CN203310911U

CN203310911U - 一种基于物联网的多功能智能电表系统

Info

Publication number: CN203310911U
Application number: CN2013203556528U
Authority: CN
Inventors: 彭; 符长友
Original assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Current assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2023-06-20

Abstract

一种基于物联网的多功能智能电表系统，包括：子表单元，智能电表单元和中央控制单元；所述智能电表单元包括第一嵌入式微处理器模块，以及分别与所述第一嵌入式微处理器模块连接的第一电能参数采集模块、蓝牙无线传输模块、第一3G无线通信模块、第一ZigBee无线通信模块、第一控制操作模块、第一LCD液晶显示模块、第一温湿度采集模块；所述子表单元包括第二嵌入式微处理器模块，以及分别于所述第二嵌入式微处理器模块连接的第二ZigBee无线通信模块、第二控制操作模块、第二LCD液晶显示模块、第二温湿度采集模块。本实用新型能实现对电力用户的电能参数实时监测、显示、预警、自动控制与阶梯电价等功能。

Description

一种基于物联网的多功能智能电表系统

技术领域

本实用新型涉及智能电表领域，具体是一种基于物联网的多功能智能电表系统。

背景技术

由于现代智能电网所需的智能电表，已远远突破了原有电表仅限于电能计量和简单的数据通信功能要求。除了要求实现基本的电能计量、复式计费等功能外，还需向电力用户提供丰富的用电信息，如当前电压、电流、功率、电能及电费等信息，以满足用户选择最适宜的用电方式。同时，还需实现电力用户、电表、电力公司三者间的有效数据交互。

目前传统的感应式机械电表与普通的电子式电表无法实现电力用户与电表、电力公司三者间的数据有效交互，根本不能满足现代智能电网的需求。而市面上主打产品——卡式智能电表，采用频移键控FSK（Frequency Shift Keying）的电力载波通信方式，把多个电表的用电信息进行汇总、打包，传输给中继，再由中继通过GPRS方式传输给电力公司。由于FSK极易受线路阻抗、负载阻抗与脉冲噪声的影响，从而产生信号衰减并引起数据失真、丢包等现象。再者其波特率低，一般为1.2～4.8Kbps，无法实现大量电表与中继间的双向实时数据通信需求。另外，用户无法远距离查询电表的相关电能参数，必须现场用手触发电表上的相应按键来实现。

总之，现有的电表系统不能满足人们对其智能性的需求。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于物联网的多功能智能电表系统。

本实用新型提供一种基于物联网的多功能智能电表系统，包括：子表单元，智能电表单元和中央控制单元；

所述智能电表单元包括第一嵌入式微处理器模块，以及分别与所述第一嵌入式微处理器模块连接的第一电能参数采集模块、蓝牙无线传输模块、第一3G无线通信模块、第一ZigBee无线通信模块、第一控制操作模块、第一LCD液晶显示模块、第一温湿度采集模块；

所述子表单元包括第二嵌入式微处理器模块，以及分别于所述第二嵌入式微处理器模块连接的第二ZigBee无线通信模块、第二控制操作模块、第二LCD液晶显示模块、第二温湿度采集模块；

所述中央控制单元包括相互连接的第二3G无线通信模块和中央处理器；

所述第一ZigBee无线通信模块与第二ZigBee无线通信模块之间无线通信，所述第一3G无线通信模块与第二3G无线通信模块之间无线通信。

本实用新型所述的基于物联网的多功能智能电表系统中，所述第一电能参数采集模块和第二电能参数采集模块均可以包括一三相电能计量芯片ATT7022D，以及分别设置在所述三相电能计量芯片ATT7022D与被测三相电路之间的电压互感器和电流互感器。

本实用新型所述的基于物联网的多功能智能电表系统中，所述第一嵌入式微处理器模块和所述第二嵌入式微处理器模块均可以采用ARM微处理器构成。

本实用新型所述的基于物联网的多功能智能电表系统中，所述ARM微处理器均可以采用芯片PXA270I。

本实用新型所述的基于物联网的多功能智能电表系统中，所述第一3G无线通信模块和所述第二3G无线通信模块均可以由芯片MC8630构成。

本实用新型所述的基于物联网的多功能智能电表系统中，所述蓝牙无线传输模块可以采用BF10-A蓝牙模块。

本实用新型所述的基于物联网的多功能智能电表系统中，所述第一ZigBee无线通信模块与第二ZigBee无线通信模块均可以采用SZ05无线采集模块。

本实用新型所述的基于物联网的多功能智能电表系统中，所述中央处理器由计算机构成。

本实用新型所述的基于物联网的多功能智能电表系统中，所述第一控制操作模块和第二控制操作模块均可以由键盘和鼠标构成。

本实用新型所述的基于物联网的多功能智能电表系统中，所述三相电能计量芯片ATT7022D的管脚OSCO和管脚OSCI之间设置一24.576MHz的晶振。

本实用新型所述的基于物联网的多功能智能电表系统利用物联网技术——电能参数采集技术、蓝牙无线通信技术、ZigBee无线通信技术、3G无线通信技术、ARM嵌入式微处理器技术、温度、湿度传感技术、LCD显示技术与数据库动态管理技术等多种技术综合，不仅能实现对电力用户的电能参数实时监测、显示、预警、自动控制与阶梯电价，而且还能实现对用户家中的任一电器设备进行现场的电能参数实时在线监测、显示与报警。若有异常，自行报警并及时通知用户与电力公司，自动断电进行保护；电力用户可通过多种方式主动查询、掌握电表的运行参数、工作状态与电价、电费信息，并可根据实际情况远程控制电表与及时缴费；电力公司也可随时主动查询、掌握终端的各个电表的运行参数与电费信息，进而可判断出电网的工作状态并可远程控制各个电表以及通知用户及时缴费。本实用新型有效实现了电力用户、电表、电力公司三者间数据无缝链接、动态交互，使电力用户随时随地准确掌握用电情况与用电状态，以便选取最适宜的用电方式，从而改变用电方式。同时，进一步大幅度提升电力公司供电服务水平与管理水平。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是本实用新型的又一电路原理图；

图3是本实用新型的又一电路原理图；

图4是本实用新型的又一电路原理图；

图5是本实用新型的又一电路原理图；

图6是本实用新型的又一电路原理图；

图7是本实用新型的又一电路原理图；

图8是本实用新型的又一电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

结合参考附图1，本实用新型提供一种基于物联网的多功能智能电表系统，包括有子表单元、智能电表单元和电力管理中心等，在具体应用时，每一户用户都设置有一智能电表单元，而每一智能电表单元则可以对应多个子表单元，所有的智能电表单元均可以对应到一个电力管理中心，下面将逐一进行详细说明。

结合参考附图2，所述智能电表单元包括第一嵌入式微处理器模块，以及分别与所述第一嵌入式微处理器模块连接的第一电能参数采集模块、蓝牙无线传输模块、第一3G无线通信模块、第一ZigBee无线通信模块、第一控制操作模块、第一LCD液晶显示模块、第一温湿度采集模块等。

其中，所述第一电能参数采集模块一三相电能计量芯片ATT7022D，以及分别设置在所述三相电能计量芯片ATT7022D与被测三相电路（图2中A、B、C三相）之间的电压互感器和电流互感器。结合参考附图3，三相电能计量芯片ATT7022D是一颗多功能高精度的三相电能专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线应用。ATT7022D集成了6路二阶sigma-delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数及频率测量的数字信号处理等电路，能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复费率多功能电能表的需求。ATT7022D支持全数字域的增益、相位校正，即纯软件校表。有功、无功电能脉冲输出CF1、CF2提供瞬时有功、无功功率信息，可直接接到标准表，进行误差校正。此外，ATT7022D还提供防窃电功能与基波参数计量功能：基波有功功率、基波有功电能、基波电流、电压有效值，通过脉冲输出CF4提供瞬时基波有功功率信息，可直接用于基波的校正。

利用ATT7022D实现对电气设备的电能参数实时在线采集，然后把所采集的电能参数与其额定的电能参数进行比对、分析，判断其是否超出额定范围。若超出范围，则发出预警信息，同时并进行相关控制操作，防止事故发生。由于该芯片具有防窃电功能，用户一窃电，芯片马上知晓，并把窃电信息传送给系统处理器。附图3中仅示出了A相的电路设计，但由于B、C相的电路设计与A相一致，完全可参照A相的设计，因此此处不再重复赘述。

为了使所述三相电能计量芯片ATT7022D正常工作，其管脚OSCO和管脚OSCI之间设置一24.576MHz的晶振，该晶振的两端还分别通过电容C8和C9接地；管脚V1P和V1N之间连接所述电流互感器，管脚V2P和V2N之间连接电压互感器。

作为一种变形，所述第一电能参数采集模块当然也可以采用其他芯片实现，比如ATT7026CU、ADI SOP24等。

结合参考附图4，所述第一嵌入式微处理器模块可以采用ARM微处理器构成，当然也可以采用DSP微处理器、FPGA微处理器等其他微处理器构成，考虑到系统的处理速度、3G模块的USB接口、实时时钟等因素，本实施例采用Intel公司的芯片PXA270I。

结合参考附图5，所述第一3G无线通信模块可以采用芯片MC8630构成，当然所述第一3G无线通信模块也可以采用SY-3G等其他芯片实现。本实施例中，为了保证整个系统的传输速率与可靠性，选用MC8630作为3G通信的核心部件。MC8630支持CDMA20001X/EV-DORev.A与CDMA20001X网络，同时也支持800MHz与1900MHz双频。具有语音、短信、数据业务功能。其数据业务前向峰值数据速率可达3.1Mbit/s，反向峰值数据速率1.8Mbit/s，可以为用户提供经济型高速互联网接入和无线数据等业务。使用AT指令，通过MC8630的USB串行接口对其进行读写操作控制。MC8630的UIM_DATA、UIM_CLK、UIM_RST分别与UIM卡座的Data、Clock、Reset引脚相连。

结合参考附图6，所述蓝牙无线传输模块采用BF10-A蓝牙模块实现，当然也可以采用如OMAP5912等其他模块实现。在本实施例中蓝牙无线通信选用BF10-A模块,该模块为智能型无线数据传输产品，用户非常方便使用AT命令进行修改蓝牙参数的模块。BF10-A模块支持:1200bps～2764800bps等多种接口波特率。用户修改波特率、蓝牙名称、设备类型码及配对码支持主从模式，灵活用在不同领域SPP蓝牙串行服务，非常方便和手机、PC等连接。

结合参考附图7，所述第一ZigBee无线通信模块采用SZ05无线采集模块。该模块采用了加强型的ZigBee无线技术，符合工业标准应用的无线数据通信设备，具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性。可实现多设备间的数据透明传输，可组MESH型的网状网络结构。该模块采用2.4G DSSS扩频技术，通过RS232、485、TTL接口与无线Z-BEE的相互转换，波特率为1200bps～115200bps。所述第一ZiBee无线通信模块也可以采用SZ06等其他蓝牙没夸实现。

所述第一控制操作模块可以由键盘和鼠标构成，主要用来进行人机交互，当然也可以采用手写输入模块等其他方式实现。所述第一温湿度传感器用来检测环境温度和湿度信息。而所述第一LCD液晶显示模块则可以显示当前日历、时间、温度、湿度以及检测到的分相与合相的电压电流、功率（有功/无功/视在）、电能（有功/无功/视在）、线频率等各种信息。

结合参考附图8，子表单元是基于物联网的多功能智能电表系统的辅助部分，负责监测家庭中的电器设备的电能参数及工作状态。所述子表单元包括第二嵌入式微处理器模块，以及分别于所述第二嵌入式微处理器模块连接的第二ZigBee无线通信模块、第二控制操作模块、第二LCD液晶显示模块、第二温湿度采集模块等。

所述第二嵌入式微处理器模块与所述第一嵌入式微处理器模块基本一致，所述第二ZigBee无线通信模块与所述第一ZigBee无线通信模块基本一致，所述第二控制操作模块与所述第一控制操作模块基本一致，所述第二LCD液晶显示模块与所述第一LCD液晶显示模块基本一致，所述第二温湿度采集模块与所述第一温湿度采集模块基本一致，因此本实施例不再对此一一赘述。

所述电力管理中心设置有中央控制单元，可以包括相互连接的第二3G无线通信模块和中央处理器，在本实施例中所述中央处理器有计算机构成，当然还可以由PFGA处理器或ARM处理器等构成。

所述第二3G无线通信模块与所述第一3G无线通信模块对应基本一致，因此本实施例不再赘述。

具体工作时，用户在使用子表前，应对其所监测的电能参数作相关设置。子表的功能是对所监测电器设备的电能参数作实时在线监测、显示、故障显示、预警并执行相应的控制操作，并把所监测的电能参数通过ZigBee无线方式传送至其对应的智能电表。

多功能智能电表将所采集的电能参数与额度电能参数进行比较、分析，判定其是否超出额度范围。如果超出，则产生相应的电能参数故障预警信号并执行相应的控制保护操作，以防止电器设备损坏。同时，把故障信息通过3G无线方式传送到电力管理中心，并把该信息以短信和蓝牙无线方式传送给电力用户，让电力公司与电力用户及时准确掌握故障原因。若没有故障，则把所有电能参数及时传送到电力公司。此外，智能电表也接收电力用户与电力公司发来的查询信息，并作相应的回复；以及接收其对应的子表所发来的相关数据并做相应处理。

电力管理中心为基于PC机的数据库动态综合管理系统，其功能是通过服务器接收各个智能电表发来的各种数据，并对数据进行分类、存储、显示，及时掌握各个电力终端用户的用电情况、故障预警、环境温度、湿度等信息。如有异常，则立即自动发短信到电力用户的手机上并告知之其报警信息、故障位置，让其及时处理。同时，也立即通知电力管理技术人员，让其联系用户并到现场进行处理。电力管理中心自动管理余额不多的智能电表，并发短信告知相关的电力用户，让其及时缴费。还有电力管理中心也可随时主动查询、调取相关终端智能电表的电能参数、工作状态以及历史记录。此外，电力用户也可远程网络查询自家电表的电能参数、工作状态、历史记录及远程管理。

以上所述的仅为本实用新型的具体实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于物联网的多功能智能电表系统，其特征在于包括：子表单元，智能电表单元和中央控制单元；

2.根据权利要求1所述的基于物联网的多功能智能电表系统，其特征在于：所述第一电能参数采集模块和第二电能参数采集模块均包括一三相电能计量芯片ATT7022D，以及分别设置在所述三相电能计量芯片ATT7022D与被测三相电路之间的电压互感器和电流互感器。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的多功能智能电表系统，其特征在于：所述第一嵌入式微处理器模块和所述第二嵌入式微处理器模块均采用ARM微处理器构成。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的多功能智能电表系统，其特征在于：所述ARM微处理器均采用芯片PXA270I。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的多功能智能电表系统，其特征在于：所述第一3G无线通信模块和所述第二3G无线通信模块均是由芯片MC8630构成。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的多功能智能电表系统，其特征在于：所述蓝牙无线传输模块采用BF10-A蓝牙模块。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的多功能智能电表系统，其特征在于：所述第一ZigBee无线通信模块与第二ZigBee无线通信模块均采用SZ05无线采集模块。

8.根据权利要求7所述的基于物联网的多功能智能电表系统，其特征在于：所述中央处理器由计算机构成。

9.根据权利要求8所述的基于物联网的多功能智能电表系统，其特征在于：所述第一控制操作模块和第二控制操作模块均由键盘和鼠标构成。

10.根据权利要求2所述的基于物联网的多功能智能电表系统，其特征在于：所述三相电能计量芯片ATT7022D的管脚OSCO和管脚OSCI之间设置一24.576MHz的晶振。