一種帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表的制作方法

專利名稱：一種帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力儀表，尤其指一種帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表。
背景技術：
現有普通單相電能表一般只具備計量電能和分時多費率的功能，低溫能夠正常顯 示，一般采用LED數碼管的方式，但顯示內容少、功耗大。目前使用的普通單相電能表大部分采用機械式電能表，該機械式電能表是利用機 械旋轉計量，因此電能表的安裝有嚴格的要求，若懸掛水平相差大，將造成電能表的安裝位 置與垂直的角度不一，甚至明顯傾斜，使電能計量失衡，造成計量不準，即會產生慢走、停走 甚至不走的結果。因此也有采用電子式電能表，電子式電能表是一種靜止式電能表，是靜止 的電子計量方式，不存在機械旋轉部分，所以其安裝的方式，對電能計量的誤差影響較小。 但現有的靜止式電能表及現有普通單相電能表一般不具備遠程抄表功能，即使具備遠程抄 表功能的電能表也是采用有線傳輸、布線比較麻煩，并且一般不具備需量(規定時間內的 平均功率)計量、事件記錄、負荷曲線、測量電壓、電流、有功功率、視在功率、頻率等；也不 具備檢測欠壓、過壓、失流、過流等功能。由于現有普通單相電能表存在上述缺陷，它不適應更高層面的客戶使用需求。
實用新型內容本實用新型的目的是為了克服現有技術存在的問題，提供一種功能更全、更適應 于多層面客戶使用需求并具有遠程抄表功能的一種帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的一種帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表，包括電能信號采樣模塊，包含電流采樣模塊及電壓采樣模塊；計量模塊，與所述電能信號采樣模塊連接，取得電流、電壓的采樣信號，對單相三 線的電壓、電流、功率、電能進行計量；記錄模塊，與所述計量模塊連接，用于記錄計量模塊計量的數據；微控制器，與所述計量模塊連接，從所述計量模塊讀取計量數據并進行以下處理 根據計量模塊計量的數據分別計算有功功率、無功功率、視在功率、電壓有效值和電流有 效值數據；根據有功功率計算出負荷數據；對負荷數據進行記錄、顯示和通訊處理；自檢處 理，自檢分時設置錯誤、非易失存儲器錯誤、時鐘錯誤、計量錯誤、電池欠壓錯誤；電源，分別與所述計量模塊及微控制器連接，提供所述電能表工作電源；無線通訊模塊，與所述微控制器連接，用于在自動組網的無線通訊，采用具有無線 抄表模塊的無線通訊模塊，該無線通訊模塊經無線通訊信道與遠程抄表裝置連接；校表脈沖輸出模塊，與所述微控制器連接，用于校表及采集電能量；數據存儲模塊，與所述微控制器連接，存儲所述微控制器計算出的負荷數據；[0016]顯示模塊，與所述微控制器連接，顯示微控制器處理的數據；時鐘、電池模塊，與所述微控制器連接，用于滿足ANSI標準的多費率分時計量及 發生停電時時鐘自動切換到電池；分時模塊，與所述微控制器連接，用于滿足ANSI標準的多費率分時。所述電流采樣模塊采用電流互感器隔離結構，對兩條火線電流采用同一個電流互 感器求和方式對電流取樣；所述電壓采樣模塊采用分壓電阻對連接電壓進行電壓取樣。所述無線通信模塊采用RobuNet無線自組網模塊，使用SS900MHz個人免授權頻帶 實現自動抄表應用。所述脈沖輸出模塊為無源光電隔離型輸出端口，脈沖寬度80ms士20ms。所述電能表還包括光通訊口模塊，與所述微控制器連接，支持紅外光口通訊，支持 本地通訊。所述電能表還包括監測模塊，與所述微控制器連接，是功能模塊，用于檢測電網電 壓、電流、有功功率、視在功率、頻率，以及檢測是否欠壓、過壓、失流、過流。由于采用了上述技術方案，本實用新型靜止式電能表具有下列效果1)在低溫-40°C時能進行正常的液晶顯示；2)自動組網的無線通訊可用于遠程抄表；3)符合ANSI規約的光口通訊；4)在普通單相表的基礎上增加了分時多費率、需量計量、事件記錄、負荷曲線記 錄，測量電壓、電流、有功功率、視在功率、頻率等負荷數據，并具有檢測欠壓、過壓、失流、過 流等功能，功能較全、能夠適應于多層面客戶使用需求。為進一步說明本實用新型的上述目的、結構特點和效果，以下將結合附圖對本實 用新型進行詳細說明。

圖1是本實用新型單相靜止式電能表的結構圖。
具體實施方式
下面結合實施例的附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細說明。圖1是本實用新型單相靜止式電能表的功能框圖，如圖1所示，本實用新型的單相 靜止式電能表包括以下部件。電能信號采樣模塊20，包含電流采樣模塊21及電壓采樣模塊22，所述電流采樣模 塊21采用電流互感器隔離結構，對兩條火線電流采用同一個電流互感器求和方式對電流 取樣；電壓采樣模塊22采用分壓電阻對連接電壓進行電壓取樣。計量模塊11，與所述電能信號采樣模塊20連接，取得電流、電壓的采樣信號，對單 相三線的電壓、電流、功率、電能等進行計量。計量模塊11包含濾波器、放大器、A/D轉換器， 分別對電流、電壓的采樣信號進行濾波、放大、A/D轉換并計算出電壓、電流、功率、電能等計 量數據(計量模塊11芯片內部使用Σ 型AD轉換器對電壓、電流進行測量)，本實施例 可采用意法半導體公司生產的STPMOl型號的芯片。記錄模塊12，與所述計量模塊11連接，用于記錄計量模塊11計量的數據，計量模
4塊計量的數據包括記錄電能、最大需量、需量發生時間，記錄電能與負荷曲線，以及記錄編 程、校時、需量清零、時區切換事件。記錄模塊12可采用ATMEL公司生產的AT24C1024型號 的芯片或RAMTR0N公司生產的FM24C64型號的芯片。微控制器14，與所述計量模塊11連接，采用NEC公司生產的UPD78F0338芯片，從 計量模塊11讀取計量數據并進行以下處理根據計量數據分別計算有功功率、無功功率、 視在功率、電壓有效值和電流有效值等數據；根據有功功率計算出負荷數據；對負荷數據 進行記錄、顯示和通訊處理；自檢處理，自檢分時設置錯誤、非易失存儲器錯誤、時鐘錯誤、 計量錯誤、電池欠壓錯誤。電源14，分別與所述計量模塊11及微控制器14連接，提供電能表工作電源。無線通訊模塊112，與所述微控制器14連接，用于在自動組網的無線通訊，采用具 有無線抄表模塊的無線通訊模塊，本實施例采用RobuNet無線自組網模塊，使用SS900MHZ 個人免授權頻帶實現自動抄表應用。即，無線通訊模塊112給遠程抄表裝置提供一種通訊 信道，該無線通訊模塊112經無線通訊信道與遠程抄表裝置連接，實現無線遠程抄表。校表脈沖輸出模塊17，與所述微控制器14連接，用于校表及采集電能量，為無源 光電隔離型輸出端口，脈沖寬度80ms士20ms。光通訊口模塊18，與所述微控制器14連接，光通訊口模塊是本地抄表和工廠調試 用的端口，通訊規約符合ANSI C12. 18X12. 19的要求；通訊波特率默認9600bps ；支持本地 通訊，可通過廠商提供的配有光電頭的掌上抄表器來通訊。數據存儲模塊19，與所述微控制器14連接，存儲所述微控制器14計算出的負荷數 據。本實施例采用鐵電存貯器，為RAMTR0N公司生產的FM24C64型號的芯片。監測模塊111，與所述微控制器14連接，是功能模塊，用于檢測電網電壓、電流、有 功功率、視在功率、頻率，以及檢測是否欠壓、過壓、失流、過流。顯示模塊15，與所述微控制器14連接，用于能夠在低溫_40°C時正常地進行液晶 顯示，顯示微控制器14處理的數據，最多可循環顯示32項數據，項目顯示順序和顯示時間 用戶可編程，電能表所有參數數據均可通過IXD顯示。時鐘、電池模塊16，與所述微控制器14連接，具有時鐘及后備電池的模塊，時鐘 (RTC)采用愛普生公司生產的RX8025型號的芯片，用于滿足ANSI標準的多費率分時計量， 該時鐘電路，內置2000-2099百年歷，時間日期可設。當發生停電時時鐘(RTC)自動切換 到電池，停電后可維持5年。分時模塊110，與所述微控制器14連接，用于滿足ANSI標準的多費率分時。分時 模塊110可采用愛普生公司生產的RX8025型號的芯片。下面就本實用新型帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表的具體功能應用描述如 下。一、電能計量本實用新型電能表有復費率計量功能支持4個費率，有方向指示，反向正計功 能；每個費率有單獨的計度器記錄電量，電量最小刻度單位0. OlkWh。電能計量內容一般為
總有功電量I當前、最近10周、需量清零時、時區切換時、12個月電量、最近72小時整點電量費率1電量當前、最近10周、需量清零時、時區切換時、12個月電量費率2電量當前、最近10周、需量清零時、時區切換時、12個月電量費率3電量當前、最近10周、需量清零時、時區切換時、12個月電量費率4電量當前、最近10周、需量清零時、時區切換時、12個月電量電能表每周日0時0分0秒產生一次電量、需量的凍結，同時自動需量清零；電能 表可以保存最近10周的電量。二、最大需量最大需量在指定的時間區間內，需量周期中測得平均功率的最大值。需量周期測量平均功率的連續相等的時間間隔；等于滑差時間的整數倍；需量 周期可在5、10、15、30、60分鐘中選擇。滑差時間依次遞推來測量需量的小于需量周期的時間間隔，該時間與需量周期 時間必須保持整數倍關系。需量復位最小時間間隔0_99分鐘，在這段時間內，電能表不接受第二次需量復 位操作。電能表可按4個費率分時計量最大需量，并設定超限報警閾值，如果需量超過這 個閾值，電能表給出告警指示。需量的計算采取滑差方式，并且通過命令可以進行需量清零。最大需量記錄內容如下
總有功最大需量當前、最近10周、需量清零時、時區切換時總有功最大需量發生時間當前、最近10周、需量清零時、時區切換時費率1有功最大需量當前、最近10周、需量清零時、時區切換時費率1有功最大需量時間當前、最近10周、需量清零時、時區切換時費率2有功最大需量當前、最近10周、需量清零時、時區切換時費率2有功最大需量時間當前、最近10周、需量清零時、時區切換時費率3有功最大需量當前、最近10周、需量清零時、時區切換時費率3有功最大需量時間當前、最近10周、需量清零時、時區切換時費率4有功最大需量當前、最近10周、需量清零時、時區切換時費率4有功最大需量時間當前、最近10周、需量清零時、時區切換時三、復費率復費率方案可按日類型和季節類型的組合來進行設置。電能表支持4個時區(季 節類型)，10個日表(日類型)，每個日表最多支持8個時段，支持周休日、工作日、公共假日 時段的設置。費率編程時用來表示電能表運行在何種費率，用1、2、3、4表示，IXD上用T1、T2、 Τ3、Τ4表示不同的費率，如編為0，則電能表認為無效，但在第一個時段出現時，電能表默認
費率1。時區電能表最多支持4個時區，最少默認1個時區(時區號=0)，時區號定義 0-3。用戶只能按月劃分時區，電能表允許一年分為若干時區，每個時區實施不同的分時計 劃(或方案)。編程時須設置每個時區內周六、周日、工作日、特殊日1、特殊日2的日表號。時段電能表至少能運行10套日表，每套日表里最多可定義8個時段，總計80個時段的設置。時段的設置遵循閉環原則，時間先后連接，且同一日表中后一時段開始時間應 大于前一時段開始時間。四、失壓記錄可以設置失壓判斷模式、失壓閾值、過壓閾值，當電壓低于失壓閾值時電能表產生 記錄；在失壓檢測中，電能表采用了平滑濾波處理，大約6秒可以確定一次有效的失壓事 件；通過設定失壓判別模式，電能表也可以檢測過電壓。對于此項記錄，電能表按時間順序 形成日志，并且通過LCD可顯示最近9次失壓記錄。電能表在失壓、過壓狀態停電時，電能 表保持此狀態并做停電記錄，直到來電后失壓、過壓狀態恢復為止；在突然斷電的情況下， 電能表只記錄停電信息。五、失流記錄電能表可以設置失流判斷模式、失流閾值、過流閾值。當電流低于失流閾值時電能 表產生記錄；在失流檢測中，電能表采用了平滑濾波處理，大約6秒可以確定一次有效的失 流；通過設定失流工作模式，電能表也可以檢測過電流。對于此項記錄，電能表按時間順序 形成日志，并且通過LCD可顯示最近9次失流記錄。電能表在失流、過流狀態停電時，電能 表保持此狀態并做停電記錄，直到來電后失流狀態恢復為止；在突然斷電的情況下，電能表 只記錄停電信息。六、月結算電量每月運行到月結時間時，電能表結算一次用電量，該電量是從上月結算時間到本 月結算時間期間的用電量，電能表同時存儲結算日期以便查驗；電能表可以記錄12個月的 用電量，包括總電量和分時電量。七、負荷記錄曲線電能表支持容量為128KB的負荷數據的存儲，用戶可選擇記錄的數據包括電量、 需量、有功功率、電壓、電流；記錄的時間間隔可在1-99分鐘之間任意設置，每個負荷記錄 點均有時間戳(年、月、日、時、分)。八、實時參數的測量電能表除計量電量外，還提供電網參數的測量，800-806項數據分別是電壓、電 流、有功功率、視在功率、當前需量、電網頻率、電池電壓。其中主要數據可以保存在負荷記 錄曲線中，因此連同失壓、失流、停電等記錄，電能表可以實現供電質量監測的功能。九、通訊1)電能表支持紅外光口通訊，通訊規約符合ANSI C12. 18X12. 19的要求；通訊波 特率默認9600bps ；支持本地通訊，可通過廠商提供的配有光電頭的掌上抄表器來通訊。2)電能表還支持無線通訊，電能表可以通過無線進行通訊，組成網絡后可以實現 遠程抄表管理。3)通訊建立后，電能表IXD上通訊符號“COM”顯示；電能表各類數據均可抄讀或設置。綜上所述，本實用新型帶無線抄表模塊的靜止式電能表是單相三線無線復費率電 子式電能表，除具有計量電量外，還具有分時計量、計量需量、事件記錄等功能，并能通過無 線通訊和紅外通訊接口通訊。本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新
7型的目的，而并非用作對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質范圍內，對以上所述 實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權利要求的范圍內。
權利要求1.一種帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表，其特征在于包括 電能信號采樣模塊，包含電流采樣模塊及電壓采樣模塊；計量模塊，與所述電能信號采樣模塊連接，取得電流、電壓的采樣信號，對單相三線的 電壓、電流、功率、電能進行計量；記錄模塊，與所述計量模塊連接，用于記錄計量模塊計量的數據； 微控制器，與所述計量模塊連接，從所述計量模塊讀取計量數據并進行以下處理根據 計量模塊計量的數據分別計算有功功率、無功功率、視在功率、電壓有效值和電流有效值數 據；根據有功功率計算出負荷數據；對負荷數據進行記錄、顯示和通訊處理；自檢處理，自 檢分時設置錯誤、非易失存儲器錯誤、時鐘錯誤、計量錯誤、電池欠壓錯誤； 電源，分別與所述計量模塊及微控制器連接，提供所述電能表工作電源； 無線通訊模塊，與所述微控制器連接，用于在自動組網的無線通訊，采用具有無線抄表 模塊的無線通訊模塊，該無線通訊模塊經無線通訊信道與遠程抄表裝置連接； 校表脈沖輸出模塊，與所述微控制器連接，用于校表及采集電能量； 數據存儲模塊，與所述微控制器連接，存儲所述微控制器計算出的負荷數據； 顯示模塊，與所述微控制器連接，顯示微控制器處理的數據；時鐘、電池模塊，與所述微控制器連接，用于滿足ANSI標準的多費率分時計量及發生 停電時時鐘自動切換到電池；分時模塊，與所述微控制器連接，用于滿足ANSI標準的多費率分時。
2.如權利要求1所述的帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表，其特征在于所述電流采樣模塊采用電流互感器隔離結構，對兩條火線電流采用同一個電流互感器 求和方式對電流取樣；所述電壓采樣模塊采用分壓電阻對連接電壓進行電壓取樣。
3.如權利要求1所述的帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表，其特征在于所述無線通信模塊采用RobuNet無線自組網模塊，使用SS900MHZ個人免授權頻帶實現 自動抄表應用。
4.如權利要求1所述的帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表，其特征在于 所述脈沖輸出模塊為無源光電隔離型輸出端口，脈沖寬度80ms士20ms。
5.如權利要求1所述的帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表，其特征在于所述電能表還包括光通訊口模塊，與所述微控制器連接，支持紅外光口通訊，支持本地 通訊。
6.如權利要求1所述的帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表，其特征在于所述電能表還包括監測模塊，與所述微控制器連接，是功能模塊，用于檢測電網電壓、 電流、有功功率、視在功率、頻率，以及檢測是否欠壓、過壓、失流、過流。
專利摘要一種帶無線抄表模塊的單相靜止式電能表，解決現有電能表因功能不全而不能適應于多層面客戶使用需求以及不能遠程抄表的問題，本實用新型的電能表包含依次連接的電能信號采樣模塊，計量模塊，微控制器；還包含分別與微控制器連接的電源，校表脈沖輸出模塊，數據存儲模塊，顯示模塊，時鐘、電池模塊，分時模塊以及無線通訊模塊，該無線通訊模塊經無線通訊信道與遠程抄表裝置連接，實現遠程抄表。電能表具有以下功能自動組網的無線通訊可實現遠程抄表，具有分時多費率、需量計量、事件記錄、負荷曲線記錄，測量電壓、電流、有功功率、視在功率、頻率等負荷數據，檢測欠壓、過壓、失流、過流等功能，功能較全、能夠適應于多層面客戶使用需求。
文檔編號G01R22/06GK201788224SQ20092027220
公開日2011年4月6日 申請日期2009年11月18日 優先權日2009年11月18日
發明者張華 , 張振華, 徐繼宏, 林華諮, 汪一華 申請人:W&E國際(加拿大)公司, 上海久隆電力(集團)有限公司, 上海金陵智能電表有限公司