CN212906598U - 一种基于电力载波的用电信息采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电力载波的用电信息采集系统，属于用电信息采集技术领域。包括与若干电能表连接的单片机，单片机与若干电能表之间通过3路RS485电路或载波通信模块进行数据传输，单片机还连接有计量模块、时钟模块、主站服务器和外接电源，单片机与主站服务器之间通过3G通信模块或以太网模块进行数据传输，单片机为AT91SAM9260型单片机，抗干扰能力强。本实用新型设置设置有电源切换电路，在掉电或电压过低情况下，仍然为系统提供工作所需的电源，有效保障系统的运行。

Description

一种基于电力载波的用电信息采集系统

技术领域

本实用新型属于用电信息采集技术领域，具体地说，尤其涉及一种基于电力载波的用电信息采集系统。

背景技术

随着社会经济发展与能源需求不断增加，智能电网不断发展和优化，人们对能源计量和有效管理有更高要求，对电力局的运营管理、优质服务有了更新更高的期望。供电企业的传统上门抄表方式己不能满足用户要求和企业需求。由于传统抄表方式需要现场人员到场抄表，因此，在同一时间里，无法完成对所有电力用户消耗电能和电能表数据进行抄读，这样抄读数据的随机性大、出错率高。而且同时不能计算每个变电站下的功率损耗，也无法监控电能表是否处于开短路或部分短路等状况，由此人们迫切需要一种智能化的抄表系统的出现。

现有技术的用电信息采集系统是利用现代的载波通信技术、电子技术、自动控制技术和计算机互联网等技术，通过专门收发设备对表计进行数据读取、存储和处理的系统。其大部分采用是国外的电力载波芯片，几种典型的芯片如利用电力线Modem的LMl893和ST7536，它们可实现电力线上的数字通信。但是这些芯片具有许多的通信盲点，抗干扰能力差。另外，在掉电或电压过低情况下，系统仍然需要工作。

基于此，有必要设计一种基于电力载波的用电信息采集系统。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种抗干扰能力强、性能稳定的基于载波通信模块的电能表系统。

为了实现上述技术目的，本实用新型一种基于电力载波的用电信息采集系统的技术方案为：

一种基于电力载波的用电信息采集系统，包括单片机，所述单片机连接有若干电能表，所述单片机与若干所述电能表之间通过3路RS485电路或载波通信模块进行数据传输，所述单片机还连接有计量模块、时钟模块、主站服务器和外接电源，所述单片机与主站服务器之间通过3G通信模块或以太网模块进行数据传输，所述计量模块用于通过PT和CT分别对三相电压和三相电流进行采样，然后进行计量后输出无功功率脉冲和有功功率脉冲，所述单片机为AT91SAM9260型单片机。

进一步地，所述单片机与外接电源之间设置有电源切换电路，所述电源切换电路还连接有电池。

进一步地，所述单片机还连接有看门狗电路，用于防止程序跑飞以及上电时对整个系统进行复位。

进一步地，所述单片机还连接有遥信输入开盖检测电路，用于当非电力工作人员对该系统进行开盖操作时报警。

进一步地，所述计量模块为71M6515型计量模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型单片机为AT91SAM9260型单片机，抗干扰能力强，能够实时地将电能表的更换、拆除、新增等变更数据实共享给主站服务器，同时使得所有电能表都能与单片机进行通信；能够保证现场电能表信息、单片机中的电能表信息列表、主站服务器中的电能表信息一致，可以极大的提高系统的采集成功率；

2、本实用新型设置有看门狗电路，能够有效防止程序跑飞，而且上电时对整个系统进行复位；

3、本实用新型设置设置有电源切换电路，在掉电或电压过低情况下，仍然为系统提供工作所需的电源，有效保障系统的运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构原理框图；

图2是图1中时钟电路的电路原理图；

图3是图1中看门狗电路的电路原理图；

图4是图1中电源切换电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

如图1-2所示，一种基于电力载波的用电信息采集系统，包括单片机，所述单片机与若干所述电能表之间通过3路RS485电路或载波通信模块进行数据传输，所述单片机还连接有计量模块、时钟模块、主站服务器和外接电源，所述单片机与主站服务器之间通过3G通信模块或以太网模块进行数据传输，所述计量模块用于通过PT和CT分别对三相电压和三相电流进行采样，然后进行计量后输出无功功率脉冲和有功功率脉冲，所述单片机为AT91SAM9260型单片机。

AT91SAM9260是一款高性能、廉价、低功耗的ARM RISC处理器，抗干扰能力强，能够有效保障整个系统的性能稳定。AT91SAM9260具有6路UARTS。UARTl、UART2、UART3被配置为单片机通过RS485抄表数据通信接口。UARTl、UART2、UART3的波特率是通过软件配置的。当采用DLT-2007通信协议，电能表和单片机之间RS485波特率为2400Bps；当采用DLT-1997通信协议，单片机和电能表间RS485波特率为1200Bps。UART4为AT91SAM9260与载波模块通信接口，载波波特率可以被配置为1200Bps、2400Bps和9600Bps。UART5是AT91SAM9260与计量芯片71M6515通信接口，波特率为9600Bps。AT91SAM9260与3G通信模块采用的串口是UARTO，波特率是11 5200Bps。红外通信速率要求不高，波特率为1200Bps。以太网控制器的收发速度可以选择为10／100Mb／s。单片机主要通过上述这些通信接口对数据进行处理，传递数据，并对数据进行相应的分析，做出相应的处理。

如图2所示的时钟电路，时钟电路采用EPSON公司的实时时钟单元RX.8025。RX-8025是1.115V-5.5V宽电平供电，通过V3P3或时钟电池经过二极管给RX一8025供电。正常时，V3P3经过SS14给时钟芯片供电。在掉电或者低电压时，通过锂电池CRl／2AA-3.6V经过LL4148给时钟芯片供电。RX-8025包括32.678KHz石英振荡器，高精度时钟精确控制逻辑和时间、日历(年／月／日／天)和计数功能(BCD码)，还具有双重报警功能、振荡停止探知函数、电压监测功能和低电流(0.48uA)功耗。RX-8025与AT91 SAM9260之间通过12C总线通信，通信速率高达400KHz。12C是PHILPS开发的多向控制总线，AT91SAM9260的引脚TWD通过电阻R32连接数据线SDA，AT9lSAM9260的引脚TWCK通过R43连接时钟线SCL。Rx-8025的引脚

连接AT91SAM9260的引脚BSECOND，BSECOND是秒脉冲，通常为高电平，作为系统时钟计时标准，校时使用。

进一步地，所述单片机与外接电源之间设置有电源切换电路，所述电源切换电路还连接有电池。

5V经过二极管V58、V7l后变为4.7V，电池切换后电压BATT经过二极管V6l也为4.7V。为保证在系统电源掉电后(还可工作30-40ms)迅速切换到电池供电，需要保证切换电路供电正常，故要设计3V给切换电路供电。电池电压V_BATT输入高速稳压器XC6204的IN引脚，输出OUT电压为3.3V，再经过二极管V20为3V；或直接有3.3V通过二极管V19后提供3V。V15P0经过稳压二极管BZX84C7V5降压7.5V，输入R3111H421A的输入脚VDD电压为7.5V。高电压检测芯片R3111H421A可运行在极低电压下，它包括比较器、检测器阈值设置的电阻、输出驱动和滞环电路，其检测阈值为4.4V，实际电压为4.2V。当VDD输入电压等于或小于4.2V时，R3111H421A的输出脚OUT为低电平。此时V64导通，V45的基极为高电平，V45导通，V39也导通，V4P7_CTRL变为高电平。V4P7_CTRL使V33导通，最后V32导通，这样P沟通的CMOS管V38也导通。电池切换电压BATT再经过二极管V61，再由C108、L9、C108构成的π型滤波器滤波后输出4.7V。

进一步地，如图3所示，所述单片机还连接有看门狗电路，用于防止程序跑飞以及上电时对整个系统进行复位。

为了防止程序跑飞，需要设计一个看门狗电路。看门狗电路原理图如图3所示。看门狗电路主要有上电复位和监测看门狗信号WDT作用。由于计数器在上电时输出处于一个不定状态，所以需要上电复位对计数器清零。而系统在应用软件运行之后才输出WDT信号，从电源上电到应用软件启动大概需要lOS左右。如果上电时没有对计数器清零，就可能在这10S内产生定时器溢出信号导致系统复位。上电复位保证系统能够顺利启动，工作过程如下：在V4P7上电时，通过C92与R158微分电路在74LVC1G32的A脚处产生一个微分脉冲(二极管V54是用来消除负脉冲的，使其负脉冲电压不低于-O.5V)。该波形输入74LVC1G32的A脚，然后74LVC1G32的Y脚输出方波信号。该输出方波对计数器74HC4060清零，清零后74HC4060的引脚Q14输出为低电平。

看门狗信号WDT在软件跑飞或系统死机时进行硬件复位。WDT信号为3.3V逻辑电平，通过三极管V28进行电平转换，再通过C87与R168微分电路，取信号的边沿(V28用来消除负脉冲，使其值不小于-O.5V)。后面的同上电复位过程一样的。74HC4060计数不溢出时，其引脚Ql4为低电平，V95截止，输出信号PWEN为高电平。74HC4060溢出时，其引脚Q14输出高电平，V95导通，PWEN输出为低电平。PWEN为LP38692使能信号，控制LP38692芯片3.3V电压输出。

进一步地，所述单片机还连接有遥信输入开盖检测电路，用于当非电力工作人员对该系统进行开盖操作时报警，极大地降低窃电行为，进而有效提高电力运维的工作效率，避免电力企业和电力用户的经济损失。

进一步地，所述计量模块为71M6515型计量模块。

具体工作原理为：单片机通过载波通信模块或3路RS485电路实时抄收电能表数据，将抄回来的数据进行存储、分析，其数据存储在单片机的数据存储器中，然后将抄收的数据通过以太网模块或3G通信模块将数据传送给主站服务器，主站服务器能及时进行数据分析与通信。并且主站服务器可以发送数据给单片机，单片机再将接收的命令传递给电能表，实现用户智能化管理。外接电源或电池给整个系统供电，当电压过低和外部断电时，通过电源切换电路切换到电池给整个系统供电。单片机是整个系统的核心，AT91SAM9260芯片和外围电路以及接口电路构成整个系统。计量模块采用Maxim的Teridian三相功率测量片上系统专门计量芯片71M6515。首先通过PT和CT(包括CT检测功能)分别对三相电压UA、UB、UC和三相电流IA、IB、IC采样后输入计量模块的芯片计量，然后输出无功功率脉冲和有功功率脉冲，该脉冲作用是校表。

整个系统的通信方式包括载波通信模块、以太网通信模块、3G通信模块、RS485通信模块。载波通信模块和电能表之间通信采用DL／T645规约，与单片机之间通过UART4进行数据交换。3G通信模块采用华为公司开发的MU203，该模块应用UMTS 3G通信标准，也可以使用GPRS二代通信，通过UARTO与AT91 SAM9260进行数据交换。以太网模块采用美国国家半导体公司DP83848以太网收发器芯片，以太网模块与AT91SAM9260平台CPU采用RMII通信。单片机与主站服务器通信采用IEC62056规约和Q／GDWl30-2005规约。遥信开盖检测电路作用是当非电力工作人员对该系统进行操作时，该系统就会报警。看门狗电路防止程序跑飞和上电时对整个系统进行复位。

综上，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种基于电力载波的用电信息采集系统，其特征在于：包括单片机，所述单片机连接有若干电能表，所述单片机与若干所述电能表之间通过3路RS485电路或载波通信模块进行数据传输，所述单片机还连接有计量模块、时钟模块、主站服务器和外接电源，所述单片机与主站服务器之间通过3G通信模块或以太网模块进行数据传输，所述计量模块用于通过PT和CT分别对三相电压和三相电流进行采样，然后进行计量后输出无功功率脉冲和有功功率脉冲，所述单片机为AT91SAM9260型单片机。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力载波的用电信息采集系统，其特征在于：所述单片机与外接电源之间设置有电源切换电路，所述电源切换电路还连接有电池。

3.根据权利要求2所述的一种基于电力载波的用电信息采集系统，其特征在于：所述单片机还连接有遥信输入开盖检测电路，用于当非电力工作人员对该系统进行开盖操作时报警。

4.根据权利要求3所述的一种基于电力载波的用电信息采集系统，其特征在于：所述单片机还连接有看门狗电路，用于防止程序跑飞以及上电时对整个系统进行复位。

5.根据权利要求1所述的一种基于电力载波的用电信息采集系统，其特征在于：所述计量模块为71M6515型计量模块。

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