CN205581161U - 带漏电保护功能的一体式智能电表 - Google Patents

Abstract

一种带漏电保护功能的一体式智能电表，外壳、机械和电路三部分，外壳由底座（1）和上盖（2）组成，机械部分多安装在底座内，外壳顶面有液晶显示屏、按钮和指示灯，电路包括电源电路（16），主控芯片电路（19），通信和控制电路（17），计量电路（15）和采样电路（18）；电源电路中单相交流220V输入经过变压器降压，再桥堆进行整流变成直流，通过稳压块输出5V，为主控芯片电路、通信和控制电路、计量电路和采样电路提供稳定的5V电源和12V电源；电源电路中的交流12V的输出端连接到采样电路的光耦输出端，本电表能对电力用户进行自动负荷控制和漏电保护，省时、省劳、安全、高效。

Description

带漏电保护功能的一体式智能电表

技术领域

本实用新型涉及一种低压配电与计量箱内用的带漏电保护功能的一体式智能电表。

背景技术

低压配电柜、计量箱内所使用电度表只能计量实际输出电量使用情况，从而完成使用电量收费任务，该种电度表一旦遇用户欠费时不能及时切断用户用电，只能通过人工现场拉闸方可控制继续欠费用电，因此引发了一些收费不及时、欠费用电等问题，另外当用电线路出现漏电超限、缺相、断零、断相、用电负荷过载、短路等故障时，也不能及时切断供电回路，不能避免引起人身触电及电气火灾等事故的发生。可见，普通电表还需与其他线路保护设备配套使用，设计出一种综合型、一体式智能电表，有一定的实际需求。目前，各自分体式，单独使用，存在着较严重的人身和电器的安全隐患，配套使用则辅助设备成本较高，还受实际箱体安装空间的限制，给实际安装调试过程中带来诸多不便。

据今为止，即具有电表自身计量功能，又能真正实现线路保护功能的一体式、综合型智能电表尚未问世，因此为积极配合我国新农村电网改造，提出一种带漏电保护功能的新型智能电表是势在必行的。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种带漏电保护功能的一体式智能电表。

解决上述技术问题采用如下技术方案：本带漏电保护功能的一体式智能电表，包括外壳、机械和电路三部分，外壳由底座和上盖组成，底座上安装有接线端子排、进线桩、出线桩、电源控制板和信号控制板，上盖顶面安装有液晶显示屏、操作按钮和通信模块；电路部分包括电源电路、主控芯片电路，机械部分还有安装在底座内其进线端与出线端分别与进线桩和出线桩连接的磁保持继电器，该磁保持继电器的进线侧安装有锰铜采样组件，出线侧穿过零序电流互感器，上盖顶

面还安装有分合闸指示和防窃电组件；电路部分还有通信和控制电路、计量电路、采样电路和防窃电专用电路；电源电路中单相交流220V输入经过变压器降压，再桥堆进行整流变成直流，通过稳压块输出5V，为主控芯片电路、通信和控制电路、计量电路和采样电路提供稳定的5V电源和12V电源；电源电路中的交流12V的输出端连接到采样电路中的光耦输出端；

主控芯片电路连接通信和控制电路的中RS485芯片的数据输入端，连接通信和控制电路中继电器控制芯片的数据输入端，连接通信和控制电路中外部控制的输出端，连接通信和控制电路中拨位开关的输出端；

主控芯片电路连接计量电路的输出端；

主控芯片电路连接采样电路的漏电采样的输出端，连接采样电路的同步信号检测的输出端。

所述的电源电路中，单相交流电LA、LN分别经过变压器T1降压到交流12V，交流12V连接到采样电路的光耦IC5的输出端，同时交流12V经过TVS管D1进行保护后，再经过桥堆BRG1进行整流变成直流12V，直流12V连接到通信和控制电路的继电器控制芯片IC2的电源端，同时直流12V再经过滤波电容C1，C2，C3，C5连接到稳压块U1输入端，稳压块U1输出直流5V经过滤波电容C6，C7连接到计量电路、通信和控制电路、采样电路和主控芯片电路；

所述的通信和控制电路由继电器控制芯片IC2，RS485通讯芯片IC3，外部控制信号输入和拨位开关S1组成，继电器控制芯片的输出端连接到磁保护继电器，继电器控制芯片IC2的输入端连接到主控芯片电路的主控芯片U4的IO口，RS485通讯芯片IC3的数据输入端连接到主控芯片电路的主控芯片U4的UART口，外部信号输入端连接到主控芯片电路的主控芯片U4的IO口，拨位开关S1的输出端连接到主控芯片U4的IO口；

所述的计量电路由三路电压采样电路，三路电流采样电路和计量芯片及相关电路组成，计量芯片的数据输出端连接到主控芯片U4的IO口；

所述的采样电路由漏电采样电路和同步信号采集电路组成，漏电采样电路的运放IC4的输出连接到主控芯片U4的AD3口，同步信号采集电路的输出连接到主控芯片U4的IO口；

所述的主控芯片电路主要由主控芯片MC9S08AC和晶振电路组成，主控芯片MC9S08AC的晶振输入脚连接到晶振JZ，主控芯片MC9S08AC的AD口连接到采样电路的采样输出脚，主控芯片MC9S08AC的IO口连接到计量电路的输入控制脚，主控芯片MC9S08AC的IO口通信和控制电路的继电器控制芯片的输入脚，主控芯片MC9S08AC的UART口连接到通信和控制电路中的RS485芯片的输入脚，主控芯片MC9S08AC的IO口连击到通信和控制电路中外部信号输入端，主控芯片MC9S08AC的IO口连接到通信和控制电路中的拨位开关S1的输出端。

本实用新型的有益效果是采用本带漏电保护功能的一体式智能电表，既能实现用电量计量管理，不必亲临安装现场手动操作，就能实现实时监视电网实际运行情况，特别是线路故障时起保护作用，及时切断用电回路，避免引起人身触电及电气火灾等事故的发生。通过对电表计量管理装置和线路（电气）保护装置的有效整合，可全面实现电网建设统一化、规范化，更加促进电网集中化管理，积极提高农村用电管理水平。采用本综合型电表既可以实现原有的计量管理功能，又能兼具漏电超限、缺相、断零、断相、用电负荷过载、短路等自动保护功能，还可以实现远程控制和具有费控功能，遇紧急情况时，管理人员不必亲临现场就可以轻松完成切电和送电工作，省时、省劳、安全、效率高。

附图说明

图1为本带漏电保护功能的一体式智能电表外形结构立体图。

图2为本带漏电保护功能的一体式智能电表底座结构俯视图。

图3为本带漏电保护功能的一体式智能电表分解安装示意图。

图4为本带漏电保护功能的一体式智能电表的电路框图。

图5为本带漏电保护功能的一体式智能电表的电原理图。

具体实施方式

本实用新型下面结合实施例并参照附图予以详述：外壳及机械部分参见图1—3，电路部分参见图4—5，一种带漏电保护功能的一体式智能电表，包括外壳、机械和电路三部分，外壳由底座和上盖组成，底座上安装有接线端子排、进线桩、出线桩、电源控制板和信号控制板，上盖顶面安装有液晶显示屏、操作按钮和通信模块；电路部分包括电源电路、主控芯片电路，其特征是机械部分还有安装在底座内其进线端与出线端分别与进线桩和出线桩连接的磁保持继电器，该磁保持继电器的进线侧安装有锰铜采样组件，出线侧穿过零序电流互感器，上盖顶面还安装有分合闸指示灯；电路部分还有通信和控制电路、计量电路和采样电路；电源电路单相交流220V输入经过变压器降压，再桥堆进行整流变成直流，通过稳压块输出5V，为主控芯片电路、通信和控制电路、计量电路和采样电路提供稳定的5V电源和12V电源；电源电路中的交流12V的输出端连接到采样电路的光耦输出端；

主控芯片电路连接通信和控制电路的中RS485芯片的数据输入端，连接通信和控制电路继电器控制芯片的数据输入端，连接通信和控制电路外部控制的输出端，连接通信和控制电路拨位开关的输出端；

主控芯片电路连接计量电路输出端；

主控芯片电路连接采样电路的漏电采样的输出端，连接采样电路的同步信号检测的输出端。

图4给出了本实用新型的电路框图及相互之间的连接关系，电源电路负责其他各个电路的电源供给，主控芯片电路负责其他电路的控制，通信和控制电路负责设备与外界的联系和外部电路的控制，采样电路负责信号的采集，计量电路负责负荷的采样计算。

图5的通信和控制电路17中，是设备和外界信息互通和控制继电器的硬件组成，通信和控制电路17由继电器控制芯片IC2，RS485芯片IC3，外部信号电路和拨位开关S1组成，之间的元器件与其他电路的连接关系是：继电器控制芯片IC2的数据输入端连接到主控芯片电路19的MC9S08AC的IO口的E2，E3，RS485的数据输入端连接到MC9S08AC的UART口，R52，R53和R54上拉连接到 LPC1766的IO口中的P1.18—P1.22，RS485的数据的输出端经过R18的上拉和R18的下拉连接到外部接口，外部信号输出经过电阻R2上拉和电容C12接地连接到MC9S08AC的IO口的C3，拨位开关S1的输出端经过电阻R30，R31，R32和R33上拉连接到MC9S08AC的IO口的E4，E5，E6和E7，另外一端并接到GND。

图5电源电路16中，单相交流电LA,LN经过变压器T1进行降压变成交流12V，再经过TVS管D1，连接到采样电路18的光耦IC5的输出端，同时再连接到桥堆BRG1，桥堆BRG1的输出端直流12V连接到通信和控制电路IC2的电源输入脚，同时直流12V经过滤波电容C1，C2，C3，C5连接到稳压块U1的输入端，稳压块U1的输出端经过滤波电容C6，C7连接到通信和控制电路17，指示灯电路，采样电路18和主控芯片电路19。

图5的计量电路15是用于计算负荷所需的电压电流采样的硬件组成，计量电路15由电压采样电路、电流采样电路和采样计算芯片及外围电路组成，它们之间的元器件与其他电路的连接关系是：三路电压信号分别经过电阻R51，R52，R53，R54，R64，R65，R66，R67，R77，R78，R79和R70，再经过开关SW9，SW22和SW35，经过由AC1，AC2，AR1，BC1，BC2，BR1，CC1，CC2和CR1组成的RC滤波连接到U6的电压采样输入脚，三路电流信号分别经过R57，R58，AR50，AR51，C31，C32，R59，R60，BR50，BR51，C22，C33，R61，R62，CR50，CR51，C15和C16连接到U6的电流采样输入脚，U6的输出脚连接到主控芯片电路。

图5的采样电路18主要负责采样信号的采集，主要由漏电采集电路和同步信号采集电路组成，他们之间的元器件连接关系和外部电路的连接关系是：漏电采集电路的原始信号经过电阻R20，再经过二极管D3，D4，再经过电阻R21和R27进入运放IC4的输入端，经过运放IC4放大后经过电阻R23连接到MC9S08AC的AD口的AD3，同步信号采集电路中交流12V经过电阻R5，二极管D2，电阻R4，C11连接到三极管QP1的基极，三极管QP1的发射极经过电阻R3连接到MC9S08AC的IO口F5。

图5的主控芯片电路19中，主控芯片是整个设备的智能控制的

大脑，决定整个设备能够按照用户的要求智能运行。因此主控芯片的选择非常重要。本设备采用业界领先的微处理器制造公司飞思卡尔公司的MC9S08AC，飞思卡尔公司推出的MC9S08AC系列MCU是高性能HCS08系列8位微处理器单元的成员。这个系列的单片机均由一对引脚兼容的8位和32位器件组成，是Flexis系列器件的第3个系列产品。Flexis系列控制器是飞思卡尔控制器联合体的连接点，使8位与32位兼容性成为现实。MC9S08AC系列HCS08微处理器用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。MC9S08AC系列微控制器的操作频率可达40MHz。MC9S08AC系列微控制器的外设组件包含高达60KB 的flash 存储器、2KB 的数据存储器、二个UART、SPI 接口、二个IIC 接口、16通道的10 位ADC、电机控制PWM、三个通用定时器、8 输出的通用PWM和多达54 个的通用IO 管脚。MC9S08AC和晶振的连接关系是：MC9S08AC的晶振输入脚XTAL连接晶振，MC9S08AC的BKGD和RST脚连击到程序烧写电路，主控芯片电路19和其他电路的连接关系是：MC9S08AC的AD口AD0，AD1，AD2分别连接到采样电路18中的电流采样电路的R15，R16和R17，MC9S08AC的AD口AD3连接到采样电路4中的漏电采样电路的R23，MC9S08AC的IO口的F5连接到采样电路18的同步信号采样电路的R3，MC9S08AC的IO口的A0，A1，G0，G1，G2分别连接到指示灯电路3的R13，R8，R26，R25和R12，MC9S08AC的IO口的E2，E3分别连接到通信和控制电路17的IC2的控制输入端，MC9S08AC的UART口连接到通信和控制电路17的RS485的数据输入端，MC9S08AC的IO口的C2连接到通信和控制电路17的外接信号输出端的C12，MC9S08AC的IO口的E4，E5，E6，E7分别连接到通信和控制电路17的拨位开关S1的输出端R30，R31，R32和R33。

本实施例中选用电子元器件的型号如下：

一、电阻类器件：R1 1M，R2 10K，R15 10，R16 10，R17 10，R20 100，R23 100，R7510，R8 510，R12 510，R13 510，R25 510，R6 1K，R9 1K，R11 1K，R29 1K，R36 1K，R14 4.7K，R48 4.7K，R5 10K，R3 10K，R18 10K，R19 10K，R21 10K，R30 10K，R31 10K，R32 10K，R3310K，R34 10K，R35 10K，R37 10K，R4 15K，R22 100K，R51 300K，R52 300K，R53 150K，R54150K，R64 300K，R65 300K，R66 150K，R67 150K，R77 300K，R78 300K，R79 150K，R70 150K，AR1 1K，BR1 1K，CR1 1K，R59 1K，R57 1K，R61 1K，AR50 1，AR51 0.47，BR50 1，BR51 0.47，CR50 1，CR51 0.47，R47 1K

二、电容类器件：C,8 24PF，C9 24PF，C15 4.7u，C5 104，C7 104，C10 104，C11104，C12 104，C13 104，C14 104，C15 104，C17 104，C6 10u，C31 33nF，C32 33nF，C3333nF，C32 33nF，C22 33nF，C15 33nF，C16 33nF，C10 10u，C26 100nF，C28 22pF，C29 22pF，AC1 22 nF，AC2 22 nF，BC1 22 nF，BC1 22 nF，CC1 22 nF，CC1 22 nF

三、三极管类器件：QP1 9013，QP2 9013，QP3 9013，QP4 9013，QP5 9013，QP6 9013

四、二极管类器件：D1 SMBJ18CA，D2 IN4148，D3 IN4148，D14 IN4148，LED1 绿色发光二极管，LED2 红色发光二极管，LED3 红色发光二极管，LED4 红色发光二极管，LED5红色发光二极管，LED6 红色发光二极管，

五、集成元器件：U1 78L05，IC1 MC9S08AC，IC2 BL8023C，IC3 SN75176，IC4LM258，U6 ADE7752

六、其他：T1 交流变压器，BRG1 DBS107， JZ 晶振4M，S1 拨位开关

细化而言，本实用新型提供了一种带漏电保护功能的一体式智能电表，解决了负荷控制的问题，再是提供了一种带漏电保护的功能，还提供了一种可远程控制分合闸的功能。

Claims (2)

1.一种带漏电保护功能的一体式智能电表，包括外壳、机械和电路三部分，外壳由底座（1）和上盖（2）组成，底座上安装有接线端子排（7）、进线桩（9）、出线桩（8）、电源控制板（13）和信号控制板（14），上盖顶面安装有液晶显示屏（3）、操作按钮（4）和通信模块（5）；电路部分包括电源电路（16）、主控芯片电路（19），其特征是机械部分还有安装在底座内其进线端与出线端分别与进线桩（9）和出线桩（8）连接的磁保持继电器（12），该磁保持继电器的进线侧安装有锰铜采样组件（11），出线侧穿过零序电流互感器（10），上盖顶面还安装有分合闸指示（6）和防窃电组件；电路部分还有通信和控制电路（17）、计量电路（15）、采样电路（18）和防窃电专用电路；电源电路（16）单相交流220V输入经过变压器降压，再桥堆进行整流变成直流，通过稳压块输出5V，为主控芯片电路（19）、通信和控制电路（17）、计量电路（15）和采样电路（18）提供稳定的5V电源和12V电源；电源电路（16）中的交流12V的输出端连接到采样电路（18）的光耦输出端；

主控芯片电路（19）连接通信和控制电路（18）的中RS485芯片的数据输入端，连接通信和控制电路（17）继电器控制芯片的数据输入端，连接通信和控制电路（17）外部控制的输出端，连接通信和控制电路（17）拨位开关的输出端；

主控芯片电路（19）连接计量电路（15）输出端；

主控芯片电路（19）连接采样电路（18）的漏电采样的输出端，连接采样电路（18）的同步信号检测的输出端。

2.如权利要求1所述的带漏电保护功能的一体式智能电表，其特征是所述的电源电路（16）中，单相交流电LA,LN分别经过变压器T1降压到交流12V，交流12V连接到采样电路（18）的光耦IC5的输出端，同时交流12V经过TVS管D1进行保护后，再经过桥堆BRG1进行整流变成直流12V，直流12V连接到通信和控制电路（17）的继电器控制芯片IC2的电源端，同时直流12V再经过滤波电容C1，C2，C3，C5连接到稳压块U1输入端，稳压块U1输出直流5V经过滤波电容C6，C7连接到计量电路（15），通信和控制电路（17），采样电路（18）和主控芯片电路（19）；

所述的通信和控制电路（17）由继电器控制芯片IC2，RS485通讯芯片IC3，外部控制信号输入和拨位开关S1组成，继电器控制芯片的输出端连接到磁保护继电器，继电器控制芯片IC2的输入端连接到主控芯片电路（19）的主控芯片U4的IO口，RS485通讯芯片IC3的数据输入端连接到主控芯片电路（19）的主控芯片U4的UART口，外部信号输入端连接到主控芯片电路（19）的主控芯片U4的IO口，拨位开关S1的输出端连接到主控芯片U4的IO口；

所述的计量电路（15）由三路电压采样电路，三路电流采样电路和计量芯片及相关电路组成，计量芯片的数据输出端连接到主控芯片U4的IO口；

所述的采样电路（18）由漏电采样电路和同步信号采集电路组成，漏电采样电路的运放IC4的输出连接到主控芯片U4的AD3口，同步信号采集电路的输出连接到主控芯片U4的IO口；

所述的主控芯片电路（19）主要由主控芯片MC9S08AC和晶振电路组成，主控芯片MC9S08AC的晶振输入脚连接到晶振JZ，主控芯片MC9S08AC的AD口连接到采样电路（18）的采样输出脚，主控芯片MC9S08AC的IO口连接到计量电路（15）的输入控制脚，主控芯片MC9S08AC的IO口通信和控制电路（17）的继电器控制芯片的输入脚，主控芯片MC9S08AC的UART口连接到通信和控制电路（17）中的RS485芯片的输入脚，主控芯片MC9S08AC的IO口连击到通信和控制电路（17）中外部信号输入端，主控芯片MC9S08AC的IO口连接到通信和控制电路（17）中的拨位开关S1的输出端。