CN107132391A - 一种智能电表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电表，其包括有电压采样电路、电流采样电路、计量模块、控制器、存储器、通信模块；其中，电压采样电路用于对电网电压进行采样；电流采样电路用于对电网电流进行采样；计量模块与所述电压、电流采样电路连接，对所述电压、电流采样信号进行处理，以获得用电信息；控制器与所述计量模块及存储器连接，接收并处理来自计量模块的用电信息以获得电能数据，根据来自外部设备的电价信息计算用电电费，并将电能数据和用电电费发送给存储器进行存储，且通过通信模块将电能数据和用电电费发送给外部设备；通信模块包括有通讯芯片以及与通讯芯片信号连接的通信天线，用于电表和外部设备间传送电能数据、电价信息以及用电电费。

Description

一种智能电表

技术领域

本发明涉及仪器仪表技术领域，更具体地涉及一种智能电表。

背景技术

当今社会对能源的需求不断加大，而不可再生的化石性能源在逐步枯竭；在能源消耗的同时也产生大量温室气体，致使环境逐年恶化。因此节能减排、绿色能源和可持续发展成为人类能源发展面临的重要挑战。智能电网正是在这一严峻形势下提出的。

智能电网是指通过建立数字化的电网系统架构，从整个网络系统的各个节点处(电表、变电站、发电厂等)获得所需的智能化信息。它包括高级计量架构(AMI，AdvancedMetering Infrastructure)、高级配电运行(ADD，Advanced DistributionOperation)、高级输电运行(ATO，AdvancedTransmission Operation)和高级资产管理(AAM，AdvancedAssetManagement)四大模块。其中，AMI是智能电网的关键体系，而智能电表又是AMI的核心。智能计量是实现智能电网智能化和智能数据管理的关键基础技术和重要功能。因此，智能电表是智能电网的重要终端。自动抄表系统(AMRS，Automatic MeterReading System)，是对电能计量自动抄表的自动控制系统，能提高电力系统用电管理的现代化水平。

目前智能电表主要以485或232接口方式和外部设备进行数据通讯，通讯采用布线方式执行，成本高昂。为了解决这个问题，大都在智能电表的外部外接GPRS、450M或ZigBee等无线通讯组件进行组网配置，以有效降低通讯线路铺设成本，但是外置模块存在重复取电、占用空间大、接线较多、运行费用高、远程穿透力差等问题。

鉴于此，有必要提供一种无需安装外置无线通讯模块，减少空间消耗，增强系统稳定性的智能电表以解决上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无需安装外置无线通讯模块，减少空间消耗，增强系统稳定性的智能电表。

为解决上述技术问题，本发明提供一种智能电表，其包括有电压采样电路、电流采样电路、计量模块、控制器、存储器、通信模块。其中，所述电压采样电路，用于对用户的电网电压进行采样以获得电压采样信号。所述电流采样电路，用于对用户的电网电流进行采样以获得电流采样信号。所述计量模块，与所述电压采样电路及电流采样电路连接，对所述电压、电流采样信号进行处理，以获得用电信息。所述控制器，与所述计量模块及存储器连接，接收并处理来自所述计量模块的用电信息以获得电能数据，根据来自外部设备的电价信息计算用电电费，并将所述电能数据和用电电费发送给所述存储器进行存储，且通过所述通信模块将所述电能数据和用电电费发送给外部设备。所述通信模块，包括有通讯芯片以及与通讯芯片信号连接的通信天线，用于电表和外部设备间传送电能数据、电价信息以及用电电费。

其进一步技术方案为：所述通讯芯片选用型号为SN75176的芯片。

其进一步技术方案为：所述智能电表还包括与所述控制器连接的显示模块，其用于显示电能数据、电价信息以及用电电费。

其进一步技术方案为：所述显示模块包括一液晶显示屏。

其进一步技术方案为：所述智能电表还包括与所述控制器连接的按键模块，其用于提供电能数据、电价信息以及用电电费查询的相关按键。

其进一步技术方案为：所述智能电表还包括电源模块，其用于为所述智能电表供电，包括电源管理器，所述电源管理器包括一AC-DC电源转换单元，该AC-DC电源转换单元与所述电压采样电路、电流采样电路、计量模块、控制器、存储器及通信模块连接。

其进一步技术方案为：所述电源模块还包括充电电池，所述电源管理器还包括一充电电路，所述AC-DC电源转换单元通过所述充电电路与充电电池连接，所述充电电池与所述电压采样电路、电流采样电路、计量模块、控制器、存储器及通信模块连接。

其进一步技术方案为：所述智能电表还包括与所述控制器连接的温度探测器，其用于探测所述电表的环境温度。

其进一步技术方案为：所述智能电表还包括与所述控制器连接的提示装置，所述控制器还用于在所述电能数据超过预设阈值时发送触发信号至所述提示装置，该提示装置接收到触发信号后产生提示信息。

其进一步技术方案为：所述提示模块包括蜂鸣器。

与现有技术相比，本发明通过在智能电表中内置通讯芯片，实现了电表与外部设备之间数据的无线传输，无需安装外置无线通讯模块，减少空间消耗，同时可减少通讯线路铺设，增强系统稳定性，智能电表通过该无线技术进行组网，传输距离远，可穿墙层数增多，且电源给智能电表供电的同时给内置的通讯芯片供电，无需额外取电，可降低安装的复杂度。

附图说明

图1是本发明智能电表第一实施例的结构框图。

图2为本发明智能电表通信模块中通讯芯片的具体结构示意图。

图3是本发明智能电表第二实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

图1为本发明智能电表100第一实施例的结构框图。参照图1，在附图所示的实施例中，所述智能电表100包括有电压采样电路101、电流采样电路102、计量模块103、控制器104、存储器105、通信模块106。

其中，所述电压采样电路101，用于对用户的电网电压进行采样以获得电压采样信号。所述电流采样电路102，用于对用户的电网电流进行采样以获得电流采样信号。对用户的电网电压和电网电流进行采样有两种方式：一是采用互感器进行采样，另一种是直接进行采样。采用互感器进行采样即利用电压互感器和电流互感器分别来采集用户的电压信号和电流信号；直接进行采样则是用热稳定性高的电阻分压网络来取得电压信号，而可用电阻温度系数非常小的锰铜片进行电流直接采样。这两种采样方式为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

所述计量模块103，与所述电压采样电路101及电流采样电路102连接，对所述电压、电流采样信号进行处理，以获得用电信息，所述用电信息包括有功电能及无功电能等。所述控制器104，与所述计量模块103及存储器105连接，接收并处理来自所述计量模块103的用电信息以获得电能数据，根据来自外部设备200(如上位机、数据采集器、PC机等)的电价信息计算用电电费，并将所述电能数据和用电电费发送给所述存储器105进行存储，且通过所述通信模块106将所述电能数据和用电电费发送给外部设备200。在本实施例中，所述控制器104由单片机来实现，本实施例中所述单片机选用STM32F103RBT6，而在某些其他实施例中，该控制器104也可由ARM、DSP等控制芯片来实现。所述存储器105，用于存储用户电能数据、用电电费以及上位机等外部设备200发送的电价信息，优选地，所述存储器105采用EEPROM防掉电数据存储器，数据存储更方便，电表100失电时数据不会丢失。在某些其他实施例中，所述存储器105也可选用SD卡等其他存储器来存储数据。

所述通信模块106，包括通讯芯片、与通讯芯片信号连接的通信天线以及外围驱动电路，其用于电表100和外部设备200间传送电能数据、电价信息以及用电电费。本实施例中，所述通讯芯片选用型号为SN75176的芯片，参照图2，图2为该通讯芯片的结构示意图。该通讯芯片的1脚RO为接收器输入端，2脚RE为接收端使能端，3脚DE为驱动器使能端，4脚DI为驱动器输出端，6脚、7脚DO/RI为输入输出总线接口；本实施例中，SN75176芯片的8脚VCC、5脚GND分别与智能电表100的5V电源、地连接，该芯片的1脚RO连接至电表100中原本用于与485通讯接收端连接的引脚，其4脚DI则连接至电表100中原本用于与485通讯发送端连接的引脚。基于上述设计，通过在智能电表100中内置通讯芯片，实现了电表100与外部设备200之间数据的无线传输，无需安装外置无线通讯模块，减少空间消耗，同时可减少通讯线路铺设，增强系统稳定性，智能电表100通过该无线技术进行组网，传输距离远，可穿墙层数增多。

在某些实施例，例如本实施例中，所述智能电表100还包括电源模块107，其用于为所述智能电表100供电，包括电源管理器，所述电源管理器包括一AC-DC电源转换单元，该AC-DC电源转换单元与所述电压采样电路101、电流采样电路102、计量模块103、控制器104、存储器105及通信模块106连接。所述电源管理器中的AC-DC电源转换单元外接市电，以将市电转换成满足相关标准的直流电流，为所述智能电表100各模块供电。基于该设计，电源模块107给智能电表100供电的同时给内置的通讯芯片供电，无需额外取电，可降低安装的复杂度。

在某些实施例，例如本实施例中，所述电源模块107还包括充电电池，所述电源管理器还包括一充电电路，所述AC-DC电源转换单元通过所述充电电路与充电电池连接，所述充电电池与所述电压采样电路101、电流采样电路102、计量模块103、控制器104、存储器105及通信模块106连接；充电电池可作为备用电源，防止停电时智能电表100中断工作。且本实施例中的充电电池连接电源管理器中的充电电路，在有市电时，电源管理器控制所述充电电路利用市电对充电电池进行充电，保证充电电池的电量，以确保停电时所述智能电表100可正常工作，即停电时，电源管理器控制所述充电电池为所述智能电表100供电。所述电源管理器及充电电路为本领域技术人员所熟知的，在此不再赘述。

图3为本发明智能电表100第二实施例的结构框图。与图1对应的实施例相比，本实施例的智能电表100还包括与所述控制器104连接的显示模块108及按键模块109，所述显示模块108用于显示电能数据、电价信息以及用电电费，方便用户随时进行查看；优选地，所述显示模块108包括一液晶显示屏。所述按键模块109用于提供电能数据、电价信息以及用电电费查询的相关按键，良好的人机交互界面设计使得电表100查询更加方便、简单。

在附图所示的实施例中，所述智能电表100还包括与所述控制器104连接的温度探测器111，其用于探测所述电表100的环境温度。

在某些实施例，例如本实施例中，所述智能电表100还包括与所述控制器104连接的提示装置110，所述控制器104还用于在所述电能数据超过预设阈值时发送触发信号至所述提示装置110，该提示装置110接收到触发信号后产生提示信息。所述触发信号可以设置为高电平信号，也可以设置为低电平信号。优选地，所述提示装置110包括蜂鸣器，相应地，所述提示信息为声音信息。在某些其他实施例中，所述提示装置110还可以是LED等发光装置或者LCD等显示装置，相应地，所述提示信息可以为光信息或者文字符号信息。基于所述提示装置110的设置，可以在用户用电量达到预设阈值时提醒用户节约电能。

可理解地，多个本发明的智能电表100与外部设备200可通过无线技术进行组网，外部设备200通过读取这些智能电表100的数据，可实现对配电回路的实时监测。当外部设备200发送读取电压、电流、功率、功率因数、电量等实时数据的指令至智能电表100时，每个智能电表100根据所接收的指令，判断所述外部设备200所要读取的是否是本电表100的数据，若不是，则忽略该指令，若是，则响应该指令，将本电表100的电能数据发送给外部设备200。

综上所述，本发明通过在智能电表中内置通讯芯片，实现了电表与外部设备之间数据的无线传输，无需安装外置无线通讯模块，减少空间消耗，同时可减少通讯线路铺设，增强系统稳定性，智能电表通过该无线技术进行组网，传输距离远，可穿墙层数增多，且电源给智能电表供电的同时给内置的通讯芯片供电，无需额外取电，可降低安装的复杂度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能电表，其特征在于：所述智能电表包括有电压采样电路、电流采样电路、计量模块、控制器、存储器、通信模块；其中，

所述电压采样电路，用于对用户的电网电压进行采样以获得电压采样信号；

所述电流采样电路，用于对用户的电网电流进行采样以获得电流采样信号；

所述计量模块，与所述电压采样电路及电流采样电路连接，对所述电压、电流采样信号进行处理，以获得用电信息；

所述控制器，与所述计量模块及存储器连接，接收并处理来自所述计量模块的用电信息以获得电能数据，根据来自外部设备的电价信息计算用电电费，并将所述电能数据和用电电费发送给所述存储器进行存储，且通过所述通信模块将所述电能数据和用电电费发送给外部设备；

所述通信模块，包括有通讯芯片以及与通讯芯片信号连接的通信天线，用于电表和外部设备间传送电能数据、电价信息以及用电电费。

2.如权利要求1所述的智能电表，其特征在于：所述通讯芯片选用型号为SN75176的芯片。

3.如权利要求1所述的智能电表，其特征在于：所述智能电表还包括与所述控制器连接的显示模块，其用于显示电能数据、电价信息以及用电电费。

4.如权利要求3所述的智能电表，其特征在于：所述显示模块包括一液晶显示屏。

5.如权利要求3所述的智能电表，其特征在于：所述智能电表还包括与所述控制器连接的按键模块，其用于提供电能数据、电价信息以及用电电费查询的相关按键。

6.如权利要求1所述的智能电表，其特征在于：所述智能电表还包括电源模块，其用于为所述智能电表供电，包括电源管理器，所述电源管理器包括一AC-DC电源转换单元，该AC-DC电源转换单元与所述电压采样电路、电流采样电路、计量模块、控制器、存储器及通信模块连接。

7.如权利要求6所述的智能电表，其特征在于：所述电源模块还包括充电电池，所述电源管理器还包括一充电电路，所述AC-DC电源转换单元通过所述充电电路与充电电池连接，所述充电电池与所述电压采样电路、电流采样电路、计量模块、控制器、存储器及通信模块连接。

8.如权利要求1所述的智能电表，其特征在于：所述智能电表还包括与所述控制器连接的温度探测器，其用于探测所述电表的环境温度。

9.如权利要求1所述的智能电表，其特征在于：所述智能电表还包括与所述控制器连接的提示装置，所述控制器还用于在所述电能数据超过预设阈值时发送触发信号至所述提示装置，该提示装置接收到触发信号后产生提示信息。

10.如权利要求9所述的智能电表，其特征在于：所述提示模块包括蜂鸣器。