專利名稱：一種電子式多功能電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種具有四種費(fèi)率、六條負(fù)荷曲線和兩套費(fèi)率結(jié)構(gòu)的三相四線電子式多功能電能表。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電的需求越來(lái)越大，不同時(shí)間用電量不均衡的現(xiàn)象也日益嚴(yán)重。為緩解我國(guó)日趨尖銳的電力供需矛盾，調(diào)節(jié)負(fù)荷曲線，改善用電量不均衡的現(xiàn)象，全面實(shí)行峰、平、谷分時(shí)電價(jià)制度，“削峰填谷”，提高全國(guó)的用電效率，合理利用電力資源，國(guó)內(nèi)部分省市的電力部門已開(kāi)始逐步推出了多費(fèi)率電能表，對(duì)用戶的用電量分時(shí)計(jì)費(fèi)。1995年4月，由國(guó)家計(jì)委、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和電力工業(yè)部聯(lián)合在上海召開(kāi)的全國(guó)計(jì)劃用電工作會(huì)議上決定，用3 4年時(shí)間，在全國(guó)各大電網(wǎng)內(nèi)，有計(jì)劃、分步驟全面推行峰谷分時(shí)電價(jià)制度?？偰繕?biāo)是各網(wǎng)轉(zhuǎn)移高峰電力10 15%，全國(guó)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移高峰電力1000 2000 萬(wàn)千瓦，推行的范圍不僅是工業(yè)、商業(yè)用戶，而且對(duì)非工業(yè)、農(nóng)業(yè)用電也要逐步實(shí)行。在有條件的地區(qū)，即已經(jīng)實(shí)行一戶一表的居民用電區(qū)，也將有計(jì)劃的開(kāi)發(fā)低谷用電，實(shí)行峰谷電價(jià)，以提高電能利用率，提高居民的用電質(zhì)量。對(duì)電力用戶采用不同時(shí)段和不同計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。 鼓勵(lì)低谷時(shí)段的電力消費(fèi)。電子式多功能電能表主要針對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)三相用電的工業(yè)用戶。隨著電力行業(yè)改革深入，工業(yè)三相用電對(duì)多功能電能表的需求大量增加。目前國(guó)內(nèi)多功能表種類少、價(jià)格較高、功能不完善，往往僅是針對(duì)某些地區(qū)的特定要求開(kāi)發(fā)，缺乏通用性，某些產(chǎn)品未能完全達(dá)到國(guó)標(biāo)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有多功能電能表種類少、價(jià)格高、功能不完善、缺乏通用性等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種電子式多功能電能表，它是一款智能型高科技電能計(jì)量產(chǎn)品，該表可以同時(shí)計(jì)量正/反向有功電能、正/反向無(wú)功電能、四象限無(wú)功電能，還具有多費(fèi)率控制，負(fù)荷曲線記錄，各相失壓、過(guò)壓、頻率超限記錄，數(shù)據(jù)LCD顯示等多種功能，主站可以通過(guò)RS-485總線或手持RFID抄表器對(duì)該電表進(jìn)行查表、設(shè)表、抄表等操作，能夠很好的滿足現(xiàn)階段工業(yè)用戶對(duì)電能表的需要。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明是采用了如下的設(shè)計(jì)電子式多功能電能表硬件的核心是MCU主控制器，它負(fù)責(zé)按鍵輸入掃描、工作狀態(tài)檢測(cè)、計(jì)量數(shù)據(jù)的讀入、計(jì)算和存儲(chǔ)、電表參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)配置以及與外界的通信控制等，其主要功能單元包括MCU主控制器單元、電量計(jì)量模塊、RFID和RS-485通信模塊、校表模塊、EEPROM存儲(chǔ)陣列，其他輔助模塊主要有時(shí)鐘日歷電路、工作異常報(bào)警電路、按鍵輸入電路、復(fù)位控制電路、電源供應(yīng)模塊、大屏幕液晶顯示模塊和LED顯示模塊。為了方便用戶抄表，本發(fā)明采用RFID和RS-485兩種通信模塊。相比通常的紅外抄表方式，RFID由于其特有的射頻識(shí)別方式能夠?qū)崿F(xiàn)高速率讀取、多個(gè)目標(biāo)同時(shí)識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)，能極大的減輕用戶的工作量，特別是當(dāng)多個(gè)電表集中放在一起時(shí)，更能提供相當(dāng)大的便利。本發(fā)明采用高精度的電量計(jì)量模塊，計(jì)量模塊由高精度專用電能計(jì)量芯片，電流互感器和其他外圍電路元件組成。所述專用電能計(jì)量芯片是三相雙向功率/電能計(jì)量芯片，可以計(jì)量有功/無(wú)功功率、電壓、頻率、相序異常等，可以單獨(dú)計(jì)量每一相的用電信息， 符合IEC521/1036標(biāo)準(zhǔn)，可達(dá)到1級(jí)交流電能表的精度要求，各數(shù)據(jù)寄存器具有對(duì)位精度， 可通過(guò)三線SPI接口與CPU交換數(shù)據(jù)，從而可以較好地適應(yīng)多功能表需要計(jì)量多種電量數(shù)據(jù)的要求。本發(fā)明所述時(shí)鐘電路采用集成式實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，其內(nèi)部集成了 32. 768kHz的石英晶體振蕩器，并可以根據(jù)需要進(jìn)行自由設(shè)置以得到較高的頻率；同時(shí)集成有時(shí)鐘和日歷計(jì)數(shù)器，可選擇M或12小時(shí)顯示模式，時(shí)鐘可通過(guò)軟件方式進(jìn)行間隔30秒的調(diào)整，并提供 0. IHz或IOMHz的定時(shí)脈沖輸出，以便于在電能表的外部對(duì)時(shí)鐘精度進(jìn)行定期檢查。本發(fā)明所述MCU主控單元的處理軟件包括主程序及日常事務(wù)處理兩個(gè)方面。主程序流程主要包括初始化、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、負(fù)荷曲線修補(bǔ)和事務(wù)處理等；日常事務(wù)處理流程集中體現(xiàn)了多功能表的大部分主要功能，包括費(fèi)率處理、計(jì)量數(shù)據(jù)采集及處理、自動(dòng)抄表、電能脈沖輸出、校表模塊和掉電檢測(cè)及處理模塊等。所述處理軟件全部由C/C++編寫，具有編碼效率高，可維護(hù)性好，便于實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)用戶的需求方便地對(duì)功能模塊進(jìn)行裁剪等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明所述MCU主控單元處理軟件的主程序流程圖；圖3是本發(fā)明所述MCU主控單元處理軟件的日常事務(wù)處理程序流程圖。圖中1.MCU主控單元，2.電量計(jì)量模塊，3.時(shí)鐘日歷電路，4.按鍵輸入電路，5.復(fù)位控制電路，6.電源供應(yīng)模塊，7.異常報(bào)警電路，8. RFID通信模塊，9. RS-485通信模塊， 10.校表模塊，11. LCD/LED顯示模塊，12. EEPROM存儲(chǔ)陣列。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明所述電子式多功能電能表包括MCU主控單元(1)，電量計(jì)量模塊O)，時(shí)鐘日歷電路(3)，按鍵輸入電路G)，復(fù)位控制電路(5)，電源供應(yīng)模塊(6)，異常報(bào)警電路(7)，RFID通信模塊(8)，RS-485通信模塊(9)，校表模塊(10)，LCD/LED顯示模塊(11) ,EEPROM存儲(chǔ)陣列(12)。其中MCU主控單元(1)、電量計(jì)量模塊0)、RFID通信模塊 (8)、RS-485通信模塊(9)、校表模塊(10)、EEPROM存儲(chǔ)陣列(12)為主要功能單元，時(shí)鐘日歷電路(3)、異常報(bào)警電路(7)、按鍵輸入電路G)、復(fù)位控制電路(5)、電源供應(yīng)模塊(6)、 IXD/LED顯示模塊(11)為輔助功能單元。MCU主控單元(1)的一個(gè)優(yōu)化選擇為NEC公司8位單片機(jī)中的高檔產(chǎn)品 UPD78P0338。該款單片機(jī)為120腳QFP封裝，單片集成有60KBFIash、一個(gè)異步通信串行口、 40X4段IXD驅(qū)動(dòng)器、高達(dá)IOMHz的總線時(shí)鐘和10路10位精度的ADC，并可通過(guò)簡(jiǎn)單的接
4口進(jìn)行在系統(tǒng)編程，極大地方便在線調(diào)試和軟件升級(jí)。并且支持高級(jí)語(yǔ)言，較好地滿足了多功能表任務(wù)繁多、數(shù)據(jù)量龐大、算法較復(fù)雜的功能要求。電量計(jì)量模塊O)的優(yōu)化選擇為高精度專用電能計(jì)量芯片SA9904。SA9904是 Sames公司生產(chǎn)的一款三相雙向功率/電能計(jì)量芯片，可以計(jì)量有功/無(wú)功功率、電壓、頻率、相序異常等，可以單獨(dú)計(jì)量每一相的用電信息，符合IEC521/1036標(biāo)準(zhǔn)，可達(dá)到1級(jí)交流電能表的精度要求，備數(shù)據(jù)寄存器具有M位精度，可通過(guò)三線SPI接口與CPU交換數(shù)據(jù)，從而可以較好地適應(yīng)多功能表需要計(jì)量多種電量數(shù)據(jù)的要求。時(shí)鐘日歷電路(3)的優(yōu)化選擇為EPSON生產(chǎn)的RTC-4553實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，其內(nèi)部集成了 32. 768kHz的石英晶體振蕩器，簡(jiǎn)化外圍電路，并可以根據(jù)需要進(jìn)行自由設(shè)置以得到較高的頻率；同時(shí)集成有時(shí)鐘和日歷計(jì)數(shù)器，可選擇對(duì)或12小時(shí)顯示模式，時(shí)鐘可通過(guò)軟件方式進(jìn)行間隔30秒的調(diào)整，并提供0. IHz或IOMHz的定時(shí)脈沖輸出，以便于在電能表的外部對(duì)時(shí)鐘精度進(jìn)行定期檢查。為了保證電源供應(yīng)的穩(wěn)定，電源供應(yīng)模塊(6)采用開(kāi)關(guān)電源與備用電池結(jié)合的供電方式。如圖2所示，本發(fā)明所述MCU主控單元處理軟件的主程序流程為a. MCU 初始化；b.進(jìn)行初始化檢測(cè)，如果初始化未完成，則執(zhí)行RAM、EEPR0M、日歷時(shí)鐘和IXD的初始化；c.檢測(cè)RAM數(shù)據(jù)校驗(yàn)和，如果校驗(yàn)不正確，則執(zhí)行RAM數(shù)據(jù)重置；d.檢測(cè)復(fù)位控制端口，如果需要復(fù)位，則執(zhí)行上電恢復(fù)及負(fù)荷曲線修補(bǔ)；e.進(jìn)行日常事務(wù)及并行事務(wù)的處理。如圖3所示，本發(fā)明所述MCU主控單元處理軟件日常事務(wù)處理子程序的流程如下a.費(fèi)率結(jié)構(gòu)及當(dāng)前費(fèi)率判斷；b.計(jì)量數(shù)據(jù)采集及處理；c.自動(dòng)抄表；d.電能脈沖輸出；e.按鍵掃描及IXD顯示處理；f.系統(tǒng)檢測(cè)；g.校表判斷及處理；h.掉電檢測(cè)及處理；i.返回a，循環(huán)執(zhí)行。以上是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明而非限定，基于本發(fā)明思想的其他實(shí)施方式，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電子式多功能電能表，它是這樣實(shí)現(xiàn)的，其特征是，由MCU主控單元、電量計(jì)量模塊、RFID和RS-485通信模塊、校表模塊、EEPROM存儲(chǔ)陣列組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子式多功能電能表，其特征是，還包括時(shí)鐘日歷電路、 異常報(bào)警電路、按鍵輸入電路、復(fù)位控制電路、電源供應(yīng)模塊、LCD/LED顯示模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子式多功能電能表，其特征是，所述MCU主控單元為 UPD78P0338型單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子式多功能電能表，其特征是，所述電量計(jì)量模塊為 SA9904型高精度專用電能計(jì)量芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電子式多功能電能表，其特征是，所述時(shí)鐘日歷電路為 RTC-4553型實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子式多功能電能表，其特征是，所述MCU主控單元的處理軟件由C/C++編寫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電子式多功能電能表，其特征是，所述MCU主控單元的處理軟件的主程序流程為a)MCU初始化；b)進(jìn)行初始化檢測(cè)，如果初始化未完成，則執(zhí)行RAM、EEPR0M、日歷時(shí)鐘和LCD的初始化；c)檢測(cè)RAM數(shù)據(jù)校驗(yàn)和，如果校驗(yàn)不正確，則執(zhí)行RAM數(shù)據(jù)重置；d)檢測(cè)復(fù)位控制端口，如果需要復(fù)位，則執(zhí)行上電恢復(fù)及負(fù)荷曲線修補(bǔ)；e)進(jìn)行日常事務(wù)及并行事務(wù)的處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電子式多功能電能表，其特征是，所述MCU主控單元的處理軟件的日常事務(wù)處理子程序流程為a)費(fèi)率結(jié)構(gòu)及當(dāng)前費(fèi)率判斷；b)計(jì)量數(shù)據(jù)采集及處理；c)自動(dòng)抄表；d)電能脈沖輸出；e)按鍵掃描及IXD顯示處理；f)系統(tǒng)檢測(cè)；g)校表判斷及處理；h)掉電檢測(cè)及處理；i)返回a)，循環(huán)執(zhí)行。
全文摘要
一種電子式多功能電能表，其硬件的核心是MCU主控制器，它負(fù)責(zé)按鍵輸入掃描、工作狀態(tài)檢測(cè)、計(jì)量數(shù)據(jù)的讀入、計(jì)算和存儲(chǔ)、電表參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)配置以及與外界的通信控制等；該電能表的主要功能單元包括MCU主控制器單元、電量計(jì)量模塊、RFID和RS-485通信模塊、校表模塊、EEPROM存儲(chǔ)陣列，其他輔助模塊包括時(shí)鐘日歷電路、工作異常報(bào)警電路、按鍵輸入電路、復(fù)位控制電路、電源供應(yīng)模塊、大屏幕液晶顯示模塊和LED顯示模塊；該電能表可以同時(shí)計(jì)量正/反向有功電能、正/反向無(wú)功電能、四象限無(wú)功電能，還具有多費(fèi)率控制，負(fù)荷曲線記錄，各相失壓、過(guò)壓、頻率超限記錄。
文檔編號(hào)G01R11/57GK102478595SQ201010559530
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者何兵, 徐小科 申請(qǐng)人:上海復(fù)萊信息技術(shù)有限公司