CN107228964A - 外框破损自动检测的电能表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外框破损自动检测的电能表，包括三相电能计量设备、外框检测设备和主控制器，三相电能计量设备用于确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率，外框检测设备用于检测所述电能表的外框特征，主控制器分别与三相电能计量设备和外框检测设备连接，用于控制三相电能计量设备以及基于所述电能表的外框特征确定所述电能表的外框破损程度。通过本发明，能够实现电能表破损程度的自我检测。

Description

外框破损自动检测的电能表

本发明是申请号为2016101783296、申请日为2016年3月25日、发明名称为“外框破损自动检测的电能表”的专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及电能表领域，尤其涉及一种外框破损自动检测的电能表。

背景技术

对于民用电能表来说，通常被安装在居民楼的每层楼梯间的位置，用于对一户或多户的实时用电量进行测量，并在用户预存电量不足的情况下及时进行报警，提醒相应居民进行充电，以避免停电的情况发生。

电能表在使用过程中，由于外界压力或者长时间使用，其外框存在破损的可能，一旦外框破损，则电能表内部元器件容易暴露出来，对电能表本身的正常运行造成危害，例如导致内部元器件毁坏，测量精度下降，同时，也容易居民触电，增加了电能表使用的不安全性。

因此，需要在电能表的使用过程中，定期对电能表进行设备检查，尤其是外框的检查，在发现存在外框破损的情况下，及时更换外框，甚至更换电能表，从而避免电能表被破坏以及避免居民触电。

然而，现有技术中，对民用电能表的设备检查一般是由电力设备管理中心定期安排人手进行巡视，过于依赖人工经验，而且设备检查不是实时性的，容易出现巡视间隔时间过长而没有及时发现电能表外框破损的情况，另外，如果为电能表的外框检查专门定制独立的电子设备，为每个电能表安置一个，则占据过多的设备公共空间。同时，现有的电能表的检测精度不高，需要优化检测机制，提高其对交流线路各个参数的检测效率。

因此，需要一种外框破损自动检测的电能表，能够对电能表的电能参数的测量机制进行优化，提高其检测精度，同时能够对电能表的外框破损情况进行实时检测，在发现外框破损时及时进行报警，以避免用电事故发生。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种外框破损自动检测的电能表，节省设备公共空间，对现有技术中每个居民使用的楼梯间处的电能表进行性能优化，提高其对电量的检测准确性，还引入了有针对性的、高精度的图像检测技术以确定电能表外框图像和预设灰度基准外框之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出外框正常信号、外框出现破损信号或外框破损严重信号，从而为电力管理部门的换表决策提供数据基础。

根据本发明的一方面，提供了一种外框破损自动检测的电能表，包括三相电能计量设备、外框检测设备和主控制器，三相电能计量设备用于确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率，外框检测设备用于检测所述电能表的外框特征，主控制器分别与三相电能计量设备和外框检测设备连接，用于控制三相电能计量设备以及基于所述电能表的外框特征确定所述电能表的外框破损程度。

更具体地，在所述外框破损自动检测的电能表中，包括：电流传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电流信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电流信号较小的微电流信号；电压传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电压信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电压信号较小的微电压信号；抗混叠滤波电路，分别与电流传感器和电压传感器连接，用于对接收到的微电流信号和微电压信号进行抗混叠滤波处理，以输出处理后的微电流信号和微电压信号；三相电能计量设备，与抗混叠滤波电路连接，基于处理后的微电流信号和微电压信号确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率；整流设备，与三相电力线路连接，用于将三相电力线路的交流电整流为直流电；稳压设备，与整流设备连接，用于对直流电进行稳压处理；变压设备，与稳压设备连接，用于对稳压后的直流电进行变压处理以获得各个电子设备所需要的工作电压，各个电子设备所需要的工作电压包括36V、12V、5V和3.3V；日历时钟设备，包括日历时钟芯片和锂电池，日历时钟芯片用于提供实时时钟数据，还通过同步串行接口I2C与凌阳SPCE061A芯片连接，锂电池与日历时钟芯片连接，用于在断电情况下为日历时钟芯片提供备用电力支持；液晶显示设备，包括笔段式液晶显示驱动器和液晶显示屏，笔段式液晶显示驱动器通过同步串行接口I2C与凌阳SPCE061A芯片连接，用于控制液晶显示屏上的显示内容；FLASH存储设备，通过串行外设接口SPI与凌阳SPCE061A芯片进行双向数据交换，FLASH存储设备还用于存储预设灰度基准外框；集成通信设备，与凌阳SPCE061A芯片连接，包括红外发射器、红外接收器、光耦器件、RS485驱动器和RS485通信接口，红外发射器采用38kHz的调制光，红外接收器采用集电极开路方式输出从接收到的红外光中解调出来的数字信号，RS485驱动器与RS485通信接口连接，光耦器件用于将红外发射器和红外接收器隔离于RS485驱动器和RS485通信接口；高清摄像头，设置在电能表的上方，面向电能表的外框进行拍摄，以获得高清外框图像；复杂度检测设备，与高清摄像头连接，用于接收高清外框图像图像，并基于高清外框图像图像计算并输出图像复杂度；灰度转化设备，与高清摄像头连接，用于接收高清外框图像图像，针对高清外框图像图像中的每一个像素点，提取其R、G、B三颜色通道分量，对R、G、B三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中R、G、B三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11；图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波；全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值；图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；轮廓检测设备，分别与图像校正设备和灰度转化设备连接，用于基于预设电能表外框轮廓检测校正图像中电能表外框的位置，并基于校正图像中电能表外框的位置从灰度化图像处分割出对应的电能表外框图像；凌阳SPCE061A芯片，与轮廓检测设备和FLASH存储设备连接，用于确定电能表外框图像和预设灰度基准外框之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出外框正常信号、外框出现破损信号或外框破损严重信号；无线通信接口，与凌阳SPCE061A芯片连接，用于将外框正常信号、外框出现破损信号或外框破损严重信号发送给远端的电力设备管理中心，以便有电力设备管理中心确定是否需要更换电能表；其中，凌阳SPCE061A芯片还分别与变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、FLASH存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备连接，用于实现对变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、FLASH存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备的控制操作，还用于从三相电能计量设备处接收三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率；其中，FLASH存储设备采用容量为1M字节的AT45DB081芯片。

更具体地，在所述外框破损自动检测的电能表中：无线通信接口为GPRS通信接口、3G通信接口和4G通信接口中的一种。

更具体地，在所述外框破损自动检测的电能表中：红外发射器采用的通信速率为1200bps。

更具体地，在所述外框破损自动检测的电能表中：凌阳SPCE061A芯片采用内置的FLASH存储设备替换FLASH存储设备。

更具体地，在所述外框破损自动检测的电能表中：液晶显示设备还用于显示外框正常信号、外框出现破损信号或外框破损严重信号。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的外框破损自动检测的电能表的结构方框图。

附图标记：1三相电能计量设备；2外框检测设备；3主控制器

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的外框破损自动检测的电能表的实施方案进行详细说明。

电能表是用来测量电能的仪表，又称电度表，电能表，千瓦小时表，指测量各种电学量的仪表。

电能表按用途来划分，可分为：有功电能表、无功电能表、最大需量表、标准电能表、复费率分时电能表、预付费电能表(分投币式、磁卡式、电卡式)、损耗电能表、多功能电能表和智能电能表。

电能表按工作原理来划分，可分为：感应式(机械式)、静止式(电子式)、机电一体式(混合式)。

电能表按接入相线来划分，可分为单相、三相三线、三相四线电能表。

当前，缺乏专门的电能表外框破损实时检测设备，以及现有的电能表的结构冗余过多，检测效率低下，同时需要将电能表外框破损实时检测设备集成到电能表结构内，以节省原本拥挤的公共设备空间。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种外框破损自动检测的电能表，对电能表的结构进行改进，而且能够对电能表的外框破损情况进行实时检测，从而在避免浪费公共设备空间的情况下，提高电能表的智能化水平。

图1为根据本发明实施方案示出的外框破损自动检测的电能表的结构方框图，包括三相电能计量设备、外框检测设备和主控制器，三相电能计量设备用于确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率，外框检测设备用于检测所述电能表的外框特征，主控制器分别与三相电能计量设备和外框检测设备连接，用于控制三相电能计量设备以及基于所述电能表的外框特征确定所述电能表的外框破损程度。

接着，继续对本发明的外框破损自动检测的电能表的具体结构进行进一步的说明。

所述电能表包括：电流传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电流信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电流信号较小的微电流信号；电压传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电压信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电压信号较小的微电压信号；抗混叠滤波电路，分别与电流传感器和电压传感器连接，用于对接收到的微电流信号和微电压信号进行抗混叠滤波处理，以输出处理后的微电流信号和微电压信号。

所述电能表包括：三相电能计量设备，与抗混叠滤波电路连接，基于处理后的微电流信号和微电压信号确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率；整流设备，与三相电力线路连接，用于将三相电力线路的交流电整流为直流电；稳压设备，与整流设备连接，用于对直流电进行稳压处理；变压设备，与稳压设备连接，用于对稳压后的直流电进行变压处理以获得各个电子设备所需要的工作电压，各个电子设备所需要的工作电压包括36V、12V、5V和3.3V。

所述电能表包括：日历时钟设备，包括日历时钟芯片和锂电池，日历时钟芯片用于提供实时时钟数据，还通过同步串行接口I2C与凌阳SPCE061A芯片连接，锂电池与日历时钟芯片连接，用于在断电情况下为日历时钟芯片提供备用电力支持；液晶显示设备，包括笔段式液晶显示驱动器和液晶显示屏，笔段式液晶显示驱动器通过同步串行接口I2C与凌阳SPCE061A芯片连接，用于控制液晶显示屏上的显示内容；FLASH存储设备，通过串行外设接口SPI与凌阳SPCE061A芯片进行双向数据交换，FLASH存储设备还用于存储预设灰度基准外框。

所述电能表包括：集成通信设备，与凌阳SPCE061A芯片连接，包括红外发射器、红外接收器、光耦器件、RS485驱动器和RS485通信接口，红外发射器采用38kHz的调制光，红外接收器采用集电极开路方式输出从接收到的红外光中解调出来的数字信号，RS485驱动器与RS485通信接口连接，光耦器件用于将红外发射器和红外接收器隔离于RS485驱动器和RS485通信接口。

所述电能表包括：高清摄像头，设置在电能表的上方，面向电能表的外框进行拍摄，以获得高清外框图像；复杂度检测设备，与高清摄像头连接，用于接收高清外框图像图像，并基于高清外框图像图像计算并输出图像复杂度；灰度转化设备，与高清摄像头连接，用于接收高清外框图像图像，针对高清外框图像图像中的每一个像素点，提取其R、G、B三颜色通道分量，对R、G、B三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中R、G、B三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11。

所述电能表包括：图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波。

所述电能表包括：全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值。

所述电能表包括：图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；轮廓检测设备，分别与图像校正设备和灰度转化设备连接，用于基于预设电能表外框轮廓检测校正图像中电能表外框的位置，并基于校正图像中电能表外框的位置从灰度化图像处分割出对应的电能表外框图像。

所述电能表包括：凌阳SPCE061A芯片，与轮廓检测设备和FLASH存储设备连接，用于确定电能表外框图像和预设灰度基准外框之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出外框正常信号、外框出现破损信号或外框破损严重信号；无线通信接口，与凌阳SPCE061A芯片连接，用于将外框正常信号、外框出现破损信号或外框破损严重信号发送给远端的电力设备管理中心，以便有电力设备管理中心确定是否需要更换电能表。

其中，凌阳SPCE061A芯片还分别与变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、FLASH存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备连接，用于实现对变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、FLASH存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备的控制操作，还用于从三相电能计量设备处接收三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率。

其中，FLASH存储设备采用容量为1M字节的AT45DB081芯片。

可选地，在所述电能表中：无线通信接口为GPRS通信接口、3G通信接口和4G通信接口中的一种；红外发射器采用的通信速率为1200bps；凌阳SPCE061A芯片采用内置的FLASH存储设备替换FLASH存储设备；以及液晶显示设备还可以用于显示外框正常信号、外框出现破损信号或外框破损严重信号。

另外，从电能表的技术分析来看，当前电力行业电能计量仪表的主要方案一般都是基于半导体技术而实现精确计量目的。电能表一般均采用了高精度的A/D转换器，将电网的电压、电流信号进行采样和模数转换，然后利用高速微处理器对数字信号进行分析、处理和数据再加工、分拣，从而产生各种计量数据；最后利用各种通讯接口、人机界面实现与各种设备进行对接。

电能表是采样技术、微处理技术、设计技术和经验相结合的产物，是跨学科的高技术产品。电能表制造商根据自身设计的理解和应用技巧，实现电能表的各项功能。电能表产品上，目前已经具备了多功能、网络化、智能化、数字化的需求，能够满足当前各种计量的要求，如有功计量、无功计量、需量计算，电网质量检测、电网事件记录等复杂功能，并能够作为通讯从站与中央控制主站进行数据交互。

采用本发明的外框破损自动检测的电能表，针对现有技术无法在提高电能表性能的同时实现对电能表外框实时检测的技术问题，将检测平台搭载在电能表上以避免浪费公共设备空间，通过改善电能表结构以准确确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率，通过外框检测设备用于检测电能表的外框特征，并基于所述电能表的外框特征确定所述电能表的外框破损程度。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (2)

1.一种外框破损自动检测的电能表，包括三相电能计量设备、外框检测设备和主控制器，三相电能计量设备用于确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率，外框检测设备用于检测所述电能表的外框特征，主控制器分别与三相电能计量设备和外框检测设备连接，用于控制三相电能计量设备以及基于所述电能表的外框特征确定所述电能表的外框破损程度。

2.如权利要求1所述的外框破损自动检测的电能表，其特征在于，所述电能表包括：

电流传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电流信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电流信号较小的微电流信号；

电压传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电压信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电压信号较小的微电压信号；

抗混叠滤波电路，分别与电流传感器和电压传感器连接，用于对接收到的微电流信号和微电压信号进行抗混叠滤波处理，以输出处理后的微电流信号和微电压信号；

三相电能计量设备，与抗混叠滤波电路连接，基于处理后的微电流信号和微电压信号确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率；

整流设备，与三相电力线路连接，用于将三相电力线路的交流电整流为直流电；

稳压设备，与整流设备连接，用于对直流电进行稳压处理；

变压设备，与稳压设备连接，用于对稳压后的直流电进行变压处理以获得各个电子设备所需要的工作电压，各个电子设备所需要的工作电压包括36V、12V、5V和3.3V；

日历时钟设备，包括日历时钟芯片和锂电池，日历时钟芯片用于提供实时时钟数据，还通过同步串行接口I2C与凌阳SPCE061A芯片连接，锂电池与日历时钟芯片连接，用于在断电情况下为日历时钟芯片提供备用电力支持；

液晶显示设备，包括笔段式液晶显示驱动器和液晶显示屏，笔段式液晶显示驱动器通过同步串行接口I2C与凌阳SPCE061A芯片连接，用于控制液晶显示屏上的显示内容；

FLASH存储设备，通过串行外设接口SPI与凌阳SPCE061A芯片进行双向数据交换，FLASH存储设备还用于存储预设灰度基准外框；

集成通信设备，与凌阳SPCE061A芯片连接，包括红外发射器、红外接收器、光耦器件、RS485驱动器和RS485通信接口，红外发射器采用38kHz的调制光，红外接收器采用集电极开路方式输出从接收到的红外光中解调出来的数字信号，RS485驱动器与RS485通信接口连接，光耦器件用于将红外发射器和红外接收器隔离于RS485驱动器和RS485通信接口；

高清摄像头，设置在电能表的上方，面向电能表的外框进行拍摄，以获得高清外框图像；

复杂度检测设备，与高清摄像头连接，用于接收高清外框图像图像，并基于高清外框图像图像计算并输出图像复杂度；

灰度转化设备，与高清摄像头连接，用于接收高清外框图像图像，针对高清外框图像图像中的每一个像素点，提取其R、G、B三颜色通道分量，对R、G、B三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中R、G、B三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11；

图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波；

全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值；

图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；

轮廓检测设备，分别与图像校正设备和灰度转化设备连接，用于基于预设电能表外框轮廓检测校正图像中电能表外框的位置，并基于校正图像中电能表外框的位置从灰度化图像处分割出对应的电能表外框图像；

凌阳SPCE061A芯片，与轮廓检测设备和FLASH存储设备连接，用于确定电能表外框图像和预设灰度基准外框之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出外框正常信号、外框出现破损信号或外框破损严重信号；

无线通信接口，与凌阳SPCE061A芯片连接，用于将外框正常信号、外框出现破损信号或外框破损严重信号发送给远端的电力设备管理中心，以便有电力设备管理中心确定是否需要更换电能表；

其中，凌阳SPCE061A芯片还分别与变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、FLASH存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备连接，用于实现对变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、FLASH存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备的控制操作，还用于从三相电能计量设备处接收三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率；

其中，FLASH存储设备采用容量为1M字节的AT45DB081芯片；

无线通信接口为GPRS通信接口、3G通信接口和4G通信接口中的一种；

红外发射器采用的通信速率为1200bps。