本實(shí)用新型涉及一種電子儀器儀表，尤其是涉及一種用于電網(wǎng)運(yùn)行管理且具有電能采集和無(wú)線通信功能的三相費(fèi)控智能電能表。

背景技術(shù)：

在電力系統(tǒng)中，特別是中低壓配電系統(tǒng)中，大量非線性、沖擊性負(fù)荷的使用，給電力系統(tǒng)的電能計(jì)量帶來(lái)了挑戰(zhàn)。而且隨著工業(yè)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)管理對(duì)工業(yè)電能的準(zhǔn)確計(jì)量提出了更高的要求，節(jié)能降耗是現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)步的主要標(biāo)志之一，提高電能有效利用率，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)和治理已成為迫切需要解決的問(wèn)題。

要實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的綜合治理，就必須實(shí)現(xiàn)有功功率的在線分析與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以了解電能的有效利用水平，作為電力管理系統(tǒng)組成部分的電力監(jiān)控儀表在其中起著至關(guān)重要的作用。為提高工作效能和自動(dòng)化管理水平，目前RS485技術(shù)、電力線載波技術(shù)在電能表自動(dòng)抄表方面得到了應(yīng)用，但在具體應(yīng)用中的效果并不理想，主要表現(xiàn)在：布線繁瑣復(fù)雜，投資大，費(fèi)用高，而且經(jīng)常出現(xiàn)掉線、傳輸延遲現(xiàn)象，影響了工作效率和管理水平，由此可見(jiàn)，研究開(kāi)發(fā)一種傳輸速度快、性能穩(wěn)定、成本低、使用范圍廣的三相遠(yuǎn)程費(fèi)控的智能電能表在本領(lǐng)域可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表，其具有集成度高、功能齊全、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、精度高、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)用新型設(shè)置了無(wú)線通信功能，可較好地適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行管理的要求。

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的三相遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表其在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)掉線、傳輸延遲等現(xiàn)象，影響了穩(wěn)定性和測(cè)量精度的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供的一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的中央處理單元、電能計(jì)量處理單元、電壓采樣單元、電流采樣單元、LCD顯示單元、RS485接口單元、GPRS無(wú)線通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、按鍵接口單元和電 源單元；其中，所述電壓采樣單元和電流采樣單元分別與電能計(jì)量處理單元連接，電能計(jì)量處理單元、LCD顯示單元、RS485接口單元、GPRS無(wú)線通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、按鍵接口單元分別與中央處理單元連接，電源單元分別與中央處理單元和電能計(jì)量處理單元連接以提供電力支持；

所述電壓采樣單元和電流采樣單元分別用于監(jiān)測(cè)電路中的電壓和電流，并將監(jiān)測(cè)到的電壓和電流模擬量發(fā)送給電能計(jì)量處理單元；電能計(jì)量處理單元對(duì)電壓和電流模擬量進(jìn)行處理并將得到的電壓和電流數(shù)字量發(fā)送給中央處理單元，中央處理單元將電壓和電流數(shù)字量發(fā)送給LCD顯示單元以顯示電測(cè)量數(shù)據(jù)，所述電測(cè)量數(shù)據(jù)為電壓和電流的數(shù)字量；

所述RS485接口單元、GPRS無(wú)線通信單元與中央處理單元之間分別建立有雙向信息交換通道，中央處理單元通過(guò)RXD485和TXD485與RS485接口單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并通過(guò)RS485總線將電測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到主站；GPRS無(wú)線通信單元用于中央處理單元與外部設(shè)備建立無(wú)線連接以傳輸電測(cè)量數(shù)據(jù)和響應(yīng)外部有效通信命令；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元通過(guò)I2C兩線式串行總線與中央處理單元建立信息交換通道以進(jìn)行數(shù)據(jù)存取，按鍵接口單元用于設(shè)置輸入?yún)?shù)以完成鍵顯功能。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表，其中，所述電能計(jì)量處理單元和中央處理單元之間采用SPI全雙工同步通信總線方式建立連接。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表，其中，還包括與中央處理單元連接的紅外通信單元，并在紅外通信單元與中央處理單元之間建立雙向信息交換通道，紅外通信單元用于中央處理單元與外部智能設(shè)備或紅外遙控器建立連接以進(jìn)行電測(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸，并響應(yīng)外部有效通信命令。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表，其中，還包括與中央處理單元連接的脈沖測(cè)試單元，并在脈沖測(cè)試單元與中央處理單元之間建立雙向信息交換通道，脈沖測(cè)試單元用于電能測(cè)試脈沖輸出。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表，其中，還包括與中央處理單元連接的檢測(cè)電路單元，所述檢測(cè)電路單元用于用于檢測(cè)非法開(kāi)表蓋操作。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表，其中，還包括與中央處理單元連接的多功能輸出單元，所述多功能輸出單元用于與外部設(shè)備建立連接以輸出電測(cè)量數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表，其中，所述電壓采樣單元由電阻分壓網(wǎng)路和濾波電路組成；所述電流采樣單元由電流互感器、電容和電阻組成。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表，其中，所述各單元采用的器件參 數(shù)為：中央處理單元采用意法半導(dǎo)體STM32F101VE，電能計(jì)量處理單元采用炬力ATT7022，LCD顯示單元液晶驅(qū)動(dòng)電路采用BU97950FUV，RS485接口單元采用MAX13085，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元采用FM24CL64、FM24C256A和MX25L3208D。

本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置中央處理單元、電能計(jì)量處理單元、電壓采樣單元、電流采樣單元、LCD顯示單元、RS485接口單元、GPRS無(wú)線通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、按鍵接口單元和電源單元，并使電壓采樣單元和電流采樣單元分別與電能計(jì)量處理單元連接，使電能計(jì)量處理單元、LCD顯示單元、RS485接口單元、GPRS無(wú)線通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、按鍵接口單元分別與中央處理單元連接。在實(shí)際應(yīng)用中讓GPRS無(wú)線通信單元與中央處理單元之間分別建立有雙向信息交換通道，使中央處理單元通過(guò)GPRS無(wú)線通信單元可以與外部設(shè)備建立無(wú)線連接以傳輸電測(cè)量數(shù)據(jù)和響應(yīng)外部有效通信命令，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線通信功能和自動(dòng)抄表目的。本實(shí)用新型充分利用了GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中提供的無(wú)線IP，用戶只需安裝終端模塊即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸?shù)讓佑布杉臄?shù)據(jù)，無(wú)需專門(mén)布線即可實(shí)現(xiàn)技術(shù)目的，具有投資小、費(fèi)用低、收益大、抄表范圍廣的優(yōu)勢(shì)，而且在GPRS服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上構(gòu)建遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)電能表，在傳輸過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)掉線、傳輸延遲等故障，其實(shí)時(shí)性強(qiáng)、及時(shí)采集數(shù)據(jù)，且可以遠(yuǎn)程控制。另外由于利用的是GPRS公網(wǎng)平臺(tái)，系統(tǒng)的傳輸量較大，傳輸速度也得到了增強(qiáng)。(2)本實(shí)用新型具有集成度高、功耗低、精度高、性能穩(wěn)定，是根據(jù)電網(wǎng)和工業(yè)自動(dòng)化管理的實(shí)際狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)的，可廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)運(yùn)行管理系統(tǒng)，適用范圍較廣，實(shí)用性較強(qiáng)。

下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表中的中央處理單元的連接示意圖；

圖3為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表中的電能計(jì)量處理單元的連接示意圖；

圖4為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表中的電壓采樣單元的連接示意圖；

圖5為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表中的電流采樣單元的連接示意圖；

圖6為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表中的LCD顯示單元的連接示意圖；

圖7為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表中的RS485接口單元的連接示意圖；

圖8為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表中的GPRS無(wú)線通信單元的連接示意圖；

圖9為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的連接示意圖；

圖10為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表中的按鍵接口單元的連接示意圖；

圖11為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表中的電源單元的連接示意圖；

圖12為本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表中的紅外通信單元的連接示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖12所示本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表的具體實(shí)施方式，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的中央處理單元1、電能計(jì)量處理單元2、電壓采樣單元3、電流采樣單元4、LCD顯示單元5、RS485接口單元6、GPRS無(wú)線通信單元7、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元8、按鍵接口單元9和電源單元10；使電壓采樣單元3和電流采樣單元4分別與電能計(jì)量處理單元2連接，使電能計(jì)量處理單元2、LCD顯示單元5、RS485接口單元6、GPRS無(wú)線通信單元7、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元8、按鍵接口單元9分別與中央處理單元1連接，并使電源單元10分別與中央處理單元1和電能計(jì)量處理單元2連接以提供電力支持。

實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)電壓采樣單元3和電流采樣單元4分別監(jiān)測(cè)電路中的電壓和電流，并將監(jiān)測(cè)到的電壓和電流模擬量發(fā)送給電能計(jì)量處理單元2；由電能計(jì)量處理單元2對(duì)電壓和電流模擬量進(jìn)行處理并將得到的電壓和電流數(shù)字量發(fā)送給中央處理單元1，然后由中央處理單元1將電壓和電流數(shù)字量發(fā)送給LCD顯示單元5以顯示電測(cè)量數(shù)據(jù)。電測(cè)量數(shù)據(jù)是指電壓和電流的數(shù)字量。

讓RS485接口單元6、GPRS無(wú)線通信單元7與中央處理單元1之間分別建立雙向信息交換通道，使中央處理單元1通過(guò)RXD485和TXD485與RS485接口單元6進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并通過(guò)RS485總線將電測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到主站；GPRS無(wú)線通信單元7用于中央處理單元1與外部設(shè)備建立無(wú)線連接以傳輸單測(cè)量數(shù)據(jù)和響應(yīng)外部有效通信命令；讓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元8通過(guò)I2C兩線式串行總線與中央處理單元1建立信息交換通道以進(jìn)行數(shù)據(jù)存??；按鍵接口單元9用于設(shè)置輸入?yún)?shù)以完成鍵顯功能。

通過(guò)以上設(shè)置，讓GPRS無(wú)線通信單元7與中央處理單元1之間分別建立有雙向信息交換通道，使中央處理單元通過(guò)GPRS無(wú)線通信單元7可以與外部設(shè)備建立無(wú)線連接以傳輸電測(cè)量數(shù)據(jù)和響應(yīng)外部有效通信命令，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線通信功能和自動(dòng)抄表目的。本實(shí)用新型充分利用了GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中提供的無(wú)線IP，用戶只需安裝終端模塊即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸?shù)讓佑布杉臄?shù)據(jù)，無(wú)需專門(mén)布線即可實(shí)現(xiàn)技術(shù)目的，具有投資小、費(fèi)用低、收益大、抄表范圍廣的優(yōu)勢(shì)，而且在GPRS服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上構(gòu)建遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)電能表，在傳輸過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)掉線、傳輸延遲等故障，其實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，能及時(shí)采集數(shù)據(jù)，且可以遠(yuǎn)程控制。由于利用的是GPRS 公網(wǎng)平臺(tái)，系統(tǒng)具有較大的傳輸量，傳輸速度也得到了增強(qiáng)。

本實(shí)用新型在實(shí)際應(yīng)用中，讓電能計(jì)量處理單元2和中央處理單元1之間采用SPI全雙工同步通信總線方式建立連接。

作為優(yōu)化方案，本具體實(shí)施方式還設(shè)置了與中央處理單元1連接的紅外通信單元11，并在紅外通信單元11與中央處理單元1之間建立雙向信息交換通道，通過(guò)紅外通信單元11使中央處理單元1與外部智能設(shè)備或紅外遙控器可以建立連接，以進(jìn)行電測(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸，響應(yīng)外部有效通信命令。

作為優(yōu)化方案，本具體實(shí)施方式還設(shè)置了與中央處理單元1連接的脈沖測(cè)試單元12，并在脈沖測(cè)試單元12與中央處理單元1之間建立雙向信息交換通道，通過(guò)脈沖測(cè)試單元12可以進(jìn)行電能測(cè)試脈沖輸出，以增強(qiáng)功能和適用范圍。還設(shè)置了與中央處理單元1連接的檢測(cè)電路單元13，通過(guò)檢測(cè)電路單元13可以檢測(cè)非法開(kāi)表蓋操作，以增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。并設(shè)置了與中央處理單元1連接的多功能輸出單元14，以便可以與更多的外部設(shè)備建立連接，完成電測(cè)量數(shù)據(jù)輸出目的。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型中的電壓采樣單元3由電阻分壓網(wǎng)路和濾波電路組成；電流采樣單元4由電流互感器、電容和電阻組成。各單元采用的器件參數(shù)為：中央處理單元1采用意法半導(dǎo)體STM32F101VE，電能計(jì)量處理單元2采用炬力ATT7022，LCD顯示單元5液晶驅(qū)動(dòng)電路采用BU97950FUV，RS485接口單元6采用MAX13085，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元8采用FM24CL64、FM24C256A和MX25L3208D。

本實(shí)用新型采用的意法半導(dǎo)體STM32F101VE微處理器，是基于ARM的32位微控制器，其集成度高、資源豐富；采用的電能計(jì)量處理為炬力ATT7022，是一種高精度的三相電能專用計(jì)量芯片，適用于三相三線和三相四線應(yīng)用，能夠測(cè)量各相以及合相的有功功率、無(wú)功功率、視在功率、有功能量以及無(wú)功能量，同時(shí)還能測(cè)量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，能充分滿足三相復(fù)費(fèi)率多功能電能表的需求。所有計(jì)量參數(shù)參數(shù)都可以通過(guò)SPI接口讀出。本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表，具有分時(shí)、分相、分向及復(fù)費(fèi)率精確計(jì)量交流組合有功、有功電能，精確計(jì)量組合無(wú)功電能及各象限無(wú)功電能，精確計(jì)量正反向最大需量及四費(fèi)率最大需量的功能，可定時(shí)凍結(jié)、瞬時(shí)凍結(jié)、約定凍結(jié)多種電能數(shù)據(jù)凍結(jié)記錄，具有失壓、失流、編程、清零、拉合閘及開(kāi)蓋等多種事件記錄，且能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓、電流、視在功率和功率因素等多項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)，并通過(guò)紅外、RS485、GPRS等通信方式響應(yīng)外部有效通信命令，完成對(duì)電能表數(shù)據(jù)抄讀以及參數(shù)。

本實(shí)用新型一種三相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表正常工作時(shí)，首先對(duì)電壓、電流進(jìn)行高精度取 樣、放大，再經(jīng)過(guò)計(jì)量芯片精密處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，將獲得的數(shù)據(jù)根據(jù)預(yù)先設(shè)定參數(shù)進(jìn)行電能累計(jì)和最大需量處理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存并響應(yīng)外界有效的通訊要求進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，并經(jīng)過(guò)協(xié)處理器進(jìn)行顯示處理；電能計(jì)量處理產(chǎn)生的電能數(shù)據(jù)送到中央處理單元1并產(chǎn)生電能脈沖，中央處理單元1將電能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，根據(jù)需要發(fā)送至LCD顯示單元5、RS485接口單元6、GPRS無(wú)線通信單元7、紅外通信接口單元11等輸出設(shè)備。

以上實(shí)施例僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描述，并非對(duì)本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)范圍進(jìn)行的限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)原理和精神的前提下，本領(lǐng)域工程技術(shù)人員依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做出的各種形式的變形，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。