一種電能表電路的制作方法

本發明屬于電子電表技術領域，具體涉及一種電能表電路。

背景技術：

電能表是用來測量電能的儀表，電能表行業目前主流產品在國際上已經處于快速發展階段，全球包括發達經濟體和發展中國家均在進行電能表的更新換代，以適應當前整個世界形勢的變化。一是全球性的節能減排要求，必須進行能量的精確計量，促進各用電主體根據能量的變化進行用電控制，改變用電習慣；二是適應電力企業管理現代化、信息化的要求，通過智能電能表作為電網的一個節點，可以快速有效地了解電力用戶、變電站等計量測量點的用電實時情況，提供更加精確的服務和管理。目前家庭使用的單相電表使用載波技術傳輸的比較多，載波技術不需要從表內多接專用信號線出來的，它的傳輸方式是靠電力線路傳輸的，就是智能表內部的軟件及硬件把數據自動轉換為載波信號通過電力線路直接將信號傳輸至電力公司的專用監管系統。

但電能表中僅設置這一種通信方式，通信方式比較單一，這種方式雖然具有高度的可靠性和經濟性，調度管理的分布基本一致，但受可用頻譜的限制，并且抗干擾性能稍差，信號質量差，單寬窄，線路停運時檢修時(有地線時)就不能傳送數據，調試難度大，易受用電環境影響，通訊狀況與用戶的用電質量關系緊密。

因此，針對不同的使用環境，為了避免載波通信的意外中斷給電力局及用戶造成損失，提高用電數據的穩定性，電力表僅設置載波通信，局限性較大，不能滿足社會經濟日益發展的使用需求。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決目前電能表通信方式單一，受使用場所限制較大、信號傳輸不穩定等的問題，提供一種具有多種通信方式的電能表。

為了達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種電能表電路，包括主控電路、計量電路、載波通信接口電路、紅外通信電路、485通信電路和數據存儲電路，計量電路、載波通信接口電路、紅外通信電路、485通信電路和數據存儲電路與主控電路連接；計量電路包括計量芯片u6、電流采樣電路和電壓采樣電路，電流采用電路包括火線采樣電路和零線采樣電路，火線采樣電路、零線采樣電路、電壓采樣電路分別與計量芯片u6連接；485通信電路包括包括光耦opt1、光耦opt2和rs485芯片u4，信號接收端rx485與電阻r89一端、光耦opt1內的三極管集電極分別連接，光耦opt1內的三極管發射極接地；光耦opt1內的發光二級管正極與電阻r90一端連接，光耦opt1內的發光二級管負極與rs485芯片u4第1引腳連接；信號發送端tx485與電阻r17、光耦opt2內的發光二級管負極依次連接，光耦opt2內的光敏三極管發射極與rs485芯片u4第2腳、3腳、電阻r4一端連接，rs485芯片u4第4腳與電阻r91一端連接，電阻r4另一端與電阻r91另一端都接地；rs485芯片u4的第8腳、第5腳分別接工作電壓v485、接地，rs485芯片u4第6腳、7腳分別與rs485信號插座或者引腳接口485b、信號插座或者引腳接口485a連接，rs485芯片u4第8腳、6腳之間連接一電阻r92，rs485芯片u4第7腳、5腳之間連接一個電阻r93。

通過設置多種通信方式，根據不同環境需求可以選擇以最優的通信方式作為電量數據的傳輸存儲。還可以將數據備份存在在不同的監管終端，可以實現多點管理，而不是僅僅單一傳輸到某個特定管理終端，減少管理終端的存儲壓力。其中，rs485采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至200mv的電壓，故傳輸信號可以在千米以外得到正常接收。rs485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發送狀態，因此，發送電路須由使能信號加以控制，rs485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。rs485信號的抗干擾能力較強、結構簡單、價格低廉、通訊距離遠等優點。

更進一步，rs485通訊電路還包括保護電路，保護電路由瞬變二極管tvs1和熱敏電阻rt2組成，rs485芯片u4第6腳、7腳之間連接一瞬變二極管tvs1，rs485芯片u4第6腳與信號插座或者引腳接口485a之間連接一熱敏電阻rt2。瞬變二極管tvs1能瞬間放電，熱敏電阻rt2用于防止外界220v-420v交流電的攻擊，如接線操作時或用戶故意以及雷電攻擊，保護電路起著保護rs485芯片u4、mcu芯片及相關電路的作用。

進一步，電流采樣電路包括火線采樣電路與零線采樣電路，火線采樣電路為錳銅分流器的兩個輸出端分別與電阻r56一端、電阻r57一端連接，電阻r56一端、電阻r57一端之間接有電阻r61，電阻r56另一端、電阻r57另一端之間接有串聯的電容c31、電容c32，電容c31、電容c32接地。

進一步，零線采樣電路為電流互感器的兩個輸出端分別與電阻r63一端、電阻r66一端連接，電阻r63一端、電阻r66一端之間接有串聯的電阻r64、電阻r65，r63另一端、電阻r66另一端之間接有串聯的電容c33、電容c34。該電路具有防竊電作用，防止火線不接時零線可同樣計量。

進一步，電壓采用電路取的是零線電壓，由電阻r81、電阻r82、電阻r83、電阻r84、電阻r85、電阻r86、電阻r87、電阻r88依次串聯而成。

更進一步，計量芯片u6采用rn8209c型號，電阻r56與電容c31之間的節點、電阻r57與電容c32之間的節點分別與計量芯片u6的5腳、6腳連接；電阻r63與電容c33之間的節點、電阻r66與電容c34之間的節點分別與計量芯片u6的7腳、8腳連接；接在火線上的模擬地通過電阻r74、電阻r23和電容c39、電容c38濾波后輸入計量芯片u6的9腳、10腳。

進一步，紅外通信電路包括紅外信號發射管ir2和紅外信號接收管ir1，紅外信號發射管ir2一端與電阻r78一端、電阻r79一端連接，電阻r78另一端、電阻r79另一端與pnp三極管q2的集電極連接，pnp三極管q2的基極與電阻r80一端連接，信號發射管ir2一端接地；紅外信號接收管ir1的3腳分別與電阻r75一端、電容c41一端連接，紅外信號接收管ir1的1腳與電容c42一端連接，電容c41另一端與電容c42另一端連接后接地。電容c41、c42作用為隔離退偶或隔直流通交流干擾信號到數字地，起到濾波作用。紅外信號發射管ir2起到發射信號作用，電阻r79、r78并聯起到分流作用，電路中電流較大，單個電阻功率有限，分流具有保護電阻不易損壞。

進一步，載波通信接口電路，包括雙排針載波接口j2，雙排針載波接口j2的2腳與電阻r31連接；雙排針載波接口j2的3腳與電阻r48、電阻r50分別連接；雙排針載波接口j2的4腳與電阻r30連接，雙排針載波接口j2的5腳與電阻r29連接，雙排針載波接口j2的8腳與電阻r34、電阻r49分別連接；雙排針載波接口j2的12腳與并聯的電容c19、電容c21連接后接地。載波接口j1直接接市電的火線和零線，即低壓電力線載波信號通道。

進一步，數據存儲電路包括存儲器芯片u5，存儲器芯片u5的1腳、2腳、3腳、4腳、6腳接地，存儲器芯片u5的第1腳與8腳之間接電容c12，存儲器芯片u5的8腳與5腳之間接電阻r2,存儲器芯片u5的8腳與6腳之間接電阻r3。

進一步，主控電路采用fm331x型號的主mcu芯片。mcu是微控制單元或單片機。

本發明與現有技術相比，有益效果是：1.本電能表具有多種通信方式，能適用不同的環境需求；2.各個功能電路結構簡單，傳輸穩定，抗干擾性強；3相比于傳統電能表，本電能表采用的元器件更少，節約硬件資源，減少pcb板占用；4本電路的485通信模塊能起到有效隔離作用，防止意外接線錯誤引起的意外，保護自身模塊及mcu主控電路的作用。

附圖說明

圖1是電能表的485通信電路；

圖2是電能表的計量電路；

圖3是電能表的載波通信接口電路；

圖4是電能表的紅外通信電路；

圖5是電能表的主控電路；

圖6是電能表的數據存儲電路。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明的技術方案作進一步描述說明。

如圖1、圖5所示，一種電能表電路，包括主控電路、計量電路、載波通信接口電路、紅外通信電路、485通信電路和數據存儲電路，計量電路、載波通信接口電路、紅外通信電路、485通信電路和數據存儲電路與主控電路連接；計量電路包括計量芯片u6、電流采樣電路和電壓采樣電路，電流采用電路包括火線采樣電路和零線采樣電路，火線采樣電路、零線采樣電路、電壓采樣電路分別與計量芯片u6連接；485通信電路包括包括光耦opt1、光耦opt2和rs485芯片u4，信號接收端rx485與電阻r89一端、光耦opt1內的三極管集電極分別連接，光耦opt1內的三極管發射極接地；光耦opt1內的發光二級管正極與電阻r90一端連接，光耦opt1內的發光二級管負極與rs485芯片u4第1引腳連接；信號發送端tx485與電阻r17、光耦opt2內的發光二級管負極依次連接，光耦opt2內的光敏三極管發射極與rs485芯片u4第2腳、3腳、電阻r4一端連接，rs485芯片u4第4腳與電阻r91一端連接，電阻r4另一端與電阻r91另一端都接地；rs485芯片u4的第8腳、第5腳分別接工作電壓v485、接地，rs485芯片u4第6腳、7腳分別與rs485信號插座或者引腳接口485b、信號插座或者引腳接口485a連接，rs485芯片u4第8腳、6腳之間連接一電阻r92，rs485芯片u4第7腳、5腳之間連接一個電阻r93；rs485通訊電路還包括保護電路，保護電路由瞬變二極管tvs1和熱敏電阻rt2組成，rs485芯片u4第6腳、7腳之間連接一瞬變二極管tvs1，rs485芯片u4第6腳與信號插座或者引腳接口485a之間連接一熱敏電阻rt2。

光耦opt1、opt2分別是rs485接口的信號輸入和輸出至mcu第9、10腳rx485、tx485。也起到與mcu隔離保護作用。光耦opt1、光耦opt2采用816d型號，rs485芯片u4采用azrs485-bl3085asop3，電阻r89、電阻r90、電阻r4、電阻r17選用510r5％0603，電阻r91選用1k5％0603，電阻r92、電阻r93選用20k5％0603不焊，熱敏電阻rt2選用mz11-0904300-600rm109a，瞬變二極管tvs1選用smbj6.0casmb/do-214aa瞬雷型號。

如圖2、圖5所示，計量電路中，計量芯片u6檢測到零線電流，判斷用戶在用電。以220v和用電時間推算或估算出用電電能，以便結算。m+、m-為單相火線輸入和輸出接的錳銅分流器的電流采樣引線輸入口，通過采樣電路r61、r56、r57分壓，c31、c32濾波后輸入計量芯片的5、6腳。ct+、ct-為單相零線輸入和輸出電流互感器的電流采樣引線輸入口，通過采樣電路r64、r65、r63、r66分壓，c33、c34濾波后輸入計量芯片的7、8腳，該電路具有防竊電作用，防止火線不接時零線可同樣計量。

r81～r88為電壓采樣電路，取的是零線電壓，將220v的交流電壓降至mv級，輸入計量芯片的9腳。接在火線上的模擬地通過r74、r23和c39、c38濾波后輸入計量芯片的10腳。電壓采樣信號與電流采樣信號輸入計量芯片后，通過乘法器得到功率的模擬信號，再把模擬信號轉換為數字信號，再通過分頻器進行轉換成脈沖信號，用過計量芯片的2、3腳。2腳輸出有功脈沖，3腳輸出無功脈沖。2腳輸出有功脈沖通過電路再輸入mcu的27腳cf-in，再進行分頻處理，使之與整個電表的儀表常數一致。最后由mcu的68腳輸出測試脈沖cfll。采用多個150k串聯，多個電阻串聯起到分壓和降壓的作用，電路中電壓較大，單個或少數幾個電阻功率有限，分壓具有保護電阻不易損壞，否則單個電阻也容易燒壞。同時多個電阻串聯時，電阻與電阻之間存在電容分布，有利于計量芯片對阻性與感性之間的計量線性平滑，即計量線性要好。在實際電路板中，電阻上下位置錯開擺放，有利于通過電磁兼容試驗，具有消除干擾信號的作用，即增強抗干擾能力。

計量芯片的12、13腳為基本誤差輸入和輸出調試口，實現軟件補償調試功能，達到不需人工焊接短路方式調試計量精度的目的，使精度的調試速度和計量精度達到快和高。即保護環境和人身健康，也節省了人力和物力。m_rx、m_tx數據串口與mcu數據串口的14和13腳m_tx、m_rx經過光耦連接，光耦起到強電和弱電隔離的作用。

計量電路中，電阻r72選用10r5％0603，電容c37、電容c26選用100nf10％0603；c36、電容c18分別選用10uf10％080516vx5r、100nf10％0805，電容c67、電容c68選用20pf5％0603，晶振選用3.5795mhz±20ppm。電阻r81、電阻r82、電阻r83、電阻r84、電阻r85、電阻r86、電阻r87、電阻r88都采用150k1％0805。電阻r63與電阻r66采用1.2k1％0603，電阻r64與電阻r65采用5.1r1％0603，電容c33與電容c34采用33nf10％0603。電阻r56、電阻r57都采用1.2k1％0805貼片電阻，電阻r61采用5.1r1％0805不焊，電容c31與電容c32都采用33nf10％0805。

如圖4、圖5所示，紅外通信電路包括紅外信號發射管ir2和紅外信號接收管ir1，紅外信號發射管ir2一端與電阻r78一端、電阻r79一端連接，電阻r78另一端、電阻r79另一端與pnp三極管q2的集電極連接，pnp三極管q2的基極與電阻r80一端連接，信號發射管ir2一端接數字地；紅外信號接收管ir1的3腳分別與電阻r75一端、電容c41一端連接，紅外信號接收管ir1的1腳與電容c42一端連接，電容c41另一端與電容c42另一端連接后接數字地。ir1為紅外信號接收管，紅外通信信號mcu的第17腳ir-rxd接至其1腳。ir2為紅外信號發射管，紅外通信信號從三級管基電極b腳接至mcu的第18腳ir-txd。

載波通信接口電路包括雙排針載波接口j2，雙排針載波接口j2的2腳與電阻r31連接；雙排針載波接口j2的3腳與電阻r48、電阻r50分別連接；雙排針載波接口j2的4腳與電阻r30連接，雙排針載波接口j2的5腳與電阻r29連接，雙排針載波接口j2的8腳與電阻r34、電阻r49分別連接；雙排針載波接口j2的12腳與并聯的電容c19、電容c21連接后接地。載波接口j1直接接市電的火線和零線，即低壓電力線載波信號通道。電阻r29、電阻r30、電阻r31、電阻r49、電阻r50選用100r5％0805，電阻r48、電阻r34選用5.1k5％0805，電容c19、電容c21選用10uf10％080516vx5r。

如圖6、圖5所示，數據存儲電路包括存儲器芯片u5，存儲器芯片u5的1腳、2腳、3腳、4腳、6腳接地，存儲器芯片u5的第1腳與8腳之間接電容c12，存儲器芯片u5的8腳與5腳之間接電阻r2,存儲器芯片u5的8腳與6腳之間接電阻r3，存儲器芯片u5的6腳與電阻r3之間的節點接mcu芯片的第19腳，存儲器芯片u5的第5腳與電阻r2之間的節點接mcu芯片的第20腳。存儲器芯片u5采用電可擦可編程只讀存儲器(eeprom)，fm24c512dsop8型號。電容c40采用100nf10％0603，電阻r3、電阻r2采用5.1k5％0603型號。

主控電路采用fm331x型號的主mcu芯片。上述圖1-圖4和圖6中，每個圖對應的接線上的名稱標識與圖5中的mcu芯片u1上對應的引腳名稱對應連接。如數據存儲電路圖中的scl端與主控電路圖中mcu芯片的第19腳scl連接，數據存儲電路圖中的vddpi端與主控電路圖中mcu芯片的第66腳vddpi連接。

以上為本發明的優選實施方式，并不限定本發明的保護范圍，對于本領域技術人員根據本發明的設計思路做出的變形及改進，都應當視為本發明的保護范圍之內。