CN103245810B - 一种智能电能表的防磁装置及其防磁方法 - Google Patents
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Abstract
一种智能电能表的防磁装置及其防磁方法，涉及电表的防磁装置及其防磁方法，MCU为核心控制电路，计量电路与MCU通过SPI总线连接，电源电路为电能表配置+12V和+5V直流电源；电机式继电器控制电路与MCU的IO引脚连接，电机式继电器检测电路与MCU的IO引脚直接连接，磁场干扰检测电路与MCU的AD端品连接，存储电路与MCU的I2C总线连接，按键电中与MCU通过IO端品连接，IC卡接口电路与MCU通过ISO7816接口连接。该方法针对恒定磁场对智能电能表的干扰，使用电机驱动式继电器，内部为电机和塑料齿轮装置，做为内置负荷开关的智能电能表的防磁干扰方法及装置，不受磁场干扰。
Description
技术领域
本发明涉及电表的防磁装置及其防磁方法，特别是涉及一种智能电能表的防磁装置及其防磁方法。
背景技术
目前，智能电能表在全国范围内已经普及，但在实际使用的过程中发现了一些问题，其中最主要的问题就是恒定磁场对电能表的干扰问题。
现在国网智能电能表有70%以上为负荷开关内置电能表，而现在市场中的智能电能表全部使用磁保持继电器做为电能表内置负荷开关，当外界使用50mm*50mm*50mm磁力为200mT以上的永久磁铁对电能表施加恒定磁场干扰时，使用磁保持继电器的电能表无法正常拉闸断电，导致部分不法用户采用此种段非法用电。
国内一些智能电表生产厂家为了解决上述问题而在磁保持继电器外增加一层金属外壳，这样做虽然可以屏蔽磁场干扰，但也带来很多新问题：（1）电能表整体成本大幅上升；（2）金属屏蔽壳会导走继保持继电器内的线圈产生的磁场，继电器的动作电压大幅提高约60%~70%，增加电能表额外功耗，并且瞬间的大电流也会使电能表工作电压短时下降，导致电能表稳定性大幅降低； （3）由于继电器增加屏蔽外壳，也会降低衔铁组的磁力，即磁保持继电器的保持力，导致继电器的状态易发生变化；（4）触点间压力大多在200g~400g之间，压力易发生变化（5）高温时弹片和动片弓臂产生应力变化，容易造成虚接；（6）由于智能电表内空间有限，增加金属外壳后电表内空间更加紧张，安全电器间隙缩小。（8）电能表不具备磁场检测功能，不能记录磁场干扰事件，也不能及时将磁场干扰事件上报给主站。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能电能表的防磁装置及其防磁方法，该方法针对恒定磁场对智能电能表的干扰，使用电机驱动式继电器，内部为电机和塑料齿轮装置，做为内置负荷开关的智能电能表的防磁干扰方法及装置，不受磁场干扰。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种智能电能表的防磁装置，其所述装置包括继电器、电机和齿轮装置，还包括MCU核心控制电路，电源电路，电机式继电器控制电路，电机式继电器检测电路，磁场干扰检测电路，存储电路，安全认证电路，IC卡接口电路；所述继电器内部设有电机和塑料齿轮装置，具有继电器检测电路，实时检测继电器拉闸或合闸状态；电机驱动继电器触点压力由弹簧设置而成，触点压力在450g~600g之间；所述MCU为核心控制电路，MCU通过I2C总线与显示电路相接，计量电路与MCU通过SPI总线连接，电源电路为电能表配置+12V和+5V直流电源；电机式继电器控制电路与MCU的IO引脚连接，电机式继电器检测电路与MCU的IO引脚直接连接，磁场干扰检测电路与MCU的AD端品连接，存储电路与MCU的I2C总线连接，按键电中与MCU通过IO端品连接，安全认证电路与MCU通过ISO7816接口连接，IC卡接口电路与MCU通过ISO7816接口连接。
一种智能电能表的防磁方法，所述方法使用电机式继电器做智能电能表的内置负荷开关，继电器检测电路检测断电或供电是否正常，检测电能表周围磁场；当电能表受到磁场干扰时，检测点输出的电压随磁场强度变化，MCU通过AD转换器采集电压，并计算磁场强度，当输出电压超出磁场合理围范后，电能表内部产生磁场异常记录，将记录写入存储电路，通过通信电路将事件上报给主站。
所述的一种智能电能表的防磁方法，所述使用电机式继电器做智能电能表的内置负荷开关，包括VB为+12V电源，JAA和JBB直接与MCU的IO引脚连接；电能表断电时，JAA为高电平，JBB为低电平，三极管V6、V8截止、V7、V9导通，JA为+12V，JB为0V，JA、JB端口触点分离，切断供电，切断供电后JAA、JBB引脚变回低电平；电能表合闸送电时，JAA为低电平，JBB为高电平，三极管V6、V8导通、V7、V9截止，JA为0V，JB为+12V，JA、JB端口触点闭合，恢复供电，恢复供电后JAA、JBB引脚变回低电平。
所述的一种智能电能表的防磁方法，所述继电器检测电路检测断电或供电是否正常，包括L1为火线输出，N为零线输出，当继电器拉闸断电后，L1无电压，光耦E10截止，检测点CHK_User为低电平；当断电器合闸恢复供电后，L1为50Hz正弦波，当L1电压高于N电压的半波时，光耦E10导通，检测点CHK_User输出频率为50Hz占空比为50%的方波信号；检测点CHK_User直接与MCU的IO端品连接，MCU通过检测CHK_User波形判断继电器状态是否正确。
所述的一种智能电能表的防磁方法，所述检测电能表周围磁场，包括U1为霍尔元件，U1的1脚VCC连接+5V电源，2脚GND连接地，3脚OUT为电压输出。
本发明的优点与效果是：
1.继电器使用电机驱动继电器动作，内部为电机和塑料齿轮装置，不受磁场干扰；
2.继电器不使用金属屏蔽外壳，降低电能表成本；
3.驱动电流小，继电器动作时对电能表电源干扰小；
4.具有继电器检测电路，实时检测继电器拉闸或合闸状态；
5.电机驱动继电器触点压力由弹簧提供，触点压力在450g~600g之间，触点连接可靠；
6.高温和低温环境弹簧始终保持触点间压力，触点连接可靠；
7.具有磁场干扰检测电路，检测到外界磁场干扰可记录磁场干扰事件，并将事件主动上报主站。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明的电机式继电器驱动电路；
图3是本发明的电机式继电器检测电路；
图4是本发明的磁场干扰检测电路；
图5是本发明中使用的霍尔元件输出电压随磁感应强度变化曲线；
图6是本发明中智能电能表拉闸断电的程序流程；
图7是本发明中智能电能表合闸送电的程序流程。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明装置的结构框图如图1所示。图中MCU为本发明的核心控制电路，负责智能电能表的计算和控制等功能；MCU通过I2C总线控制显示电路，显示电路负责显示电能表的显示人机交互界面；计量电路与MCU通过SPI总线连接，负责电能计量相关功能；电源电路为电能表提供+12V和+5V直流电源；电机式继电器控制电路与MCU的IO引脚连接，负责驱动电机式继电器；电机式继电器检测电路与MCU的IO引脚直接连接，负责检测继电器状态是否正确；磁场干扰检测电路与MCU的AD端品连接，负责检测电能表是否受到恒定磁场干扰；存储电路与MCU的I2C总线连接，负责存储电能表的相关参数和运行数据；按键电中与MCU通过IO端品连接，负责电能表的信息输入；安全认证电路与MCU通过ISO7816接口连接，负责电能表的安全认证操作；IC卡接口电路与MCU通过ISO7816接口连接，负责IC卡的读写操作。
本发明使用电机式继电器做智能电能表的内置负荷开关，电机式继电器的驱动电路如图2所示。图2中，VB为+12V电源，JAA和JBB直接与MCU的IO引脚连接，当电能表需要执行拉闸断电时，JAA变为高电平，JBB变为低电平，三极管V6、V8截止、V7、V9导通，JA为+12V，JB为0V，JA、JB端口可直接驱动电机式继电器内部电机正向转动，带动触点分离，切断供电，成功切断供电后JAA、JBB引脚变回低电平；当电能表需要执行合闸送电时，JAA变为低电平，JBB变为高电平，三极管V6、V8导通、V7、V9截止，JA为0V，JB为+12V，JA、JB端口可直接驱动电机式继电器内部电机反向转动，带动触点闭合，恢复供电，成功恢复供电后JAA、JBB引脚变回低电平。
为了防止继电器误动作，本发明使用如图3所示的继电器检测电路检测断电或供电是否正常。图中L1为火线输出，N为零线输出，当继电器拉闸断电后，L1无电压，光耦E10截止，检测点CHK_User为低电平；当断电器合闸恢复供电后，L1为50Hz正弦波，当L1电压高于N电压的半波时，光耦E10导通，检测点CHK_User输出频率为50Hz占空比为50%的方波信号。检测点CHK_User直接与MCU的IO端品连接，MCU通过检测CHK_User波形判断继电器状态是否正确。
本发明使用如图4所示的电路检测电能表周围磁场。图中U1为霍尔元件，U1的1脚VCC连接+5V电源，2脚GND连接地，3脚OUT为电压输出。当电能表受到磁场干扰时，检测点Hell_Chk输出的电压随磁场强度变化，输出电压随磁感应强度变化曲线如图5所示，MCU通过AD转换器采集电压，并计算磁场强度，当输出电压超出磁场合理围范后，电能表内部产生磁场异常记录，将记录写入存储电路，通过通信电路将事件上报给主站。
实施例：
本发明中智能电能表拉闸断电的程序流程如图6所示，下面附图解释智能电能表的拉闸断电程序的流程：
步骤601，MCU控制JA为高电平，JB为低电平，继电器内部电机正向转动，带机继电器内部塑料结构的机械齿轮转动，继电器触点断开。成功驱动继电器后恢复JA、JB为低电平状态。
步骤602，MCU通过IO端口读取光耦E10输出信号波形。
步骤603，判断信号波形，如果信号为频率为50Hz占空比为50%的方波信号则表示拉闸失败，执行步骤604；如果信号为持续低电平信号则表示拉闸成功，结束拉闸控制流程。
步骤604，MCU记录拉闸失败事件，并尝试重新拉闸。
本发明中智能电能表合闸送电的程序流程如图7所示，下面附图解释智能电能表的合闸送电程序的流程：
步骤701，MCU控制JA为高电平，JB为低电平，继电器内部电机正向转动，带机继电器内部塑料结构的机械齿轮转动，继电器触点断开。成功驱动继电器后恢复JA、JB为低电平状态。
步骤702，MCU通过IO端口读取光耦E10输出信号波形。
步骤703，判断信号波形，如果信号为频率为持续低电平信号则表示合闸失败，执行步骤704；否则表示合闸成功，结束拉闸控制流程。
步骤704，MCU记录拉闸失败事件，并尝试重新拉闸。
Claims (1)
1.一种智能电能表的防磁方法，其特征在于，所述方法使用电机驱动式继电器做智能电能表的内置负荷开关，电机驱动式继电器状态检测电路检测断电或供电是否正常，检测电能表周围磁场；当电能表受到磁场干扰时，检测点输出的电压随磁场强度变化，MCU通过AD转换器采集电压，并计算磁场强度，当输出电压超出磁场合理范围后，电能表内部产生磁场异常记录，将记录写入存储电路，通过通信电路将事件上报给主站；
所述使用电机驱动式继电器做智能电能表的内置负荷开关，包括VB为+12V电源，JAA和JBB直接与MCU的IO引脚连接；电能表断电时，JAA为高电平，JBB为低电平，三极管V6、V8截止、V7、V9导通，电机驱动式继电器的端口触点JA为+12V，电机驱动式继电器的端口触点JB为0V，JA、JB端口触点分离，切断供电，切断供电后JAA、JBB引脚变回低电平；电能表合闸送电时，JAA为低电平，JBB为高电平，三极管V6、V8导通、V7、V9截止，JA为0V，JB为+12V，JA、JB端口触点闭合，恢复供电，恢复供电后JAA、JBB引脚变回低电平；
所述电机驱动式继电器状态检测电路检测断电或供电是否正常，包括L1为火线输出，N为零线输出，当继电器拉闸断电后，L1无电压，光耦E10截止，检测点CHK_User为低电平；当断电器合闸恢复供电后，L1为50Hz正弦波，当L1电压高于N电压的半波时，光耦E10导通，检测点CHK_User输出频率为50Hz占空比为50%的方波信号；检测点CHK_User直接与MCU的IO端口连接，MCU通过检测CHK_User波形判断继电器状态是否正确；
所述检测电能表周围磁场，包括U1为霍尔元件，U1的具体型号为CS3144，U1的1脚VCC连接+5V电源，2脚GND连接地，3脚OUT为电压输出。
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