CN220154523U - 一种子母型设计的三相多功能电能表组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种子母型设计的三相多功能电能表组，它解决了电能表组网络覆盖范围小等问题，其包括三相多功能电能母表和三相多功能电能子表，三相多功能电能母表和三相多功能电能子表内部分别设置有基于Cortex‑M0内核的MCU模块，三相多功能电能母表内部设置有4G模块，三相多功能电能母表和三相多功能电能子表通过RS485通讯模块互联且分别配备有与MCU模块连接的组网按钮。本实用新型具有网络覆盖范围大、结构稳定等优点。

Description

一种子母型设计的三相多功能电能表组

技术领域

本实用新型属于机械自动化设备技术领域，具体涉及一种子母型设计的三相多功能电能表组。

背景技术

三相电度表是用于测量三相交流电路中电源输出(或负载消耗)的电能的电度表。它的工作原理与单相电度表完全相同，只是在结构上采用多组驱动部件和固定在转轴上的多个铝盘的方式，以实现对三相电能的测量。电子式电能表经过多年的发展，功能越来越复杂，用户需求也越来越多，大多数功能丰富的电能表体积庞大，价格昂贵。除此之外，实际的使用过程中，常规的三相电表集成度较低，常规的网络连接结构使得三相电表网络覆盖范围较小，例如采用单独的集中器则无法满足电能表多功能测量需求。

为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种移动式三相临时用电表箱[201310108981.7]，其包括箱体、进线开关、出线开关、三相四线费智能电能表及三相四线插座。所述箱体包括后板及边框，所述后板的外侧设有抱箍装置，该抱箍装置包括一固定在所述后板的外侧面的安装支架、通过一对螺栓依次连接在所述安装支架后部的托架及圆箍；所述箱体的内部通过一隔板被隔成上仓和下仓，所述上仓的正面右侧铰接一上仓门，所述下仓的正面右侧铰接一下仓门；所述进线开关和三相四线费智能电能表一左一右地安装在所述箱体的上仓内；所述出线开关和三相四线插座一左一右地安装在所述箱体的下仓内。

上述方案在一定程度上解决了三相电表体积过大的问题，但是该方案依然存在着诸多不足，例如网络覆盖范围较小、无法满足多功能使用需求等问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，具有较大网络覆盖范围的子母型设计的三相多功能电能表组。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：一种子母型设计的三相多功能电能表组，包括三相多功能电能母表和三相多功能电能子表，三相多功能电能母表和三相多功能电能子表内部分别设置有基于Cortex-M0内核的MCU模块，三相多功能电能母表内部设置有4G模块，三相多功能电能母表和三相多功能电能子表通过RS485通讯模块互联且分别配备有与MCU模块连接的组网按钮。三相多功能电能母表既是集中器由可作为电能表，实现功能二合一，Cortex-M0内核的MCU模块配合RS485通讯模块实现多个三相多功能电能子表与三相多功能电能母表组网，扩大了电能表的信号覆盖范围，按下组网按钮，Cortex-M0内核的MCU模块驱动RS485通讯模块即可实现一键组网。

在上述的一种子母型设计的三相多功能电能表组中，三相多功能电能母表内部的4G模块配备有SIM模块，三相多功能电能母表具有延伸至外部且与4G模块连接的天线。SIM模块用于支持4G模块网络连接，朝外的天线解决了安装环境信号不良的限制。

在上述的一种子母型设计的三相多功能电能表组中，4G模块选用U9300C型号的无线通信模块且采用DLT645-2007应用协议。4G模块采用DLT645-2007应用协议，方便用户对接自有或公有系统。

在上述的一种子母型设计的三相多功能电能表组中，三相多功能电能母表和三相多功能电能子表内部分别设置有电源模块以及备用电池，电源模块采用LM2596型号的电源管理芯片,备用电池采用CR2032电池且通过MCU模块外接市电。独立供电提高了电表运行稳定性，保证断电状态下的组网稳定性。

在上述的一种子母型设计的三相多功能电能表组中，MCU模块以及备用电池采用隔离开关且具有外部接线端子。外部接线端子方便外部接线供电，可采用多种方式联合供能。

在上述的一种子母型设计的三相多功能电能表组中，三相多功能电能母表和三相多功能电能子表内部分别配备有LED指示模块以及LCD显示模块，LED指示模块具有电源指示灯、网络连接指示灯、电压/电流采样指示灯。LED指示模块以及LCD显示模块具有较好的指示作用，方便现场查看或者调节电表参数。

在上述的一种子母型设计的三相多功能电能表组中，三相多功能电能母表和三相多功能电能子表内部的MCU模块通过计量单元模块与电压/电流采样模块连接，电压/电流采样模块采用DAM3918型号的模数转换器。DAM3918型号的模数转换器具有较高的电流/电压检测精度。

在上述的一种子母型设计的三相多功能电能表组中，三相多功能电能母表和三相多功能电能子表内部分别设置有与MCU模块连接的90A磁保持继电器。通过90A磁保持继电器控制电流通断，实现过压、过流、过载的保护。

在上述的一种子母型设计的三相多功能电能表组中，三相多功能电能母表和三相多功能电能子表内部分别设置有与MCU模块连接的存储模块且存储模块采用SD卡存储器。存储模块讲采集的数据临时存储，可拔插的SD卡方便数据迁移。

在上述的一种子母型设计的三相多功能电能表组中，MCU模块内置AES128加密算法。采用AES128加密算法对重要参数进行加密传输，保证数据安全性。

与现有的技术相比，本实用新型的优点在于：子母结构的电能表组通过4G模块以及RS485通讯模块可实现一键组网，从而扩大了电能表组的网络覆盖范围，满足多功能电路监测需求；配备独立的电源模块以及备用电池，由LM2596型号的电源管理芯片实现供电灵活切换；子母电表内分别设置有90A磁保持继电器，可实现复杂时控策略。

附图说明

图1是本实用新型的三相多功能电能母表的内部结构图；

图2是本实用新型的三相多功能电能子表的内部结构图；

图3是本实用新型的三相多功能电能母表的外部示意图；

图4是本实用新型的三相多功能电能母表的结构展开图；

图中，三相多功能电能母表1、三相多功能电能子表2、MCU模块3、90A磁保持继电器31、存储模块32、4G模块4、RS485通讯模块5、组网按钮51、SIM模块6、天线61、电源模块7、备用电池71、LED指示模块8、LCD显示模块81、计量单元模块9、电压/电流采样模块91。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1-2所示，一种子母型设计的三相多功能电能表组，包括通过有线或者无线方式互联的三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2，其中三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2通常采用塑料防水结构。三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2内部分别设置有基于Cortex-M0内核的MCU模块3，Cortex-M0内核的MCU模块3以较低的功耗支持多种编译操作，广泛运用于电子测量、智能控制等技术领域。三相多功能电能母表1内部设置有4G模块4实现云端平台的数据交互，其中的三相多功能电能母表1还作为集中器，用于代替单独集中器，极大降低网络使用成本。除了采用4G模块4，还有WI-FI、2G/3G、NB-IoT、有线网等替代方案，但是从安装的便捷性、型号覆盖的广泛性、综合成本来讲、4G具有较大的优势，配合外置的天线61同时解决了安装环境信号不良的限制。

Cortex-M0内核的MCU模块3与RS485通讯模块5组合最大可实现1带32，从而降低使用成本。三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2通过RS485通讯模块5互联且分别配备有与MCU模块3连接的组网按钮51，当三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2安装就位时且确保三相多功能电能子表2在三相多功能电能母表1的网络覆盖范围内，按下组网按钮51后，RS485通讯模块5实现网络快速匹配互联，同时三相多功能电能子表2还可配合RS485通讯模块5进行下级互联，从而进一步扩展网络覆盖范围。所采用的MQTT以及基础TCP协议作为使用较为广泛的协议，对接难度小、使用场景成熟、友好度高。可广泛运用于出租房、工厂、光伏发电、设备定时控制等领域。

从图1可以看到，三相多功能电能母表1内部的4G模块4配备有支持eSIM和MicroSIM的SIM模块6。SIM模块6支持4G模块4，同时4G模块4与天线61连接满足本地通讯要求。只需在三相多功能电能母表1内设置一个SIM模块6即可实现大范围组网。除此之外，SIM模块6采用超级SIM卡兼顾网络通讯以及数据存储，进一步压缩三相多功能电能母表1体积结构。

如图4所示，三相多功能电能母表1内部设置由用于容纳4G模块4的独立腔体，降低4G模块4所受干扰。4G模块4选用U9300C型号的无线通信模块且采用DLT645-2007应用协议。4G模块4、SIM模块6以及天线61集成至独立的模块元件内，根据实际需要模块化装配模块元件，即可实现三相多功能电能母表1与三相多功能电能子表2的功能互换，当运用于大范围集成网络时，切换模块元件从而寻找三相多功能电能母表1的最佳位置。

进一步的，三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2内部分别设置有电源模块7以及备用电池71为MCU模块3供电，电源模块7采用LM2596型号的电源管理芯片控制MCU模块3以及4G模块4的电流供给,备用电池71采用CR2032电池且通过MCU模块3外接市电。三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2的电源模块7通常采用并联结构，配备相应的稳压电流确保系统稳定。

更进一步的，MCU模块3以及备用电池71采用隔离开关且具有外部接线端子无触电隐患，其中MCU模块3与RS485通讯模块5直连无中间器件，波特率不受中间器件影响而降低，最大可支持115100波特率。

如图1-4所示，三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2内部分别配备有LED指示模块8以及LCD显示模块81，LED指示模块8具有电源指示灯、网络连接指示灯、电压/电流采样指示灯。外置的LCD显示模块81搭配操作界面进行参数调整，或者利用4G模块4实现移动终端对电表组的远程操控。

同时，三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2内部的MCU模块3通过计量单元模块9与电压/电流采样模块91连接，电压/电流采样模块91采用DAM3918型号的模数转换器，其支持12位模拟量输入，隔离RS485通讯模块5接口且带有标准Modbus RTU协议。

可见的，三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2内部分别设置有与MCU模块3连接的90A磁保持继电器31实现时控功能，根据需要时段制定不同的时控策略。

很明显，三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2内部分别设置有与MCU模块3连接的存储模块32且存储模块32采用SD卡存储器对数据进行存储。三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2内部的存储模块32可实现分散式存储，确保数据存储安全。

优选地，三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2可实现多种电量组合方式，MCU模块3内置AES128加密算法，用于对充值、阀值修改、模式修改、清零进行加密传输，对于要求不高的环境可关闭MCU模块3内部的加密模块。

综上所述，本实施例的原理在于：三相多功能电能母表1和三相多功能电能子表2内部分别设置有直连的MCU模块3以及RS485通讯模块5，同时MCU模块3采用Cortex-M0内核满足1带32组网需求，长按组网按钮51即可实现一键组网，使得电能表组具有较大的网络覆盖范围。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了三相多功能电能母表1、三相多功能电能子表2、MCU模块3、90A磁保持继电器31、存储模块32、4G模块4、RS485通讯模块5、组网按钮51、SIM模块6、天线61、电源模块7、备用电池71、LED指示模块8、LCD显示模块81、计量单元模块9、电压/电流采样模块91等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (7)

1.一种子母型设计的三相多功能电能表组，包括三相多功能电能母表（1）和三相多功能电能子表（2），其特征在于，所述的三相多功能电能母表（1）和三相多功能电能子表（2）内部分别设置有基于Cortex-M0内核的MCU模块（3），所述的三相多功能电能母表（1）内部设置有4G模块（4），所述的三相多功能电能母表（1）和三相多功能电能子表（2）通过RS485通讯模块（5）互联且分别配备有与MCU模块（3）连接的组网按钮（51）；所述的4G模块（4）选用U9300C型号的无线通信模块且采用DLT645-2007应用协议；所述的三相多功能电能母表（1）和三相多功能电能子表（2）内部分别配备有LED指示模块（8）以及LCD显示模块（81），所述的LED指示模块（8）具有电源指示灯、网络连接指示灯、电压/电流采样指示灯；所述的MCU模块（3）内置AES128加密算法。

2.根据权利要求1所述的一种子母型设计的三相多功能电能表组，其特征在于，所述的三相多功能电能母表（1）内部的4G模块（4）配备有SIM模块（6），所述的三相多功能电能母表（1）具有延伸至外部且与4G模块（4）连接的天线（61）。

3.根据权利要求1所述的一种子母型设计的三相多功能电能表组，其特征在于，所述的三相多功能电能母表（1）和三相多功能电能子表（2）内部分别设置有电源模块（7）以及备用电池（71），所述的电源模块（7）采用LM2596型号的电源管理芯片,所述的备用电池（71）采用CR2032电池且通过MCU模块（3）外接市电。

4.根据权利要求3所述的一种子母型设计的三相多功能电能表组，其特征在于，所述的MCU模块（3）以及备用电池（71）采用隔离开关且具有外部接线端子。

5.根据权利要求1所述的一种子母型设计的三相多功能电能表组，其特征在于，所述的三相多功能电能母表（1）和三相多功能电能子表（2）内部的MCU模块（3）通过计量单元模块（9）与电压/电流采样模块（91）连接，所述的电压/电流采样模块（91）采用DAM3918型号的模数转换器。

6.根据权利要求1所述的一种子母型设计的三相多功能电能表组，其特征在于，所述的三相多功能电能母表（1）和三相多功能电能子表（2）内部分别设置有与MCU模块（3）连接的90A磁保持继电器（31）。

7.根据权利要求1所述的一种子母型设计的三相多功能电能表组，其特征在于，所述的三相多功能电能母表（1）和三相多功能电能子表（2）内部分别设置有与MCU模块（3）连接的存储模块（32）且所述的存储模块（32）采用SD卡存储器。