依据当前时间t，查分时费率表获得所在时段的费率种类k；
2、判断功率方向F＝1吗？如果F＝1功率方向为正，则累积正向有功总表底W+＝W++Δ、算术有功总表底WS＝WS+Δ、正向有功分时表底W+Tk＝W+Tk+Δ和剩余电费YZ＝YZ－Δ×C+k；否则，F＝－1功率方向为负，则累积反向有功总表底W－＝W－+Δ、算术有功总表底WS＝WS－Δ、反向有功分时表底W-Tk＝W-Tk+Δ和剩余电费YZ＝YZ+Δ×C-k；其中，k＝1、2、3、…，对应不同的费率种类；C+k和C-k为当前时段的用电费率和发电费率；
3、累积阶梯电量，若F＝1，首先，累积当前所在的阶梯J的阶梯表底WAJ＝WAJ+Δ；其次，当满足WAJ>AgJ条件下，计算Δ＝WAJ－AgJ，并令WAJ+1＝Δ、WAJ＝AgJ和J＝J+1，到下一步；不满足WAJ>AgJ条件，则直接到下一步；其中，AgJ为当前所在阶梯的阶梯电量给定值，J＝1、2、3、…；
4、累积阶梯电费，F＝1的条件下，累积剩余电费YZ＝YZ－Δ×ΔC+J；其中，ΔC+J为当前所在阶梯的附加阶梯费率；
5、计算过程结束并返回，输出当前所在阶梯J、算术有功总表底WS、正向有功总表底W+、反向有功总表底W－、正向有功分时表底W+Tk、反向有功分时表底W－Tk、当前所在的阶梯表底WAJ和剩余电费YZ。
8.如权利要求7的将普通电能表改造成智能电表的装置，其特征在于：计算过程还包括计算并输出有功功率P的步骤，
输入电能增量Δ、时间间隔T和功率方向F，则
对P进行n阶巴特沃斯或n阶切比雪夫滤波器或n阶卡尔曼滤波器的数字低通滤波。
9.如权利要求7所述的将普通电能表改造成智能电表的装置，其特征在于：采集终端(2)还包括模拟输入电路(2B)，计算过程还包括计算有效值和谐波分解；所述模拟输入电路(2B)输入模拟电压信号u、输出经模数变换后的采样信号uk到单片机MPU(22)；单片机MPU(22)依据采样信号uk计算电压有效值U、谐波分解获得基波电压有效值U1和第k次谐波电压有效值Uk。
10.如权利要求8所述的将普通电能表改造成智能电表的装置，其特征在于：采集终端(2)还包括模拟输入电路(2B)，计算过程还包括计算有效值和谐波分解；所述模拟输入电路(2B)输入模拟电压信号u、输出经模数变换后的采样信号uk到单片机MPU(22)；单片机MPU(22)依据采样信号uk计算电压有效值U、谐波分解获得基波电压有效值U1和第k次谐波电压有效值Uk。
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