CN207832857U - 一种新型智能电表 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种新型智能电表，涉及电力仪器仪表技术领域。主要包括主控部分、电源模块、存储模块、ADC采样模块、RS485通信电路、计量电路、检测电路、无线通讯模块、以太网模块、RS485通信模块等。该智能电表具备电能计量功能、数据存储功能、通讯功能、输出显示功能、事件记录功能等。本申请提供的智能电表，电力用户可以通过移动设备直接与智能电表连接，随时查看电表数据，了解自己的用电情况，该智能电表无需集中器就可以直接与计量主站进行通信，节省了设备和人力投入，特别是该智能电表的上行通道由以太网担任，网络更加稳定，传输效率更高，采集密度大，在电力光纤入户的基础上，更能大幅度加快传输效率，提高采集密度。

Description

一种新型智能电表

技术领域

本申请涉及电力仪器仪表技术领域，尤其涉及一种新型智能电表。

背景技术

在电能的生产和使用过程中，电能的计量和电能质量的检测至关重要。发电企业生产的电能通过并网方式出售电网公司，电网公司再经过调度和输配之后提供给电力用户，如果电能表的电能计量误差较大，则会给电力用户和供电部门造成直接经济损失。

现在电力用户多采用485电表，该电表是在单相电子式电能表基础上，增加RS485接口，适用于底层采用RS485组网方式的集抄、集控用电管理系统。传统的485电表是基于GPRS网络远程自动抄表系统的电表，电表上设有集中器，一般通过两种方式进行数据的采集，一是由采集器通过RS485接口进行采集，再将数据通过RS485接口传输到集中器；二是通过电表自带的载波通信模块，由载波表通过电力载波将数据传给集中器。最后，通过GPRS网络把数据汇集传送到主站。

以上传输方式存在上线率不足，传输效率低，用户不便查看等问题。

实用新型内容

本申请提供了一种新型智能电表，以解决数据传输中上线率不足，传输效率低，用户不便查看等问题。

一种新型智能电表，包括主控部分，以及分别与所述主控部分连接的电源模块、存储模块、ADC采样模块、计量电路、以太网模块、检测电路、无线通讯模块、RS485通信模块、RS485通信电路、显示模块、时钟芯片、指示模块、按键模块、报警模块；

所述ADC采样模块与所述存储模块、所述计量电路连接；所述RS485通信电路与所述RS485通信模块连接；所述按键模块和所述报警模块分别与所述显示模块连接。

可选的，所述主控部分采用SPEAr310系列ARM9芯片，包括主芯片和副芯片。

可选的，所述检测电路包括掉电检测、遥信检测。

可选的，所述无线通讯模块包括无线宽带(WIFI)、蓝牙(Bluetooth)、超宽带(UWB)、ZigBee。

可选的，所述显示模块为LCD显示屏。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

与现有技术相比，本申请提供的一种新型智能电表，主要包括主控部分、电源模块、存储模块、ADC采样模块、RS485通信电路、计量电路、检测电路、无线通讯模块、以太网模块、RS485通信模块等。该智能电表具备电能计量功能、数据存储功能、通讯功能、输出显示功能、事件记录功能等。本申请提供的智能电表，电力用户可以通过移动设备直接与智能电表连接，随时查看电表数据，了解自己的用电情况，该智能电表无需集中器就可以直接与计量主站进行通信，节省了大量的设备和人力投入，特别是该智能电表的上行通道由以太网担任，比GPRS网络更加稳定，传输效率更高，在电力光纤入户的基础上，更能大幅度加快传输效率，提高采集密度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种新型智能电表的结构框图。

附图标记说明：1、主控部分；2、电源模块；3、存储模块；4、ADC采样模块；5、计量电路；6、以太网模块；7、检测电路；8、无线通讯模块；9、RS485通信模块；10、RS485通信电路；11、显示模块；12、时钟芯片；13、掉电检测；14、遥信检测；15、指示模块；16、按键模块；17、报警模块。

具体实施方式

请参考附图1，该图示出了本申请实施例提供的新型智能电表的结构框图。

一种新型智能电表，包括主控部分1，以及分别与主控部分1连接的电源模块2、存储模块3、ADC采样模块4、计量电路5、以太网模块6、检测电路7、无线通讯模块8、RS485通信模块9、RS485通信电路10、显示模块11、时钟芯片12、指示模块15、按键模块16、报警模块17。

ADC采样模块4与存储模块3、计量电路5连接；RS485通信电路10与RS485通信模块9连接；按键模块16和报警模块17分别与显示模块11连接。

主控部分1是智能电表的心脏，起到枢纽的作用。主控部分1内包含了计量用芯片和处理器，处理器内含多个单元，与其他模块、电路连接。主控部分1完成系统的数据处理、数据记录、通信等功能。

电源模块2为智能电表各部分提供电能。供电方式有两种，一般情况下采用交流单相供电方式，在外部电网可正常供电时采用；当外部电网发生异常，可采用备用电源继续供电，备用电源选用环保锂电池，维持智能电表低功耗模式和保持电表时间正常。

存储模块3，电表在运行过程中，会产生各种数据，比如电流信息、电压信息、用电电量、电费结算、报警信息、事件记录等，这些信息都将储存在存储模块3中。存储模块3不仅对电力用户当前的信息进行存储，还会对相关历史数据进行一定时间的存储，以方便电力用户对电能消费情况的了解，加强电力用户合理消费电能的意识；同时，各种电能信息数据是电力公司分析电网运行情况的基本数据，帮助电力公司合理调配电力负荷，确保电网运行平稳。

存储模块3内置电池，供电电源中断后，可至少保持数据信息和时钟芯片12运行两个月，具有维持与主站通信至少一次的能力，主要用于上报停电事件。电源恢复时，保存数据不丢失，内部时钟正常运行。

ADC采样模块4用于将采集到的电流信息和电压信息转化为数字信号，同时计算电压有效值、电流有效值、功率、功率因数、电量等电气信息，并通过接口将数据传输至存储模块3内相关单元，进行进一步的数据的分析和传输。

计量电路5通过电流传感器、电压传感器采集电流、电压信息，并将信息传输至ADC采样模块4。电流传感器可采用市面上电磁式电流互感器、霍尔电流传感器、电子式电流互感器等；电压传感器可采用市面上电阻分压器、电容分压器、电容式电压互感器等。

计量电路5将采集到相关信息传输至ADC采样模块4，ADC采样模块4经初步处理后将处理信息传输至存储模块3做进一步的信息处理。

以太网模块6在本申请提供的智能电表中担任上行通信。使用以太网作为上行通信，传输可靠，不需要对现场进行信道分析，无需二次布线，节约成本；另外，以太网易与互联网集成，更加方便的实现数据共享。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，10M/100M以太网比GPRS网络更加稳定，传输效率更高，在电力光纤入户的基础上，更能大幅度加快传输效率，提高采集密度。

检测电路7用于对智能电表的检测，通常是指异常情况的检测，比如掉电、欠压、遥信、开盖等，具有电表自检功能，同时将相关信息传输至主控部分1，发出相应的报警信号。

无线通讯模块8在整个智能电表系统中起桥梁作用，它的功能是用来连接电力用户与电力管理部门，实现两者之间的实时交流。无线通讯模块8的设置使得电力用户随时查看电表数据，有利于电力用户提高节能用电意识。

RS485通信模块9，包括RS485驱动芯片和RS485接口。RS485接口是近距离传输数据信息的串行接口，采用RS485接口可以多点连接，通过RS485总线构成电表数据采集系统。使用RS485驱动芯片，多个电表通过双绞线连接就可构成通信网络，可以实现多对多通信，具有高效、可靠、简便等特点，并且成本较低，适用于电力参数的抄读。RS485接口采用主-从结构的半双工通信方式，即在同一时刻，保持接收或发送其中的一种状态。

RS485通信电路10，1路RS485通信电路支持最高速率19200bps，RS485通信电路10所用电源与主控部分1内主芯片电源通过高频变压器不同绕组隔离开来,包装接触放电不会影响到主回路。RS485通信电路10与主芯片部分通过高速光耦隔离开来,防止静电等外界干扰烧坏主芯片，并且两只之间的UART口才用高速光耦,接收端加三极管整形电路,保证19200bps通讯速率。

显示模块11，用于显示电能信息、电价信息、用电费用等，方便电力用户随时查看。

时钟芯片12为电表提供计时功能。采用精度较高的晶体振荡器作为时钟源，可提供精确的实时时间或时间基准，可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。

指示模块15为智能电表上LED指示灯。通过设置指示灯的颜色、闪烁方式来传达电表的信息。

按键模块16为智能电表上的功能按键。选择不同按键，显示模块11呈现不同信息。

报警模块17，当智能电表存在异常时，报警模块17发出报警，显示模块11显示报警故障代码或故障信息，主站和电力用户均可收到报警信息。

需要说明的是，电源模块2、存储模块3、ADC采样模块4、计量电路5、以太网模块6、检测电路7、无线通讯模块8、RS485通信模块9、RS485通信电路10，在电表运行过程中，接收并向主控部分1反馈指令；显示模块11、时钟芯片12仅接收主控部分1的指令；指示模块15、按键模块16、报警模块17仅向主控部分1发出指令。

该智能电表具备的功能有：电能计量功能、数据存储功能、通讯功能、输出显示功能、事件记录功能等。

ADC采样模块4和计量电路5可实现电能计量功能，电能计量是电表最基本也是最重要的功能，电能的计量精度是衡量电表质量最关键的技术指标。

存储模块3可实现数据存储功能。电表在运行过程中，会产生每月用电电量、电费结算、电流信息、电压信息、事故信息等数据，均存储于存储模块3内。相关数据的存储，可方便电力用户了解电能消费情况，包括实时数据和历史数据，内容详细，操作简单，可加强电力用户合理消费电能的意识。另外电表记录的相关信息数据也是电力公司分析电网运行情况的根据，有助于合理调配电力负荷，确保电网运行平衡稳定。

以太网模块6、RS485通信模块9、RS485通信电路10以及无线通讯模块8可实现通讯功能。电力公司可以通过电表的各个通讯接口进行远程数据信息采集和交换，主站可随时或定时查看采集或存储的功率、电表状态量等各种数据信息，同时电力用户可通过移动设备查看用电情况的实时和历史数据。

显示模块11可实现输出显示功能。直观的显示界面方便电力用户查看相关信息。显示模块11采用两种显示方式，一是采用轮流显示方式，即在没有按键情况下，显示屏按照设定的轮流时间和循环顺序逐项循环显示电表的各项数据；二是配合按键操作显示方式，即在按键情况下，显示屏将根据功能按键显示特定的某项信息，并持续一定时间。无持续按键操作时，屏显数据自动跳转指轮流循环显示状态。

时钟芯片12可为事件记录功能提供时间依据。电表在运行过程中，会遇到异常情况，如电力线掉电事件；电表开盖事件；断相；开关误动作等，电表需要对这样的类似事件和发生的时间等相关情况进行记录保存，以备分析事件原因和做出相关处理。

本申请提供的智能电表，电力用户可以通过移动设备直接与智能电表连接，随时查看电表数据，了解自己的用电情况，该智能电表无需集中器就可以直接与计量主站进行通信，节省了大量的设备和人力投入，特别是该智能电表的上行通道由以太网担任，比GPRS网络更加稳定，传输效率更高，在电力光纤入户的基础上，更能大幅度加快传输效率，提高采集密度。

可选的，主控部分1采用SPEAr310系列ARM9芯片，包括主芯片和副芯片。

主控部分1由ARM9芯片(SPEAr310)、1GB DDR2SDRAM(MT47H64M16)存储器和1GBNAND Flash(K9F1G08U0D)存储器组成。DDR2用于程序运行及运行变量信息掉电可丢失，NAND Flash用于保存系统映像文件及系统配置信息等掉电不可丢失的信息。

主芯片采用意法半导体集团(ST)品牌SPEAr系列的基于ARM9内核的SPEAr310微处理器。SPEAr310微处理器主要特性如下：(1)内置微处理单元(MPU)采用ARM926核心，主频为333MHz；(2)自带32KB存储器(ROM)和8KB静态存储器(SRAM)；(3)支持LPDDR-333/DDR2-666外部存储器接口；(4)支持串行数据闪存(Serial Flash)；(5)支持16-bit总线的NANDFlash接口。

SPEAr310是一款采用ARM926EJ-S处理器的嵌入微处理单元。主频高达333MHz；具有高性能的8路直接内存访问(DMA)；动态省功耗特性；可配置的外设功能；具有扩展的连接特性。

副芯片采用恩智浦半导体公司(NXP)品牌的LPC1778芯片，SPEAr310微处理器主要特性如下：(1)LPC1778芯片采用Cortex-M3的内核，主频为120MHz；(2)自带512kB Flash和96kB的静态存储器(SRAM)，其中64kB静态存储器(SRAM)可供高性能CPU通过本地代码/数据总线访问，2个16kB静态存储器(SRAM)模块，带独立访问路径，可进行更高吞量的操作；(3)内置4kB电可擦可编程只读存储器(EEPROM)。

LPC1778是基于ARM Cortex-M3的微控制器，其外设组件包括高达512kB的Flash存储器、高达96kB的数据存储器、4kB的电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、一个用于同步动态随进存储器(SDRAM)和静态存储器存取的外部存储器控制器、一个液晶显示器LCD面板控制器、一个以太网媒体访问控制子层协议(MAC)、一个通用直接内存访问(DMA)控制器、一个USB设备/主机/OTG。

可选的，检测电路7包括掉电检测13、遥信检测14。

掉电检测13是指对电力线掉电情况的检测。电力线掉电是电表关键的事件记录，电表需要对正常或异常的电力线掉电事件进行记录保存，并分析事件原因和做出相关处理，掉电事件记录是电力部门分析电网正常运行性能的优良指标之一，主电源停止供电后，备用电池继续供电，保证事件被记录。

遥信检测14是指对遥信信号的检测。遥信信号采用无源接点方式,即某一路遥信量的输入应是一对继电器的触点，是闭合或者是断开。通过遥信端子板将继电器触点的闭合或断开转换成为低电平或高电平信号送入远动执行端(RTU)的智能遥信模块(YX)。自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继电器方式输出的信号；事故总信号及装置主电源停电信号等。

与遥信检测14相关的遥信电路的设计，具有防低电压启动、防过压、防抖动等功能，具有较强的自我保护能力和抗干扰能力。

可选的，无线通讯模块8包括无线宽带(WIFI)、蓝牙(Bluetooth)、超宽带(UWB)、ZigBee。

无线宽带(WIFI)提高了基于无线局域网的互通性。通过WIFI技术，电力用户可以在支持技术的区域内打开自己的终端设备，如手机、iPad等，连上网络，查看用电情况。该技术的出线大大的降低了用户的上网费用。

蓝牙(Bluetooth)作为一种被人们广泛使用的短距离无线通讯技术，它的出现解决了数据同步的难题。现在蓝牙技术已经广泛的应用在诸如手机、家庭智能化建设等，电力用户可便利的掌控自己的用电情况。

超宽带(UWB)具有功耗小、保密性强、发射功率低、传输速度高等特点。

ZigBee属于一种能够实现小范围内的耗能低的无线通讯技术，其显著的特点是复杂度低、价格低、通信速率低、免费的协议等，在家庭智能化建设中起到重要作用，可方便电力用户监测、采集电表数据。

可选的，显示模块11为LCD显示屏。

LCD显示屏具有以下特点：(1)薄，不占地方；(2)无辐射，无闪烁；(3)能耗小；(4)纯平，不会产生视觉变形。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种新型智能电表，其特征在于，包括主控部分(1)，以及分别与所述主控部分(1)连接的电源模块(2)、存储模块(3)、ADC采样模块(4)、计量电路(5)、以太网模块(6)、检测电路(7)、无线通讯模块(8)、RS485通信模块(9)、RS485通信电路(10)、显示模块(11)、时钟芯片(12)、指示模块(15)、按键模块(16)、报警模块(17)；

所述ADC采样模块(4)与所述存储模块(3)、所述计量电路(5)连接；所述RS485通信电路(10)与所述RS485通信模块(9)连接；所述按键模块(16)和所述报警模块(17)分别与所述显示模块(11)连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型智能电表，其特征在于，所述主控部分(1)采用SPEAr310系列ARM9芯片，包括主芯片和副芯片。

3.根据权利要求1所述的一种新型智能电表，其特征在于，所述检测电路(7)包括掉电检测(13)、遥信检测(14)。

4.根据权利要求1所述的一种新型智能电表，其特征在于，所述无线通讯模块(8)包括无线宽带(WIFI)、蓝牙(Bluetooth)、超宽带(UWB)、ZigBee。

5.根据权利要求1所述的一种新型智能电表，其特征在于，所述显示模块(11)为LCD显示屏。