CN108020698A - 一种用于电能表防窃电的esd高压检测电路和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路和方法，该检测电路包括天线电路、保护电路、信号放大电路、滤波电路、信号处理电路和MCU。本系统具有体积小、响应快、可靠性高等优点；该方法使用时，电能表能迅速检测到静放电事件以及静放电电压幅值，同时电能表对继电器拉闸，窃电报警以及将窃电记录上报系统，为供电部门发现窃电行为提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及电能表的电能计量领域，具体是一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路和方法。
背景技术
静电放电可以产生高电压、强电场和瞬时大电流，使电表内部硬件电路受到干扰，严重地会出现烧毁的现象。一般智能电能表内部均含有单片机等微处理器用来进行数据处理和通信,静电干扰往往对微处理器影响很大，会使单片机计数产生误差，通讯中断等，严重的会导致“跳转”、“重启”和“死机”现象等等，窃电者利用静电放电对电能表的影响达到窃电的目的。
静电放电对智能电表内部电路的影响主要体现在以下两个方面：一方面静电放电通常会产生短时强电流，这种电流极易让PCB板无法正常工作；另一方面静电放电的过程中会产生许多高频的电磁场，这些电磁场会穿过电表的表壳通过电容耦合等方式来影响电路的正常工作。目前针对提高电能表的防静电能力，研究了很多防静电措施，一是PCB布局时充分考虑静电和电磁干扰，优化电路板设计，二是使用一些防静电放电的器件，如金属屏蔽罩、阻容元件、钳位二极管、TVS管等。但是这些都只是提高防静电能力，而不能通过检测到静放电而制止正在发生的窃电行为，因此研究电能表的静放电检测功能是必要的。
发明内容
本发明的目的针对窃电问题，提出一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路和方法，电能表能迅速检测到静放电事件以及静放电电压幅值，同时电能表对继电器拉闸，窃电报警以及将窃电记录上报系统，达到防止窃电的目的。本发明具有体积小、响应快、可靠性高等优点。
本发明的技术方案是：
本发明提供一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路，该检测电路包括天线电路、保护电路、信号放大电路、滤波电路、信号处理电路和MCU，所述天线电路与保护电路连接，保护电路与信号放大电路连接，信号放大电路与滤波电路连接，滤波电路与信号处理电路连接，信号处理电路通过弯角插针和电能表连接，将处理过的采样信号分别发送到MCU的第一路IO口和第二路AD口，通过送到第一路IO口的信号频率获取ESD事件或非ESD事件，通过传送到第二路AD口的信号大小获取ESD的电压幅值，其中。
进一步地，所述天线采用平面PCB环形天线，其圈数至少包括5圈，直径至少为15mm，线宽至少为0.25mm，线厚度至少为20um。
进一步地，所述天线电路采用LC设计，由平面PCB环形天线和电容组成，用于检测静放电中产生的高频电磁波信号。
进一步地，所述滤波电路采用带通滤波电路，用于滤除无效的信号，通过特定的频段信号。
进一步地，所述带通滤波电路的下限截止频率至少为1MHz，上限截止频率至少为8MHz。
进一步地，所述保护电路包括电容C1和C2、电阻R2和R3以及二极管D3和D4；其中电容C1和二级管D4并联，二级管D4阴极一端与VCC连接，一端接地，电阻R3与二极管D3、电阻R2分别串连，电阻R3一端接VCC，另一端接二极管D3阴极，电阻R2另一端接地，电容C2一端接天线的2端，一端接二级管D3的阴极；
所述放大电路包括电阻R8，R9、放大器U1B和电阻R5，其中，电阻R8一端与二极管D3的阴极连接，一端与放大器U1B的同向比例信号输入端连接，电阻R10一端与二极管D3的阳极连接，一端与放大器U1B的反向比例信号输入端连接，电阻R5一端与放大器U1B的反向比例信号输入端连接，另一端与放大器U1B的输出端连接；
所述带通滤波电路，包括电阻R1、R4、R6、R9、R11，电容C8和放大器U1A，其中，电阻R6一端接地，另一端接放大器U1A的反相比例信号输入端；电阻R9一端接放大器U1B的输出端，另一端接电容C8和电容C3；电容C3另一端接电阻R11一端和放大器U1A的同相比例信号输入端，电阻R11另一端接地；电阻R1一端接放大器U1A的反相比例信号输入端，另一端分别与放大器U1A的输出端、二极管D2阳极、电阻R4一端连接，电阻R4另一端与放大器U1A的同相比例信号输入端连接；
所述信号处理电路包括二极管D1、二极管D2，电阻R7和电容C9，其中，二极管D2的阴极与电阻R7一端连接，电阻R7另一端与电容C9一端连接，电容C9另一端接地，二极管D1与电容C9并联。
一种用于电能表防窃电的ESD高压检测方法，应用用于电能表防窃电的ESD高压检测电路，该方法包括：
S1、设置信号频率3个阀值，分别为Tmin，Tmid，Tmax；
S2、MCU通过第一路IO口获取信号频率；
S3、电能表在正常工作的情况下，如果检测到ESD信息会及时产生中断，采用定时器对中断时间进行检测；
当检测到中断间隔时间T在[0,Tmin]或[Tmid,Tmax]之间，则置ESD事件标志，并记录次数；
如果中断间隔时间超过最大值时Tmax，则为非ESD事件，重新启动定时器；
如果中断间隔时间在[Tmin,Tmid]之间，则会记录进入中断的次数，如果次数不超过于Tmax与Tmin的比值Tmax/Tmin，则为ESD事件，记录次数，如果次数超过Tmax与Tmin的比值Tmax/Tmin，则为非ESD事件，重启定时器。
进一步地，所述检测电路在检测到ESD事件同时电能表对继电器拉闸，窃电报警以及将窃电记录上报系统。
进一步地，所述通过传送到第二路AD口的信号大小判断ESD的电压幅值。
进一步地，步骤S3中，如果连续进入中断会连续置位ESD事件标志，在此情况下事件记录延时10秒，防止频繁记录ESD事件。
本发明的有益效果：
本发明的系统具有体积小、响应快、可靠性高等优点。除此以外，电能表能迅速检测到ESD即静放电事件以及静放电电压幅值，同时电能表对继电器拉闸，窃电报警以及将窃电记录上报系统，为供电部门发现窃电行为提供依据。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的硬件原理图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
如图1所示，一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路和方法，包括天线电路、保护电路、信号放大电路、滤波电路、信号处理电路。其特征在于，所述天线电路与保护电路连接，保护电路与信号放大电路连接，信号放大电路与滤波电路连接，滤波电路与信号处理电路连接，信号处理电路通过弯角插针和电能表连接。将处理过的采样信号分别发送到MCU的第一路IO口和第二路AD口，通过送到第一路IO口的信号频率判断ESD事件或非ESD事件，通过传送到第二路AD口的信号大小判断ESD的电压幅值。其中：
所述天线电路采用平面PCB环形天线，用于检测静放电中产生的高频电磁波信号，和电容组成LC电路；
所述保护电路，用于减小静放电对后端电路的影响；
所述放大电路用于将微弱信号放大，方便后端信号处理；
所述滤波电路用于滤除一些无效的信号，通过特定的频段信号；
所述信号处理电路主要用于提高信号平整度以及可靠性。
所述天线采用平面PCB环形天线，其圈数至少包括5圈，直径至少为15mm，线宽至少为0.25mm，线厚度至少为20um。
进一步的，所述天线电路采用LC设计所述滤波电路采用带通滤波电路；所述带通滤波电路的下限截止频率至少为1MHz，上限截止频率至少为8MHz。
所述判断ESD事件或非ESD事件的步骤：
(1)设置3个阀值，分别为Tmin，Tmid，Tmax。
(2)电能表在正常工作的情况下，如果检测到ESD信息会及时产生中断，如果是第一次进中断则会启动ESD并持续一分钟拉闸检测定时器。
(3)当检测到中断间隔时间T在[0,Tmin]或[Tmid,Tmax]之间，则置ESD事件标志，如果连续进入中断会连续置位ESD事件标志，在此情况下事件记录延时10秒记录事件，防止频繁记录ESD事件。
(4)如果中断间隔时间超过最大值时Tmax，则为非ESD事件，重新启动定时器。
(5)如果中断间隔时间在[Tmid,Tmid]之间，则会记录进入中断的次数，如果次数超过(Tmax/Tmin)，则为非ESD事件，重启定时器。
所述静电检测电路在检测到静放电的同时电能表对继电器拉闸，窃电报警以及将窃电记录上报系统；通过传送到第二路AD口的信号大小判断ESD的电压幅值。
如图2为ESD高压检测电路的硬件原理图。包括天线电路、保护电路、信号放大电路、滤波电路、信号处理电路。
所述天线电路包括平面PCB环形天线和第五电容C5。其中天线与电容C5并联。
所述保护电路包括电容C1和C2、电阻R2和R3、二极管D3和D4。其中电容C1和二级管D4并联，二级管D4阴极一端与VCC连接，一端接地。电阻R3与二极管D3、电阻R2分别串连，电阻R3一端接VCC，另一端接二极管D3阴极，电阻R2另一端接地。电容C2一端接天线的2端，一端接二级管D3的阴极。
所述放大电路包括电阻R8，R9、放大器U1B、电阻R5。其中，电阻R8一端与二极管D3的阴极连接，一端与放大器U1B的5端连接，电阻R10一端与二极管D3的阳极连接，一端与放大器U1B的6端连接，电阻R5一端与放大器U1B的6端连接，另一端与放大器U1B的输出端7端连接。
所述带通滤波电路，包括电阻R1、R4、R6、R9、R11，电容C8，放大器U1A。其中，电阻R6一端接地，另一端接放大器U1A的2端；电阻R9一端接放大器U1B的7端，另一端接电容C8和电容C3；电容C3另一端接电阻R11一端和放大器U1A的3端，电阻R11另一端接地；电阻R1一端接放大器U1A的2端，另一端分别与放大器U1A的1端、二极管D2阳极、电阻R4一端连接，电阻R4另一端与放大器U1A的3端连接。
所述信号处理电路包括二极管D1、二极管D2，电阻R7、电容C9。其中，二极管D2的阴极与电阻R7一端连接，电阻R7另一端与电容C9一端连接，电容C9另一端接地，二极管D1与电容C9并联。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路，其特征在于，该检测电路包括天线电路、保护电路、信号放大电路、滤波电路、信号处理电路和MCU，所述天线电路与保护电路连接，保护电路与信号放大电路连接，信号放大电路与滤波电路连接，滤波电路与信号处理电路连接，信号处理电路通过弯角插针和电能表连接，将处理过的采样信号分别发送到MCU的第一路IO口和第二路AD口，通过送到第一路IO口的信号频率获取ESD事件或非ESD事件，通过传送到第二路AD口的信号大小获取ESD的电压幅值，其中。
2.根据权利要求1所述的一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路，其特征在于，所述天线采用平面PCB环形天线，其圈数至少包括5圈，直径至少为15mm，线宽至少为0.25mm，线厚度至少为20um。
3.根据权利要求2所述的一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路，其特征在于，所述天线电路采用LC设计，由平面PCB环形天线和电容组成，用于检测静放电中产生的高频电磁波信号。
4.根据权利要求1所述的一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路，其特征在于，所述滤波电路采用带通滤波电路，用于滤除无效的信号，通过特定的频段信号。
5.根据权利要求4所述的一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路，其特征在于，所述带通滤波电路的下限截止频率至少为1MHz，上限截止频率至少为8MHz。
6.根据权利要求1所述的一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路，其特征在于，所述保护电路包括电容C1和C2、电阻R2和R3以及二极管D3和D4；其中电容C1和二级管D4并联，二级管D4阴极一端与VCC连接，一端接地，电阻R3与二极管D3、电阻R2分别串连，电阻R3一端接VCC，另一端接二极管D3阴极，电阻R2另一端接地，电容C2一端接天线的2端，一端接二级管D3的阴极；所述放大电路包括电阻R8，R9、放大器U1B和电阻R5，其中，电阻R8一端与二极管D3的阴极连接，一端与放大器U1B的同向比例信号输入端连接，电阻R10一端与二极管D3的阳极连接，一端与放大器U1B的反向比例信号输入端连接，电阻R5一端与放大器U1B的反向比例信号输入端连接，另一端与放大器U1B的输出端连接；所述带通滤波电路，包括电阻R1、R4、R6、R9、R11，电容C8和放大器U1A，其中，电阻R6一端接地，另一端接放大器U1A的反相比例信号输入端；电阻R9一端接放大器U1B的输出端，另一端接电容C8和电容C3；电容C3另一端接电阻R11一端和放大器U1A的同相比例信号输入端，电阻R11另一端接地；电阻R1一端接放大器U1A的反相比例信号输入端，另一端分别与放大器U1A的输出端、二极管D2阳极、电阻R4一端连接，电阻R4另一端与放大器U1A的同相比例信号输入端连接；
所述信号处理电路包括二极管D1、二极管D2，电阻R7和电容C9，其中，二极管D2的阴极与电阻R7一端连接，电阻R7另一端与电容C9一端连接，电容C9另一端接地，二极管D1与电容C9并联。
7.一种用于电能表防窃电的ESD高压检测方法，应用权利要求1-6之一所述的用于电能表防窃电的ESD高压检测电路，其特征在于，
S1、设置信号频率3个阀值，分别为Tmin，Tmid，Tmax；
S2、MCU通过第一路IO口获取信号频率；
S3、电能表在正常工作的情况下，如果检测到ESD信息会及时产生中断，采用定时器对中断时间进行检测；
当检测到中断间隔时间T在[0,Tmin]或[Tmid,Tmax]之间，则置ESD事件标志，并记录次数；
如果中断间隔时间超过最大值时Tmax，则为非ESD事件，重新启动定时器；
如果中断间隔时间在[Tmin,Tmid]之间，则会记录进入中断的次数，如果次数不超过于Tmax与Tmin的比值Tmax/Tmin，则为ESD事件，记录次数，如果次数超过Tmax与Tmin的比值Tmax/Tmin，则为非ESD事件，重启定时器。
8.根据权利要求7所述的一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路和方法，其特征在于，所述检测电路在检测到ESD事件同时电能表对继电器拉闸，窃电报警以及将窃电记录上报系统。
9.根据权利要求7所述的一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路和方法，其特征在于，所述通过传送到第二路AD口的信号大小判断ESD的电压幅值。
10.根据权利要求7所述的一种用于电能表防窃电的ESD高压检测电路和方法，其特征在于，步骤S3中，如果连续进入中断会连续置位ESD事件标志，在此情况下事件记录延时10秒，防止频繁记录ESD事件。
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