CN203133163U - 一种双向计量的智能电能表 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双向计量的智能电能表，电路部分包括有主电路板和电源线接口，主电路板上装有中央处理器、计量芯片、存储器、数据采样电路、显示电路、通讯接口电路，其特征在于：所述的数据采样电路包括有电压采样模块和电流采样模块；而电流采样模块又分为相线电流采样模块和零线电流采样模块，电压采样模块、相线电流采样模块、零线电流采样模块的信号输出均接入计量芯片，计量芯片的信号接入中央处理器，这样的设计，采用双继电器控制相线和零线电流，使得对电压和电流的检测更加的准确，又可防止外界窃电操，运行安全性高，为大电网系统和分布式发电系统的结合应用提供计量上的安全保证。
Description
技术领域
本实用新型涉及电能表的技术领域，特别涉及改进的双向计量的智能电能表。
背景技术
传统的大电网供电与分布式发电相结合的供电模式是近年来供电技术领域中最具有应用前景的技术创新成果之一。值得注意是，在将传统的大电网供电与分布式发电相结合的供电模式中，用电单元并非总是依靠大电网补充供电，有时，用电单元所发出的电能不仅能够满足其自身的需要，而且能将多余的电能反馈给大电网，从而降低大电网发电过程中的能耗。由于用电单元既有可能通过大电网补充供电，又有可能给大电网反馈电能，这就使得计量用电单元的用电量与反馈给大电网的电量成为必要，而传统的电能表只能单向计量一方的用电量，难以满足大电网供电与分布式发电相结合的供电模式。
实用新型内容
鉴于上述现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种双向计量的智能电能表，其目的在于，保证既可以计量用户消耗的正向电能、又可以计量用户反馈到电网的反向电能，同时，使计量检测更加的准确，运行安全性高，有效防止外界窃电操作。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案：
一种双向计量的智能电能表，电路部分包括有主电路板和电源线接口，主电路板上装有中央处理器、计量芯片、存储器、数据采样电路、显示电路、通讯接口电路，其特征在于：所述的数据采样电路包括有电压采样模块和电流采样模块；而电流采样模块又分为相线电流采样模块和零线电流采样模块，电压采样模块、相线电流采样模块、零线电流采样模块的信号输出均接入计量芯片，计量芯片的信号接入中央处理器。进一步地，所述的电压采样模块由多电阻串联组成，以分压方式进行电压采样。所述主电路板上还装有双继电器，双继电器分别控制相线电流采样模块与相线的通断和零线电流采样模块与零线的通断。相线电流通过锰铜片进行采样，零线电流通过电流互感器进行采样。所述主电路板上还安装RC滤波器，电压采样信号先经过电阻衰减网络，然后经过RC滤波器，再接入到计量芯片，而电流采样信号经过相位补偿电路和低通滤波器，差分输入到计量芯片。所述中央处理器的控制程序采用主程序和中断程序两大部分，且每一部分处理均采用循环冗余校验码校验。
本实用新型所具有的有益效果是，既能准确地计量正向电量，又能准确地计量反向电量，并且智能化程度高，结构较为简单，便于操作。
采用双继电器分别控制相线和零线的电流通断，有助于增强硬件的安全性。当有异常状况发生时，主动拉闸，增加了运行安全性。相线和零线继电器状态是一致的，要么都是合闸状态，要么就是拉闸状态。如果用户实际使用的功率大于我们设定用户端允许使用的最大功率，电能表就会产生报警提示，并进行拉闸操作。拉闸45秒后，电能表执行合闸操作，恢复用户端供电。主程序和中断程序均采用循环冗余校验码校验--CRC校验，CRC校验的作用在于，增强程序运行的安全性和可识别性。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为本实用新型的中央处理器的电路原理图；
图3为本实用新型的数据采样电路的原理图；
图4为本实用新型的涉及继电器部分的电路原理图。
具体实施方式
以下，结合附图介绍本实用新型一种双向计量的智能电能表的具体实施方式。
图1为一种双向计量的智能电能表的原理框图。所述双向计量的智能电能表包括电压采样模块、相线电流采样模块、零线电流采样模块、电源、计量芯片、中央处理器、LED显示、LCD（液晶）显示、继电器、存储器和通讯接口电路等部分。其中，电压信号通过电阻网络进行电阻分压采样；电流信号采样分为相线电流采样和零线电流采样，相线电流通过锰铜片进行采样，零线电流通过电流互感器进行采样；电源部分使用变压器作为电表的供电电源，可以提供5V、3.3V和10V/30mA的交流电分别给系统各单元提供稳定的电源；计量单元通过专用计量芯片ATT7053A实现计量功能；
图2为双向计量的智能电能表的中央处理器部分电路图。中央处理器U2采用NEC78F0526A芯片，该芯片功耗低，稳定性高，抗干扰能力强，内置AD、晶振、串口、电源检测、多种定时器等，满足整个系统控制处理需要。中央处理器U2是电能表的核心部分，主要负责控制电量计算、LED显示、液晶显示、报警、通讯、数据保存、继电器操作等，协调整个系统的稳定、可靠运行。其中，中央处理器U2的第3脚和第4脚直接与存储器芯片相连，负责对数据进行存储和读取；中央处理器U2的第14脚和第15脚直接与显示电路的驱动芯片相连，负责相应的显示处理；中央处理器U2的第35脚和第34脚与通讯接口电路的485芯片引脚相连，可以进行485通讯；中央处理器U2的第48脚到第52脚分别通过电阻R110、R112、R113、R114、R115、R116、R117、R123、R124和R126与计量芯片U1的第21脚到第17脚相连，负责对计量数据的处理。
图3为双向计量的智能电能表的数据采样电路。计量芯片U1采用高精度的ATT7053A。该芯片在2000：1的动态范围内，计量精度可以达到0.1％。其中，电压通过采用电阻R4-R11等多电阻串联的分压方式进行电压采样，相线电流通过锰铜片进行采样，零线电流通过电流互感器进行采样，从而完成整个电表的计量采样。具体过程为：外接市电N_IN经过电阻R4-R11的电阻串联分压后，输入到计量芯片U1，其输入范围的电压输入参数V3P和V3N；零线电流V2P、V2N和相线电流V1P、V1N分别由电流互感器和锰铜片转变为计量芯片U1输入范围的电流信号后，在计量芯片U1内部经过二阶模数转换、数字滤波后，完成电压和电流的采样处理，得到相应输出参数SPIDO、PF等，提供给微控制器使用，相应处理后，得到功率、电压和电流等的相关参数。其中，计量芯片U1的第17脚到第21脚与中央处理器U2相连，将计量的数值传输到中央处理器U2进行相应的处理。
图4为双向计量的智能电能表的继电器部分的电路，采用双路控制，分别控制火线和零线的通断。VHH1是提供继电器工作的电压，TVS1管、TVS2管是双向TVS管，在电源过压过流时箝位保护。采用二路继电器分别控制零线和相线，使得对电压和电流的检测更加的准确，防止外界窃电操作。当要求火线继电器U5闭合时，此时，R_ON1端为高电压，通过电阻R27、R28后，使得三极管Q2导通，三极管Q2导通使得TVS1管一端即连接火线继电器U5的2脚为低压状态，同时通过电阻R24使得三极管Q4导通，三极管Q4导通后，使得TVS1管的另一端为高电压状态，火线继电器U5第1脚和第2脚分别处于高电压和低电压状态，则继电器执行闭合动作。由于零线继电器U6、火线继电器U5原理相同，继电器闭合和断开原理相同，上述只以火线继电器U5闭合动作为例进行详细说明。
显示电路采用双显示，其中一个LED显示为用户向电网输入的电能信息，便于用户实时掌握自家发电设备的使用情况和发电量。另外一个LCD显示可以分别显示当前电量、电压、电流、功率、输入购电代码、报警和篡改状态等多种信息。
以上结合附图介绍了本实用新型的一个优选的实施方式，本领域的技术人员应当理解，本实用新型不受上述实施方式的限制。总之，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种双向计量的智能电能表，电路部分包括有主电路板和电源线接口，主电路板上装有中央处理器、计量芯片、存储器、数据采样电路、显示电路、通讯接口电路，其特征在于：所述的数据采样电路包括有电压采样模块和电流采样模块；而电流采样模块又分为相线电流采样模块和零线电流采样模块，电压采样模块、相线电流采样模块、零线电流采样模块的信号输出均接入计量芯片，计量芯片的信号接入中央处理器。
2.如权利要求1所述的智能电能表，其特征在于：所述的电压采样模块由多电阻串联组成，以分压方式进行电压采样。
3.如权利要求1所述的智能电能表，其特征在于：所述主电路板上还装有双继电器，双继电器分别控制相线电流采样模块与相线的通断和零线电流采样模块与零线的通断。
4.如权利要求3所述的智能电能表，其特征在于：相线电流通过锰铜片进行采样，零线电流通过电流互感器进行采样。
5.如权利要求1或2所述的智能电能表，其特征在于：所述主电路板上还安装RC滤波器，电压采样信号先经过电阻衰减网络，然后经过RC滤波器，再接入到计量芯片，而电流采样信号经过相位补偿电路和低通滤波器，差分输入到计量芯片。
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