CN202422392U - 一种本地停电抄表系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种本地停电抄表系统，能够在电力系统停电时对电能表进行无线抄表，它包括电能计量仪表和抄表装置。电能计量仪表包括取样转换电路、计量电路、MCU、应答单元、天线单元、储能单元和存储单元。电力系统输电线接入取样转换电路，取样转换电路连接至计量电路，MCU分别与计量单元、应答单元、储能单元和存储单元连接，应答单元连接至天线单元。抄表装置包括转换电路、时钟单元、控制单元、读取存储单元、天线单元和发射接收电路。控制单元分别与转换电路、时钟单元和读取存储单元连接，所述发射接收电路分别连接至读取存储单元和天线单元。转换电路分别连接至控制单元和读取存储单元并将电力系统电压转换成控制单元和读取存储单元的供电电压。

Description

一种本地停电抄表系统

技术领域

本实用新型是关于电能计量领域，更特定言之，本实用新型是关于一种能够实现无线抄表技术，尤其是在电力系统停电时实现无线抄表的系统。

背景技术

电能表是一种对电网用户的用电量进行计量与数据记录的仪器装置。随着技术的不断进步，智能电表得到越来越广泛的使用。通常，一个智能电表内部都装有处理单元(例如单片机)，能够对电量信息按照预先设定的要求进行计量和计算，例如分时分段计量、费控计量等方式。当前，出现了利用手持设备(例如PDA)对智能电能表进行抄表的设备，解决了人工抄表带来的种种弊端，而且利用手持设备与电能表间的通信，能够直接将电能表内部的信息读出，减少了误差和人工成本。

然而应当了解现有技术中，这种手持设备与电能表之间是通过调制型红外通信方式进行抄表，即电能表内部设有红外端口，能够接收读表信号并发送数据，例如专利CN201749562U公开了一种民用电量自动采集装置，其特征是利用红外或485总线通信方式进行抄表，但明显应当注意到现有技术的缺陷在于：红外或485通信信号并不稳定，而且受距离限制明显。另外，其红外掌机和被测电能表本身都需要电池来供电，但是熟悉本领域的技术领域应该了解，红外通信所需能量较大，所耗费的电力强度因此较大，而电池更换成本较高，同时电池使用寿命短。

同时，电能表对高频信号进行采集或转换的同时又可能遭受高频信号，尤其是射频RF信号的干扰，使得电能表计量电路精度受到影响，但是目前还没有行之有效的解决方式。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中存在的缺陷，提出一种本地停电抄表系统，能够在电力系统停电时对电能表进行无线抄表，它包括电能计量仪表和抄表装置。

电能计量仪表包括取样转换电路、计量电路、MCU、应答单元、天线单元、储能单元和存储单元。电力系统输电线接入取样转换电路，取样转换电路连接至计量电路，MCU分别与计量单元、应答单元、储能单元和存储单元连接，应答单元连接至天线单元。其中，取样转换电路对电力系统电流和电压信号取样并转换为数字信号，将所述数字信号传输至计量电路，计量电路对数字信号进行计算得出计量数据，并将这些计量数据传输至控制单元进行计量数据处理，MCU将处理后的计量数据存入存储单元。

抄表装置包括转换电路、时钟单元、控制单元、读取存储单元、天线单元和发射接收电路。控制单元分别与转换电路、时钟单元和读取存储单元连接，所述发射接收电路分别连接至读取存储单元和天线单元。转换电路分别连接至控制单元和读取存储单元并将电力系统电压转换成控制单元和读取存储单元的供电电压。

作为优选，抄表装置与电能计量仪表之间是通过读取存储单元与应答单元进行通信。

作为优选，抄表装置的读取存储单元与电能计量仪表的应答单元之间是通过RFID方式进行无线通信。

作为优选，读取存储单元与应答单元之间的有效通信距离为不超过10m。

作为优选，读取存储单元与应答单元之间的通信频率处于100MHz至1GHz范围内。

作为优选，取样转换电路包括取样电路，电压滤波电路、电流滤波电路和A/D转换电路，所述电力系统输电线接入取样电路，所述取样电路分别通过电压滤波电路和电流滤波电路连接至A/D转换电路。其中取样电路对电力系统电流和电压进行取样，并分别通过电压滤波电路和电流滤波电路对取样得到的电流信号和电压信号进行滤波，随后传输至A/D转换电路转换为电流和电压数字信号。

由于采用了所述的技术方案，本实用新型的有益效果。

1、实现无电池本地停电抄表；

2、降低抄表难度，提高抄表成功率；

3、降低成本，低碳环保；

4、解决了RF信号对计量电路的影响，提高计量精度。

附图说明

以下将参照附图来详尽描述本实用新型的优选实施方式，各图中的相同或相似符号表示相同元件或功能单元，其中

图1为本实用新型本地停电抄表系统的原理结构示意图；

图2为本实用新型本地停电抄表系统抄表装置的进一步详尽电路连接示意图；

图3为本实用新型本地停电抄表系统取样转换电路的主要组成结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种本地停电抄表系统的优选实施例，用于在电力系统停电时对电能表进行无线抄表，它主要包括电能计量仪表100和抄表装置200。

在本实施例中，电能计量仪表100可优选为一个三相智能电能表100，它包括取样转换电路110、计量电路120、MCU 130、应答单元140、储能单元150和存储单元160。电力系统输电线接入取样转换电路110，取样转换电路110连接至计量电路120，MCU 130分别与计量单元120、应答单元140、储能单元150和存储单元160连接，其中取样转换电路110对电力系统三相电流信号I_A、I_B、I_C和电压信号U_A、U_B、U_C取样并转换为数字信号，将转换得到的数字信号传输给计量电路120。计量电路120对数字信号进行计算得出计量数据，并将计量数据传输至控制单元130进行计量数据处理，MCU 130将处理后的计量数据存入存储单元140。存储单元140可以是一个快闪存储器(FLASH)，或者是一个通用的存储器件，例如EEPROM、RAM等。

现参照图1和图2，抄表装置200包括转换电路210、时钟单元220、控制单元230、读取存储单元240和发射接收电路250，控制单元230分别与转换电路210、时钟单元220和读取存储单元240连接，所述发射接收电路250分别连接至读取存储单元240和天线单元241。其中转换电路210分别电连接至控制单元230和读取存储单元240并将电力系统电压转换成控制单元230和读取存储单元240的供电电压。

时钟单元220用于校准抄表装置200的内部时钟以及对所抄读数据的时间定义，能够方便及时地反映数据的实时性。

例如在图2中，读取与存储单元240的DVDD、AVDD、TVDD和DVSS、AVSS、TVSS端连接转换电路210作为电压供电端，图2中未标出时钟单元220。

在本实用新型实施例中，计量电路120与MCU 130耦合连接，组成电能表100的一个计量处理部分，它使用若干个数字处理装置来进行数据处理，例如DSP，微控制器或者两者组合使用。该计量处理部分能够根据数字电流电压信号产生电量数据，例如W·h，VAR·h，功率因数，均方差电流电压等数据。

作为优选，所述计量部分，尤其是MCU 130能够将处理后的计量数据存入一个存储器160中，在熟知的现有技术中，通常将数据存储于一个FLASH或者RAM中，而在本实用新型实施例中，此存储器160可以是设置于应答单元140中，该存储器可以利用现有技术熟知的存储设备实现，例如缓存器，FIFO设备等。

本实用新型优选实施例的电能表100的应答单元140与抄表装置200的读取存储单元240之间的通信方式采用的是射频识别(RFID)方式。它具有非接触、精度高、信息收集处理迅速，实时工作等优点。将此技术在电能计量领域加以使用，可有效解决前述现有技术的缺陷。在本实用新型实施例中，电能表100与抄表装置200间的数据通信是通过电能表100的应答单元140与抄表装置200的读取存储单元240间的耦合方式来实现的。一般而言，此耦合方式分为电感耦合和电磁后向散射耦合两种方式，电感耦合适用于低频或高频段，其特点是能够在潮湿或恶劣的环境下工作，但有效通信距离在1m以内，典型的工作频率为125KHz、225KHz或13.56MHz；而电磁后向散射耦合一般适用于超高频或微波频段，其有效通信距离在1m以上。

在本实施例中，电能表100与抄表装置200之间的有效通信距离为不超过10m。

作为优选，本实用新型电能表100与抄表装置200之间的通信频率处于100MHz至1GHz范围内。优选为300MHz或500MHz。

本实用新型的抄表原理是：

在电网正常供电的情况下，与正常的无线抄表方式相同，工作人员可直接对电能表100进行抄表。而作为优选，若抄表装置200(例如一个手持机)设有220V市电插头，可在电池供电不足时接入民用电网进行充电，可通过转换电路210将220V电压转换为手持机用2V电压。

在电网停电时，电网工作人员可通过抄表装置200上设置的一个界面，例如键盘或触控荧幕输入抄表指令(这些装置是现有技术，图中未作绘示，亦不作赘述)给控制单元230，控制单元230随即控制读取存储单元240通过天线单元241发送RF信号给电能表100，此时产生磁场，应答单元140中的电子标签单元142进入磁场后，通过天线单元141接收读取存储单元240发出的RF信号，将产生感应出的电流送入储能单元150中，在储能电容150积蓄了足够电能表100的计量处理部分，尤其是MCU 130发送计量数据的工作电流或能量后，将存储在存储器143中的计量数据信息进行发送。应当注意到，对于每一个电能表，手持机仅能获得对应于其的射频信息，这是由电子标签单元142本身决定的，即一个手持机200能够对多个电能表100进行抄表，但这多个电能表100因为例如各自预先设定的频段不同，所以不会产生重复。或者，由电子标签单元142主动发送某一频率的RF信号，读取存储单元240读取这些信息并解码后，送至控制单元230进行数据处理。这种情况会出现在手持机200仅向一个电能表100发送一个储能信号，在一个特定时间周期内，一般为0.1s至5s内，储能单元150进行储能，并对MCU 130进行供电，而多余的能量会继续存储于所述储能单元150中，等待下次抄表时使用。

读取存储单元240根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID控制和处理的主要部分。读取存储单元240通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。读取存储单元240和应答单元140之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时读取存储单元240通过耦合给无源应答单元140提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答单元140是RFID的信息载体，应答单元140大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。

同时作为优选，为了解决或缓解射频(RF)信号对电能表100计量处理部分的影响或干扰，如图4所示，本实用新型取样转换电路110包括取样电路111和A/D转换电路114，并特定地包括电压滤波电路112和电流滤波电路113。电力系统输电线接入取样电路111。取样电路111分别通过电压滤波电路112和电流滤波电路113连接至A/D转换电路114，其中取样电路111对电力系统电流和电压进行模拟量取样，并分别通过电压滤波电路112和电流滤波电路113对取样得到的电流信号和电压信号进行滤波，随后传输至A/D转换电路114转换为电流和电压数字信号。A/D转换电路114包括一个或多个将电流电压模拟量转换为数字电流电压信号的模数转换器。其中，滤波电路113与114优选地设置有一个或多个带通滤波器，用以对取样电路111所采样的电流和电压信号中伴随的噪声加以滤除或衰减。在本实用新型实施例中，取样信号会受到RF信号的影响，例如电流随着用户用电量的变化而变化。

以上仅为本实用新型的优选实施方式，其用以直观解释本实用新型的技术方案，并非是对其的限定。本领域技术人员应当了解，一切基于本实用新型所作出的修改、替代或变化，均应涵盖于本实用新型所主张的技术范畴内。

Claims (6)

1.一种本地停电抄表系统，用于在电力系统停电时对电能表进行无线抄表，它包括电能计量仪表(100)和抄表装置(200)，其特征在于：

所述电能计量仪表(100)包括取样转换电路(110)、计量电路(120)、MCU(130)、应答单元(140)、天线单元(141)、储能单元(150)和存储单元160，所述电力系统输电线接入取样转换电路(110)，所述取样转换电路(110)连接至计量电路(120)，所述MCU(130)分别与计量单元(120)、应答单元(140)、储能单元(150)和存储单元(160)连接，所述应答单元(140)连接至天线单元(141)，所述取样转换电路(110)对电力系统电流和电压信号取样并转换为数字信号，将所述数字信号传输至计量电路(120)，所述计量电路(120)对数字信号进行计算得出计量数据，并将计量数据传输至控制单元(130)进行计量数据处理，所述MCU(130)将处理后的计量数据存入存储单元(160)；所述抄表装置(200)包括转换电路(210)、时钟单元(220)、控制单元(230)、读取存储单元(240)、天线单元(241)和发射接收电路(250)，所述控制单元(230)分别与转换电路(210)、时钟单元(220)和读取存储单元(240)连接，所述发射接收电路(250)分别连接至读取存储单元(240)和天线单元(241)，转换电路(210)分别连接至控制单元(230)和读取存储单元(240)并将电力系统电压转换成控制单元(230)和读取存储单元(240)的供电电压。

2.如权利要求1所述的本地停电抄表系统，其特征在于：所述抄表装置(200)与电能计量仪表(100)之间是通过读取存储单元(240)与应答单元(140)进行通信。

3.如权利要求2所述的本地停电抄表系统，其特征在于：所述抄表装置(200)的读取存储单元(240)与电能计量仪表(100)的应答单元(140)之间是通过RFID方式进行无线通信。

4.如权利要求2或3所述的本地停电抄表系统，其特征在于：所述读取存储单元(240)与应答单元(140)之间的有效通信距离为不超过10m。

5.如权利要求2或3所述的本地停电抄表系统，其特征在于：所述读取存储单元(240)与应答单元(140)之间的通信频率处于100MHz至1GHz范围内。

6.如权利要求1所述的本地停电抄表系统，其特征在于：所述取样转换电路(110)包括取样电路(111)，电压滤波电路(112)、电流滤波电路(113)和A/D转换电路(114)，所述电力系统输电线接入取样电路(111)，所述取样电路(111)分别通过电压滤波电路(112)和电流滤波电路(113)连接至A/D转换电路(114)，其中所述取样电路(111)对电力系统电流和电压进行取样，并分别通过电压滤波电路(112)和电流滤波电路(113)对取样得到的电流信号和电压信号进行滤波，随后传输至A/D转换电路(114)转换为电流和电压数字信号。

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