一種前后級掉電檢測及控制磁保持繼電器拉閘與數據保存的電能表的制作方法
【專利摘要】一種前后級掉電檢測及控制磁保持繼電器拉閘與數據保存的電能表以及方法，它包括電源模塊與控制模塊，所述電源模塊包括前級檢測單元與整流分壓單元；所述控制模塊包括后級檢測單元、數據存儲單元、繼電器單元、單片機和計量單元；所述的前級檢測單元、整流分壓單元、后級檢測單元、數據存儲單元、繼電器單元和計量單元均與單片機的對應信號端相連。本實用新型實現了在掉市電的瞬間就能正確捕獲到掉電，保證有充足的能量控制繼電器拉閘與數據存儲，使數據保存更安全，并降低了單純后級檢測的成本，具有良好的應用前景。
【專利說明】
一種前后級掉電檢測及控制磁保持繼電器拉閘與數據保存的 電能表
技術領域
[0001] 本實用新型屬于電能表掉電拉閘與數據保存領域，具體涉及一種前后級掉電檢測 及控制磁保持繼電器拉閘與數據保存的電能表。
【背景技術】
[0002] 目前，市場上做掉電拉閘與數據保存的電能表有單純檢測后級掉電，也有通過計 量芯片發出掉電中斷。單純檢測后級掉電的為了能在掉電時控制繼電器拉閘與保存數據， 必須在后級電路中增加很多電容，這樣既增加了成本，也隨著時間的推移電容儲電能力變 成差，不能再滿足拉閘與數據保存。計量芯片檢測掉電可以選擇半個周波檢測時間，也可以 選擇1個周波檢測時間，檢測時間短，電網有波動會導致繼電器誤動作，檢測時間長時由于 計量芯片檢測是通過高通濾波器后檢測的，由于市電掉電快在半個周期內電壓就為〇,導致 計量芯片不能完全捕獲到掉電。本實用新型能夠正確捕獲到掉電，也能有足夠的能量控制 繼電器拉閘與數據保存，有效彌補了上述缺陷。
【發明內容】
[0003] 本實用新型旨在解決上述現有技術在掉電時不能有效控制繼電器拉閘與數據存 儲的問題，提出一種前后級掉電檢測及控制磁保持繼電器拉閘與數據保存的電能表。在掉 市電的瞬間就能正確捕獲到掉電，保證有充足的能量控制繼電器拉閘與數據存儲，使數據 保存更安全，并降低了單純后級檢測的成本，具有良好的應用前景。
[0004] 本實用新型的技術方案是：
[0005] -種前后級掉電檢測及控制磁保持繼電器拉閘與數據保存的電能表，它包括電源 模塊與控制模塊，所述電源模塊包括前級檢測單元與整流分壓單元;所述控制模塊包括后 級檢測單元、數據存儲單元、繼電器單元、單片機和計量單元;所述的前級檢測單元、整流分 壓單元、后級檢測單元、數據存儲單元、繼電器單元和計量單元均與單片機的對應信號端相 連。
[0006] 本實用新型的前級檢測單元包括由二極管D1-D3、電阻R1、R3、R4和穩壓二極管VD1 構成的整流限壓電路、以及由三極管Q1M、電阻1?5說、1?5011、1?5211、電容05說、05311構成的前級 檢測電路，所述的二極管D1-D3構成半波整流，二極管D1-D3的正極分別接電能表的三相電 源端，二極管D1-D3的負極分別連接電阻R1、R3、R4的一端，電阻R1、R3、R4的另一端并接后接 穩壓二極管VD1的負極，穩壓二極管VD1的正極作為整流限壓電路的輸出接前級檢測電路 的輸入即三極管Q1M的基極，三極管Q1M的發射極接地，集電極串聯電阻R51M后接3.3V電源， 三極管Q1M的集電極也與單片機的10口 VT_CHK相連；當三相電源輸入時使所述穩壓二極管 VD1的瞬時電壓高于穩壓二極管的穩壓，所述單片機10 口 VT_CHK為低電平，當三相電源輸入 時使所述穩壓二極管VD1瞬時電壓低于穩壓，所述單片機10 口 VT_CHK為高電平。
[0007] 本實用新型的后級檢測單元包括電阻R1P、R4P、R7P、穩壓二極管D1P、三極管Q1P 和電容C2P、C3P，所述的電阻IMP的一端接電源端DC，電阻IMP的另一端接穩壓二極管DIP的 負極，穩壓二極管DIP的負極接三極管Q1P的基極，所述三極管Q1P的集電極連接上拉電阻 R1P的一端，三極管Q1P的集電極與電阻R1P的連接點與單片機的對應輸入端VIN_INT相連， 所述三極管Q1P的發射極接地，三極管Q1P的發射極和基極之間并聯電容C3P和電阻R7P，當 輸入電壓高于穩壓二極管的穩壓和三極管Q1P的Vbe之和時，所述單片機VIN_INT腳為低電 平，當輸入電壓低于穩壓二極管的穩壓和三極管Q1P的Vbe之和時，所述單片機VIN_INT腳為 高電平。
[0008] 本實用新型的有益效果：
[0009] 本實用新型的電能表工作時所述單片機每毫秒檢測一次所述前級檢測的電平，發 現所述前級檢測檢測到掉電，所述單片機控所述制繼電器拉閘與所述數據保存，若所述后 級檢測也檢測到掉電并且所述制繼電器已經拉閘與所述數據保存已經結束則所述電能表 進入休眠模式，等待所述后級檢測檢測到上電，所述電能表正常工作。若所述前級檢測到掉 電，所述后級檢測在10S內未檢測到掉電，所述電能表控制所述繼電器合閘，并正常運行。
[0010] 本實用新型實現了在掉市電的瞬間就能正確捕獲到掉電，保證有充足的能量控制 繼電器拉閘與數據存儲，使數據保存更安全，并降低了單純后級檢測的成本，具有良好的應 用前景。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本實用新型的前級檢測單元原理框圖之一。
[0012] 圖2是本實用新型的前級檢測單元原理框圖之二。
[0013] 圖3是本實用新型的后級檢測單元原理框圖。
[0014] 圖4是本實用新型的三相輸入瞬時電壓圖
[0015] 圖5是本實用新型的二相輸入瞬時電壓圖
[0016] 圖6是本實用新型的一相輸入瞬時電壓圖
[0017] 圖7是本實用新型的沒有輸入瞬時電壓圖
[0018] 圖8是本實用新型的流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0020] -種前后級掉電檢測及控制磁保持繼電器拉閘與數據保存的電能表，它包括電源 模塊與控制模塊，所述電源模塊包括前級檢測單元與整流分壓單元;所述控制模塊包括后 級檢測單元、數據存儲單元、繼電器單元、單片機和計量單元;所述的前級檢測單元、整流分 壓單元、后級檢測單元、數據存儲單元、繼電器單元和計量單元均與單片機的對應信號端相 連。
[0021] 本實用新型的前級檢測單元包括由二極管D1-D3、電阻R1、R3、R4和穩壓二極管VD1 構成的整流限壓電路、以及由三極管Q1M、電阻1?5說、1?5011、1?5211、電容05說、05311構成的前級 檢測電路，所述的二極管D1-D3構成半波整流，二極管D1-D3的正極分別接電能表的三相電 源端，二極管D1-D3的負極分別連接電阻R1、R3、R4的一端，電阻R1、R3、R4的另一端并接后接 穩壓二極管VD1的負極，穩壓二極管VD1的正極作為整流限壓電路的輸出接前級檢測電路 的輸入即三極管Q1M的基極，三極管Q1M的發射極接地，集電極串聯電阻R51M后接3.3V電源， 三極管Q1M的集電極也與單片機的10口 VT_CHK相連；當三相電源輸入時使所述穩壓二極管 VD1的瞬時電壓高于穩壓二極管的穩壓，所述單片機10 口 VT_CHK為低電平，當三相電源輸入 時使所述穩壓二極管VD1瞬時電壓低于穩壓，所述單片機10 口 VT_CHK為高電平。
[0022] 本實用新型的后級檢測單元包括電阻R1P、R4P、R7P、穩壓二極管D1P、三極管Q1P 和電容C2P、C3P，所述的電阻R4P的一端接電源端DC，電阻R4P的另一端接穩壓二極管D1P的 負極，穩壓二極管DIP的負極接三極管Q1P的基極，所述三極管Q1P的集電極連接上拉電阻 R1P的一端，三極管Q1P的集電極與電阻R1P的連接點與單片機的對應輸入端VIN_INT相連， 所述三極管Q1P的發射極接地，三極管Q1P的發射極和基極之間并聯電容C3P和電阻R7P，當 輸入電壓高于穩壓二極管的穩壓和三極管Q1P的Vbe之和時，所述單片機VIN_INT腳為低電 平，當輸入電壓低于穩壓二極管的穩壓和三極管Q1P的Vbe之和時，所述單片機VIN_INT腳為 高電平。
[0023]具體實施時，包括以下步驟：
[0024] (1)、前級檢測單元進行掉電檢測，如果檢測到掉電，單片機控制繼電器單元拉閘 并由數據存儲單元儲存數據，如果檢測不到掉電，則持續檢測；
[0025] (2)、后級檢測單元進行掉電檢測，如果也檢測到掉電，單片機降低主頻進入休眠 狀態從而降低功耗，如果沒有檢測到掉電，則持續檢測10S;
[0026] 如果在10S內后級檢測仍未檢測到掉電，單片機控制前述繼電器合閘，返回步驟 (1)，如果在10S內檢測到掉電，則單片機降低主頻進入休眠狀態；
[0027] (3)、后級檢測單元進行后級上電檢測，當檢測到后級上電，用戶通過按鍵控制繼 電器單元合閘，返回步驟(1)，當未檢測到后級上電時，持續檢測。
[0028] 如圖1所示交流電A、B、C三相輸入，經過D1、D2、D3二極管再經過限流電阻R1、R3、R4 電阻，要使20V的所述穩壓管導通并且所述Q1M三極管基極電壓達到0.7V，則所述交流電A、 B、C三相輸入的瞬時電壓大于等于20.7V。
[0029]在三相電輸入中會出現四種情況，情況一:所述交流電A、B、C三相全部有電壓;情 況二:所述交流電A、B、C三相只有兩相有電壓;情況三:所述交流電A、B、C三相只有一相有電 壓;情況四：所述交流電A、B、C三相全部沒電壓輸入。
[0030] 情況一:所述交流電A、B、C三相全部有電壓（如圖4)。在這個情況下在一個周期內 最低瞬時電壓為220V*sin45約等于155.5V。全部大于20.7V。則所述前級檢測一直為低電 平。
[0031] 情況二:所述交流電A、B、C三相只有兩相電壓（如圖5)。在這個情況下在一個周期 內只有tl、t2之間的電壓是大于20.7V的。在tl的角度=arcsin(20.7/230)，角度在0到90 度之間，所以tl的角度為6度，t2的角度為174+120=294度。市電頻率為50Hz，則在一個周期 內瞬時電壓大于20.7V的時間等于(294-6)/360/50 = 16ms。所述前級檢測有16毫秒的低電 平4毫秒的高電平。
[0032]情況三:所述交流電A、B、C三相只有一相電壓（如圖6)。在這個情況下在一個周期 內只有tl、t2之間的電壓是大于20.7V的。在tl的角度=arcsin(20.7/230)，角度在0到90 度之間，所以第一個藍線的角度為6度，t2的角度為174度。市電頻率為50Hz，則在一個周期 內瞬時電壓大于20.7V的時間等于（174-6)/360/50約為9.5ms。所述前級檢測有9.5毫秒 的低電平10.5毫秒的高電平。
[0033]情況四：所述交流電A、B、C三相全部沒電壓輸入(如圖7)。在這個情況下在一個周 期內沒有電壓是大于20.7V的。所述前級檢測有0毫秒的低電平20毫秒的高電平。
[0034] 枏據以h四種情況得出以下結論：
[0035] 這樣以lms的分辨率檢測所述前級檢測檢測的高電平時間若大于10.5ms則認為掉 電。由于市電可能存在抖動，需要持續檢測50ms的時間為高電平則認為掉電，有一次低電平 則時間清〇從新開始計時；當所述前級檢測檢測到掉電，則控制繼電器拉閘與數據保存。 [0036] 如圖3所示：當12V的輸入電壓低于7.5V時單片機10 口 VIN_INT腳會從低變高，單片 機會觸發上升沿中斷。則認為所述后級檢測檢測到掉電，單片機進入休眠。當有12V電壓輸 入時單片機10口 VIN_INT腳會從高變低，單片機會觸發下降沿中斷，電能表從休眠狀態喚 醒。
[0037] 如圖8所示:為所述電能表工作流程。所述單片機每毫秒檢測前級是否掉電，當前 級掉電，控制繼電器拉閘與數據保存，后級檢測到掉電，電能表進入休眠狀態。當所述后級 檢測檢測到上電電表工作，但繼電器必須由用戶通過按鍵合閘，避免家用電器的損壞。
[0038] 本實用新型未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
【主權項】
1. 一種前后級掉電檢測及控制磁保持繼電器拉閘與數據保存的電能表，其特征是：它 包括電源模塊與控制模塊，所述電源模塊包括前級檢測單元與整流分壓單元;所述控制模 塊包括后級檢測單元、數據存儲單元、繼電器單元、單片機和計量單元;所述的前級檢測單 元、整流分壓單元、后級檢測單元、數據存儲單元、繼電器單元和計量單元均與單片機的對 應信號端相連。2. 根據權利要求1所述的前后級掉電檢測及控制磁保持繼電器拉閘與數據保存的電能 表，其特征是:所述前級檢測單元包括由二極管D1-D3、電阻R1、R3、R4和穩壓二極管VDl構成 的整流限壓電路、以及由三極管Q1M、電阻1?5謂、1?501、1?521、電容05謂、0531構成的前級檢測 電路，所述的二極管D1-D3構成半波整流，二極管D1-D3的正極分別接電能表的三相電源端， 二極管DI-D3的負極分別連接電阻Rl、R3、R4的一端，電阻Rl、R3、R4的另一端并接后接穩壓 二極管VDl的負極，穩壓二極管VDl的正極作為整流限壓電路的輸出接前級檢測電路的輸 入即三極管QlM的基極，三極管QlM的發射極接地，集電極串聯電阻R51M后接3.3V電源，三極 管QlM的集電極也與單片機的IO口VT_CHK相連。3. 根據權利要求1所述的前后級掉電檢測及控制磁保持繼電器拉閘與數據保存的電能 表，其特征是:所述后級檢測單元包括電阻R1P、R4P、R7P、穩壓二極管D1P、三極管QlP和電 容C2P、C3P，所述的電阻R4P的一端接電源端DC，電阻R4P的另一端接穩壓二極管DlP的負 極，穩壓二極管DlP的負極接三極管QlP的基極，所述三極管QlP的集電極連接上拉電阻RlP 的一端，三極管QlP的集電極與電阻RlP的連接點與單片機的對應輸入端VIN_INT相連，所述 三極管QlP的發射極接地，三極管QlP的發射極和基極之間并聯電容C3P和電阻R7P。
【文檔編號】G01R22/06GK205562677SQ201620158066
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年3月2日
【發明人】彭建忠, 陸建淮, 張祥甫, 魏懿, 張磊
【申請人】江蘇林洋能源股份有限公司