一種智能電表的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)電表領(lǐng)域，具體涉及一種智能電表。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著我國(guó)電力管理水平的持續(xù)提升，以往那種人工抄表等粗放管理方式 逐漸被改變，建設(shè)具有"廣覆蓋、全費(fèi)控、全采集"特點(diǎn)的電力使用信息成為電力建設(shè)的目 標(biāo)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于對(duì)電表全費(fèi)控功能的使用與研究。目前，國(guó)內(nèi)許多大 型電力公司都采用先進(jìn)的技術(shù)手段，對(duì)智能電表裝置實(shí)行改裝，實(shí)現(xiàn)了用電由"先用電再交 費(fèi)"到"先交費(fèi)再用電"的模式轉(zhuǎn)變，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了智能電表遠(yuǎn)程費(fèi)用控制的功能，使電 力使用越來(lái)越走向于人性化、智能化。
[0003] 智能電表，就是通過(guò)計(jì)算機(jī)、電信通信等技術(shù)的應(yīng)用，把智能芯片CPU作為技術(shù)核 心，制作出的有著電功率計(jì)量計(jì)時(shí)、電子計(jì)費(fèi)以及與上位機(jī)通信聯(lián)系和用電管理等各項(xiàng)功 能的電度表。智能電表已經(jīng)成為智能電網(wǎng)的強(qiáng)大終端，它已經(jīng)與傳統(tǒng)意義上的電表有著本 質(zhì)上的區(qū)別，不僅有著傳統(tǒng)意義上電表的功能，還具備雙向多種費(fèi)用率的計(jì)算，以及對(duì)用戶 端的有效控制等，智能電表現(xiàn)在已經(jīng)成為未來(lái)電網(wǎng)終端的發(fā)展方向。
[0004] 目前，智能電網(wǎng)技術(shù)得到快速發(fā)展，同時(shí)各個(gè)國(guó)家對(duì)智能用戶終端的需求也不斷 地增加。相關(guān)研究表明，在未來(lái)4~5年內(nèi)，全球的智能電表安裝數(shù)量將達(dá)到3億左右。特 別是在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)智能電表用戶端的需求量也與日倶增。據(jù)專業(yè)統(tǒng)計(jì)， 目前需求量已經(jīng)達(dá)到1.8億只左右。美國(guó)在對(duì)本國(guó)智能電網(wǎng)系統(tǒng)升級(jí)改造中，就拔出專門(mén) 款項(xiàng)用于在未來(lái)5年內(nèi)對(duì)智能電表產(chǎn)生需求的2000萬(wàn)戶家庭；在現(xiàn)在的歐洲大陸，意大利、 挪威、瑞典等國(guó)家先后完成了對(duì)智能電表的推廣工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)量設(shè)施的安排部署；法 國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家也相繼出臺(tái)專門(mén)辦法，力爭(zhēng)在未來(lái)10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的全覆蓋。智 能電表的推廣與使用是一項(xiàng)惠及百姓的民生工程，它大大改善了農(nóng)村居住用電條件，提高 了配電網(wǎng)的自動(dòng)化水平，對(duì)于減少電力能源的消耗具有重大的意義。同時(shí)，徹底改變了以往 那種人工收費(fèi)方式，杜絕了一些因?yàn)槿藶椴僮髡`填、誤報(bào)而造成的不必要麻煩。同時(shí)，有效 地化解了對(duì)總表模式下出現(xiàn)的非戶表客戶分?jǐn)偩€路電量損失引起的爭(zhēng)執(zhí)。
[0005] 智能電表的廣泛推廣與應(yīng)用，改變了以往人工抄表帶來(lái)的麻煩，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)抄表， 同時(shí)，通過(guò)智能系統(tǒng)的有效控制，把用電數(shù)字信息進(jìn)行分析處理，把用戶的電價(jià)信息、繳費(fèi) 說(shuō)明和用電信息等全部通知到用戶的手中，實(shí)現(xiàn)了用電的優(yōu)質(zhì)化服務(wù)和科學(xué)化管理。
[0006] 現(xiàn)有的智能電表存在時(shí)鐘準(zhǔn)確性、計(jì)量方式有效性、通信效率等方面還有待進(jìn)一 步提尚。
[0007] 在用電信息采集方面，現(xiàn)有智能電表在實(shí)現(xiàn)信息采集的精細(xì)化方面還有不足，還 不能滿足用戶和電力企業(yè)的更高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 至少部分的解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種智能電表，包括：硬件 部分，其中，硬件部分包括微處理器、供電單元、時(shí)鐘單元、存儲(chǔ)單元、電流采樣單元、電壓采 樣單元、溫度采樣單元、濕度采樣單元、顯示單元、通信接口單元、開(kāi)關(guān)接口單元；供電單元、 時(shí)鐘單元、存儲(chǔ)單元、電流采樣單元、電壓采樣單元、溫度采樣單元、濕度采樣單元、顯示單 元、通信接口單元、開(kāi)關(guān)接口單元分別與微處理器相連；
[0009] 所述微處理器：為智能電表的控制核心，用于與智能電表的其他單元進(jìn)行交互并 完成各種運(yùn)算；
[0010] 所述供電單元：用于為智能電表的各個(gè)電路提供電源供應(yīng)；
[0011] 所述時(shí)鐘單元：用于為智能電表提供時(shí)鐘功能；
[0012] 所述存儲(chǔ)單元：用于存儲(chǔ)智能電表采集的各種數(shù)據(jù)；
[0013] 所述電流采樣單元：用于采集瞬時(shí)電流；
[0014] 所述電壓采樣單元：用于采集瞬時(shí)電壓；
[0015] 所述溫度采樣單元：用于采集當(dāng)前溫度值；
[0016] 所述濕度采樣單元：用于采集當(dāng)前濕度值；
[0017] 所述顯示單元：用于顯示各種數(shù)據(jù)；
[0018] 所述通信接口單元：用于實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備之間的通信；
[0019] 所述開(kāi)關(guān)接口單元：包括多個(gè)開(kāi)關(guān)接口，每個(gè)開(kāi)關(guān)接口連接一智能開(kāi)關(guān)，至多可以 包括32個(gè)開(kāi)關(guān)接口。
[0020] 其中，供電單元采用變壓器線性電源的供電方式，微處理器的電源部分采用全波 整流，將供電單元變壓器次級(jí)的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，再經(jīng)過(guò)第一穩(wěn)壓二極管，電壓穩(wěn) 定在10V左右，輸入可調(diào)的LD0,輸出電壓為4V左右。
[0021] 所述的智能電表，還包括軟件部分，軟件部分包括：嵌入式操作系統(tǒng)、系統(tǒng)初始化 模塊、時(shí)鐘校準(zhǔn)模塊、參數(shù)測(cè)量模塊、通信管理模塊、開(kāi)關(guān)管理模塊；
[0022] 所述嵌入式操作系統(tǒng)：用于管理智能電表的軟硬件；
[0023] 所述系統(tǒng)初始化模塊：用于在智能電表上電后的系統(tǒng)初始化工作；
[0024] 所述時(shí)鐘校準(zhǔn)模塊：用于對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)；
[0025] 所述參數(shù)測(cè)量模塊：用于測(cè)量得到各種參數(shù)值；
[0026] 所述通信管理模塊：用于管理與智能電表相連接設(shè)備之間的通信；
[0027] 所述開(kāi)關(guān)管理模塊：用于管理連接到智能電表的智能開(kāi)關(guān)。
[0028] 其中，所述時(shí)鐘校準(zhǔn)模塊每隔1秒鐘被調(diào)用一次，利用所述溫度采樣單元中的溫 度傳感器，測(cè)量當(dāng)前的溫度值，然后根據(jù)晶體的溫度和頻率準(zhǔn)確度的特性曲線，對(duì)晶體的偏 差進(jìn)行補(bǔ)償，時(shí)鐘校準(zhǔn)的過(guò)程為：首先判斷溫度傳感器的溫度是否改變，如果不改變，則不 需要校準(zhǔn)；如果溫度值發(fā)生變化，采集到當(dāng)前溫度值，根據(jù)溫度與頻率精確度之間的對(duì)應(yīng)關(guān) 系表，用當(dāng)前溫度值查表獲得頻率值來(lái)校準(zhǔn)時(shí)鐘，其中，所述對(duì)應(yīng)關(guān)系表為根據(jù)晶體的溫度 和頻率準(zhǔn)確度的特性曲線所列出的-40度至100度溫度與晶體頻率的非線性表。
[0029] 其中，所述參數(shù)測(cè)量模塊通過(guò)以下公式測(cè)量電流有效值和電壓有效值：

[0032] 其中，Ims為電流有效值，V"s為電壓有效值，1^為電流增益，Kv為電壓增益，V(k)、 I(k)分別為時(shí)刻k的瞬時(shí)電壓值和瞬時(shí)電流值；N為一個(gè)采樣周期內(nèi)采樣次數(shù)，即采樣頻 率；
[0033] 所述參數(shù)測(cè)量模塊通過(guò)以下公式測(cè)量有功功率：
[0035] 其中，P為有功功率，KP為有功功率增益。
[0036] 其中，所述通信管理模塊包括串口管理子模塊、無(wú)線管理子模塊，所述串口管理子 模塊管理與其他設(shè)備的串口通信；所述無(wú)線管理子模塊管理與其他設(shè)備的無(wú)線通信。
[0037] 其中，所述嵌入式操作系統(tǒng)為嵌入式Linux，所述串口管理子模塊用于管理對(duì)于串 口的操作，包括設(shè)置串口的屬性、串口的打開(kāi)和串口的讀取，所述串口管理子模塊的串口讀 取實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：
[0038] 添加串口讀取程序中用到的頭文件；
[0039] 定義一個(gè)新的int型進(jìn)程ID號(hào)；
[0040] 編寫(xiě)新建子進(jìn)程功能，讀取串口對(duì)應(yīng)文件中的電表數(shù)據(jù)并輸出到新建的data,txt 文件中；
[0041] 通過(guò)程序設(shè)置父進(jìn)程睡眠1秒，并用system函數(shù)的kill功能來(lái)終止子進(jìn)程；
[0042] 以只讀方式打開(kāi)存儲(chǔ)電表數(shù)據(jù)的data,txt文件；
[0043] 從data,txt文件中第一行數(shù)據(jù)開(kāi)始讀取，并存入緩存buf中；
[0044] 通過(guò)字符串完全匹配函數(shù)判斷某一時(shí)刻讀取的數(shù)據(jù)是否是以"一"開(kāi)頭的，若不是 則重新讀取下一行，直到讀取到完整的數(shù)據(jù)為止；
[0045] 將完全匹配的一行數(shù)據(jù)中的具體數(shù)值提取到meter數(shù)組存儲(chǔ)；
[0046] 實(shí)現(xiàn)以讀寫(xiě)方式來(lái)打開(kāi)一新建文件dl.txt文件；
[0047] 將meter數(shù)組中存儲(chǔ)的數(shù)值寫(xiě)入dl.txt文件供其他設(shè)備調(diào)用。
[0048] 本發(fā)明還提出一種用電信息采集系統(tǒng)，包括：所述智能電表、多個(gè)與所述智能電表 相連的智能開(kāi)關(guān)、所述智能開(kāi)關(guān)控制的用電設(shè)備、與所述智能電表連接的中心服務(wù)器；
[0049] 所述智能開(kāi)關(guān)：接受所述智能電表的開(kāi)關(guān)管理模塊管理，用于與一個(gè)或多個(gè)用電 設(shè)備相連，并對(duì)相連的一個(gè)或多個(gè)用電設(shè)備進(jìn)行控制；
[0050] 所述中心服務(wù)器：統(tǒng)一管理用電信息采集系統(tǒng)的指令下達(dá)、數(shù)據(jù)處理、通信傳輸和 業(yè)務(wù)應(yīng)用。
[0051 ] 其中，所述智能電表的所述開(kāi)關(guān)接口單元的每個(gè)開(kāi)關(guān)接口對(duì)應(yīng)連接一電流采樣單 元和一電壓采樣單元；
[0052] 所述用電信息采集系統(tǒng)通過(guò)連接智能開(kāi)關(guān)，實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)智能開(kāi)關(guān)所控制的用電 設(shè)備的用電情況，當(dāng)某一智能開(kāi)關(guān)所控制的用電設(shè)備的用電量過(guò)大，控制該智能開(kāi)關(guān)或其 它智能開(kāi)關(guān)的用電功率。
[0053] 其中，所述智能開(kāi)關(guān)接收到中心服務(wù)器發(fā)送的關(guān)閉指令時(shí)，斷開(kāi)對(duì)其所控制的用 電設(shè)備的電力供應(yīng)；所述智能開(kāi)關(guān)接收到中心服務(wù)器發(fā)送的開(kāi)啟指令時(shí)，啟動(dòng)對(duì)其所控制 的用電設(shè)備的電力供應(yīng)。
[0054] 其中，所述中心服務(wù)器采集用戶的每個(gè)智能開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的用電信息，包括負(fù)荷數(shù)據(jù)、 電量數(shù)據(jù)、抄表數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)、異常告警信息；所述中心服務(wù)器對(duì)所采集的用電信息 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并將分析結(jié)果發(fā)送給用戶和電力企業(yè)的相關(guān)人員。
[0055] 其中，所述智能電表的所述開(kāi)