專利名稱：一種嵌入式智能電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力能源量計(jì)量儀器，尤其涉及一種通過多種方式與外界進(jìn)行信息交換并能嵌入供電電路之中的的嵌入式智能電能表。
背景技術(shù)：
電能表是供電領(lǐng)域?qū)﹄娏δ茉戳坑?jì)量的重要儀器。電能表有機(jī)械式電能表和電子電能表，機(jī)械式電能表功能單一，體積龐大且制作成本高，電能表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了接線口必須設(shè)置在電能表的下端，對安裝位置和方式有嚴(yán)格要求，局限性強(qiáng)，而且一般的安裝位置 比較隱蔽且容易接觸，不能有效防止竊電現(xiàn)象的發(fā)生；現(xiàn)有的電子電能表具有電流電壓采樣模塊和電參數(shù)中央處理模塊，能夠準(zhǔn)確計(jì)量電量。如實(shí)用新型專利00220641. 2公開了一種模塊化電子電能表，將計(jì)量電路模塊化，使得外圍電路元器件減少，并采用絕緣材料包封，解決了電磁兼容、防水、防霉變、防氧化等問題。發(fā)明專利00128114. 3公開了一種全電子智能式電子表，內(nèi)部電路包括電能計(jì)量和電能優(yōu)化控制兩個(gè)模塊，電能計(jì)量模塊對線路電壓和電流進(jìn)行檢測和運(yùn)算，結(jié)果輸入到微處理器進(jìn)行處理；電能優(yōu)化控制模塊通過通訊信號實(shí)現(xiàn)對各用電設(shè)備的優(yōu)化控制。該裝置在作為電能計(jì)量表的同時(shí)，通過設(shè)置線路允許負(fù)荷、允許用電量、各用電設(shè)備的優(yōu)先等級、以及各用電設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間等信息，實(shí)現(xiàn)對某一用戶單元下各用電設(shè)備的優(yōu)化控制。但是，現(xiàn)有電子電能表仍然存在較多不足，如功能單一或功能較少，體積和質(zhì)量仍然較大，火線和零線的接入方式沿襲傳統(tǒng)，需要單獨(dú)留出電能表的安裝位置，不能無縫嵌入供電電路而使供電體系簡潔化，也不能與供電控制系統(tǒng)或者查表用戶進(jìn)行多方位的有效通信等，這些缺點(diǎn)不利于電網(wǎng)智能化的發(fā)展。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種嵌入式智能電能表，該裝置質(zhì)量輕、體積小，接線方式與電力線行進(jìn)方向平行，能夠無縫嵌入供電電路并能以多種方式與外界通信交流各種供電信息。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案—種嵌入式智能電能表,包括表殼、設(shè)置在表殼內(nèi)的電流電壓米樣模塊和電參數(shù)中央處理模塊，其特征在于火線和零線的進(jìn)線口和出線口分別設(shè)在表殼相對的兩側(cè)，表殼內(nèi)還設(shè)有遙控模塊和/或阻波/耦合載波通信模塊，和/或漏電及負(fù)荷控制模塊，和/或公共無線短信模塊。表殼內(nèi)設(shè)有平行的兩個(gè)導(dǎo)電橫梁,該導(dǎo)電橫梁由所述電流電壓米樣模塊和電參數(shù)中央處理模塊具有的兩個(gè)橫梁與所述遙控模塊、阻波/耦合載波通信模塊、漏電及負(fù)荷控制模塊、公共無線短信模塊各自具有的兩個(gè)橫梁串聯(lián)而成，導(dǎo)電橫梁兩端分別與進(jìn)線口和出線口相連。所述遙控模塊與電參數(shù)中央處理模塊通過光接口進(jìn)行通信并經(jīng)遙控信號與外界通信，所述阻波/耦合載波通信模塊與電參數(shù)中央處理模塊通過光接口進(jìn)行通信并經(jīng)電線與外界通信，所述漏電及負(fù)荷控制模塊與電參數(shù)中央處理模塊通過光接口進(jìn)行通信并通過繼電器控制供電電路的斷開與閉合，所述公共無線短信模塊與電參數(shù)中央處理模塊通過光接口進(jìn)行通信并通過無線短信與外界通信。電流電壓米樣模塊和電參數(shù)中央處理模塊由其所述橫梁和71M6251電表芯片共同組成。還可以設(shè)置顯示模塊，顯示模塊接受電參數(shù)中央處理模塊的數(shù)據(jù)并顯示。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，導(dǎo)電橫梁具有較強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，兩端與供電線路相連接，從而可以將電能表嵌入到供電線路之中，不用單獨(dú)準(zhǔn)備和開辟空間以安裝電能表，簡潔化了供電體系，遙控模塊、阻波/耦合載波通信模塊、漏電及負(fù)荷控制模塊和公共無線短信模塊等模塊的可選擇性設(shè)置，既降低了電能表的制作成本，又減小了電能表的體積和質(zhì)量，保證了嵌入的安全牢固性，同時(shí)保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄苄院捅憬菪裕鉀Q了嵌入供電線路給抄表帶來的困難。

圖I為本實(shí)用新型外形及接線示意圖；圖2為現(xiàn)有電能表外形及接線示意圖；圖3為本實(shí)用新型防竊電使用示意圖；圖4本實(shí)用新型各模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型電流電壓采樣模塊、電參數(shù)中央處理模塊電路板圖；圖6為阻波/耦合載波通信模塊電路示意圖；圖7為漏電及負(fù)荷控制模塊原理框圖；圖8為本實(shí)用新型電參數(shù)中央處理模塊電路示意圖；圖9為父表和子表連接示意圖；圖10為公共無線短信模塊示意圖；圖11為超聲波遙控模塊原理框圖；圖12為無線收發(fā)模塊原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本實(shí)用新型做具體說明圖I為本實(shí)用新型外形及接線示意圖，火線和零線從本智能電能表外殼的一側(cè)進(jìn)線口接入(L-IN，N-IN)，從相對的另一側(cè)出線口接出(L-OUT，L-0UT)。圖5為本實(shí)用新型電流電壓采樣模塊、電參數(shù)中央處理模塊電路板圖，在電能表的外殼內(nèi)，電路板固定在平行的兩個(gè)橫梁I和橫梁2之上，橫梁I和橫梁2除了起到對電路板的機(jī)械支撐作用之外，還具有導(dǎo)電性能。橫梁1(即圖8中的Rl)和橫梁2(即圖8中的R6)作為采樣電阻，與電路板上采用的71M6251電表芯片一起組成了電流電壓采樣模塊和電參數(shù)中央處理模塊。遙控模塊、阻波/耦合載波通信模塊、漏電及負(fù)荷控制模塊、公共無線短信模塊(可根據(jù)需要選擇其中幾個(gè)或全部模塊安裝在電能表內(nèi))各自也都具有相互平行的兩個(gè)橫梁，并與前述橫梁I和橫梁2通過螺栓進(jìn)行串聯(lián)，保證可靠的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能，這就組成了整個(gè)電能表的導(dǎo)電橫梁。導(dǎo)電橫梁的兩端分別與進(jìn)線口出線口相連，一端分別接入火線和零線，另一端分別接出火線和零線，這樣即將電能表嵌入供電電路之中(圖3)。因?yàn)樗幬恢酶?，難以接觸又比較暴露，可以有效防止竊電事件的發(fā)生。電參數(shù)中央處理模塊上的發(fā)光二極管D4和紅外線接收器D5(圖8)為電參數(shù)中央處理模塊與遙控模塊、阻波/耦合載波通信模塊、漏電及負(fù)荷控制模塊、公共無線短信模塊進(jìn)行通信的光接口。發(fā)光二極管D4發(fā)出的光能為其他各模塊的紅外接收器所接收，以將數(shù)據(jù)傳給其他各模塊，其他各模塊的發(fā)光二極管發(fā)出的光能為紅外接收器D5所接收，以便輸入各模塊的數(shù)據(jù)給電參數(shù)中央處理模塊。整個(gè)電能表由外殼進(jìn)行良好的絕緣封裝。圖3展示了本嵌入式智能電能表在實(shí)際使用中的情況，即可以無縫嵌入(指嵌入后不會對電力輸送造成任何實(shí)質(zhì)影響)電路，雖然本電能表可以設(shè)置顯示模塊以顯示電量等數(shù)據(jù)，但在嵌入電路之后從顯示模塊觀看電量等電參數(shù)變得難以實(shí)施，而遙控模塊、阻波/耦合載波通信模塊、漏電及負(fù)荷控制模塊、公共無線短信模塊良好解決了電參數(shù)讀取和電能表控制的問題。本電能表外形與接線模式與現(xiàn)有電能表的外形和接線模式(圖2)形成鮮明區(qū)別，克服了現(xiàn)有電能表需選擇合適安裝位置的局限以及現(xiàn)有電能表防竊電功能的不足。圖4為本實(shí)用新型各模塊結(jié)構(gòu)示意圖，電流電壓采樣模塊將采集的電流、電壓數(shù)據(jù)傳給電參數(shù)中央處理單元模塊，中央處理單元進(jìn)行乘法運(yùn)算，做電量積分，得到各種電參數(shù)數(shù)據(jù)，如電量，有功，無功等，并將電流傳輸給顯示單元進(jìn)行顯示，或者與遙控模塊、阻波/耦合載波通信模塊、漏電及負(fù)荷控制模塊，、公共無線短信模塊進(jìn)行通信，根據(jù)這些模塊的要求進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)或者進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。以上對本智能電能表的整體結(jié)構(gòu)以及各組成部分的布局做出了說明，下面給出各模塊實(shí)現(xiàn)各自功能的電路示意圖，以便讓本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行更直接簡便的實(shí)施。需要指出的是，單獨(dú)的各模塊的功能均為已知的現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的特氣在于利用各現(xiàn)有技術(shù)的模塊組合制作成具有新的功能的智能電能表。圖8為本實(shí)用新型電參數(shù)中央處理單元電路示意圖，交流輸入通過Rl (即圖5中橫梁I)、電流采樣電阻R6(即圖5中橫梁2)連接到用戶負(fù)荷，電壓采樣經(jīng)過R4、R5、R12的分壓得到。由輸入端直接引入的交流電源經(jīng)過C3、R7、DU D2的降壓、整流和C4的濾波為電參數(shù)中央處理模塊提供電源。電流、電壓米樣直接輸入到芯片71M6251的輸入端。由于該芯片的模擬輸入電壓范圍為-250mv +250mv (峰峰)，因此改變電流采樣電阻R6的阻值可直接改變其量程，電表的精度由R6、及R5、R4、R12的精度及芯片的計(jì)算誤差決定。該芯片具有液晶LCD驅(qū)動，可以直接將電參數(shù)經(jīng)該芯片自帶的顯示模塊輸出。該芯片還具有光接口電路，即發(fā)光二極管D4和紅外線接收器D5，能夠與其他各模塊進(jìn)行通信。芯片內(nèi)部集成有8K的程序存貯器和2K的XRAM，為了存貯用戶配置或運(yùn)行數(shù)據(jù)等其它非揮發(fā)性數(shù)據(jù)此電表還增加了串行EEPROM芯片。71M6251為TERIDIAN Semiconductor Corp.的電能表專用芯片產(chǎn)品。圖6為阻波/耦合載波通信模塊電路示意圖，該模塊中，由電參數(shù)中央處理模塊來的數(shù)據(jù)，如電路，功率等，經(jīng)光接口電路與圖6中光整形/檢測、光收發(fā)、光接續(xù)單元進(jìn)行通信，然后由MCU(微處理單元)控制經(jīng)電力線載波芯片與Tl耦合發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)。圖9為父表和子表連接示意圖，在供電領(lǐng)域，如果一塊電能表下方又接出若干電能表，則形成父表和子表的關(guān)系，按照圖9所示電路，子表可以經(jīng)父表與控制中心進(jìn)行通信，本實(shí)用新型如果做父表使用，應(yīng)該具有兩個(gè)阻波/耦合載波通信模塊。圖中主模塊即為電流電壓采樣模塊和電參數(shù)中央處理模塊，載波模塊即為阻波/耦合載波通信模塊，光耦合指的是通過光接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。圖10為公共無線短信模塊示意圖，該模塊使用了西門子公司的(Cinterion公司)MC37i無線模塊配合SM卡座及光耦合電路組成，由于MC37i的猝發(fā)電流最大可達(dá)到4安培，因此該短信模塊使用了效率較高的直流-直流變換電路LM2567，且其輸入電壓盡可能達(dá)到了最大，以減少電源的消耗。本模塊可由MC37i的休眠而進(jìn)入休眠狀態(tài)，MC37i可以由RTSO硬件喚醒，也可以由TXDO接收到的數(shù)據(jù)(電參數(shù)中央處理模塊發(fā)送的數(shù)據(jù))喚醒。通過GPRS短信功能，本智能電能表可以主動或被動的向控制者發(fā)送71M6521內(nèi)部計(jì)算引擎(computation engine)的用戶用電數(shù)據(jù)(如電流、電壓、相位、電量)，并完成控制功能，因此與預(yù)付費(fèi)表不同，該表還可以以預(yù)付費(fèi)戶的形式在控制中心遠(yuǎn)距離監(jiān)視、控制預(yù)付費(fèi)戶的電能使用，有利于安全用電。圖10為漏電及負(fù)荷控制模塊原理框圖，經(jīng)漏電監(jiān)測線圈監(jiān)測到漏電或者用電超負(fù)荷之后，由本模塊的MCU發(fā)出指令，控制動作繼電器切斷電源，并通過光接口與電參數(shù)中 央處理模塊通信，報(bào)告漏電情況實(shí)現(xiàn)漏電斷電等功能。圖11和圖12為遙控模塊的兩種原理框圖，前者通過超聲波實(shí)現(xiàn)遙控，后者通過無線實(shí)現(xiàn)遙控，能夠?qū)崿F(xiàn)各種電參數(shù)的下載，可以省去人工抄表等本地工作。另外，也可以省去遙控模塊而通過外界使用紅外線遙控器，直接與電參數(shù)中央處理模塊的光接口進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的下載等功能。
權(quán)利要求1.ー種嵌入式智能電能表，包括表殼、設(shè)置在表殼內(nèi)的電流電壓米樣模塊和電參數(shù)中央處理模塊，其特征在于火線和零線的進(jìn)線口和出線ロ分別設(shè)在表殼相對的兩側(cè)，表殼內(nèi)還設(shè)有遙控模塊和/或阻波/耦合載波通信模塊，和/或漏電及負(fù)荷控制模塊，和/或公共無線短信模塊。
2.如權(quán)利要求I所述的嵌入式智能電能表，其特征在于表殼內(nèi)設(shè)有平行的兩個(gè)導(dǎo)電橫梁，該導(dǎo)電橫梁由所述電流電壓采樣模塊和電參數(shù)中央處理模塊具有的兩個(gè)橫梁與所述遙控模塊、阻波/耦合載波通信模塊、漏電及負(fù)荷控制模塊、公共無線短信模塊各自具有的兩個(gè)橫梁串聯(lián)而成，導(dǎo)電橫梁兩端分別與進(jìn)線口和出線ロ相連。
3.如權(quán)利要求2所述的嵌入式智能電能表，其特征在于所述遙控模塊與電參數(shù)中央處理模塊通過光接ロ進(jìn)行通信并經(jīng)遙控信號與外界通信，所述阻波/耦合載波通信模塊與電參數(shù)中央處理模塊通過光接ロ進(jìn)行通信并經(jīng)電線與外界通信，所述漏電及負(fù)荷控制模塊與電參數(shù)中央處理模塊通過光接ロ進(jìn)行通信并通過繼電器控制供電電路的斷開與閉合，所述公共無線短信模塊與電參數(shù)中央處理模塊通過光接ロ進(jìn)行通信并通過無線短信與外界通信。
4.如權(quán)利要求2或者3所述的嵌入式智能電能表，其特征在于電流電壓采樣模塊和電參數(shù)中央處理模塊由其所述橫梁和71M6251電表芯片共同組成。
5.如權(quán)利要求4所述的嵌入式智能電能表，其特征在于還設(shè)置有顯示模塊，顯示模塊接受電參數(shù)中央處理模塊的數(shù)據(jù)并顯示。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種嵌入式智能電能表，包括表殼、設(shè)置在表殼內(nèi)的電流電壓采樣模塊和電參數(shù)中央處理模塊，火線和零線的進(jìn)線口和出線口分別設(shè)在表殼相對的兩側(cè)，表殼內(nèi)還設(shè)有遙控模塊和/或阻波/耦合載波通信模塊，和/或漏電及負(fù)荷控制模塊，和/或公共無線短信模塊。該裝置質(zhì)量輕、體積小，接線方式與電力線行進(jìn)方向平行，能夠無縫嵌入供電電路并能以多種方式與外界通信交流各種供電信息。
文檔編號G01R22/00GK202421325SQ20112057379
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者楊東明 申請人:楊東明