CN110068725A - 一种具有多功能远程通信功能的智能电能表 - Google Patents

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杨书杰
孙厚法
丁龙祥
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Abstract

本发明公开了电能表技术领域的一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，包括基表和远程通讯模块，基表通过串口光耦隔离电路与远程通讯模块相连接，基表包括若干计量芯片、微控制器、断电控制电路、SDRAM、FLASH、电源及复位电路、时钟模块、报警器、看门狗模块和LCD，计量芯片的输入端分别连接有电流采用电路和电压采样电路，远程通讯模块包括通信CPU、通信接口、数据采集模块、事件记录模块、报文业务模块、数据处理模块和购电控制模块，通信CPU通过通信接口与上位机相连接，实现对多个用户电表进行智能化集中监督和管理，自动读取相关数据并加以分析，进行远程控制或设备维护，减少人力资源、缩短维护时间并节省专线建设成本，具有很好的应用前景。

Description

一种具有多功能远程通信功能的智能电能表
技术领域
本发明涉及电能表技术领域，具体为一种具有多功能远程通信功能的智能电能表。
背景技术
随着国民经济的飞速发展和人们生活质量的迅速提高，对用电量的需求也越来越大，能源进行问题日益如初，解决电力供需矛盾和综合电力资源管理，控制不合理用电是电力部门面临的严峻课。电能表作为用电计量的装置，在居民日常生活中起着重要的作用。随着电力部门用电管理、营销模式的发展，电力部门希望电能表不只是简单的电量计费工具，而是要成为满足电力系统管理需求的多功能计量设备，以实现计划用电和合理配电，提高电网负荷率，实现电能管理的自动化、智能化，以求达到更高的供用电效率，因此功能简单的感应式电能表已不适应现代电能管理要求，电子式电能表应运而生。
目前，我国居民住宅建设迅速发展，高层住宅日益增多，一个公寓楼房单元通常住有十几户甚至几十户居民，楼房用表数量大幅度增加，传动的将电能表安装在每个用户家里的方式已不能满足现代化住宅需求，因为抄表人员需要挨家挨户上门抄表，再将数据汇总给电力部门，这种方式使电力管理费用开支过高，抄表人员劳动量大、周期长且有时还会出现认为差错。为了解决入户抄表给居民带来的不便，近年来电力部门进行了改革，考虑到防窃电及抄表的需要，将现有的商品化电能表集中在楼道的某处挂成一面“表墙”，当用户较多时，占用面积很大，给使用、维护和管理带来诸多不便。
智能电表作为智能电网的核心设备，凭借其多功能、多精度、多费率、自动抄表等优势呈现迅速增长势头。为加快建设统一坚强智能电网，国家电网公司组织编制了智能电能表系列标准，并提出未来将大规模推广使用智能电能表，现有产品也将逐步更换为智能电能表。目前在全球范围内已经在开始淘汰感应式电表，因此研制一种实现电能集中管理，多功能、远程通讯抄表、智能控制的电能表具有重要意义。
基于此，本发明设计了一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能化集中监督和管理，自动读取相关数据并加以分析，进行远程控制或设备维护，减少人力资源的具有多功能远程通信功能的智能电能表，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，包括基表和远程通讯模块，所述基表通过串口光耦隔离电路与远程通讯模块相连接，所述基表包括若干计量芯片、微控制器、断电控制电路、SDRAM、FLASH、电源及复位电路、时钟模块、报警器、看门狗模块和LCD，所述计量芯片的输入端分别连接有电流采用电路和电压采样电路，所述计量芯片的输出端通过同步串行外设接口与微控制器连接，所述断电控制电路、SDRAM、FLASH、电源及复位电路、时钟模块、报警器、看门狗模块和LCD与微控制器的串口相连接；
所述远程通讯模块包括通信CPU、通信接口、数据采集模块、事件记录模块、报文业务模块、数据处理模块和购电控制模块，所述通信CPU通过通信接口与上位机相连接，所述数据采集模块、事件记录模块、报文业务模块、数据处理模块和购电控制模块与通信CPU的串口相连接。
优选的，所述微控制器采用型号为LPC2210的单片机。
优选的，所述远程通讯模块采用Zigbee、WIFI或者GPRS其中一种或者一种以上的无线传输方式。
优选的，所述计量芯片采用RN8209芯片，所述计量芯片内部集成了数模转换器、可编程增益放大器、乘法器、功率频率转换器和有用功率计量器。
优选的，所述电流采用电路包括电流互感器，所述电压采样电路包括电流型电压互感器，所述电流型电压互感器和电流互感器的铁心由高导磁率系数的坡莫合金或优质钢带制成。
优选的，所述微控制器还包括EERPOM。
优选的，所述断电控制电路主要由跳闸继电器组成，所述上位机通过远程通讯模块发生断电指令给微控制器，所述微控制器将输出信号，控制跳闸继电器工作，切断供电电源。
优选的，所述数据采集模块用于对基表计量数据进行采集；所述事件记录模块用于对储存的当前数据进行异常分析，并对基表运行状态和故障进行判断，产生乡音法的事件记录，并且根据要求主动发送给上位机；所述报文业务模块用于对基表和上位机之间报文规约解析和处理；所述数据处理模块用于采集返回的计量数据，并进行加工和存储；所述购电控制模块用于远程预付费功能业务。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过基表、远程通讯模块和上位机，实现对多个用户电表进行智能化集中监督和管理，自动读取相关数据并加以分析，还可以进一步进行远程控制或设备维护，减少人力资源、缩短维护时间并节省专线建设成本，具有很好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明远程通讯模块结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-微控制器，2-远程通讯模块，21-通信CPU，22-通信接口，23-数据采集模块，24-事件记录模块，25-报文业务模块，26-数据处理模块，27-购电控制模块，3-串口光耦隔离电路，4-计量芯片，5-电流采用电路，6-电压采样电路，7-断电控制电路，8-SDRAM，9-FLASH，10-电源及复位电路，11-时钟模块，12-报警器，13-看门狗模块，14-LCD，15-EERPOM，16-上位机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，包括基表和远程通讯模块2，所述基表通过串口光耦隔离电路3与远程通讯模块2相连接，串口光耦隔离电路3使得基表与远程通讯模块2完全独立，即在远程通讯模块2遭到破坏后，计量数据也不会丢失，非常稳定和可靠，而且基表的微控制器1仅需要管理和控制计量芯片4的工作状态，同时数据传输的链条简短，从而减少了数据错误的可能性，有足够的时间来精确测量电能数据，极大的提高了电量和瞬时量的实时性，所述基表包括若干计量芯片4、微控制器1、断电控制电路7、SDRAM8、FLASH9、电源及复位电路10、时钟模块11、报警器12、看门狗模块13和LCD14，控制所述计量芯片4的输入端分别连接有电流采用电路5和电压采样电路6，所述计量芯片4的输出端通过同步串行外设接口与微控制器1连接，所述断电控制电路7、SDRAM8、FLASH9、电源及复位电路10、时钟模块11、报警器12、看门狗模块13和LCD14与微控制器1的串口相连接，使得基表具有计量、数据存储、时段控制、远程抄表、控制、报警、计时、和显示等功能；
所述远程通讯模块2包括通信CPU21、通信接口22、数据采集模块23、事件记录模块24、报文业务模块25、数据处理模块26和购电控制模块27，所述通信CPU21通过通信接口22与上位机16相连接，所述数据采集模块23、事件记录模块24、报文业务模块25、数据处理模块26和购电控制模块27与通信CPU21的串口相连接。
其中，所述微控制器1采用型号为LPC2210的单片机，LPC2210是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32为ARM7TMI-S CPU的微控制器，具有低成本、低功耗、高性能等优点，而且LPC2210具有多个通I/O接口，扩展性强。
其中，所述远程通讯模块2采用Zigbee、WIFI或者GPRS其中一种或者一种以上的无线传输方式，实现多种无线传输方式进行远程通信，满足不同环境下的远程控制。
其中，所述计量芯片4采用RN8209芯片，所述计量芯片4内部集成了数模转换器、可编程增益放大器、乘法器、功率频率转换器和有用功率计量器。采用RN8209芯片，受环境影响的跳变小，功能强大，质量稳定性较高，能够对采集的电流和电压转化为数字信号，负责对数据进行分析和处理，实现高速采样、计量算法稳定。
其中，所述电流采用电路5包括电流互感器，所述电压采样电路6包括电流型电压互感器，所述电流型电压互感器和电流互感器的铁心由高导磁率系数的坡莫合金或优质钢带制成，通过电流互感器和电流型电压互感器分别对电流和电压经取样电路分别取样，然后通过电流采用电路5和电压采样电路6内的放大电路缓冲放大后并传输至计量芯片4处转换为数字信号。
其中，所述微控制器1还包括EERPOM15，由于在写用户电量时，需要经常改写电量，EERPOM15具有擦写次数较高，存储容量较大的功能。
其中，所述断电控制电路7主要由跳闸继电器组成，所述上位机16通过远程通讯模块2发生断电指令给微控制器1，所述微控制器1将输出信号，控制跳闸继电器工作，切断供电电源。
其中，所述数据采集模块23用于对基表计量数据进行采集；所述事件记录模块24用于对储存的当前数据进行异常分析，并对基表运行状态和故障进行判断，产生乡音法的事件记录，并且根据要求主动发送给上位机16；所述报文业务模块25用于对基表和上位机16之间报文规约解析和处理；所述数据处理模块26用于采集返回的计量数据，并进行加工和存储；所述购电控制模块27用于远程预付费功能业务。
购电控制模块27原理是，上位机16通过远程通讯模块2将购电量下发至该购电控制模块27内，购电控制模块27计算剩余电量，并通过实时抄读基表的数据，不断更新剩余电量的数值，当剩余电量降低到报警阈值时通过报警器12进行声光报警，并发送短信停止，当剩余电量小于或者等于零时，通过断电控制电路7对供电线路进行跳闸断电。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，包括基表和远程通讯模块（2），其特征在于：所述基表通过串口光耦隔离电路（3）与远程通讯模块（2）相连接，所述基表包括若干计量芯片（4）、微控制器（1）、断电控制电路（7）、SDRAM（8）、FLASH（9）、电源及复位电路（10）、时钟模块（11）、报警器（12）、看门狗模块（13）和LCD（14），所述计量芯片（4）的输入端分别连接有电流采用电路（5）和电压采样电路（6），所述计量芯片（4）的输出端通过同步串行外设接口与微控制器（1）连接，所述断电控制电路（7）、SDRAM（8）、FLASH（9）、电源及复位电路（10）、时钟模块（11）、报警器（12）、看门狗模块（13）和LCD（14）与微控制器（1）的串口相连接；
所述远程通讯模块（2）包括通信CPU（21）、通信接口（22）、数据采集模块（23）、事件记录模块（24）、报文业务模块（25）、数据处理模块（26）和购电控制模块（27），所述通信CPU（21）通过通信接口（22）与上位机（16）相连接，所述数据采集模块（23）、事件记录模块（24）、报文业务模块（25）、数据处理模块（26）和购电控制模块（27）与通信CPU（21）的串口相连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，其特征在于：所述微控制器（1）采用型号为LPC2210的单片机。
3.根据权利要求1所述的一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，其特征在于：所述远程通讯模块（2）采用Zigbee、WIFI或者GPRS其中一种或者一种以上的无线传输方式。
4.根据权利要求1所述的一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，其特征在于：所述计量芯片（4）采用RN8209芯片，所述计量芯片（4）内部集成了数模转换器、可编程增益放大器、乘法器、功率频率转换器和有用功率计量器。
5.根据权利要求1所述的一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，其特征在于：所述电流采用电路（5）包括电流互感器，所述电压采样电路（6）包括电流型电压互感器，所述电流型电压互感器和电流互感器的铁心由高导磁率系数的坡莫合金或优质钢带制成。
6.根据权利要求1所述的一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，其特征在于：所述微控制器（1）还包括EERPOM（15）。
7.根据权利要求1所述的一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，其特征在于：所述断电控制电路（7）主要由跳闸继电器组成，所述上位机（16）通过远程通讯模块（2）发生断电指令给微控制器（1），所述微控制器（1）将输出信号，控制跳闸继电器工作，切断供电电源。
8.根据权利要求1所述的一种具有多功能远程通信功能的智能电能表，其特征在于：所述数据采集模块（23）用于对基表计量数据进行采集；所述事件记录模块（24）用于对储存的当前数据进行异常分析，并对基表运行状态和故障进行判断，产生乡音法的事件记录，并且根据要求主动发送给上位机（16）；所述报文业务模块（25）用于对基表和上位机（16）之间报文规约解析和处理；所述数据处理模块（26）用于采集返回的计量数据，并进行加工和存储；所述购电控制模块（27）用于远程预付费功能业务。
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