CN106353544A - Cog单相智能电能表 - Google Patents

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王珏
李宏伟
鞠险峰
吴清早
李佳燚
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    • G—PHYSICS
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Abstract

COG单相智能电能表，它涉及电工仪器仪表行业电能计量领域，它克服了现有技术的缺陷，为了解决在现场运行和安装过程中的干扰问题，本发明提供了一种COG单相智能电能表，它由包括安全加密电路、显示电路、继电器控制及电源异常检测电路、电流采样电路、电压采样电路、计量电路、电源电路、主控微处理器、电池及检测电路、存储电路、多功能脉冲输出电路、红外通信电路、载波通信电路和RS485通信电路构成，增加了添加超级电容的电池可更换的电池及检测电路，增加了COG方式的显示电路；本发明安全可靠，性价比高，经济效益好。

Description

COG单相智能电能表
技术领域
本发明属于电工仪器仪表行业电能计量领域，特别涉及一种COG（chip on glass）单相智能电能表。
背景技术
目前现有电能表利用主站远距离抄表，大大提高抄表精确性，有效避免人工抄表的误差，并可远程查询电表实时数据，帮助供电公司和电力用户第一时间获取异常情况，方便及时抢修，减少停电时间。
但是由于现有的智能电表硬件设计方面存在一定缺陷，同时实用性和工艺性考虑不足，在生产和现场运行中发生了许多问题：
1. 时钟电池不支持更换，由于电池本身质量和整表功耗设计等原因造成了时钟电池欠压，造成电表时间不正确，掉电后存储数据丢失；
2. 液晶和液晶驱动芯片分离，液晶管脚和液晶驱动芯片管脚过多，焊接费时且容易造成虚焊，成本较高；
COG (Chip On Glass)技术是一种设计方法，其液晶驱动器直接安装于显示屏上这个概念（后文称为COG概念）减少了PCB上的走线和层数，削减了电路板的尺寸和复杂性，并减少了SMD概念中使用的IC封装，整体效果是降低了系统成本。COG技术允许几个液晶驱动器IC直接串接在接触平台上，以便能够驱动更大的显示屏分辨率，COG技术允许将显示屏连接到PCB的最恰当位置，即使与微控制器有些距离也可以，将COG技术用于智能电表后可有效减少成本，提高设计的方便性。
发明内容
本发明内容克服现有技术的不足，提供了一种COG 单相智能电能表，其中包括硬件部分安全加密电路、显示电路、继电器控制及电源异常检测电路、电流采样电路、电压采样电路、计量电路、电源电路、主控微处理器、电池及检测电路、存储电路、多功能脉冲输出电路、红外通信电路、载波通信电路和RS485通信电路，其特征在于主控微处理器分别与安全加密电路、显示电路、继电器控制及电源异常检测电路、电流采样电路、电压采用电路、计量电路、电源电路、电池及检测电路、存储电路、多功能脉冲输出电路、红外通信电路、载波通信电路和RS485通信电路相连接；主控微处理器分别与安全加密电路、存储电路、红外通信电路、载波通信电路和RS485通信电路连接后实现双向通信；计量电路对电流采样电路和电压采用电路分别采样的电流和电压信号进行相关运算和处理；显示电路是显示当前用户各时段的电量以及组合总电量；多功能脉冲输出电路是秒脉冲和时段投切脉冲输出复用电路；电池及检测电路为电能表提供备用电源。
进一步地，所述的显示电路采用COG 方式，将液晶驱动芯片集成到液晶LCD上。
进一步地，所述的电池检测电路是添加超级电容的电池可更换电路。
软件包括测量模块程序、计量模块程序、数据处理模块程序、系统处理模块程序、负荷控制模块程序、通信处理模块程序、事件冻结模块程序。
其中，计量电路采用高精度的电能专用计量芯片，完成对采样的电流和电压信号进行相关运算和处理，实现功率测量和脉冲信号输出功能；所述电源电路为整个电能表系统提供电源，通过整流，将电表所在的供电线路中的220伏高压交流电，转换为可供系统直接使用的低压直流电，使用开关电源降低供给载波模块的纹波；所述显示电路采用COG方式将液晶驱动芯片集成到液晶LCD，显示智能电表运行信息；所述电池及检测电路，为保证在意外或突发故障情况下整个电表系统能正常工作，在设计时为其提供备用电源，通常为锂电池配合超级电容，以确保整个系统的正常运行，正常运行时，锂电池对超级电容充电，当电池电压低于3V时，显示电池欠电报警，超级电容为电表供电以保证在电池更换期间电表时钟正常运行；所述继电器控制及电源异常检测电路控制继电器的合闸和跳闸实现对用户用电控制的目的，并检测电能表的外部供电在电能表正常工作电压范围时，但电能表内部处理器工作电压异常，对于负荷开关内置电能表，检测表内负荷开关误动作；所述RS485通信电路是指利用RS485通信协议传输电能表数据和远程控制电能表；所述主控微处理器通过SPI和I2C总线方式控制外围各模块的运行状态，实现电能表的各项功能；所述存储电路是系统在设计时采用EEPROM，即可擦可编程只读存储器，存储和记录大量数据，同时能保证在各种意外和突发事故造成的掉电情况下，用户用电数据的不消失和长期存储。所述载波通信电路利用现有的输配电电力线网络作为传输介质，实现数据传输与信息交换的一种电路，实现电能表与电力部门的远程售电系统的联网。所述红外通信电路是抄表人员的手持红外抄表器和位于用户端的智能电能表红外通信，实现电量数据抄读和远程控制。远程售电系统通过虚拟介质（主要是载波和RS485通信）对费控电能表下发复费率时段表、电量结算日等信息。所述安全加密电路是实现安全存储、数据加／解密、双向身份认证、存取权限控制、线路加密传输等安全控制功能，是单相电能表必不可少的组成部分。
所述测量模块程序是负责计量芯片初始化：计量芯片初始化，寄存器数据初始化；测量：电压值测量，两通道电流测量，两通道功率及功率方向测量，两通道功率因数测量，电网频率测量，以及计量芯片数据校验；误差校正：1.0，100%Ib点误差校正，1.0，100%Ib点电压，电流，功率显示值校正，0.5L,100%Ib相位误差校正，1.0,5%Ib点误差校正，寄存器初始化接口。所述计量模块程序负责脉冲采样；电量累加与存储处理：组合电量计量，电量累加处理，存储处理；电量结算：正常结算和停电结算，上电补结算，结算包含月度结算，结算周期结算。所述数据处理模块是指默认数据初始化与数据清零：电能表参变量赋默认值，事件冻结等清零；上电后RAM数据校验并初始化；数据的安全性与可靠性检查。所述系统处理模块程序负责时间任务调度处理；电表运行状态字同步；参数修改处理负荷记录，主动上报状态字同步，密钥更新处理；系统时间获取接口，时间合法性检查接口；各种中断源服务子程序，总任务调度与上下电处理。所述负荷控制模块程序负责继电器相关动作和事件记录；继电器控制相关数据初始化。所述通信处理模块程序负责通讯读数据；通讯读取后续帧；通讯地址读取；通讯写数据；冻结命令；电表清零与事件清零；远程控制；安全认证。所述事件冻结模块程序负责冻结；事件记录；负荷记录。
本发明具有以下优势：
1.电池检测电路增加超级电容，支持时钟电池、停抄电池可更换。
2.将液晶驱动芯片集成液晶LCD上，将焊接管脚由原来的34个减少到7个，减少了焊接时间，节省了材料。
附图说明
图1 COG单相智能电能表原理框图。
具体实施方式
参照附图1，本具体实施方式所述的COG单相智能电能表包括安全加密电路、显示电路、继电器控制及电源异常检测电路、电流采样电路、电压采样电路、计量电路、电源电路、主控微处理器、电池及检测电路、存储电路、多功能脉冲输出电路、红外通信电路、载波通信电路和RS485通信电路。各种硬件电路功能如下：
计量电路：对采样电压和电流信号进行相关运算和处理，实现功率测量和脉冲信号输出功能。
电源电路：为整个电能表系统提供电源。
电池及检测电路：为保证在意外或突发故障情况下整个电表系统能正常工作，在设计时为其提供备用电源，通常为锂电池配合超级电容，以确保整个系统的正常运行，正常运行时，锂电池对超级电容充电，当电池电压低于3V时，显示电池欠电报警，超级电容为电表供电以保证在电池更换期间电表时钟正常运行。
继电器控制及电源异常检测电路：控制继电器的合闸和跳闸来实现对用户用电的控制，检测电能表的外部供电在电能表正常工作电压范围时，但电能表内部处理器工作电压异常，对于负荷开关内置电能表，检测表内负荷开关误动作。
RS485通信电路：利用RS485通信协议传输电能表数据和远程控制电能表。
主控微处理器：通过SPI和I2C总线方式控制外围各模块的运行状态，实现电能表的各项功能。
存储电路：系统在设计时采用EEPROM，即可擦可编程只读存储器，存储和记录大量数据，同时能保证在各种意外和突发事故造成的掉电情况下，用户用电数据的不消失和长期存储。
继电器控制电路：控制继电器的合闸和跳闸实现对用户用电控制的目的。
载波通信电路：利用现有的输配电电力线网络作为传输介质，实现数据传输与信息交换的一种电路，实现电能表与电力部门的远程售电系统的联网。
红外通信电路：抄表人员的手持红外抄表器和位于用户端的智能电能表红外通信，实现电量数据抄读和远程控制。
多功能脉冲输出电路：是秒脉冲和时段投切脉冲输出复用电路。
显示电路：显示当前用户各时段的电量以及组合总电量。远程售电系统通过虚拟介质（主要是载波和RS485通信）对费控电能表下发复费率时段表、电量结算日等信息。
安全加密电路：实现安全存储、数据加／解密、双向身份认证、存取权限控制、线路加密传输等安全控制功能。
各种软件功能如下：
测量模块程序：计量芯片初始化：计量芯片初始化，寄存器数据初始化；测量：电压值测量，两通道电流测量，两通道功率及功率方向测量，两通道功率因数测量，电网频率测量，以及计量芯片数据校验；误差校正：1.0，100%Ib点误差校正，1.0，100%Ib点电压，电流，功率显示值校正，0.5L,100%Ib相位误差校正，1.0,5%Ib点误差校正，寄存器初始化接口。
计量模块程序：脉冲采样；电量累加与存储处理：组合电量计量，电量累加处理，存储处理；电量结算：正常结算和停电结算，上电补结算，结算包含月度结算，结算周期结算。
数据处理模块程序：默认数据初始化与数据清零：电能表参变量赋默认值，事件冻结等清零；上电后RAM数据校验并初始化；数据的安全性与可靠性检查。
系统处理模块程序：时间任务调度处理；电表运行状态字同步；参数修改处理负荷记录，主动上报状态字同步，密钥更新处理；系统时间获取接口，时间合法性检查接口；各种中断源服务子程序，总任务调度与上下电处理。
负荷控制模块程序：继电器相关动作和事件记录；继电器控制相关数据初始化。
通信处理模块程序：通讯读数据；通讯读取后续帧；通讯地址读取；通讯写数据；冻结命令；电表清零与事件清零；远程控制；安全认证。
事件冻结模块程序：负责冻结；事件记录；负荷记录。

Claims (3)

1.COG单相智能电能表，包括安全加密电路、显示电路、继电器控制及电源异常检测电路、电流采样电路、电压采样电路、计量电路、电源电路、主控微处理器、电池及检测电路、存储电路、多功能脉冲输出电路、红外通信电路、载波通信电路和RS485通信电路，其特征在于主控微处理器分别与安全加密电路、显示电路、继电器控制及电源异常检测电路、电流采样电路、电压采用电路、计量电路、电源电路、电池及检测电路、存储电路、多功能脉冲输出电路、红外通信电路、载波通信电路和RS485通信电路相连接；主控微处理器分别与安全加密电路、存储电路、红外通信电路、载波通信电路和RS485通信电路连接后实现双向通信；计量电路对电流采样电路和电压采用电路分别采样的电流和电压信号进行相关运算和处理；显示电路是显示当前用户各时段的电量以及组合总电量；多功能脉冲输出电路是秒脉冲和时段投切脉冲输出复用电路；电池及检测电路为电能表提供备用电源。
2.根据权利要求1所述的COG单相智能电能表，其特征在于所述的显示电路采用COG 方式，将液晶驱动芯片集成到液晶LCD上。
3.根据权利要求1所述的COG单相智能电能表，其特征在于所述的电池检测电路是添加超级电容的电池可更换电路。
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