CN109470917A - 一种pcb集成化半有源rfid智能电能表装置 - Google Patents

一种pcb集成化半有源rfid智能电能表装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109470917A
CN109470917A CN201811255194.4A CN201811255194A CN109470917A CN 109470917 A CN109470917 A CN 109470917A CN 201811255194 A CN201811255194 A CN 201811255194A CN 109470917 A CN109470917 A CN 109470917A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electric energy
energy meter
rfid
integrated
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811255194.4A
Other languages
English (en)
Inventor
曲井致
徐人恒
郭龙弟
李迪星
才维松
张秋月
苏家宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heilongjiang Electrotechnical Instrument And Meter Engineering Technology Resear
Harbin Electrical And Instrument Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Heilongjiang Electrotechnical Instrument And Meter Engineering Technology Resear
Harbin Electrical And Instrument Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heilongjiang Electrotechnical Instrument And Meter Engineering Technology Resear, Harbin Electrical And Instrument Research Institute Co Ltd filed Critical Heilongjiang Electrotechnical Instrument And Meter Engineering Technology Resear
Priority to CN201811255194.4A priority Critical patent/CN109470917A/zh
Publication of CN109470917A publication Critical patent/CN109470917A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
    • G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

一种PCB集成化半有源RFID智能电能表，包括RFID功能模块。所诉电能表是PCB一体化集成装置，实现了RFID通讯的集成化，RFID标签模块包括了半有源RFID芯片，RFID天线。通过集成化的RFID，形成了从智能监造，校表，智能仓储管理，现场抄收控制等环节的新形式。实现了智能电能表的黑匣子功能，通过RFID芯片同步存储了电能表从生产到报废的所有信息，包括：生产制造过程信息、库房管理信息、检定校表信息，现场用电数据，故障维修报废信息等有关电能表的一切信息，智能电能表在不通电或损坏的情况下，依然能够通过RFID读取智能电能表中的各种参数信息，解决由于表计损坏造成的用电争议，减小国家电网公司的损失。

Description

一种PCB集成化半有源RFID智能电能表装置
技术领域
本发明专利涉及电能表领域，尤其涉及一种PCB集成化半有源RFID智能电能表装置。
背景技术
电子标签（附着微处理器和天线），通过无线储存信息的射频识别技术即RFID（Radio Frequency IDentification），实现远距离信息传输，是一种无线通讯技术。
电子标签在电子产业应用广泛，RFID芯片的技术进步很快，如今已有半有源RFID芯片带有有线通信功能，可以与电路板上的CPU之间通讯，实现实时双通道双向通讯，并且存储数据，如Monza X-2K，这种芯片的出现使得电子标签集成在PCB电路板上的拥有更广泛的应用，同时标签的集成也会带来一定的相互影响。
本发明将结合半有源RFID芯片技术，设计一种PCB集成化半有源RFID电能表，实现一种全新的智能电能表，形成了从智能监造，校表，智能仓储管理，现场抄收控制等环节的新形式。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种PCB集成化半有源RFID电能表装置，该装置结构简单，设计合理，使用操作便捷，能够准确、可靠的跟踪管理数据，实用性强，有助于节约人力物力，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：设计一种PCB集成化半有源RFID电能表装置，包括以下步骤：
S1、智能电能表整个硬件系统主要由电源模块、计量模块、通信模块、负荷控制模块、CPU模块、RFID标签模块等组成，集成化到电能表主板PCB上；
S2、RFID标签模块包括了半有源RFID芯片、RFID天线、电源模块和中央处理芯片，集成到电能表PCB上，赋予智能电能表唯一标识并与MCU通讯；
S3、RFID标签模块结合低频激活器，被激活后才能正常工作，形成半有源RFID智能电能表；
S4、黑匣子功能：存储了电能表从生产到报废的所有信息。
本发明是PCB集成化半有源RFID电能表装置，相比于以往通过将RFID标签模块集成在智能电能表的PCB板上，实现了RFID通讯的集成化，RFID标签模块包括了半有源RFID芯片，RFID天线，电源模块和中央处理芯片。实现一种全新的智能电能表，通过集成化的RFID，形成了从智能监造，校表，智能仓储管理，现场抄收控制等环节的新形式。故障维修报废信息等有关电能表的一切信息，智能电能表在不通电或损坏的情况下，依然能够通过RFID读取智能电能表中的各种参数信息，包括冻结电量等重要的历史数据，解决由于表计损坏造成的用电争议。
本发明的半有源RFID标签模块工作时，包括以下步骤：
T1、系统初始化；
T2、是否接到读写指令，若没有接到，继续等待；若接到读写指令，则进行下一步；
T3、判断指令来源，若来源于电能表MCU，则执行该指令，将相关数据，存储到RFID标签芯片中；若来源于外部读写器，则进行下一步；
T4、判断此时电源模块是否有电能供给，若没有电能供给，则执行该指令，将RFID芯片存储的数据通过RFID天线发送出去，若有电能供给，则将该指令传送到电能表MCU，等待MCU将最新数据发回，并通过RFID天线发送出去。
作为改进，将电源模块、计量模块、通信模块、负荷控制模块、CPU模块、RFID标签模块等集成化到PCB上。
作为改进，将半有源RFID芯片、RFID天线、电源模块和中央处理芯片集成到电能表PCB上并与MCU通讯。
作为改进，通过半有源RFID标签作为智能电能表唯一标识，是替代条形码、红外线标识的最佳选择。
作为改进，增加了黑匣子功能，存储电能表从生产到报废的所有信息。
半有源RFID智能电能表射频通信部分包括RFID标签芯片与RFID射频天线，RFID标签芯片通过I2C总线与智能电能表MCU模块相连，实现双向数据通信。
计量芯片 ATT7053BU 的模拟输入端支持差分信号输入，电流输入端信号由电流互感器或者分流器提供，而电压输入端信号由电压分压网络提供。两个电流通道，可以同时测量相线和零线的电流，实现防窃电的检测。
CPU 和计量专用芯片通过SPI 接口实时进行通信，读取计量芯片的计量参数相关信息，计量芯片输出口输出和功率成正比的计量脉冲信号，脉冲信号为CPU 提供计量电量的信号，同时也用于检表装置对电能表进行计量精度检测。
采样电路主要有电压采样电路和电流采样电路，电流采样电路分为分流器式电流采样电路和互感器式电流采样电路。
电压采样电路中，交流电压信号经电阻进行分压，使强电压信号装换为成正比的弱电压信号，供计量芯片采样使用，一般采用多级分压，来提高耐压和避免器件的损坏。相线、零线之间并联压敏电阻保护。
分流器式电流采样电路中，相线电流经过锰铜分流器转换为和电流成正比的电压信号，供计量芯片采样使用；为保证电压电流相位一致，电压通道和电流通道的电势参考点应一致。
互感器式电流采样电路中，零线电流经过互感器转换为较小的电流后由采样电阻变换为电压信号输入计量芯片。
将计量的电能量以一定的脉冲形式输出，通过光耦输送到端子座上，为校表提供信号。
电路由三极管驱动来提供继电器线圈动作所需要的电流，在空闲状态，R_ON= R_OFF=0，Q4、Q5 无驱动信号而截至，Q2、Q3 无驱动信号同时截止。
当输入信号R_ON=1，R_OFF=0时，Q4获得驱动信号导通，同时Q2获得驱动信号导通，Q5、Q3无驱动信号截至，J1（连接到继电器线圈两端）输出驱动正向电压；当输入信号R_ON=0，R_OFF=1 时，Q5获得驱动信号导通，同时Q3获得驱动信号导通，Q4、Q2无驱动信号截至，J1输出驱动反向电压。
显示部分使用液晶显示，采用专用液晶驱动芯片进行驱动，驱动芯片通过I2C 总线和单片机进行通信，I2C总线由SCL串行时钟线和SDA串行数据线组成，通过他们实现元器件之间的通信。
RFID天线采用对称结构，形成一个环形和两个分支的结构。
本发明与现有的技术相比具有的优点是：
1、每一块电能表的出厂信息、检表信息、校表信息、出入库信息、用户信息等所有信息均存储于表内RFID芯片中，通过RFID读写设备，可随时更新，数据统一管理，实现无纸化办公，节约人力物力，提高工作效率和管理效率。
2、半有源RFID电子标签集成了有源RFID电子标签和无源RFID电子标签的优势，作为一种特殊的标示物。在平时情况，其处于休眠状态不工作，不向外界发出RFID信号，只有在其进入低频激活器的激活信号范围时，标签被激活后，才开始工作，可节约生产及使用成本。
3、通过RFID读写设备进行现场抄表，替代原来的红外抄表，没有了红外抄表的弊端，无需对准抄表，而且还可以查看或修改各项信息，随时更新数据，跟踪每一块表，使管理更高效。
4、在电能表的主板上集成半有源RFID通信模块，一体化设计。
附图说明
图1是半有源RFID智能电能表PCB结构及通信示意图；
图2是RFID模块的内部结构图；
图3是RFID模块通讯程序流程图；
图4计量采样电路；
图5计量通信电路；
图6电压采样电路图；
图7锰铜电流采样电路图；
图8互感器电流采样电路图
图9脉冲输出电路图；
图10继电器驱动电路；
图11液晶管脚配置图；
图12液晶驱动电路图；
图13 PCB集成化RFID天线结构图。
具体实施方式
下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示为本发明的RFID智能电能表的整体结构示意图；
该装置整体包括MCU模块，RFID标签模块，计量模块，控制模块，加密模块，通讯模块，显示模块等主要模块组成；
该装置中RFID标签模块的结构图如图2所示，其中包括了半有源RFID芯片，RFID天线，电源模块和中央处理芯片；
该装置中RFID模具有块黑匣子功能：存储了电能表从生产到报废的所有信息；
该装置为PCB一体化集成装置；
本发明是一种PCB集成化半有源RFID智能电能表装置，RFID模块通过将半有源RFID芯片集成到电能表中并与MCU通信，实现利用RFID读写设备通过无线通信方式与电能表相互通讯，读写或存储数据。在平时情况，其处于休眠状态不工作，不向外界发出RFID信号，只有在其进入低频激活器的激活信号范围时，标签被激活后，才开始工作。从电能表的生产开始，随时通过RFID读写设备记录电能表的各项信息。出厂后利用RFID芯片的唯一标识，通过RFID读写设备，对电能表仓库进行库房管理，定位准确，管理效率高，各项信息一目了然，更新数据快。电能表投入使用后，利用手持式RFID读写设备进行现场抄表，实抄表更便捷准确，还有修改数据等跟踪管理功能，现场上传数据至管理系统平台，实现实时更新。每一块电能表从生产到报废，所有信息均存储到RFID芯片中。
一种PCB集成化半有源RFID电能表装置，包括以下步骤：
S1、智能电能表整个硬件系统主要由电源模块、计量模块、通信模块、负荷控制模块、CPU模块、RFID标签模块等组成，集成化到PCB上；
S2、RFID标签模块包括了半有源RFID芯片、RFID天线、电源模块和中央处理芯片，集成到电能表PCB上，赋予智能电能表唯一标识并与MCU通讯；
S3、RFID标签模块结合低频激活器，被激活后才能正常工作，形成半有源RFID智能电能表；
S4、黑匣子功能：存储了电能表从生产到报废的所有信息。
本发明的半有源RFID标签模块工作时，如图3所示，包括以下步骤：
T1、系统初始化；
T2、是否接到读写指令，若没有接到，继续等待；若接到读写指令，则进行下一步；
T3、判断指令来源，若来源于电能表MCU，则执行该指令，将相关数据，存储到RFID标签芯片中；若来源于外部读写器，则进行下一步；
T4、判断此时电源模块是否有电能供给，若没有电能供给，则执行该指令，将RFID芯片存储的数据通过RFID天线发送出去，若有电能供给，则将该指令传送到电能表MCU，等待MCU将最新数据发回，并通过RFID天线发送出去。
作为改进，将电源模块、计量模块、通信模块、负荷控制模块、CPU模块、RFID标签模块等集成化到PCB上。
作为改进，将半有源RFID芯片、RFID天线、电源模块和中央处理芯片集成到电能表PCB上并与MCU通讯。
作为改进，通过半有源RFID标签作为智能电能表唯一标识，是替代条形码、红外线标识的最佳选择。
作为改进，增加了黑匣子功能，存储电能表从生产到报废的所有信息。
半有源RFID智能电能表射频通信部分包括RFID标签芯片与RFID射频天线，RFID标签芯片通过I2C总线与智能电能表MCU模块相连，实现双向数据通信。
计量芯片 ATT7053BU 的模拟输入端支持差分信号输入，电流输入端信号由电流互感器或者分流器提供，而电压输入端信号由电压分压网络提供。两个电流通道，可以同时测量相线和零线的电流，实现防窃电的检测。
CPU 和计量专用芯片通过SPI 接口实时进行通信，读取计量芯片的计量参数相关信息，计量芯片输出口输出和功率成正比的计量脉冲信号，脉冲信号为CPU 提供计量电量的信号，同时也用于检表装置对电能表进行计量精度检测。原理图见图4，图5。
采样电路主要有电压采样电路和电流采样电路，电流采样电路分为分流器式电流采样电路和互感器式电流采样电路。
电压采样电路中，交流电压信号经电阻进行分压，使强电压信号装换为成正比的弱电压信号，供计量芯片采样使用，一般采用多级分压，来提高耐压和避免器件的损坏。相线、零线之间并联压敏电阻保护。电压采样电路见图6。
分流器式电流采样电路中，相线电流经过锰铜分流器转换为和电流成正比的电压信号，供计量芯片采样使用；为保证电压电流相位一致，电压通道和电流通道的电势参考点应一致。锰铜电流采样电路见图7。
互感器式电流采样电路中，零线电流经过互感器转换为较小的电流后由采样电阻变换为电压信号输入计量芯片。电路见图8。
将计量的电能量以一定的脉冲形式输出，通过光耦输送到端子座上，为校表提供信号。输出电路原理图见图9。
电路由三极管驱动来提供继电器线圈动作所需要的电流，在空闲状态，R_ON= R_OFF=0，Q4、Q5 无驱动信号而截至，Q2、Q3 无驱动信号同时截止。
当输入信号R_ON=1，R_OFF=0 时，Q4获得驱动信号导通，同时Q2获得驱动信号导通，Q5、Q3 无驱动信号截至，J1（连接到继电器线圈两端）输出驱动正向电压；当输入信号R_ON=0，R_OFF=1 时，Q5 获得驱动信号导通，同时Q3获得驱动信号导通，Q4、Q2 无驱动信号截至，J1 输的驱动反向电压，原理见图10。
显示部分使用液晶显示，采用专用液晶驱动芯片进行驱动，驱动芯片通过I2C 总线和单片机进行通信，I2C 总线由 SCL 串行时钟线和 SDA串行数据线组成，通过他们实现元器件之间的通信。液晶管脚配置图见11，液晶驱动电路图见图12。
RFID天线采用对称结构，如图13所示，形成一个环形和两个分支的结构。

Claims (5)

1.一种PCB集成化半有源RFID智能电能表，其特征在于：S1、智能电能表整个硬件系统主要由电源模块、计量模块、通信模块、负荷控制模块、CPU模块、RFID标签模块等组成，集成化到电能表主板PCB上；S2、RFID标签模块包括了半有源RFID芯片、RFID天线、电源模块和中央处理芯片，集成到电能表PCB上，赋予智能电能表唯一标识并与MCU通讯；S3、RFID标签模块结合低频激活器，被激活后才能正常工作，形成半有源RFID智能电能表；S4、黑匣子功能：存储了电能表从生产到报废的所有信息。
2.根据权利要求书1所述的一种PCB集成化半有源RFID智能电能表，其特征在于：所述电能表内集成有电源模块、计量模块、通信模块、负荷控制模块、CPU模块、RFID标签，均为PCB一体化集成装置。
3.根据权利要求书1所述的一种PCB集成化半有源RFID智能电能表，其特征在于：所述电能表内集成的RFID标签模块中，半有源RFID芯片用于存储和读写与中央处理芯片通讯的数据，RFID天线用于和电能表外部的无线通讯，中央处理芯片用于和电能表内部数据处理及控制。
4.根据权利要求书1所述的一种PCB集成化半有源RFID智能电能表，其特征在于：所述半有源RFID芯片结合低频激活器，只有在其进入低频激活器的激活信号范围时，标签被激活后，才开始工作。
5.根据权利要求书1所述的一种PCB集成化半有源RFID智能电能表，其特征在于：所述RFID标签模块的黑匣子功能，即半有源RFID芯片中存储了电能表从生产到报废的所有信息，其中包括：生产制造过程信息、库房管理信息、检定校表信息，现场用电数据，故障维修报废信息等有关电能表的一切信息。
CN201811255194.4A 2018-10-26 2018-10-26 一种pcb集成化半有源rfid智能电能表装置 Pending CN109470917A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811255194.4A CN109470917A (zh) 2018-10-26 2018-10-26 一种pcb集成化半有源rfid智能电能表装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811255194.4A CN109470917A (zh) 2018-10-26 2018-10-26 一种pcb集成化半有源rfid智能电能表装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109470917A true CN109470917A (zh) 2019-03-15

Family

ID=65666287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811255194.4A Pending CN109470917A (zh) 2018-10-26 2018-10-26 一种pcb集成化半有源rfid智能电能表装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109470917A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110852615A (zh) * 2019-11-11 2020-02-28 黑龙江省电工仪器仪表工程技术研究中心有限公司 一种典型环境下智能电能表可靠性综合评价模型

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007063181A1 (en) * 2005-12-02 2007-06-07 Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus Method and apparatus for the remote reading of an energy meter
CN101833740A (zh) * 2010-04-30 2010-09-15 深圳市科陆电子科技股份有限公司 基于rfid技术的电力资产全生命周期数据管理方法
CN102788899A (zh) * 2012-08-09 2012-11-21 宁夏隆基宁光仪表有限公司 基于无线识别技术的三相电能表
CN104251933A (zh) * 2013-06-26 2014-12-31 成都新方洲信息技术有限公司 新型智能电能表
CN206378532U (zh) * 2017-01-13 2017-08-04 国网湖南省电力公司 一种智能电能表
CN107450044A (zh) * 2017-09-01 2017-12-08 哈尔滨电工仪表研究所 一种基于rfid射频识别的电能表校准操作台及其校表方法
CN206969466U (zh) * 2017-06-06 2018-02-06 郑州电力高等专科学校 一种智能电表周转箱存储仓库
CN109655646A (zh) * 2018-10-25 2019-04-19 国网湖南省电力有限公司供电服务中心（计量中心） 基于半有源rfid智能电能表的制作方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007063181A1 (en) * 2005-12-02 2007-06-07 Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus Method and apparatus for the remote reading of an energy meter
CN101833740A (zh) * 2010-04-30 2010-09-15 深圳市科陆电子科技股份有限公司 基于rfid技术的电力资产全生命周期数据管理方法
CN102788899A (zh) * 2012-08-09 2012-11-21 宁夏隆基宁光仪表有限公司 基于无线识别技术的三相电能表
CN104251933A (zh) * 2013-06-26 2014-12-31 成都新方洲信息技术有限公司 新型智能电能表
CN206378532U (zh) * 2017-01-13 2017-08-04 国网湖南省电力公司 一种智能电能表
CN206969466U (zh) * 2017-06-06 2018-02-06 郑州电力高等专科学校 一种智能电表周转箱存储仓库
CN107450044A (zh) * 2017-09-01 2017-12-08 哈尔滨电工仪表研究所 一种基于rfid射频识别的电能表校准操作台及其校表方法
CN109655646A (zh) * 2018-10-25 2019-04-19 国网湖南省电力有限公司供电服务中心（计量中心） 基于半有源rfid智能电能表的制作方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110852615A (zh) * 2019-11-11 2020-02-28 黑龙江省电工仪器仪表工程技术研究中心有限公司 一种典型环境下智能电能表可靠性综合评价模型

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107633279B (zh) 一种智能货架管理系统
CN202948294U (zh) 一种机械加工生产线
CN108074387A (zh) 抄表系统
CN209659010U (zh) 一种智能配电柜
CN109470917A (zh) 一种pcb集成化半有源rfid智能电能表装置
CN107144750A (zh) 一种低压台区掉电监测装置及报警方法
CN208353365U (zh) 一种基于窄带物联网的智慧水表通讯控制装置
CN102982354A (zh) 基于rfid的智能供电管理系统
CN107994406A (zh) 基于物联网的智能插座及其控制方法
CN207234790U (zh) PoE供电设备
CN205961169U (zh) 一种新型便携式遥信报文解析显示装置
CN204964636U (zh) 一种用于现场用电检查管理的pda
CN207117676U (zh) 数据采集终端、物联网管理系统及制衣吊挂系统
CN105245009A (zh) 用电设备联网管理器
CN201946856U (zh) 基于rfid的网线跳线
CN208125825U (zh) 无线遥测核相装置
CN208890822U (zh) 一种具有安全识别的rfid电子配线架系统
CN202600458U (zh) 一种实验室电源管理系统
CN206946694U (zh) 用电信息采集设备及用电信息采集管理装置
CN206788603U (zh) 一种多样化接口的开发板
CN206946693U (zh) 智能用电信息数据采集器
CN207302116U (zh) 智能徽章及其显示控制电路
CN105004948B (zh) 一种用于现场用电检查管理的pda
CN203799251U (zh) 可监控实验室台位电源管理器
CN203773337U (zh) 药品冷藏温湿度验证便携式装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190315

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication