CN213934009U - 一种基于nb-iot的智能单相电表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NB‑IOT的智能单相电表，属于单相电表领域，一种基于NB‑IOT的智能单相电表，包括智能电表，智能电表包括开关电源模块、单相电计量和ARM Cortex‑M0核于一体的SOC模块、输出控制模块、NB‑IOT通讯模块以及LCD显示模块。开关电源模块包括单相电输入、浪涌保护、全波整流、滤波处理、开关电源处理、DC12V转DC3.3V和DC12V检测。SOC模块控制输出模块和NB‑IOT通讯模块，以及LCD显示模块。该电表采用NB‑IOT远程抄表技术，拥有低功耗、广覆盖、通讯成本低、实时性强等特点，有效解决了目前市面上远程抄表所存在的问题。

Description

一种基于NB-IOT的智能单相电表

技术领域

本实用新型涉及单相电表领域，更具体地说，涉及一种基于NB-IOT的智能单相电表。

背景技术

随着万物互联时代的到来，智能电网中越来越多的场合采用远程抄表技术。采用人工抄表方式有诸多不足之处，例如：效率低、误差大等缺点。目前，市面上远程抄表主要分为：电力线载波远程抄表、RS485远程抄表、GPRS远程抄表，但这几种抄表技术存在着以下缺点：电力线载波远程抄表，易受干扰，稳定性和可靠性较低，通讯实时性较差；RS485远程抄表，需要专门布线，安装和维护工作量大，易遭人为破坏，节点数有限，不适合大规模的自动抄表；GPRS远程抄表，需要信号全覆盖，并且SIM卡多为普通消费级卡，不具备防震、防尘、防腐蚀等性能，在实际应用中故障率较高。

请参阅图2，一般的电能管理系统主要分为现场设备层（智能电表）、网络通讯层、系统管理层（云计算中心），以及用户服务层（客户端应用）。现场设备层（智能电表）主要是实现对电量的测量、显示、控制以及通讯。

实用新型内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种基于NB-IOT的智能单相电表，它可以实现采用NB-IOT远程抄表技术，拥有覆盖性广，通讯成本低、实时性强等特点，有效解决了目前市面上远程抄表所存在的问题。

2．技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种基于NB-IOT的智能单相电表，包括智能电表，所述智能电表包括开关电源模块、SOC模块、输出控制模块、NB-IOT通讯模块以及LCD显示模块，可以实现采用NB-IOT远程抄表技术，拥有覆盖性广，通讯成本低、实时性强等特点，有效解决了目前市面上远程抄表所存在的问题。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述开关电源模块包括单相电输入、浪涌保护、全波整流、滤波处理、开关电源处理、DC12V转DC3.3V和DC12V检测，开关电源模块为整个系统提供稳定可靠的直流电源。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述SOC模块包括ARM Cortex-M0核、数据处理、计量、LCD处理、FRAM处理、UART和GPIO控制。ARM Cortex-M0核主要对单相电计量单元进行控制、读、写操作，对输出控制模块进行控制，对NB-IOT通讯模块进行控制、读、写操作，对LCD显示模块进行控制、读、写操作。单相电计量单元有效的测量出单相电的电流电压有效值、有功、无功和视在功率等。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述输出控制模块包括磁保持继电器输入控制以及磁保持输出，该模块通过磁保持电路，以及磁保持继电器，有效地控制各路输出线路的通断电。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述NB-IOT通讯模块包括NB-IOT收发处理模块以及射频前端处理模块，NB-IOT通讯模块主要将本机数据通过NB-IOT发送到网络通讯层。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述LCD显示模块采用段码式LCD，实时显示单相电的相关信息。

3．有益效果

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

（1）本方案可以实现采用NB-IOT远程抄表技术，拥有覆盖性广，通讯成本低、实时性强等特点，有效解决了目前市面上远程抄表所存在的问题。

（2）开关电源模块包括单相电输入、浪涌保护、全波整流、滤波处理、开关电源处理、DC12V转DC3.3V和DC12V检测，开关电源模块为整个系统提供稳定可靠的直流电源。

（3）SOC模块包括ARM Cortex-M0核、数据处理、计量、LCD处理、FRAM处理、UART和GPIO控制。ARM Cortex-M0核主要对单相电计量单元进行控制、读、写操作，对输出控制模块进行控制，对NB-IOT通讯模块进行控制、读、写操作，对LCD显示模块进行控制、读、写操作。单相电计量单元有效的测量出单相电的电流电压有效值、有功、无功和视在功率等。

（4）输出控制模块包括磁保持继电器输入控制以及磁保持输出，该模块通过磁保持电路，以及磁保持继电器，有效的控制各路输出线路的通断电。

（5）NB-IOT通讯模块包括NB-IOT收发处理模块以及射频前端处理模块，NB-IOT通讯模块主要将本机数据通过NB-IOT发送到网络通讯层。

（6）LCD显示模块采用段码式LCD，实时显示单相电的相关信息。

附图说明

图1为本实用新型的主要结构框图；

图2为电能管理系统的结构框图；

图3为本实用新型的开关电源模块原理图；

图4为本实用新型的SOC模块原理图；

图5为本实用新型的输出控制模块原理图；

图6为本实用新型的NB-IOT通讯模块原理图；

图7为本实用新型的LCD显示模块原理图；

图中标号说明：

1智能电表、11开关电源模块、12SOC模块、13输出控制模块、14NB-IOT通讯模块、15LCD显示模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，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做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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以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1：

请参阅图1，一种基于NB-IOT的智能单相电表，包括智能电表1，智能电表1包括开关电源模块11、SOC模块12、输出控制模块13、NB-IOT通讯模块14以及LCD显示模块15。

开关电源模块11包括单相电输入、浪涌保护、全波整流、滤波处理、开关电源处理、DC12V转DC3.3V和DC12V检测。开关电源模块11为整个系统提供稳定可靠的直流电源。

SOC模块12包括ARM Cortex-M0核、数据处理、计量、LCD处理、FRAM处理、UART和GPIO控制。ARM Cortex-M0核主要对单相电计量单元进行控制、读、写操作，对输出控制模块进行控制，对NB-IOT通讯模块进行控制、读、写操作，对LCD显示模块进行控制、读、写操作。单相电计量单元有效的测量出单相电的电流电压有效值、有功、无功和视在功率等。

输出控制模块13包括磁保持继电器输入控制以及磁保持输出，该模块通过磁保持电路，以及磁保持继电器，有效地控制各路输出线路的通断电。

NB-IOT通讯模块14包括NB-IOT收发处理模块以及射频前端处理模块，NB-IOT通讯模块14主要将本机数据通过NB-IOT发送到网络通讯层。

LCD显示模块15采用段码式LCD，实时显示单相电的相关信息。

请参阅图3，其为开关电源模块11的原理图。图中RT1为绕线电阻，该模块单相电输入后，首先通过压敏电阻10D681K、高压电容224/320V，以及10R/2W电阻进行浪涌保护，然后通过1N4007做全波整流、共模扼流圈抗干扰，以及RC滤波，最后通过开关电源芯片TNY286PG输出DC12V，通过SPX1117M3-3.3V芯片输出DC3.3V。该开关电源模块11具有欠压锁定，输出过压锁存关断保护，并且转换效率>80%。具体连接方式为：DC3.3V为SOC模块，NB-IOT模块和LCD显示模块提供电源。DC12V为输出控制模块提供电源。

请参阅图4，其为SOC模块12的原理图。SOC模块的计量单元能够对单相电的有功、无功、视在功率、电压电流有效值、功率因数等进行测量，同时具有防窃电功能，以及软件校表功能。SOC模块的ARM Cortex-M0核，具有低功耗、高性能、高集成度的特性，满足单相智能电表的各种性能要求。具体连接方式为：DC3.3V电源连接至开关电源模块11；SOC模块的GPIO输出口连接至输出控制模块13；SOC模块的UART总线连接至NB-IOT通讯模块14，进行控制、读、写操作；SOC模块内部集成LCD控制器，可对LCD显示模块15进行控制、读、写操作。

请参阅图5，其为输出控制模块13的原理图。该模块用于对输出线路进行通断电的控制，根据客户对电表输出的功率及输出线路的不同，分为多路输出，且分别连接磁保持继电器，磁保持继电器通过控制各路开关进一步控制各路输出线路的通断电，其电路原理图中的三极管的型号为BC807-40。具体连接方式为：DC12V电源连接至开关电源模块11；三极管的控制引脚连接至SOC模块12。

请参阅图6，其为NB-IOT通讯模块14的原理图。该模块基于Quectel BC260Y-CN模块实现。BC260Y-CN是一款高性能、低功耗、多频段的LTE Cat NB2无线通信模块。该模块尺寸小，超低功耗和超宽温度，数据传输速度上行可达159kbps，下行可达127kbps，提供丰富的外部接口和协议栈，支持中国移动等物联网云平台。具体连接方式为：DC3.3V电源连接至开关电源模块11；UART引脚连接至SOC模块。

请参阅图7，其为LCD显示模块15的原理图。该模块采用段码式LCD，实时显示单相电的相关信息。该LCD成本低廉，驱动成本低，操作简单，格式自由等优势。具体连接方式为：液晶板各引脚分别连接至SOC模块的相关引脚。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式；但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于NB-IOT的智能单相电表，包括智能电表(1)，其特征在于：所述智能电表(1)包括开关电源模块(11)、SOC模块(12)、输出控制模块(13)、NB-IOT通讯模块(14)以及LCD显示模块(15)，其中，所述开关电源模块(11)包括单相电输入、浪涌保护、全波整流、滤波处理、开关电源处理、DC12V转DC3.3V和DC12V检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能单相电表，其特征在于：所述SOC模块(12)包括ARM Cortex-M0核、数据处理、计量、LCD显示、FRAM处理、UART和GPIO控制。

3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能单相电表，其特征在于：所述输出控制模块(13)包括磁保持继电器输入控制以及磁保持输出。

4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能单相电表，其特征在于：所述NB-IOT通讯模块(14)包括NB-IOT收发处理模块以及射频前端处理模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能单相电表，其特征在于：所述LCD显示模块(15)采用段码式LCD。

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