CN212229020U - 一种三相安规电表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三相安规电表，其应用于三相电路系统中，该三相电路系统包括一零线以及三火线，该三相安规电表包括一面板以及一底板，其特征在于，所述面板包括一MCU主控芯片，以及分别与该MCU主控芯片连接的一通信模块、一存储模块、一报警模块、一显示模块，所述底板包括分别与所述MCU主控芯片连接的一开关电源模块、一计量电路、温度检测电路、一继电器，以及与所述计量电路连接的四个电流互感器、与所述温度检测电路连接的四个温度传感器，所述四个电流互感器分别采集所述一零线及三火线的电流数据，所述温度传感器分别检测所述一零线以及三火线的温度。

Description

一种三相安规电表

技术领域

本实用新型涉及电表技术领域，尤其涉及一种三相安规电表。

背景技术

随着社会的进步，人类生活用电需求越来越大，但是同时对环境的可持续发展要求和能源的持续稳定供应要求也越来越高，特别是对于企业用户而言，节能减排不但对自身有经济效益，对于环境的保护同样有重大意义，对于生活用电的总表来说，也必须监控线路的损耗情况，及时维护供电线路，达到降低损耗的效果。同时另一方面来说，不管是企业设备或者是住宅区总表，其监控的对象通常功率非常大，而且长时间不断电，因此通常是故障甚至是安全问题高发区。因此需要实时监控用电线路的温度和负载情况，避免因过载导致跳闸而造成不必要的损失。在工业应用场景中，一些设备在长时间使用后，出现明显老化现象，此时该设备通常会消耗额外的电能，或者出现异常的用电曲线，但是使用者难以察觉，为此需要提出一种高灵敏度的智能电表。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种功能集成度高、计算能力强、检测灵敏度高，同时具有通信能力的三相安规电表。

本实用新型提供一种三相安规电表，其应用于三相电路系统中，该三相电路系统包括一零线以及三火线，该三相安规电表包括一面板以及一底板，所述面板包括一MCU主控芯片，以及分别与该MCU主控芯片连接的一通信模块、一存储模块、一报警模块、一显示模块，所述底板包括分别与所述MCU主控芯片连接的一开关电源模块、一计量电路、温度检测电路、一继电器，以及与所述计量电路连接的四个电流互感器、与所述温度检测电路连接的四个温度传感器，所述四个电流互感器分别采集所述一零线及三火线的电流数据，所述温度传感器分别检测所述一零线以及三火线的温度。

优选的，所述计量电路还包括四个微型互感器，其分别套接在四个所述电流互感器与计量电路的连接线路上，用于进行电流数据二次采集，该电流数据的二次采集可进一步提高三相电路中的电流检测精准度，为计量电路的电能计算和分析算法提供更精确的数据支持。

优选的，所述底板还包括一第一接线端子，所述开关电源模块以及计量电路分别通过该第一接线端子连接三相电路以及电流互感器。

所述底板还包括一第二接线端子，所述继电器以及温度检测电路分别通过该第二接线端子连接三相电路以及温度传感器。

优选的，所述底板还包括一降压稳压模块，所述开关电源模块通过该降压稳压模块连接所述MCU主控芯片。

优选的，所述底板还包括一放大电路，所述剩余电流互感器通过该放大电路连接所述MCU主控芯片。

优选的，所述底板还包括一驱动电路，所述磁保持继电器通过该驱动电路连接所述MCU主控芯片。

优选的，所述面板还包括操作输入按键。

优选的，所述面板还包括一电源状态指示灯。

优选的，所述面板还包括一网络状态指示灯。

优选的，所述面板还包括一WIFI连接状态指示灯。

优选的，所述通信模块为WIFI通信模块。

本实用新型提供的一种三相安规电表集成智能电子电表和温度监控设备的功能，采用双芯设计，主控芯片和计量芯片物理上独立，因此计量精度更高，计算能力更强，配合所述通信模块，使该电表具有较强的实时通信能力，得益于较强的计算能力，所述电流互感器以及温度传感器同时采集的大量数据数据，可以实时与云服务器互传以进行大数据分析，对三相电系统进行实时监控，该三相安规电表对于总线的过载保护和损耗计算，能够保证用电安全同时提出节能建议，对于工业设备的实时监控，能够分析出该设备当前状态，及时排除设备的故障隐患，通过通信模块配合云服务器的大数据分析，给企业提出节能建议，促进企业节能减排、保护环境。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表结构示意图；

图2是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表硬件初始化流程图；

图3是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表的业务逻辑任务图；

图4是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表的定时器任务逻辑图；

图5是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表的电能信息处理任务逻辑图；

图6是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表的上传串口任务逻辑图；

图7是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表的通信模块初始化流程图；

图8是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表的通信模块主任务逻辑图；

图9是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表的通信模块远程升级任务流程图；

图10是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表的通信模块串口任务流程图；

图11是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表的通信模块MQTT任务流程图；

图12是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表的通信模块网络任务逻辑图；

图13是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表的通信模块断点续传任务流程图。

具体实施方式

下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1，是本实用新型第一实施例提供的三相安规电表，其应用于三相电路系统中，该三相电路系统包括一零线N以及火线L1、L2、L3。所述三相安规电表包括一面板、一底板，其中，所述面板上设有一MCU主控芯片，以及与所该MCU主控芯片连接的一通信模块、一存储模块、一报警模块、一显示模块、输入按键、电源状态指示灯以及网络状态指示灯、WIFI连接状态指示灯，所述底板上设有与所述MCU主控芯片连接的一开关电源模块、一降压稳压模块、一计量电路、四个电流互感器、四个微电流互感器、四个温度传感器、温度检测电路、第一接线端子、第二接线端子、一继电器及其驱动电路，其中，所述第一接线端子也可以理解为三相交流电及电流互感器接口，所述第二接线端子可以理解为温度传感器及继电器驱动接口。

以下，介绍本实施例中各个模块所采用的具体器件及其功能：

所述MCU主控芯片采用的是STM32F103C8T6作为主控芯片，负责整个电表的功能模块调度；控制外接继电器的驱动电路；控制AT24C256存储芯片；读取温度传感器的温度信息；读取三相计量芯片RN8302B的电能数据；控制通信模块；控制报警蜂鸣器；读取输入按键信息；控制显示屏显示信息。

所述通信模块选用WIFI通信，其采用ESP-12S模块或ESP-8266，该通信模块负责MCU主控芯片与网路服务器之间的的数据上传以及下载，所述MCU 主控芯片还通过该通信模块进行远程升级更新固件。

所述存储模块具体为AT24C256存储芯片，负责存储电能数据，保证在网络不通时能够保存一定时间内的数据，并且支持数据断点续传。

所述显示模块具体为一LCD1602-5V显示屏以及一LCD驱动，所述LCD 驱动采用PCF8574T芯片，作为MCU主控芯片和LCD1602-5V显示屏的连接桥梁，驱动LCD1602-5V显示屏显示电表的电能和安规数据。

该电表具体包括三个红色LED指示灯，其中，左起第一颗为服务器状态指示灯、第二颗为WIFI连接状态指示灯、第三颗为电源状态状态指示灯。

该电表具体包括两个微动输入按键，第一个为ID读取操作按键，第二个为设置按键。

所述报警模块具体为蜂鸣报警器，采用3.3V有源蜂鸣器，负责电表的安规报警。

所述计量电路包括一计量芯片，具体采用RN8302B计量芯片，其负责快速采集电路系统中电流电压数据，为电能计算和分析算法提供数据支持，实现电能统计以及电路用量分析。

四个所述电流互感器具体为JXKCT36MM电流互感器，变比为100:1，其分别套接在所述零线和火线上；负责采集电流数据，输入到RN8302B计量芯片。

四个所述微电流互感器具体为ZEMCT131型互感器，变比为2000:1，其套接在所述电流互感器与计量芯片连接的线路上，用于对JXKCT36MM电流互感器的原始数据进行二次采集，对原始数据进行变换后输入RN8302B计量芯片中，该电流数据的二次采集可进一步提高三相电路中的检测精准度，为计量芯片的电能计算和分析算法提供更精确的数据支持。

四个所述温度感器具体为胶头温度传感器，其分别套接在三相电路中的零线和火线上，三相电路中的电缆输入温度的变化引起温度传感器电阻的变化，转化为电压信号，MCU主控芯片通过温度检测电路对其进行采集处理，当温度超出预定值，则判断为报警状态，进行报警应答，如蜂鸣器响、信息上传等。

所述10A/250VAC的继电器，使用功率晶体管驱动，用户也可选择外置主线路继电器，其用于对三相电路进行接通和通断。

所述开关电源具体为电源芯片LNK306DN，其接通零线及火线，负责为所有功能模块供电。

另外，面板以及底板还各设有一降压稳压芯片，该降压稳压芯片具体为 AMS1117-3.3V稳压管，其负责给低电压用电模块供电。

接下来，结合图2至图8具体介绍该三相安规电表的硬件工作逻辑；

参阅图2，该三相安规电表开机后进行数据初始化、系统初始化、硬件驱动初始化、创建菜单界面任务、创建业务逻辑任务、开启系统。

参阅图3，开机后MCU主控芯片创建的业务逻辑任务包括：按键任务、定时器任务、电能信息处理任务以及上传串口任务。

参阅图4，具体的，所述定时器任务具体包括：

定时器任务1：看门狗(1000ms)；

定时器任务2：抄表任务，用于获取电能信息；

定时器任务3：蜂鸣器(100ms)。

参阅图5，具体的，所述电能信息处理任务包括：

电能信息处理任务1：处理驱动层计量芯片的数据获得电能信息-将处理好的电能信息通过通信模块传送给应用层；

电能信息处理任务2：根据数据校对电表；

电能信息处理任务3：线缆温度获取；

电能信息处理任务4：根据线缆温度判断报警状态，若报警状态触发，则执行报警应答，如蜂鸣器响、信息上传灯。

参阅图6，具体的，所述上传串口任务包括：

接收任务：接收数据-数据包解包-获取所需数据信息-传送给应用层处理；

发送任务：发送数据-应用层整理数据、数据包封包-发送到WIFI模块。

结合图7至图13具体介绍该三相安规电表的通信模块，也即WIFI模块的工作逻辑；

参阅图7，该三相安规电表开机后进行通信模块硬件驱动初始化、WIFI初始化配置、系统初始化、进入主任务。

参阅图8，通信主任务包括：

主任务1：WIFI模块芯片初始化；

主任务2：数据初始化；

主任务3：打开网络任务定时器(1000ms)，执行网络任务；

主任务4：上电自检；

主任务5：MQTT初始化，并连接服务器，执行MQTT任务；

主任务6：开启STM32F103C8T6主控芯片串口通信任务定时器(100ms)，执行串口任务；

主任务7：远程升级任务。

参阅图9，所述远程升级任务包括：

STM32F103C8T6主控芯片升级：从服务器下载升级固件，通过串口写入固件，升级STM32F103C8T6主控芯片，重启STM32F103C8T6主控芯片；

ESP8266WIFI模块升级：从服务器下载固件，写入固件，升级ESP8266WIFI 模块，重启STM32F103C8T6主控芯片以及ESP8266WIFI模块。

参阅图10，所述串口任务由STM32F103C8T6主控芯片的串口消息触发，其步骤包括对数据进行解包、数据解析、获取数据、数据封包、通过MQTT消息协议上传至服务器.

参阅图11，所述MQTT任务负责接收消息并触发任务，其步骤包括接收数据原包、数据解析、获取数据、对数据做对应处理，如获取STM32F103C8T6 主控芯片数据、获取ESP8266WIFI模块数据等。

参阅图12，所述网络任务包括：

网络任务1：监测堆栈内存；

网络任务2：断点续传任务；

网络任务3：定时抄表并上传至服务器(60s)；

网络任务4：WIFI连接情况监测；

网络任务5：网络校时。

参阅图13，所述断点续传任务由抄表数据上传失败后执行，其包括以下步骤：

步骤1，判断抄表数据是否上传成功，成功则进入步骤21，失败则进入步骤22；

步骤21，整理数据，对数据进行封装，保持数据，循环至步骤1；

步骤22，查询是否有历史数据，有历史数据则提取历史数据并封装上传，无历史数据则结束任务。

此电表既可以应用在工业场所，也可以应用在生活场所。得益于较强的计算能力，集成了温度监控报警功能。对于传统温度监控报警设备，较强算力意味着更快的报警反应能力，安规报警信息上传更及时。该电表能够安装到工业场所每一台设备中，企业用户能够直接通过PC或者智能手机应用直接对多台电表进行集中控制和管理，而且能够通过短信及时查看温度检测和过载报警信息，并在第一时间内处理安全隐患。

通过所述通信模块和云服务器的配合，该电表可定制通信方式，每一分钟上传一条信息，最终形成大数据，此时该电表相当于一个数据采集传感器。利用云计算技术对这些数据进行实时分析，通过与分表的对比分析，计算出线路的损耗情况，提出线路优化方案。能够实时监控总线的负载情况，及时提醒用户过载的具体信息。能够通过工业设备的用电数据分析出该设备的运行状况，提出修理和节能建议。

该三相安规电表集成智能电子电表和温度监控设备的功能，体积较小，采用更优秀的双芯设计，带来更精确的计量和更强的计算能力，数据上传更及时和庞大，结合云服务器的大数据分析，可为企业提供节能减排的用电方案。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种三相安规电表，其应用于三相电路系统中，该三相电路系统包括一根零线以及三根火线，该三相安规电表包括一面板以及一底板，其特征在于，所述面板包括一MCU主控芯片，以及分别与该MCU主控芯片连接的一通信模块、一存储模块、一报警模块、一显示模块，所述底板包括分别与所述MCU主控芯片连接的一开关电源模块、一计量电路、温度检测电路、一继电器，以及与所述计量电路连接的四个电流互感器、与所述温度检测电路连接的四个温度传感器，所述四个电流互感器分别采集所述一根零线及三根火线的电流数据，所述温度传感器分别检测所述一根零线以及三根火线的温度。

2.根据权利要求1所述的一种三相安规电表，其特征在于，所述计量电路还包括四个微型互感器，其分别套接在四个所述电流互感器与计量电路的连接线路上，用于进行电流数据二次采集。

3.根据权利要求1所述的一种三相安规电表，其特征在于，所述底板还包括一第一接线端子，所述开关电源模块以及计量电路分别通过该第一接线端子连接三相电路以及电流互感器。

4.根据权利要求1所述的一种三相安规电表，其特征在于，所述底板还包括一第二接线端子，所述继电器以及温度检测电路分别通过该第二接线端子连接三相电路以及温度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种三相安规电表，其特征在于，所述底板还包括一降压稳压模块，所述开关电源模块通过该降压稳压模块连接所述MCU主控芯片。

6.根据权利要求1所述的一种三相安规电表，其特征在于，所述底板还包括一驱动电路，所述继电器通过该驱动电路连接所述MCU主控芯片。

7.根据权利要求1所述的一种三相安规电表，其特征在于，所述面板还包括操作输入按键。

8.根据权利要求1所述的一种三相安规电表，其特征在于，所述面板还包括电源状态、网络状态、WIFI连接状态指示灯。

9.根据权利要求1所述的一种三相安规电表，其特征在于，所述通信模块为WIFI通信模块。

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