CN208297578U - 一种基于nb-iot的智能电表通信计费单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NB‑IOT的智能电表通信计费单元，包括第一计算控制装置、第二计算控制装置、比较器、NB‑IOT通讯模块和数据集中装置，第一计算控制装置包括第一电能计量模块、第一光电耦合模块、第一存储模块、第一时钟模块、第一LCD显示器、第一通讯模块、第一电源和第一控制器，第一电能计量模块、第一光电耦合模块依次连接，所述第一光电耦合模块、第一存储模块、第一时钟模块、第一LCD显示器、第一通讯模块、第一电源分别与第一控制器连接。本实用新型可以有效防止其中一个计算控制模块出现问题导致用户的用电记录出现失误，有效提高了智能电表的准确度。

Description

一种基于NB-IOT的智能电表通信计费单元

技术领域

本实用新型涉及智能电表，具体涉及一种基于NB-IOT的智能电表通信计费单元。

背景技术

智能电表是智能电网的智能终端，它已经不是传统意义上的电能表，智能电表除了具备传统传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用，它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。目前，国内的智能电能表主要分为两种，一种是机电一体式的，一种是电子式的。机电一体式，就是在原来机械电度表上附加一定部件，使得它既能完成所需的功能，又能降低造价易于改装，一般而言其设计方案是在不破坏现行计量表原有的物理结构，不改变其国家计量标准的基础上加装传感器装置变成在机械计度的同时也有电脉冲输出的智能电表。全电子式的智能电表则从计量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件，从而取消了机械部件。全电子式的智能电表比机电一体化的智能电表体积更小，可靠性更高，更加精确，耗电量更小，生产工艺大大改善。其中，基于NB-IOT的智能电表是智能电表中的新星，NB-IOT具有海量接入、快速部署、具有统一开放平台和低成本安装的特点。然而，NB-IOT的智能电表正因为属于新星产品，推广使用程度不高，仅仅通过厂家的实验数据还不够说明它的性能是否真的稳定，所以NB-IOT的智能电表的自身的特性以及性能可能不一致，当智能电表出现大问题时，相关部门和工作人员会发现问题，但是当智能电表出现的是小问题时，不容易被相关部门和工作人员发现，久而久之，容易累积出现较大的问题，当小问题出现累积成大问题之后才被发现，这也会阻碍智能电表的进一步的发展速度。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题，目的在于提供一种基于NB-IOT的智能电表通信计费单元。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于NB-IOT的智能电表通信计费单元，包括第一计算控制装置、第二计算控制装置、比较器、NB-IOT通讯模块和数据集中装置，所述第一计算控制装置包括第一电能计量模块、第一光电耦合模块、第一存储模块、第一时钟模块、第一LCD显示器、第一通讯模块、第一电源和第一控制器，所述第一电能计量模块、第一光电耦合模块依次连接，所述第一光电耦合模块、第一存储模块、第一时钟模块、第一LCD显示器、第一通讯模块、第一电源分别与第一控制器连接；所述第二计算控制装置包括第二电能计量模块、第二光电耦合模块、第二存储模块、第二时钟模块、第二LCD显示器、第二通讯模块、第二电源和第二控制器，所述第二电能计量模块、第二光电耦合模块依次连接，所述第二光电耦合模块、第二存储模块、第二时钟模块、第二LCD显示器、第二通讯模块、第二电源分别与第二控制器连接；所述第一控制器和第二控制器分别与比较器连接，所述比较器、NB-IOT通讯模块和数据集中装置依次连接。

本实用新型中的第一计算控制装置和第二计算控制装置为相同的装置，第一计算控制装置和第二计算控制装置为智能电表采集信号的部分，第一计算控制装置和第二计算控制装置的功能均为检测用户的用电量，第一计算控制装置和第二计算控制装置均安装在家庭用电线路的入口处。现有技术中，NB-IOT的智能电表作为新星产品，仅仅靠厂家或者研发部门的实验数据是不够说明其性能是否稳定，这样就导致了智能电表在推广使用的过程中，如果出现了问题，很难被发现，容易存在安全隐患，同时也阻碍了智能电表的进一步发展。本实用新型通过用户的电路入口处设置两个计算控制装置，两个计算控制装置的电能计量模块直接挂接在每家用户的进线处，电能计量模块用于采集每家用户的电路的电流和电压，采集到的电流和电压经过电能计量模块内部集成的乘法器转换成功率信号，得到的功率信号经过电能计量模块的V/F变换(压频变换)后输出脉冲信号，脉冲信号通过信号滤波模块实现滤波处理，经过滤波处理后通过光电耦合模块将脉冲信号传输至对应的控制器中，第一控制器和第二控制器各自得到一个数据，第一控制器和第二控制器将各自的数据传输至比较器，比较器对两个数据进行比较，当两个数据相同时，比较器将该数据直接传输至NB-IOT通讯模块，当两个数据具有差异时，比较器将两个数据以及两个数据之间的差值一同传输至NB-IOT通讯模块，NB-IOT通讯模块将相应的数据传输至数据集中装置中进行分析和处理，这些数据作为后续对相应的第一计算控制装置和第二计算控制装置的研发数据支撑。

进一步的，数据集中装置包括数据集中微处理器、电源、欠电压检测模块、存储模块、短路断路检测模块，所述电源、欠电压检测模块、存储模块、短路断路检测模块分别与数据集中微处理器连接；所述NB-IOT通讯模块与数据集中装置的数据集中微处理器连接。

数据集中装置作为多个计算控制装置的数据综合处理装置，通过数据集中微处理器对得到的数据的整合，可以对多个计算控制装置分布的区域进行总体的用电量分布，对电量总体调控、电量分段计费等都有重要的社会意义。存储模块用于应对数据集中装置或者计算控制装置被干扰或者断电时的数据保存。

进一步的，第一电能计量模块包括AD7755、电压信号采集电路和电流信号采集电路，所述电压信号采集电路和电流信号采集电路分别与AD7755连接；所述第二电能计量模块与第一电能计量模块相同。

电能计量模块采用AD7755，AD7755对采集到的电压和电流通过内部集成的乘法器得到功率，将功率信号输入至总控制器中。

进一步的，电压信号采集电路包括电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4和变压器T2，所述变压器T2的初级线圈与被测电路连接，所述电阻R5的一端连接在变压器T2的次级线圈的同名端，电阻R5的另一端为电压信号采集电路的一个输出端；所述电阻R6的一端连接在变压器T2的次级线圈的异名端，电阻R6的另一端为电压信号采集电路的另一个输出端；所述电容C3与电容C4串联，所述电容C3连接电容C4端的另一端连接在电压信号采集电路的一个输出端，所述电容C4连接电容C3端的另一端连接在电压信号采集电路的另一个输出端。

电压信号采集电路中，变压器T2采用TV31B-02，电压信号的采集需要变压器T2并联到电路中，变压器T2的额定电流为2mA/2mA，为了将初级线圈的电流降低到可接受的范围需要串联一个电阻R5和R6，电压输入至AD7755中。

进一步的，电流信号采集电路包括变压器T1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1和电容C2，所述变压器T1的初级线圈与被测电路连接；所述电阻R4的一端连接变压器T1的次级线圈的同名端，电阻R4的另一端为电压信号采集电路的一个输出端；所述电阻R3的一端连接变压器T1的次级线圈的异名端，电阻R3的另一端为电压信号采集电路的另一个输出端；所述电阻R1和电阻R2串联，所述电阻R1连接电阻R2端的另一端连接在电阻R4与变压器T1连接的线路上，所述电阻R2连接电阻R1端的另一端连接在电阻R3与变压器T1连接的线路上；所述电容C1与电容C2串联，电容C1连接电容C2端的另一端连接在电压信号采集电路的另一个输出端，电容C2连接电容C1端的另一端连接在电压信号采集电路的另一个输出端；电阻R1与电阻R2连接的节点以及电容C1与电容C2连接的节点共同接地。

电流信号采集电路中，变压器T1采用TA32BM，TA32BM串联到电路中，TA32BM的额定电流为5A/2.5A，所述TA32BM将大电流转换成AD7755的小电流，在将电流信号送人AD7755中。AD7755接收到了同一时刻的电流和电压，然后通过乘法器得到功率，再将功率信号送入总控制器中。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本实用新型通过使用两个计算控制模块对同一用户的用电情况进行检测，可以有效防止其中一个计算控制模块出现问题导致用户的用电记录出现失误，有效提高了智能电表的准确度；同时还可以将计算控制模块的数据作为智能电表的研究数据，有助于智能电表的进一步发展。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型的电流信号采集电路；

图3为本实用新型的电压信号采集电路。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1所示，一种基于NB-IOT的智能电表通信计费单元，包括第一计算控制装置、第二计算控制装置、比较器、NB-IOT通讯模块和数据集中装置，所述第一计算控制装置包括第一电能计量模块、第一光电耦合模块、第一存储模块、第一时钟模块、第一LCD显示器、第一通讯模块、第一电源和第一控制器，所述第一电能计量模块、第一光电耦合模块依次连接，所述第一光电耦合模块、第一存储模块、第一时钟模块、第一LCD显示器、第一通讯模块、第一电源分别与第一控制器连接；所述第二计算控制装置包括第二电能计量模块、第二光电耦合模块、第二存储模块、第二时钟模块、第二LCD显示器、第二通讯模块、第二电源和第二控制器，所述第二电能计量模块、第二光电耦合模块依次连接，所述第二光电耦合模块、第二存储模块、第二时钟模块、第二LCD显示器、第二通讯模块、第二电源分别与第二控制器连接；所述第一控制器和第二控制器分别与比较器连接，所述比较器、NB-IOT通讯模块和数据集中装置依次连接。

数据集中装置包括数据集中微处理器、电源、欠电压检测模块、存储模块、短路断路检测模块，所述电源、欠电压检测模块、存储模块、短路断路检测模块分别与数据集中微处理器连接；所述NB-IOT通讯模块与数据集中装置的数据集中微处理器连接。

第一电能计量模块包括AD7755、电压信号采集电路和电流信号采集电路，所述电压信号采集电路和电流信号采集电路分别与AD7755连接；所述第二电能计量模块与第一电能计量模块相同。

如图3所示，电压信号采集电路包括电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4和变压器T2，所述变压器T2的初级线圈与被测电路连接，所述电阻R5的一端连接在变压器T2的次级线圈的同名端，电阻R5的另一端为电压信号采集电路的一个输出端；所述电阻R6的一端连接在变压器T2的次级线圈的异名端，电阻R6的另一端为电压信号采集电路的另一个输出端；所述电容C3与电容C4串联，所述电容C3连接电容C4端的另一端连接在电压信号采集电路的一个输出端，所述电容C4连接电容C3端的另一端连接在电压信号采集电路的另一个输出端。

如图2所示，电流信号采集电路包括变压器T1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1和电容C2，所述变压器T1的初级线圈与被测电路连接；所述电阻R4的一端连接变压器T1的次级线圈的同名端，电阻R4的另一端为电压信号采集电路的一个输出端；所述电阻R3的一端连接变压器T1的次级线圈的异名端，电阻R3的另一端为电压信号采集电路的另一个输出端；所述电阻R1和电阻R2串联，所述电阻R1连接电阻R2端的另一端连接在电阻R4与变压器T1连接的线路上，所述电阻R2连接电阻R1端的另一端连接在电阻R3与变压器T1连接的线路上；所述电容C1与电容C2串联，电容C1连接电容C2端的另一端连接在电压信号采集电路的另一个输出端，电容C2连接电容C1端的另一端连接在电压信号采集电路的另一个输出端；电阻R1与电阻R2连接的节点以及电容C1与电容C2连接的节点共同接地。

本实施例中，数据集中微处理器采用PIC16F73，存储模块采用铁电存储器FM24C04，欠电压检测模块采用HT7050A，电源采用220V转5V的常用电源，短路断路检测模块采用C65N3PD1A。

第一光电耦合模块和第二光电耦合模块采用TLP620，第一电能计量模块和第二电能计量模块的芯片采用AD7755，第一时钟模块和第二时钟模块采用DS1302，第一控制器和第二控制器采用STC89C52，第一LCD显示器和第二LCD显示器采用LCD1602，第一通讯模块和第二通讯模块采用RS-485总线相匹配的模块。上述器件均为市场上的常见集成模块。NB-IOT通讯模块采用的第三方公司的NB-IOT基站\NB-IOT分组核心网和IOT连接管理平台实现。

在有必要的情况下，第一计算控制模块和第二计算控制模块中的具体器件型号不同，不同的器件得到的数据可以为调整智能电表提供数据支持。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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)

1.一种基于NB-IOT的智能电表通信计费单元，其特征在于，包括第一计算控制装置、第二计算控制装置、比较器、NB-IOT通讯模块和数据集中装置，所述第一计算控制装置包括第一电能计量模块、第一光电耦合模块、第一存储模块、第一时钟模块、第一LCD显示器、第一通讯模块、第一电源和第一控制器，所述第一电能计量模块、第一光电耦合模块依次连接，所述第一光电耦合模块、第一存储模块、第一时钟模块、第一LCD显示器、第一通讯模块、第一电源分别与第一控制器连接；所述第二计算控制装置包括第二电能计量模块、第二光电耦合模块、第二存储模块、第二时钟模块、第二LCD显示器、第二通讯模块、第二电源和第二控制器，所述第二电能计量模块、第二光电耦合模块依次连接，所述第二光电耦合模块、第二存储模块、第二时钟模块、第二LCD显示器、第二通讯模块、第二电源分别与第二控制器连接；所述第一控制器和第二控制器分别与比较器连接，所述比较器、NB-IOT通讯模块和数据集中装置依次连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能电表通信计费单元，其特征在于，所述数据集中装置包括数据集中微处理器、电源、欠电压检测模块、存储模块、短路断路检测模块，所述电源、欠电压检测模块、存储模块、短路断路检测模块分别与数据集中微处理器连接；所述NB-IOT通讯模块与数据集中装置的数据集中微处理器连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能电表通信计费单元，其特征在于，所述第一电能计量模块包括AD7755、电压信号采集电路和电流信号采集电路，所述电压信号采集电路和电流信号采集电路分别与AD7755连接；所述第二电能计量模块与第一电能计量模块相同。

4.根据权利要求3所述的一种基于NB-IOT的智能电表通信计费单元，其特征在于，所述电压信号采集电路包括电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4和变压器T2，所述变压器T2的初级线圈与被测电路连接，所述电阻R5的一端连接在变压器T2的次级线圈的同名端，电阻R5的另一端为电压信号采集电路的一个输出端；所述电阻R6的一端连接在变压器T2的次级线圈的异名端，电阻R6的另一端为电压信号采集电路的另一个输出端；所述电容C3与电容C4串联，所述电容C3连接电容C4端的另一端连接在电压信号采集电路的一个输出端，所述电容C4连接电容C3端的另一端连接在电压信号采集电路的另一个输出端。

5.根据权利要求3所述的一种基于NB-IOT的智能电表通信计费单元，其特征在于，所述电流信号采集电路包括变压器T1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1和电容C2，所述变压器T1的初级线圈与被测电路连接；所述电阻R4的一端连接变压器T1的次级线圈的同名端，电阻R4的另一端为电压信号采集电路的一个输出端；所述电阻R3的一端连接变压器T1的次级线圈的异名端，电阻R3的另一端为电压信号采集电路的另一个输出端；所述电阻R1和电阻R2串联，所述电阻R1连接电阻R2端的另一端连接在电阻R4与变压器T1连接的线路上，所述电阻R2连接电阻R1端的另一端连接在电阻R3与变压器T1连接的线路上；所述电容C1与电容C2串联，电容C1连接电容C2端的另一端连接在电压信号采集电路的另一个输出端，电容C2连接电容C1端的另一端连接在电压信号采集电路的另一个输出端；电阻R1与电阻R2连接的节点以及电容C1与电容C2连接的节点共同接地。