单相费控智能电能表.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104181386 A (43)申请公布日 2014.12.03 CN 104181386 A (21)申请号 201410444785.1 (22)申请日 2014.09.03 G01R 22/10(2006.01) (71)申请人 哈尔滨电工仪表研究所 地址 150028 黑龙江省哈尔滨市松北区创新 路 2000 号 (72)发明人 王珏 鞠险峰 李佳燚 吴清早 (54) 发明名称 单相费控智能电能表 (57) 摘要 单相费控智能电能表， 它涉及电工仪器仪表 行业电能计量领域， 它克服了现有技术的缺陷， 为 了解决在现场运行和安装过程中的干扰问题， 本 发明提供了。

2、一种单相费控智能电能表， 它由硬件 和软件两部分组成， 硬件部分增加了有极性和无 极性芯片通用 485 通信电路， 增加了载波通信模 块和微功率通信模块通用电路， 增加了电源异常 检测电路和负荷开关误动作检测电路。电源电路 用于载波通信供电时纹波电压 0.4； 软件设计是 增加了电能表软件比对和红外认证功能， 优化远 程费控和负荷曲线抄读功能。 本发明安全可靠， 性 价比高， 经济效益好。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 1041。

3、81386 A CN 104181386 A 1/1 页 2 1. 单相费控智能电能表， 它由硬件部分和软件部分组成， 其中硬件部分包括计量电路、 电源电路、 电池及检测电路、 485 通信电路、 主控电路、 存储电路、 继电器控制电路、 载波通信 电路、 红外通信电路、 多功能脉冲输出电路、 显示电路、 安全加密电路 ； 软件部分包括所述测 量模块程序、 计量模块程序、 数据处理模块程序、 系统处理模块程序、 负荷控制模块程序、 通 信处理模块程序、 事件冻结模块程序 ； 其特征在于硬件部分还包括继电器及电源异常检测 电路。 2. 根据权利要求 1 所述的单相费控智能电能表， 其特征在于所述。

4、的 485 通信电路是有 极性和无极性芯片通用电路。 3. 根据权利要求 1 所述的单相费控智能电能表， 其特征在于所述的载波通信电路是载 波通信模块和微功率通信模块通用电路。 4. 根据权利要求 1 所述的单相费控智能电能表， 其特征在于所述电源电路用于载波通 信供电时纹波电压 0.4。 5. 根据权利要求 1 所述的单相费控智能电能表， 其特征在于所述的软件部分包括电能 表软件比对和红外认证功能。 6. 根据权利要求 1 所述的单相费控智能电能表， 其特征在于所述的负荷控制模块程序 优化远程费控和负荷曲线抄读功能。 权 利 要 求 书 CN 104181386 A 2 1/4 页 3 单相。

5、费控智能电能表 技术领域 0001 本发明属于电工仪器仪表行业电能计量领域， 特别涉及一种单相费控智能电能 表。 背景技术 0002 电能表作为电能用户用电量的专用计量器具， 经历了从感应式电能表到全电子式 电能表的发展， 其中全电子式电能表在功能上又经历了普通电子式电能表、 复费率电能表、 预付费电能表、 多功能电能表等发展阶段。 0003 目前现有电能表利用主站远距离抄表， 大大提高抄表精确性， 有效避免人工抄表 的误差， 并可远程查询电表实时数据， 帮助供电公司和电力用户第一时间获取异常情况， 方 便及时抢修， 减少停电时间。 0004 但是由于现有的智能电表软件设计， 硬件设计， 元器。

6、件选型等方面存在一定缺陷， 同时设计时对现场情况和恶劣环境考虑不足， 在现场运行和安装过程中发生了许多问题 ： 1. 由于硬件电路本身的缺陷， 电表使用时给电网带来纹波， 使电网中发生谐振而造成 过电流或过电压而引发事故， 增加附加损耗， 降低发电、 输电及用电设备的效率和设备利用 率 ； 2. 在强磁环境下， 由于变压器没有预防强磁的措施， 变压器后端电流变大， 当达到热敏 电阻动作的阀值时， 导致电能表死机， 无法有效的计量， 给用户窃电提供了可乘之机 ； 3. 个别厂家出于成本需求等原因的考虑， 送检电表和供货电表不一致 ； 4. 一些用户由于现场环境的限制， 载波通信抄收数据效果不好。。

7、 发明内容 0005 本发明内容克服现有技术的不足， 提供了一种单相费控智能电能表 ， 它由硬件和 软件两部分组成， 其中硬件包括计量电路、 电源电路、 电池及检测电路、 485 通信电路、 主控 电路、 存储电路、 继电器控制电路、 载波通信电路、 红外通信电路、 多功能脉冲输出电路、 显 示电路、 安全加密电路。 软件包括测量模块程序、 计量模块程序、 数据处理模块程序、 系统处 理模块程序、 负荷控制模块程序、 通信处理模块程序、 事件冻结模块程序。硬件部分还包括 继电器及电源异常检测电路。所述电源电路用于载波通信供电时纹波电压 0.4， 所述的 485 通信电路有极性和无极性芯片通用，。

8、 所述的载波通信电路是载波通信模块和微功率通 信模块通用电路。 0006 所述的计量电路采用高精度的电能专用计量芯片， 完成对采样电压和电流信号进 行相关运算和处理， 实现功率测量和脉冲信号输出功能 ； 所述电源电路为整个电能表系统 提供电源， 通过整流， 将电表所在的供电线路中的 220 伏高压交流电， 转换为可供系统直接 使用的低压直流电， 使用开关电源降低供给载波模块的纹波 ； 所述电池及检测电路， 为保证 在意外或突发故障情况下整个电表系统能正常工作， 在设计时为其提供备用电源， 通常为 锂电池， 以确保整个系统的正常运行， 当电池电压低于 3V 时， 显示电池欠电报警 ； 所述继电 。

9、说 明 书 CN 104181386 A 3 2/4 页 4 器及电源异常检测电路是检测电能表的外部供电在电能表正常工作电压范围时， 但电能表 内部处理器工作电压异常， 对于负荷开关内置电能表， 检测表内负荷开关误动作 ； 所述 485 通信电路是指利用 RS485 通信协议传输电能表数据和远程控制电能表 ； 所述主控电路是微 控制器 （即MCU） 通过SPI和I2C总线方式控制外围各模块的运行状态， 实现电能表的各项功 能 ； 所述存储电路是系统在设计时采用 EEPROM， 即可擦可编程只读存储器， 存储和记录大 量数据， 同时能保证在各种意外和突发事故造成的掉电情况下， 用户用电数据的不消。

10、失和 长期存储。所述继电器控制电路控制继电器的合闸和跳闸实现对用户用电控制的目的。所 述载波通信电路利用现有的输配电电力线网络作为传输介质， 实现数据传输与信息交换的 一种电路， 实现电能表与电力部门的远程售电系统的联网。所述红外通信电路是抄表人员 的手持红外抄表器和位于用户端的智能电能表红外通信， 实现电量数据抄读和远程控制。 所述多功能脉冲输出电路是秒脉冲和时段投切脉冲输出复用电路 ； 所述显示电路是显示当 前用户各时段的电量以及组合总电量。远程售电系统通过虚拟介质 （主要是载波和 RS485 通信） 对费控电能表下发复费率时段表、 电量结算日等信息。所述安全加密电路是实现安全 存储、 数。

11、据加解密、 双向身份认证、 存取权限控制、 线路加密传输等安全控制功能， 是单相 电能表必不可少的组成部分。 0007 所述测量模块程序是负责计量芯片初始化 ： 计量芯片初始化， 寄存器数据初始化 ； 测量 ： 电压值测量， 两通道电流测量， 两通道功率及功率方向测量， 两通道功率因数测量， 电 网频率测量， 以及计量芯片数据校验 ； 误差校正 ： 1.0， 100%Ib 点误差校正， 1.0， 100%Ib 点电 压， 电流， 功率显示值校正， 0.5L,100%Ib 相位误差校正， 1.0,5%Ib 点误差校正， 寄存器初始 化接口。所述计量模块程序负责脉冲采样 ； 电量累加与存储处理 ：。

12、 组合电量计量， 电量累加 处理， 存储处理 ； 电量结算 ： 正常结算和停电结算， 上电补结算， 结算包含月度结算， 结算周 期结算。 所述数据处理模块是指默认数据初始化与数据清零 ： 电能表参变量赋默认值， 事件 冻结等清零 ； 上电后 RAM 数据校验并初始化 ； 数据的安全性与可靠性检查。所述系统处理 模块程序负责时间任务调度处理 ； 电表运行状态字同步 ； 参数修改处理负荷记录， 主动上 报状态字同步， 密钥更新处理 ； 系统时间获取接口， 时间合法性检查接口 ； 各种中断源服务 子程序， 总任务调度与上下电处理。所述负荷控制模块程序负责继电器相关动作和事件记 录 ； 继电器控制相关。

13、数据初始化。所述通信处理模块程序负责通讯读数据 ； 通讯读取后续 帧 ； 通讯地址读取 ； 通讯写数据 ； 冻结命令 ； 电表清零与事件清零 ； 远程控制 ； 安全认证。所 述事件冻结模块程序负责冻结 ； 事件记录 ； 负荷记录。 0008 本发明具有以下优势 ： 1. 纹波电压 0.4， 远低于国家电网标准 1要求。2. 变压 器外部增加防屏蔽金属壳， 减少强磁干扰。3. 增加了电能表软件比对功能。4. 设计了有极 性和无极性 485 芯片都适用的通信电路。5. 设计载波通信模块和微功率通信模块通用电 路。6. 优化远程费控和负荷曲线抄读功能。7. 硬件设计模块化、 软件设计标准化， 嵌入式。

14、 程序通用性增加便于产品升级和维护。本发明安全可靠， 性价比高， 经济效益好， 受到上级 领导以及客户的一致好评。 附图说明 0009 图 1 是单相费控智能电能表原理框图。 说 明 书 CN 104181386 A 4 3/4 页 5 具体实施方式 0010 具体实施方式一， 参照附图 1， 本具体实施方式所述的单相费控智能电能表是由计 量电路、 电源电路、 电池及检测电路、 继电器及电源异常检测电路、 485 通信电路、 主控电路、 存储电路、 继电器控制电路、 载波通信电路、 红外通信电路、 多功能脉冲输出电路、 显示电 路、 安全加密电路组成。各种硬件电路功能如下 ： 计量电路 ： 对。

15、采样电压和电流信号进行相关运算和处理， 实现功率测量和脉冲信号输 出功能。 0011 电源电路 ： 为整个电能表系统提供电源。 0012 电池及检测电路 ： 为电能表提供备用电源， 通常为锂电池， 以确保整个系统的正常 运行， 当电池电压低于 3V 时， 显示电池欠电报警。 0013 继电器及电源异常检测电路 ： 检测电能表的外部供电在电能表正常工作电压范围 时， 但电能表内部处理器工作电压异常， 对于负荷开关内置电能表， 检测表内负荷开关误动 作。 0014 485 通信电路 ： 利用 RS485 通信协议传输电能表数据和远程控制电能表。 0015 主控电路 ： 微控制器 （即 MCU） 通。

16、过 SPI 和 I2C 总线方式控制外围各模块的运行状 态， 实现电能表的各项功能。 0016 存储电路 ： 系统在设计时采用 EEPROM， 即可擦可编程只读存储器， 存储和记录大 量数据， 同时能保证在各种意外和突发事故造成的掉电情况下， 用户用电数据的不消失和 长期存储。 0017 继电器控制电路 ： 控制继电器的合闸和跳闸实现对用户用电控制的目的。 0018 载波通信电路 ： 利用现有的输配电电力线网络作为传输介质， 实现数据传输与信 息交换的一种电路， 实现电能表与电力部门的远程售电系统的联网。 0019 红外通信电路 ： 抄表人员的手持红外抄表器和位于用户端的智能电能表红外通 信，。

17、 实现电量数据抄读和远程控制。 0020 多功能脉冲输出电路 ： 是秒脉冲和时段投切脉冲输出复用电路。 0021 显示电路 ： 显示当前用户各时段的电量以及组合总电量。远程售电系统通过虚拟 介质 （主要是载波和 RS485 通信） 对费控电能表下发复费率时段表、 电量结算日等信息。 0022 安全加密电路 ： 实现安全存储、 数据加解密、 双向身份认证、 存取权限控制、 线路 加密传输等安全控制功能。 0023 本发明的功能是通过软件程序实现的， 本发明的软件程序包括测量模块程序、 计 量模块程序、 数据处理模块程序、 系统处理模块程序、 负荷控制模块程序、 通信处理模块程 序、 事件冻结模块。

18、程序。 0024 各种软件功能如下 ： 测量模块程序 ： 计量芯片初始化 ： 计量芯片初始化， 寄存器数据初始化 ； 测量 ： 电压值 测量， 两通道电流测量， 两通道功率及功率方向测量， 两通道功率因数测量， 电网频率测量， 以及计量芯片数据校验 ； 误差校正 ： 1.0， 100%Ib 点误差校正， 1.0， 100%Ib 点电压， 电流， 功 率显示值校正， 0.5L,100%Ib 相位误差校正， 1.0,5%Ib 点误差校正， 寄存器初始化接口。 0025 计量模块程序 ： 脉冲采样 ； 电量累加与存储处理 ： 组合电量计量， 电量累加处理， 存储处理 ； 电量结算 ： 正常结算和停电。

19、结算， 上电补结算， 结算包含月度结算， 结算周期结 说 明 书 CN 104181386 A 5 4/4 页 6 算。 0026 数据处理模块程序 ： 默认数据初始化与数据清零 ： 电能表参变量赋默认值， 事件 冻结等清零 ； 上电后 RAM 数据校验并初始化 ； 数据的安全性与可靠性检查。 0027 系统处理模块程序 ： 时间任务调度处理 ； 电表运行状态字同步 ； 参数修改处理负 荷记录， 主动上报状态字同步， 密钥更新处理 ； 系统时间获取接口， 时间合法性检查接口 ； 各种中断源服务子程序， 总任务调度与上下电处理。 0028 负荷控制模块程序 ： 继电器相关动作和事件记录 ； 继电器控制相关数据初始化。 0029 通信处理模块程序 ： 通讯读数据 ； 通讯读取后续帧 ； 通讯地址读取 ； 通讯写数据 ； 冻结命令 ； 电表清零与事件清零 ； 远程控制 ； 安全认证。 0030 事件冻结模块程序 ： 负责冻结 ； 事件记录 ； 负荷记录。 说 明 书 CN 104181386 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 104181386 A 7 。