CN208334446U - 一种基于nb-iot通信的计费单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NB‑IOT通信的计费单元，包括数据集中装置、NB‑IOT通讯模块和计算控制装置，计算控制装置包括电能计量模块、信号滤波模块、光电耦合模块、EEPROM接口模块、时钟模块、键盘处理模块、通讯接口模块、LCD显示器和总控制器，信号滤波模块、电能计量模块、光电耦合模块依次连接。本实用新型计算控制装置可以设置多个，每个家庭对应一个，NB‑IOT通讯模块可以对800M的范围内的计算控制装置的数据进行无线收集和整合，相对于传统的抄表方式来说，提高了数据的时效性，从而第四步提高了数据处理结果的精确度。

Description

一种基于NB-IOT通信的计费单元

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通信的计费单元。

背景技术

伴随着我国整体综合经济的快速发展，电表更新换代，从传统的读数转变为电表读数的记录，到后来出现故障可以及时反馈，切断电源等。目前使用较多的电度表，按照结构可以分为两个类别，一是机电一体化的全电子式电表，二是按照抄表方式进行分类。从技术上看，分为IC卡，远程抄表等。根据电表结构的方向行驶进行分析。机电一体化的电度表是依照机械电度表的基础原理，增加一些零部件，使其可以更有效的完成所有的各类工作内容，进一步提升对数据的准确处理水平。价格合理，容易安装，受到广大使用者的欢迎和认可。机电一体化智能电表在设计上保留了机械结构，符合国家规定的标准，加装传感器设备，使其物理计量的同时，使用电脉冲方式进行功能配合测定，确定智能表数据的合理性。智能电表在推广发展过程中，实现抄表人员的节省，但智能电表在使用过程中还是存在各类问题，其中最关键的就是智能电表的技术目前还处于刚刚起步发展的阶段，计费的精确度不够高，智能电表的精准度与用户的消费紧密相连，如果计费的精准度不高，会导致用户的消费不够客观，当付出的消费比实际用电的消费高，用户不满意，当付出的消费比实际用电的消费低，对于商家是不划算的，而为了智能电表能够更大面积的推广，有必要提高智能电表的计费的精准度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是智能电表的计费精确度不高，目的在于提供一种基于NB-IOT通信的计费单元，提高智能电表的计费精确度，让用户的支出与实际消费值更匹配，有利于智能电表的持续推广。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于NB-IOT通信的计费单元，包括数据集中装置、NB-IOT通讯模块和计算控制装置，所述计算控制装置包括电能计量模块、信号滤波模块、光电耦合模块、EEPROM接口模块、时钟模块、键盘处理模块、通讯接口模块、LCD显示器和总控制器，所述信号滤波模块、电能计量模块、光电耦合模块依次连接，所述光电耦合模块、EEPROM接口模块、时钟模块、键盘处理模块、通讯接口模块、LCD显示器分别与总控制器连接；所述数据集中装置与计算控制装置之间通过NB-IOT通讯模块进行信号传输，其中，通讯接口模块与NB-IOT通讯模块连接，所述数据集中装置与NB-IOT通讯模块连接，所述NB-IOT通讯模块接收计算控制装置的信号然后将接收到的信号传输至数据集中装置。

本实用新型中的计算控制装置安装在每家用户的进线处，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总控制器。由于电能计量模块为集成模块，对电流和电压的处理的速度较快，准确度高，从而在采集过程中减小了误差，从而第一步提高了数据处理结果的精确度。总控制器对脉冲信号与用电单价进行处理，得到每家用户的电费值。突然掉电是所有电器设备都是大概率事件，本实用新型采用EEPROM，EEPROM接口模块在计算控制装置突然掉电的情况下保证数据不丢失，这就能保证整个系统的数据的有效性和准确性，从而第二步提高了数据处理结果的精确度；时钟模块作为计算控制装置的心脏，时钟模块的设置增加了总控制器的精确度和灵敏度，增强了系统的实时性、时效性，从而第三步提高了数据处理结果的精确度。通讯接口模块与NB-IOT通讯模块连接，本实用新型采用NB-IOT通讯模块，NB-IOT构建与蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级，NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接，NB-IOT的特性适用于电表的应用，电表的特点就是需要实时的记录用户的用电情况，输出超长待机的电子产品，而随着手工抄表以及其他老式电表的逐步淘汰，电表数据的实时传输性能需要进一步提高，采用NB-IOT通讯模块可以实现数据的快速传输。NB-IOT通讯模块将计算控制装置的电能数据传输至数据集中装置，可以对某一片区或者某一地域的用电量的统计，对于避免用电不合理、用电分段计费等都有很大的帮助。计算控制装置可以设置多个，每个家庭对应一个，NB-IOT通讯模块可以对800M的范围内的计算控制装置的数据进行无线收集和整合，相对于传统的抄表方式来说，提高了数据的时效性，从而第四步提高了数据处理结果的精确度。为了增加计算控制装置的抗干扰能力，增加系统的可靠性，采用光电耦合模块对数据进行传输。

进一步的，数据集中装置包括数据集中微处理器、电源、短路断路检测模块、存储模块、NB-IOT通讯模块、数据集中器、欠电压检测模块和地址编码模块，所述电源、短路断路检测模块、存储模块、数据集中器、欠电压检测模块和地址编码模块分别与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，数据集中微处理器采用PIC16F73。采用PIC16F73可以对16个计算控制装置的数据进行二次记录，有效的提高了数据的安全性。

进一步的，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。

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：

1、本实用新型对电流和电压的处理的速度较快，准确度高，从而在采集过程中减小了误差，从而第一步提高了数据处理结果的精确度；

2、本实用新型采用EEPROM，EEPROM接口模块在计算控制装置突然掉电的情况下保证数据不丢失，这就能保证整个系统的数据的有效性和准确性，从而第二步提高了数据处理结果的精确度；

3、本实用新型时钟模块作为计算控制装置的心脏，时钟模块的设置增加了总控制器的精确度和灵敏度，增强了系统的实时性、时效性，从而第三步提高了数据处理结果的精确度；

4、本实用新型计算控制装置可以设置多个，每个家庭对应一个，NB-IOT通讯模块可以对800M的范围内的计算控制装置的数据进行无线收集和整合，相对于传统的抄表方式来说，提高了数据的时效性，从而第四步提高了数据处理结果的精确度。为了增加计算控制装置的抗干扰能力，增加系统的可靠性，采用光电耦合模块对数据进行传输。

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通信的计费单元，包括数据集中装置、NB-IOT通讯模块和计算控制装置，所述计算控制装置包括电能计量模块、信号滤波模块、光电耦合模块、EEPROM接口模块、时钟模块、键盘处理模块、通讯接口模块、LCD显示器和总控制器，所述信号滤波模块、电能计量模块、光电耦合模块依次连接，所述光电耦合模块、EEPROM接口模块、时钟模块、键盘处理模块、通讯接口模块、LCD显示器分别与总控制器连接；所述数据集中装置与计算控制装置之间通过NB-IOT通讯模块进行信号传输，其中，通讯接口模块与NB-IOT通讯模块连接，所述数据集中装置与NB-IOT通讯模块连接，所述NB-IOT通讯模块接收计算控制装置的信号然后将接收到的信号传输至数据集中装置。

数据集中装置包括数据集中微处理器、电源、短路断路检测模块、存储模块、NB-IOT通讯模块、数据集中器、欠电压检测模块和地址编码模块，所述电源、短路断路检测模块、存储模块、数据集中器、欠电压检测模块和地址编码模块分别与数据集中微处理器连接。

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。

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，数据集中器采用HW_NW_E101-A001，短路断路检测模块采用C65N3PD1A。

信号滤波模块采用RC滤波器，光电耦合模块采用TLP620，电能计量模块的芯片采用AD7755，时钟模块采用DS1302，总控制器采用STC89C52，LCD显示器采用LCD1602，通讯接口模块采用RS-485总线相匹配的接口模块。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。

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 (6)

1.一种基于NB-IOT通信的计费单元，其特征在于，包括数据集中装置、NB-IOT通讯模块和计算控制装置，所述计算控制装置包括电能计量模块、信号滤波模块、光电耦合模块、EEPROM接口模块、时钟模块、键盘处理模块、通讯接口模块、LCD显示器和总控制器，所述信号滤波模块、电能计量模块、光电耦合模块依次连接，所述光电耦合模块、EEPROM接口模块、时钟模块、键盘处理模块、通讯接口模块、LCD显示器分别与总控制器连接；所述数据集中装置与计算控制装置之间通过NB-IOT通讯模块进行信号传输，其中，通讯接口模块与NB-IOT通讯模块连接，所述数据集中装置与NB-IOT通讯模块连接，所述NB-IOT通讯模块接收计算控制装置的信号然后将接收到的信号传输至数据集中装置。

2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT通信的计费单元，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、短路断路检测模块、存储模块、NB-IOT通讯模块、数据集中器、欠电压检测模块和地址编码模块，所述电源、短路断路检测模块、存储模块、数据集中器、欠电压检测模块和地址编码模块分别与数据集中微处理器连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于NB-IOT通信的计费单元，其特征在于，所述数据集中微处理器采用PIC16F73。

4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT通信的计费单元，其特征在于，所述电能计量模块包括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。

5.根据权利要求4所述的一种基于NB-IOT通信的计费单元，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。

6.根据权利要求4所述的一种基于NB-IOT通信的计费单元，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。