本發(fā)明是申請?zhí)枮?016101783296、申請日為2016年3月25日、發(fā)明名稱為“外框破損自動檢測的電能表”的專利的分案申請。

本發(fā)明涉及電能表領(lǐng)域，尤其涉及一種外框破損自動檢測的電能表。

背景技術(shù)：

對于民用電能表來說，通常被安裝在居民樓的每層樓梯間的位置，用于對一戶或多戶的實時用電量進行測量，并在用戶預存電量不足的情況下及時進行報警，提醒相應居民進行充電，以避免停電的情況發(fā)生。

電能表在使用過程中，由于外界壓力或者長時間使用，其外框存在破損的可能，一旦外框破損，則電能表內(nèi)部元器件容易暴露出來，對電能表本身的正常運行造成危害，例如導致內(nèi)部元器件毀壞，測量精度下降，同時，也容易居民觸電，增加了電能表使用的不安全性。

因此，需要在電能表的使用過程中，定期對電能表進行設(shè)備檢查，尤其是外框的檢查，在發(fā)現(xiàn)存在外框破損的情況下，及時更換外框，甚至更換電能表，從而避免電能表被破壞以及避免居民觸電。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中，對民用電能表的設(shè)備檢查一般是由電力設(shè)備管理中心定期安排人手進行巡視，過于依賴人工經(jīng)驗，而且設(shè)備檢查不是實時性的，容易出現(xiàn)巡視間隔時間過長而沒有及時發(fā)現(xiàn)電能表外框破損的情況，另外，如果為電能表的外框檢查專門定制獨立的電子設(shè)備，為每個電能表安置一個，則占據(jù)過多的設(shè)備公共空間。同時，現(xiàn)有的電能表的檢測精度不高，需要優(yōu)化檢測機制，提高其對交流線路各個參數(shù)的檢測效率。

因此，需要一種外框破損自動檢測的電能表，能夠?qū)﹄娔鼙淼碾娔軈?shù)的測量機制進行優(yōu)化，提高其檢測精度，同時能夠?qū)﹄娔鼙淼耐饪蚱茡p情況進行實時檢測，在發(fā)現(xiàn)外框破損時及時進行報警，以避免用電事故發(fā)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種外框破損自動檢測的電能表，節(jié)省設(shè)備公共空間，對現(xiàn)有技術(shù)中每個居民使用的樓梯間處的電能表進行性能優(yōu)化，提高其對電量的檢測準確性，還引入了有針對性的、高精度的圖像檢測技術(shù)以確定電能表外框圖像和預設(shè)灰度基準外框之間的匹配程度，并基于匹配程度確定是否輸出外框正常信號、外框出現(xiàn)破損信號或外框破損嚴重信號，從而為電力管理部門的換表決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種外框破損自動檢測的電能表，包括三相電能計量設(shè)備、外框檢測設(shè)備和主控制器，三相電能計量設(shè)備用于確定三相電力線路中各相以及合相的有功功率、無功功率和視在功率，外框檢測設(shè)備用于檢測所述電能表的外框特征，主控制器分別與三相電能計量設(shè)備和外框檢測設(shè)備連接，用于控制三相電能計量設(shè)備以及基于所述電能表的外框特征確定所述電能表的外框破損程度。

更具體地，在所述外框破損自動檢測的電能表中，包括：電流傳感器，與三相電力線路連接，用于對三相電力線路中的電流信號進行大小轉(zhuǎn)換，輸出相對于三相電力線路中的電流信號較小的微電流信號；電壓傳感器，與三相電力線路連接，用于對三相電力線路中的電壓信號進行大小轉(zhuǎn)換，輸出相對于三相電力線路中的電壓信號較小的微電壓信號；抗混疊濾波電路，分別與電流傳感器和電壓傳感器連接，用于對接收到的微電流信號和微電壓信號進行抗混疊濾波處理，以輸出處理后的微電流信號和微電壓信號；三相電能計量設(shè)備，與抗混疊濾波電路連接，基于處理后的微電流信號和微電壓信號確定三相電力線路中各相以及合相的有功功率、無功功率和視在功率；整流設(shè)備，與三相電力線路連接，用于將三相電力線路的交流電整流為直流電；穩(wěn)壓設(shè)備，與整流設(shè)備連接，用于對直流電進行穩(wěn)壓處理；變壓設(shè)備，與穩(wěn)壓設(shè)備連接，用于對穩(wěn)壓后的直流電進行變壓處理以獲得各個電子設(shè)備所需要的工作電壓，各個電子設(shè)備所需要的工作電壓包括36v、12v、5v和3.3v；日歷時鐘設(shè)備，包括日歷時鐘芯片和鋰電池，日歷時鐘芯片用于提供實時時鐘數(shù)據(jù)，還通過同步串行接口i2c與凌陽spce061a芯片連接，鋰電池與日歷時鐘芯片連接，用于在斷電情況下為日歷時鐘芯片提供備用電力支持；液晶顯示設(shè)備，包括筆段式液晶顯示驅(qū)動器和液晶顯示屏，筆段式液晶顯示驅(qū)動器通過同步串行接口i2c與凌陽spce061a芯片連接，用于控制液晶顯示屏上的顯示內(nèi)容；flash存儲設(shè)備，通過串行外設(shè)接口spi與凌陽spce061a芯片進行雙向數(shù)據(jù)交換，flash存儲設(shè)備還用于存儲預設(shè)灰度基準外框；集成通信設(shè)備，與凌陽spce061a芯片連接，包括紅外發(fā)射器、紅外接收器、光耦器件、rs485驅(qū)動器和rs485通信接口，紅外發(fā)射器采用38khz的調(diào)制光，紅外接收器采用集電極開路方式輸出從接收到的紅外光中解調(diào)出來的數(shù)字信號，rs485驅(qū)動器與rs485通信接口連接，光耦器件用于將紅外發(fā)射器和紅外接收器隔離于rs485驅(qū)動器和rs485通信接口；高清攝像頭，設(shè)置在電能表的上方，面向電能表的外框進行拍攝，以獲得高清外框圖像；復雜度檢測設(shè)備，與高清攝像頭連接，用于接收高清外框圖像圖像，并基于高清外框圖像圖像計算并輸出圖像復雜度；灰度轉(zhuǎn)化設(shè)備，與高清攝像頭連接，用于接收高清外框圖像圖像，針對高清外框圖像圖像中的每一個像素點，提取其r、g、b三顏色通道分量，對r、g、b三顏色通道分量賦予不同的權(quán)重值以進行加權(quán)平均，以獲得對應的灰度值，所有像素點的灰度值組成灰度化圖像，其中r、g、b三顏色通道分量的權(quán)重值分別為0.3、0.59和0.11；圖像濾波設(shè)備，分別與復雜度檢測設(shè)備和灰度轉(zhuǎn)化設(shè)備連接，用于基于圖像復雜度確定選擇的濾波策略，當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍下限以下時，選擇高斯濾波策略對灰度化圖像進行濾波，當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍上限以上時，選擇均值濾波策略對灰度化圖像進行濾波，當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍以內(nèi)時，選擇中值濾波策略對灰度化圖像進行濾波；全局二值化設(shè)備，分別與復雜度檢測設(shè)備和圖像濾波設(shè)備連接，用于基于圖像復雜度確定全局二值化閾值的確定策略，在確定全局二值化閾值之后，使用全局二值化閾值將灰度化圖像進行二值化處理，使得處理后的二值化圖像的像素值只有0或255這二種選擇，其中基于圖像復雜度確定全局二值化閾值的確定策略具體包括：當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍下限以下時，采用雙峰法確定全局二值化閾值，當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍上限以上時，采用最大類間方差法確定全局二值化閾值，當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍以內(nèi)時，采用平均值法確定全局二值化閾值；圖像校正設(shè)備，與全局二值化設(shè)備連接以接收二值化圖像，用于對二值化圖像依次進行旋轉(zhuǎn)校正處理、冗余裁剪處理和圖像歸一化處理，以獲得校正圖像；輪廓檢測設(shè)備，分別與圖像校正設(shè)備和灰度轉(zhuǎn)化設(shè)備連接，用于基于預設(shè)電能表外框輪廓檢測校正圖像中電能表外框的位置，并基于校正圖像中電能表外框的位置從灰度化圖像處分割出對應的電能表外框圖像；凌陽spce061a芯片，與輪廓檢測設(shè)備和flash存儲設(shè)備連接，用于確定電能表外框圖像和預設(shè)灰度基準外框之間的匹配程度，并基于匹配程度確定是否輸出外框正常信號、外框出現(xiàn)破損信號或外框破損嚴重信號；無線通信接口，與凌陽spce061a芯片連接，用于將外框正常信號、外框出現(xiàn)破損信號或外框破損嚴重信號發(fā)送給遠端的電力設(shè)備管理中心，以便有電力設(shè)備管理中心確定是否需要更換電能表；其中，凌陽spce061a芯片還分別與變壓設(shè)備、日歷時鐘設(shè)備、液晶顯示設(shè)備、flash存儲設(shè)備、集成通信設(shè)備和三相電能計量設(shè)備連接，用于實現(xiàn)對變壓設(shè)備、日歷時鐘設(shè)備、液晶顯示設(shè)備、flash存儲設(shè)備、集成通信設(shè)備和三相電能計量設(shè)備的控制操作，還用于從三相電能計量設(shè)備處接收三相電力線路中各相以及合相的有功功率、無功功率和視在功率；其中，flash存儲設(shè)備采用容量為1m字節(jié)的at45db081芯片。

更具體地，在所述外框破損自動檢測的電能表中：無線通信接口為gprs通信接口、3g通信接口和4g通信接口中的一種。

更具體地，在所述外框破損自動檢測的電能表中：紅外發(fā)射器采用的通信速率為1200bps。

更具體地，在所述外框破損自動檢測的電能表中：凌陽spce061a芯片采用內(nèi)置的flash存儲設(shè)備替換flash存儲設(shè)備。

更具體地，在所述外框破損自動檢測的電能表中：液晶顯示設(shè)備還用于顯示外框正常信號、外框出現(xiàn)破損信號或外框破損嚴重信號。

附圖說明

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方案進行描述，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的外框破損自動檢測的電能表的結(jié)構(gòu)方框圖。

附圖標記：1三相電能計量設(shè)備；2外框檢測設(shè)備；3主控制器

具體實施方式

下面將參照附圖對本發(fā)明的外框破損自動檢測的電能表的實施方案進行詳細說明。

電能表是用來測量電能的儀表，又稱電度表，電能表，千瓦小時表，指測量各種電學量的儀表。

電能表按用途來劃分，可分為：有功電能表、無功電能表、最大需量表、標準電能表、復費率分時電能表、預付費電能表(分投幣式、磁卡式、電卡式)、損耗電能表、多功能電能表和智能電能表。

電能表按工作原理來劃分，可分為：感應式(機械式)、靜止式(電子式)、機電一體式(混合式)。

電能表按接入相線來劃分，可分為單相、三相三線、三相四線電能表。

當前，缺乏專門的電能表外框破損實時檢測設(shè)備，以及現(xiàn)有的電能表的結(jié)構(gòu)冗余過多，檢測效率低下，同時需要將電能表外框破損實時檢測設(shè)備集成到電能表結(jié)構(gòu)內(nèi)，以節(jié)省原本擁擠的公共設(shè)備空間。

為了克服上述不足，本發(fā)明搭建了一種外框破損自動檢測的電能表，對電能表的結(jié)構(gòu)進行改進，而且能夠?qū)﹄娔鼙淼耐饪蚱茡p情況進行實時檢測，從而在避免浪費公共設(shè)備空間的情況下，提高電能表的智能化水平。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的外框破損自動檢測的電能表的結(jié)構(gòu)方框圖，包括三相電能計量設(shè)備、外框檢測設(shè)備和主控制器，三相電能計量設(shè)備用于確定三相電力線路中各相以及合相的有功功率、無功功率和視在功率，外框檢測設(shè)備用于檢測所述電能表的外框特征，主控制器分別與三相電能計量設(shè)備和外框檢測設(shè)備連接，用于控制三相電能計量設(shè)備以及基于所述電能表的外框特征確定所述電能表的外框破損程度。

接著，繼續(xù)對本發(fā)明的外框破損自動檢測的電能表的具體結(jié)構(gòu)進行進一步的說明。

所述電能表包括：電流傳感器，與三相電力線路連接，用于對三相電力線路中的電流信號進行大小轉(zhuǎn)換，輸出相對于三相電力線路中的電流信號較小的微電流信號；電壓傳感器，與三相電力線路連接，用于對三相電力線路中的電壓信號進行大小轉(zhuǎn)換，輸出相對于三相電力線路中的電壓信號較小的微電壓信號；抗混疊濾波電路，分別與電流傳感器和電壓傳感器連接，用于對接收到的微電流信號和微電壓信號進行抗混疊濾波處理，以輸出處理后的微電流信號和微電壓信號。

所述電能表包括：三相電能計量設(shè)備，與抗混疊濾波電路連接，基于處理后的微電流信號和微電壓信號確定三相電力線路中各相以及合相的有功功率、無功功率和視在功率；整流設(shè)備，與三相電力線路連接，用于將三相電力線路的交流電整流為直流電；穩(wěn)壓設(shè)備，與整流設(shè)備連接，用于對直流電進行穩(wěn)壓處理；變壓設(shè)備，與穩(wěn)壓設(shè)備連接，用于對穩(wěn)壓后的直流電進行變壓處理以獲得各個電子設(shè)備所需要的工作電壓，各個電子設(shè)備所需要的工作電壓包括36v、12v、5v和3.3v。

所述電能表包括：日歷時鐘設(shè)備，包括日歷時鐘芯片和鋰電池，日歷時鐘芯片用于提供實時時鐘數(shù)據(jù)，還通過同步串行接口i2c與凌陽spce061a芯片連接，鋰電池與日歷時鐘芯片連接，用于在斷電情況下為日歷時鐘芯片提供備用電力支持；液晶顯示設(shè)備，包括筆段式液晶顯示驅(qū)動器和液晶顯示屏，筆段式液晶顯示驅(qū)動器通過同步串行接口i2c與凌陽spce061a芯片連接，用于控制液晶顯示屏上的顯示內(nèi)容；flash存儲設(shè)備，通過串行外設(shè)接口spi與凌陽spce061a芯片進行雙向數(shù)據(jù)交換，flash存儲設(shè)備還用于存儲預設(shè)灰度基準外框。

所述電能表包括：集成通信設(shè)備，與凌陽spce061a芯片連接，包括紅外發(fā)射器、紅外接收器、光耦器件、rs485驅(qū)動器和rs485通信接口，紅外發(fā)射器采用38khz的調(diào)制光，紅外接收器采用集電極開路方式輸出從接收到的紅外光中解調(diào)出來的數(shù)字信號，rs485驅(qū)動器與rs485通信接口連接，光耦器件用于將紅外發(fā)射器和紅外接收器隔離于rs485驅(qū)動器和rs485通信接口。

所述電能表包括：高清攝像頭，設(shè)置在電能表的上方，面向電能表的外框進行拍攝，以獲得高清外框圖像；復雜度檢測設(shè)備，與高清攝像頭連接，用于接收高清外框圖像圖像，并基于高清外框圖像圖像計算并輸出圖像復雜度；灰度轉(zhuǎn)化設(shè)備，與高清攝像頭連接，用于接收高清外框圖像圖像，針對高清外框圖像圖像中的每一個像素點，提取其r、g、b三顏色通道分量，對r、g、b三顏色通道分量賦予不同的權(quán)重值以進行加權(quán)平均，以獲得對應的灰度值，所有像素點的灰度值組成灰度化圖像，其中r、g、b三顏色通道分量的權(quán)重值分別為0.3、0.59和0.11。

所述電能表包括：圖像濾波設(shè)備，分別與復雜度檢測設(shè)備和灰度轉(zhuǎn)化設(shè)備連接，用于基于圖像復雜度確定選擇的濾波策略，當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍下限以下時，選擇高斯濾波策略對灰度化圖像進行濾波，當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍上限以上時，選擇均值濾波策略對灰度化圖像進行濾波，當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍以內(nèi)時，選擇中值濾波策略對灰度化圖像進行濾波。

所述電能表包括：全局二值化設(shè)備，分別與復雜度檢測設(shè)備和圖像濾波設(shè)備連接，用于基于圖像復雜度確定全局二值化閾值的確定策略，在確定全局二值化閾值之后，使用全局二值化閾值將灰度化圖像進行二值化處理，使得處理后的二值化圖像的像素值只有0或255這二種選擇，其中基于圖像復雜度確定全局二值化閾值的確定策略具體包括：當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍下限以下時，采用雙峰法確定全局二值化閾值，當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍上限以上時，采用最大類間方差法確定全局二值化閾值，當圖像復雜度在預設(shè)復雜度范圍以內(nèi)時，采用平均值法確定全局二值化閾值。

所述電能表包括：圖像校正設(shè)備，與全局二值化設(shè)備連接以接收二值化圖像，用于對二值化圖像依次進行旋轉(zhuǎn)校正處理、冗余裁剪處理和圖像歸一化處理，以獲得校正圖像；輪廓檢測設(shè)備，分別與圖像校正設(shè)備和灰度轉(zhuǎn)化設(shè)備連接，用于基于預設(shè)電能表外框輪廓檢測校正圖像中電能表外框的位置，并基于校正圖像中電能表外框的位置從灰度化圖像處分割出對應的電能表外框圖像。

所述電能表包括：凌陽spce061a芯片，與輪廓檢測設(shè)備和flash存儲設(shè)備連接，用于確定電能表外框圖像和預設(shè)灰度基準外框之間的匹配程度，并基于匹配程度確定是否輸出外框正常信號、外框出現(xiàn)破損信號或外框破損嚴重信號；無線通信接口，與凌陽spce061a芯片連接，用于將外框正常信號、外框出現(xiàn)破損信號或外框破損嚴重信號發(fā)送給遠端的電力設(shè)備管理中心，以便有電力設(shè)備管理中心確定是否需要更換電能表。

其中，凌陽spce061a芯片還分別與變壓設(shè)備、日歷時鐘設(shè)備、液晶顯示設(shè)備、flash存儲設(shè)備、集成通信設(shè)備和三相電能計量設(shè)備連接，用于實現(xiàn)對變壓設(shè)備、日歷時鐘設(shè)備、液晶顯示設(shè)備、flash存儲設(shè)備、集成通信設(shè)備和三相電能計量設(shè)備的控制操作，還用于從三相電能計量設(shè)備處接收三相電力線路中各相以及合相的有功功率、無功功率和視在功率。

其中，flash存儲設(shè)備采用容量為1m字節(jié)的at45db081芯片。

可選地，在所述電能表中：無線通信接口為gprs通信接口、3g通信接口和4g通信接口中的一種；紅外發(fā)射器采用的通信速率為1200bps；凌陽spce061a芯片采用內(nèi)置的flash存儲設(shè)備替換flash存儲設(shè)備；以及液晶顯示設(shè)備還可以用于顯示外框正常信號、外框出現(xiàn)破損信號或外框破損嚴重信號。

另外，從電能表的技術(shù)分析來看，當前電力行業(yè)電能計量儀表的主要方案一般都是基于半導體技術(shù)而實現(xiàn)精確計量目的。電能表一般均采用了高精度的a/d轉(zhuǎn)換器，將電網(wǎng)的電壓、電流信號進行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后利用高速微處理器對數(shù)字信號進行分析、處理和數(shù)據(jù)再加工、分揀，從而產(chǎn)生各種計量數(shù)據(jù)；最后利用各種通訊接口、人機界面實現(xiàn)與各種設(shè)備進行對接。

電能表是采樣技術(shù)、微處理技術(shù)、設(shè)計技術(shù)和經(jīng)驗相結(jié)合的產(chǎn)物，是跨學科的高技術(shù)產(chǎn)品。電能表制造商根據(jù)自身設(shè)計的理解和應用技巧，實現(xiàn)電能表的各項功能。電能表產(chǎn)品上，目前已經(jīng)具備了多功能、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化的需求，能夠滿足當前各種計量的要求，如有功計量、無功計量、需量計算，電網(wǎng)質(zhì)量檢測、電網(wǎng)事件記錄等復雜功能，并能夠作為通訊從站與中央控制主站進行數(shù)據(jù)交互。

采用本發(fā)明的外框破損自動檢測的電能表，針對現(xiàn)有技術(shù)無法在提高電能表性能的同時實現(xiàn)對電能表外框?qū)崟r檢測的技術(shù)問題，將檢測平臺搭載在電能表上以避免浪費公共設(shè)備空間，通過改善電能表結(jié)構(gòu)以準確確定三相電力線路中各相以及合相的有功功率、無功功率和視在功率，通過外框檢測設(shè)備用于檢測電能表的外框特征，并基于所述電能表的外框特征確定所述電能表的外框破損程度。

可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。