專利名稱：單相費控智能電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電子儀表，特別是一種具有電網(wǎng)運行計費、電能采集和遠(yuǎn)程控制功能的單相費控智能電能表。
背景技術(shù)：
目前，在電力系統(tǒng)中，某一時刻各類用電設(shè)備消耗的電功率總和稱為電力負(fù)荷。電力負(fù)荷是隨時間變化，可用日(或年)負(fù)荷曲線來描述，當(dāng)電力負(fù)荷大量增加時，會形成電網(wǎng)的負(fù)荷高峰，而當(dāng)電力負(fù)荷大量減小時，又會形成電力負(fù)荷低谷，當(dāng)負(fù)荷曲線上的峰值和谷值之差很大時，會使發(fā)、供電設(shè)備的容量不能充分利用，運行不經(jīng)濟。我國許多電網(wǎng)在負(fù)荷高峰時，經(jīng)常拉閘限電；而在負(fù)荷低谷時則浪費嚴(yán)重，導(dǎo)致水電廠大量棄水，火電廠長時間低負(fù)荷運行。供電公司在進(jìn)行電量采集時，需要到每家每戶查看電表，浪費人力資源，當(dāng)用戶欠費時，也需要人工到用戶家進(jìn)行斷電?！?br> 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述技術(shù)中存在的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理，可按電力負(fù)荷高峰低谷時間分別記錄用電量，以便按不同的價格收取電費，鼓勵用戶主動采取避峰填谷的措施，以利于供需電雙方。當(dāng)供電公司采集電量時，只需使用計算機通過電力線載波采集電量，當(dāng)用戶剩余電費不足時，可通過計算機下發(fā)報警命令，提示用戶購電，當(dāng)用戶拖欠電費時，可發(fā)送遠(yuǎn)程斷、送電命令對用戶進(jìn)行斷、送電操作。當(dāng)用戶為重點用戶，不宜實施斷電，可以下發(fā)保電命令，用戶處于欠費狀態(tài)也可繼續(xù)用電的單相費控智能電能表。為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的微處理器和電能計量單元，所述的微處理器通過單片機接口電路與電能計量單元、繼電器控制電路、數(shù)據(jù)存儲電路、載波通信電路、RS485通信電路、紅外通信電路、LCD顯示單元、時鐘電路連接，微處理器上還設(shè)有輪顯按鍵和編程按鍵，以及電源監(jiān)視電路、看門狗和ESAM模塊，所述的電能計量單元主要有電流采樣電路、電壓采樣電路和計量芯片構(gòu)成，電流采樣電路、電壓采樣電路分別與計量芯片連接后接入微處理器，所述的繼電器控制電路用于實現(xiàn)通、斷電，主要有磁保持繼電器和若干三極管和電容、電阻構(gòu)成，所述的載波通信電路、RS485通信電路和紅外通信電路構(gòu)成電能表內(nèi)的通信單元，它們同微處理器建立雙向信息交換通道，所述的時鐘電路通過與之相連的電池供電，時鐘電路內(nèi)置溫度補償模塊。本實用新型的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理，采用了先進(jìn)的電能計量芯片和智能加密技術(shù)，綜合了載波、紅外、RS485通信方式，既滿足了單相用戶的正常用電，又增強了供電部門的管理手段，是一款新型的具有多功能意義的單相電能表，目前在國際上具有領(lǐng)先水平。
圖I是本實用新型原理框圖； 圖2是電能計量單元電路圖； 圖3是繼電器控制電路圖； 圖4是載波通信電路圖； 圖5是RS485通信電路圖； 圖6是紅外通信電路圖； 圖7是單片機接口電路圖。[0007]具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。由圖I-圖7可知，本實用新型包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的微處理器I和電能計量單元2，所述的微處理器I通過單片機接口電路16與電能計量單元2、繼電器控制電路3、數(shù)據(jù)存儲電路4、載波通信電路5、RS485通信電路6、紅外通信電路7、IXD顯示單元10、時鐘電路12連接，微處理器I上還設(shè)有輪顯按鍵8和編程按鍵9，以及電源監(jiān)視電路13、看門狗14和ESAM模塊15，所述的電能計量單元2主要有電流采 樣電路、電壓采樣電路和計量芯片構(gòu)成，電流采樣電路、電壓采樣電路分別與計量芯片連接后接入微處理器1，所述的繼電器控制電路3用于實現(xiàn)通、斷電，主要有磁保持繼電器和若干三極管和電容、電阻構(gòu)成，所述的載波通信電路5、RS485通信電路6和紅外通信電路7構(gòu)成電能表內(nèi)的通信單元，它們同微處理器I建立雙向信息交換通道，所述的時鐘電路12通過與之相連的電池11供電，時鐘電路12內(nèi)置溫度補償模塊。所述的電能計量單元2中電流采樣信號經(jīng)過單電阻接入計量芯片，電壓采樣信號經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)接入計量芯片。所述的電能計量單元2的計量芯片型號為RN8209。本實用新型包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的微處理器I和電能計量單元2，微處理器I通過單片機接口電路16與電能計量單元2、繼電器控制電路3、數(shù)據(jù)存儲電路(4 )、載波通信電路5、RS485通信電路6、紅外通信電路7、IXD顯示單元10、時鐘電路12連接，微處理器I上還設(shè)有輪顯按鍵8和編程按鍵9，以及電源監(jiān)視電路13、看門狗14和ESAM模塊15 ;電能計量單元2主要有電流采樣電路、電壓采樣電路和計量芯片構(gòu)成，電流采樣電路、電壓采樣電路分別與計量芯片連接后接入微處理器I ;電流采樣信號經(jīng)過單電阻接入計量芯片，電壓采樣信號經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)接入計量芯片，計量芯片型號為RN8209。如圖2所示，電能表內(nèi)電流采樣信號采樣經(jīng)過電阻(R2，R5)進(jìn)入專用計量芯片U7的4、5腳，電壓采樣信號經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入U7的8、9腳，專用計量芯片對電流、電壓信號進(jìn)行積分后，將電能信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖信號。電能脈沖信號通過電阻R27接入微處理器I的第27管腳，程序設(shè)計時依據(jù)當(dāng)前時間和當(dāng)前的費率將電能脈沖計入不同的電能費率計數(shù)器中。本實用新型繼電器控制電路3用于實現(xiàn)通、斷電，主要有磁保持繼電器和若干三極管和電容、電阻構(gòu)成；如圖3所示，電能表跳閘信號經(jīng)過R63使三極管Q5基極高電平狀態(tài)，此時Q5的集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，同時Q3的基極低電平，Q3的發(fā)射極和集電極導(dǎo)通，此時，在REALAY的線圈兩端形成電壓差，磁保持繼電器跳閘。電能表合閘信號經(jīng)過R62使三極管Q4基極處于高電平狀態(tài)，此時Q4的集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，同時Q2的基極處于低電平，Q2的發(fā)射極和集電極導(dǎo)通，此時，在REALAY的線圈兩端形成反向電壓差，磁保持繼電器合閘。由此實現(xiàn)對用電用戶通、斷電。載波通信電路5、RS485通信電路6和紅外通信電路7構(gòu)成電能表內(nèi)的通信單元，它們同微處理器I建立雙向信息交換通道；時鐘電路12通過與之相連的電池11供電，時鐘電路12內(nèi)置溫度補償模塊。下面結(jié)合圖I一圖7說明其工作原理本實用新型的單相費控智能電能表替代原先的單相普通單費率電能表，安裝在單相用電用戶中，在記錄總電能的同時記錄峰尖平谷各費率電能量，在用戶電費不足的情況下進(jìn)行提示交費，在用戶欠費的情況下可以限制用電，并能通過低壓電力線載波通信傳至數(shù)據(jù)集中器，監(jiān)控主站通過GPRS將數(shù)據(jù)從集中器中抄回。主站可根據(jù)負(fù)荷變化情況分析用戶的負(fù)載及用電狀況，同時將臺區(qū)整點凍結(jié)電量數(shù)據(jù)抄回，分析整個線路的運行狀態(tài)及損耗。電能表工作時，電壓、電流經(jīng)電能計量單元2的電流、電壓取樣電路分別取樣后，由電能處理專用集成電路經(jīng)乘法運算后，送到微處理器I進(jìn)行處理，微處理器I將處理過的數(shù)據(jù)存儲，根據(jù)需要送至顯示部分、通信部分等輸出設(shè)備，微處理器I根據(jù)需要提醒用戶購電或?qū)τ脩暨M(jìn)行斷、送電操作。本實用新型可實現(xiàn)功能1、計量功能具有正向有功電能、反向有功電能計量功能，能存儲其數(shù)據(jù)，并可以據(jù)此設(shè)置組合有功。具有分時計量功能，有功電能量按相應(yīng)的時段分別累計、存儲總、尖、峰、平、谷電能量。存儲上12個月的總電能和各費率電能量；數(shù)據(jù)存儲分界時刻為月末24時，或在每月I號至28號內(nèi)的整點時刻。2、費控功能電費計算在遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)中完成，表內(nèi)不存儲、顯示與電費、電價相關(guān)信息。電能表接收遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)下發(fā)的拉閘、允許合閘、ESAM數(shù)據(jù)抄讀指令時，需通過嚴(yán)格的密碼驗證及安全認(rèn)證。在保證安全的情況下，可通過虛擬介質(zhì)對電能表內(nèi)的用電參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。3、安全認(rèn)證加密功能電能表采用ESAM模塊進(jìn)行安全認(rèn)證，ESAM模塊的加密算法采用SMl國密算法。ESAM嵌入在設(shè)備內(nèi)，實現(xiàn)安全存儲、數(shù)據(jù)加/解密、雙向身份認(rèn)證、存取權(quán)限控制、線路加密傳輸?shù)劝踩刂乒δ堋?、事件記錄永久記錄電能表清零事件的發(fā)生時刻及清零時的電能量數(shù)據(jù)。記錄編程總次數(shù)，最近10次編程的時刻、操作者代碼、編程項的數(shù)據(jù)標(biāo)識。記錄校時總次數(shù)(不包含廣播校時)，最近10次校時的時刻、操作者代碼。記錄掉電的總次數(shù)，最近10次掉電發(fā)生及結(jié)束的時刻。記錄最近10次遠(yuǎn)程控制拉閘和最近10次遠(yuǎn)程控制合閘事件，記錄拉、合閘事件發(fā)生時刻和電能量等數(shù)據(jù)。記錄開表蓋總次數(shù)，最近10次開表蓋 事件的發(fā)生、結(jié)束時刻。5、費率、時段方案具有兩套費率時段表，可在約定的時刻自動轉(zhuǎn)換；每套費率支持4個費率。具有日歷、時鐘，可設(shè)置2套時區(qū)，在24h內(nèi)可以任意編程8個時段；時段的最小間隔為15min ;時段可跨越零點設(shè)置。支持通過紅外、RS485通信接口修改費率表、時段表，并應(yīng)有防止非授權(quán)人操作的安全措施。6、報警功能當(dāng)出現(xiàn)故障時，LCD立即停留在該代碼上或報警提示，且背光燈持續(xù)點亮；當(dāng)電能表出現(xiàn)故障時，顯示出錯信息碼(用Err — X X表示)。7、凍結(jié)功能定時凍結(jié)按照約定的時間及間隔凍結(jié)電能量數(shù)據(jù)；每個凍結(jié)量保存60次。瞬時凍結(jié)在非正常情況下，凍結(jié)當(dāng)前的日歷、時間、所有電能量和重要測量量的數(shù)據(jù)；瞬時凍結(jié)量保存最后3次的數(shù)據(jù)。約定凍結(jié)在新老兩套費率/時段轉(zhuǎn)換、階梯電價轉(zhuǎn)換或電力公司認(rèn)為有特殊需要時，凍結(jié)轉(zhuǎn)換時刻的電能量以及其他重要數(shù)據(jù)，保存最后2次凍結(jié)數(shù)據(jù)。日凍結(jié)存儲每天零點時刻的電能量，可存儲62天的數(shù)據(jù)。整點凍結(jié)存儲整點時刻或半點時刻的有功總電能，可存儲254個數(shù)據(jù)。凍結(jié)內(nèi)容及對應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)識符合DL/T 645-2007及其備案文件要求。8、計時功能采用具有溫度補償功能的內(nèi)置硬件時鐘電路，具有日歷、計時、閏年自動轉(zhuǎn)換功能；內(nèi)部時鐘端子輸出頻率為1Hz。在-25 +60°C溫度范圍內(nèi)，時鐘準(zhǔn)確度彡±ls/d ;在參比溫度(23°C)下，時鐘準(zhǔn)確度彡±0. 5s/d。電能表可接受的廣播校時范圍不得大于5min ;廣播校時無需編程鍵和通信密碼配合；每天只允許校對一次。
權(quán)利要求1.一種單相費控智能電能表，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的微處理器(I)和電能計量單元(2)，其特征在于所述的微處理器(I)通過單片機接口電路(16)與電能計量單元(2)、繼電器控制電路(3)、數(shù)據(jù)存儲電路(4)、載波通信電路(5)、RS485通信電路(6)、紅外通信電路(7 )、IXD顯示單元(10 )、時鐘電路(12 )連接，微處理器(I)上還設(shè)有輪顯按鍵(8 )和編程按鍵(9)，以及電源監(jiān)視電路(13)、看門狗(14)和ESAM模塊(15)，所述的電能計量單元(2)主要有電流采樣電路、電壓采樣電路和計量芯片構(gòu)成，電流采樣電路、電壓采樣電路分別與計量芯片連接后接入微處理器(1)，所述的繼電器控制電路(3)用于實現(xiàn)通、斷電，主要有磁保持繼電器和若干三極管和電容、電阻構(gòu)成，所述的載波通信電路(5)、RS485通信電路(6 )和紅外通信電路(7 )構(gòu)成電能表內(nèi)的通信單元，它們同微處理器(I)建立雙向信息交換通道，所述的時鐘電路(12)通過與之相連的電池(11)供電，時鐘電路(12)內(nèi)置溫度補償模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相費控智能電能表，其特征在于所述的電能計量單元(2)中電流采樣信號經(jīng)過單電阻接入計量芯片，電壓采樣信號經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)接入計量芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相費控智能電能表，其特征在于所述的電能計量單元(2)的計量芯片型號為RN8209。
專利摘要本實用新型涉及一種單相費控智能電能表，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的微處理器和電能計量單元，微處理器通過單片機接口電路與電能計量單元、繼電器控制電路、數(shù)據(jù)存儲電路、載波通信電路、RS485通信電路、紅外通信電路、LCD顯示單元、時鐘電路連接，微處理器上還設(shè)有輪顯按鍵和編程按鍵，以及電源監(jiān)視電路、看門狗和ESAM模塊，電能計量單元主要有電流采樣電路、電壓采樣電路和計量芯片構(gòu)成，連接后接入微處理器，繼電器控制電路用于實現(xiàn)通、斷電，主要有磁保持繼電器和若干三極管和電容、電阻構(gòu)成，載波通信電路、RS485通信電路和紅外通信電路構(gòu)成電能表內(nèi)的通信單元。本實用新型緊湊、設(shè)計合理，采用了先進(jìn)的電能計量芯片和智能加密技術(shù)。
文檔編號G05B19/042GK202693653SQ20122025606
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者李書巖, 王忠義, 付林楓, 劉軍, 孫彥佳 申請人:黑龍江龍電電氣有限公司