CN112710896A - 一种多芯模组化智能计量电表 - Google Patents

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富磊
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Abstract

一种多芯模组化智能计量电表的装置。能解决电表在在线升级时电能计量不准确、功能单一的问题。由多芯模组化智能计量电表、网络平台和手机app组成，其中：所述多芯模组化智能计量电表，包括计量模组、管理模组、通信模组和电源模块；所述计量模组，由相线电流采样电路、相线电压采样电路、防窃电电路和电能计量芯片组成，防窃电电路对零线电流进行测量；所述管理模组，由管理芯、存储模块、负荷控制模块、有线通信接口、通信接口、显示模块组成；所述通信模组，由WIFI通信模块和NB‑IoT通信模块组成。方便了电能数据的采集及处理。同时通过WIFI无线通信方式与智能家居设备进行连接，达到控制和监视智能家居实时运行状态的目的。

Description

一种多芯模组化智能计量电表
技术领域
本发明属于电子技术设备领域，设计一种智能计量电表，具体是一种多芯模组化智能计量电表。
背景技术
智能电表作为智能电网建设的核心环节，智能电网用电信息采集、传输、处理等功能，必须通过智能电表得以实现，智能电表担负着电能数据采集、计量和显示的任务直接关乎发电、传输、使用三方的利益。智能电表不仅具有更加稳定和准确的计量功能，还具备电能数据的存储、双向多种费率计算用户端控制等功能。目前，智能电表的发展方向主要为模块化、网络化和系统化。面对电力市场的逐渐开放和与之相适应的电能计量管理政策的变更、调整，通过电能表的模块化设计思路完全可以适应并满足随政策变化而对计量功能提出的全新要求。网络化使得电能表的部分功能从接入层上移到网络层和数据管理平台，通过数据共享和综合分析实现较为复杂的功能，简化了电能表硬件的设计。系统化可以综合利用成熟的计算机技术和电力系统自动化技术，在数据控制平台实现海量用电数据的有效分析、处理与管理。模块化将电表的各个功能模块分开设计，在电表出发生故障时，不用对整表进行更换。
国内外电能表逐渐采用符合IR46标准的智能电表，该标准提出智能电表的法制计量软件与非法制计量软件分离，确保在扩展或更改非计量部分程序时计量功能不会受到影响。因此研发一种多芯模组化智能计量电表作为智能电网的智能终端是不可或缺的。
发明内容
为了解决现有电表存在电能计量不准确、功能单一的问题，本发明提出了一种智能计量电表，弥补了智能电网的智能终端空缺，其具体技术方案如下：
一种多芯模组化智能计量电表，其由多芯模组化智能计量电表、网络平台和手机app组成，其中：
所述多芯模组化智能计量电表，包括计量模组、管理模组、通信模组和电源模块；
网络平台，采用C/S模式与多芯模组化智能计量电表进行连接，并能够根据历史电能数据筛选异常数据；
手机app，具有电能数据的查看以及智能家居的控制和监视功能；
所述计量模组，由相线电流采样电路、相线电压采样电路、防窃电电路和电能计量芯片组成，防窃电电路对零线电流进行测量；
所述管理模组，由管理芯、存储模块、负荷控制模块、有线通信接口、通信接口、显示模块组成；
所述通信模组，由WIFI通信模块和NB-IoT通信模块组成。
所述计量模组中的电能计量芯片选用ATM90E26。
所述管理模组中的管理芯选用STM32F407VET6。
所述管理模组中的存储模块选用W25Q128芯片进行数据存储。
所述通信模组中的NB-IoT通信模块选用BC95。
所述WIFI通信模块选用ESP8266。
所述网络平台用于管理所述多芯模组化智能计量电表的电能数据以及控制多芯模组化智能计量电表的开合闸。
本发明的有益效果：
计量模组通过相线电流采样电路、相线电压采样电路、防窃电电路进行相线的电流和电压以及零线的电流采集，通过零线电压和相线电压监测用户是否窃电，并将采集数据传输到电能计量芯片中转换为电能数据。管理模块通过串行数据端口与存储模块、显示模块相连，通过GPIO口对负荷控制模块进行控制实现实时电能数据的存储以及开关闸控制，通信模块通过NB-IoT无线通信方式将电能数据远程传输到服务器，再通过网络平台进行数据集中处理，并且能够筛选异常数据，方便了电能数据的采集及处理。同时通过WIFI无线通信方式与智能家居设备进行连接，达到控制和监视智能家居实时运行状态的目的。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明中多芯模组化智能计量电表与网络平台的工作流程图；
图3为本发明中多芯模组化智能计量电表与手机app的工作流程图。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合图1-3对本发明做出进一步的说明：
实施例1：一种多芯模组化智能计量电表，其由多芯模组化智能计量电表、网络平台和手机app组成，其中：
所述多芯模组化智能计量电表，包括计量模组、管理模组、通信模组和电源模块；电源模块为多芯模组化智能计量电表提供供电电压和测量电压，并带有低压保护功能；
网络平台，采用C/S模式与多芯模组化智能计量电表进行连接，并能够根据历史电能数据筛选异常数据；用于管理所述多芯模组化智能计量电表的电能数据以及控制多芯模组化智能计量电表的开合闸；
手机app，具有电能数据的查看以及智能家居的控制和监视功能；所述手机app用于监视多芯模组化智能计量电表以及智能家居的实时状态和控制；
所述计量模组，由相线电流采样电路、相线电压采样电路、防窃电电路和电能计量芯片组成，用于实现电能的计量及防止人为干扰私接线路进行窃电的现象发生，加入防窃电电路对零线电流进行测量；其中计量模组中的相线电流可以采样电路采用锰铜片分流器进行相线电流采样；计量模组中的相线电压采样电路可以采用电阻分压法进行相线电压采样；计量模组中的防窃电电路可以采用对零线电流进行采集与相线电流进行对比的方式，判断用户是否窃电；
所述管理模组，由管理芯、存储模块、负荷控制模块、有线通信接口、通信接口、显示模块组成，用于实现电表的数据管理和显示；
所述通信模组，由WIFI通信模块和NB-IoT通信模块组成，用于实现电表与智能家居和网络平台的通信。
实施例2：进一步的给出了计量模组中的电能计量芯片的可采用型号，即所述计量模组中的电能计量芯片选用ATM90E26；具有三个Σ-△型模数转换器，每个数模转换器都将采样电路中的模拟电压信号转换为数字电压信号送往芯片内部的DSP模块中，经过DSP模块处理，将有功功率与有功电能、无功功率与无功电能、电压电流有效值、频率等电能数据存放到芯片内的寄存器中，然后通过SPI通信接口将电能数据传输到管理芯中。
实施例3：进一步的给出了管理芯的可采用型号，即所述管理模组中的管理芯选用STM32F407VET6；其主要特性如下：1)集成了1024K字节Flash，192K字节RAM，10个通用定时器， 5个USART，3个12位ADC等资源；2)内建PLL时钟，看门狗定时器，低电压复位功能，低电压检测功能，而且STM32F407VET6还提供了2种低功耗省电模式。3)最高168MHz的工作频率。由STM32F407VET6特性可以看出，其具有较高的处理频率，具有强大的扩展功能，大存储量足够运行FreeRTOS轻量级实时操作系统，很适合设计的需求。
实施例4：进一步的给出了存储模块可采用的型号，即所述管理模组中的存储模块选用W25Q128芯片进行数据存储；W25Q128芯片拥有128Mb的Flash内存，由于一个电能数据为几十个字节，可存储上百万份的电能数据，适用于电表存储过去一年的电能数据；此外，管理模组中的显示模块也可以选用LCD2128液晶显示屏和HT1621液晶驱动芯片组成，该液晶显示屏由于各节点相互独立且能够连续动作，使其显示刷新速率明显加快。同时，液晶显示屏包含汉字显示区、数字区和状态区组成，适用于电表中字符和图形的显示；管理模组中的有线通信接口采用RS-485方式，可进行人工抄表，以及数据校验；管理模组中的通信接口采用USART方式与通信模组进行连接，可与网络平台和智能家居设备进行连接。
实施例5：进一步的给出了负荷控制模块可采用的型号，即所述管理模组中的负荷控制模块选用具有16A触点切换的磁保持继电器；仅需脉冲激励就能实现开闸和闭闸功能。
实施例6：进一步的给出了NB-IoT通信模块可采用的型号，即所述通信模组中的NB-IoT通信模块选用BC95；其主要特性如下：1) 芯片尺寸紧凑，在大规模部署的时候，可以有效降低成本；2)支持超低功耗，超高灵敏度，在PSM状态下电流功耗只有5uA。采用易于焊接的LCC封装；3)内嵌丰富的服务协议栈，支持COAP协议和UDP协议。
实施例7：进一步的给出了WIFI通信模块可采用的型号，即所述WIFI通信模块选用ESP8266，其主要特性如下：1)体积小、功耗低、支持无限透传；2)具有强大的片上处理和存储能力，使其可通过GPIO口集成传感器及其他应用的特定设备，在前期的开发和运行中最少地占用系统资源。适用于无线组网近距离大数据传输。
多芯模组化智能计量电表的工作原理：通过计量模组进行实时电能计量及存储，通过管理模组实时电能数据的显示与负荷控制，通过通信模组的NB-IoT通信模块将电能数据传输到网络平台，完成远程抄表功能。当通信模组的NB-IoT通信模块接收到网络平台发送断电、通电指令时，管理模组的负荷控制模块驱动继电器进行闸门控制。同时还具备智能家居控制功能，通过通信模组的WIFI通信模块将接收智能家居的信息，并代替智能家居网关将数据发送到手机app上，实现智能家居的远程控制。
利用所述多芯模组化智能计量电表及网络平台实现电能数据管理的过程，如附图2所示，过程如下：
1）登录网络平台；2）多芯模组化智能计量电表查询子模块状态判断其是否异常；3）若多芯模组化智能计量电表不存在异常，物联网电表查询当前时间是否满足上报条件；4）若满足上报条件多芯模组化智能计量电表通过计量模组进行实时电能计量及存储；5）通过通信模组的NB-IoT通信模块与网络平台进行数据交互，多芯模组化智能计量电表接收网络平台下传的指令，并对指令作出相应的处理；6）若多芯模组化智能计量电表存在异常，则通过通信模组的NB-IoT通信模块将异常主动上报到网络平台；7）若不满足上报条件，则重新进行异常检测等待满足上报条件。
利用所述多芯模组化智能计量电表及手机app实现智能家居设备的管理过程，如附图3所示，过程如下：
1）登录手机app；2）等待智能设备接入多芯模组化智能计量电表的WIFI模块3）若智能设备未接入WIFI模块继续等待，若智能设备接入成功，多芯模组化智能计量电表向智能设备发送数据访问请求；4）若智能设备未回复数据信息，WIFI模块继续发送数据访问请求，若接收到数据则显示在手机app上。

Claims (7)

1.一种多芯模组化智能计量电表，其特征在于：由多芯模组化智能计量电表、网络平台和手机app组成，其中：
所述多芯模组化智能计量电表，包括计量模组、管理模组、通信模组和电源模块；
网络平台，采用C/S模式与多芯模组化智能计量电表进行连接，并能够根据历史电能数据筛选异常数据；
手机app，具有电能数据的查看以及智能家居的控制和监视功能；
所述计量模组，由相线电流采样电路、相线电压采样电路、防窃电电路和电能计量芯片组成，防窃电电路对零线电流进行测量；
所述管理模组，由管理芯、存储模块、负荷控制模块、有线通信接口、通信接口、显示模块组成；
所述通信模组，由WIFI通信模块和NB-IoT通信模块组成。
2.如权利要求1所述的一种多芯模组化智能计量电表，其特征在于：所述计量模组中的电能计量芯片选用ATM90E26。
3.如权利要求1所述的一种多芯模组化智能计量电表，其特征在于：所述管理模组中的管理芯选用STM32F407VET6。
4.如权利要求1所述的一种多芯模组化智能计量电表，其特征在于：所述管理模组中的存储模块选用W25Q128芯片进行数据存储。
5.如权利要求1所述的一种多芯模组化智能计量电表，其特征在于：所述管理模组中的负荷控制模块选用具有16A触点切换的磁保持继电器。
6.如权利要求1所述的一种多芯模组化智能计量电表，其特征在于：所述通信模组中的NB-IoT通信模块选用BC95。
7.如权利要求1所述的一种多芯模组化智能计量电表，其特征在于：所述WIFI通信模块选用ESP8266。
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