专利名称：无线射频数字电表的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电表装置，尤其是能通过无线发射和接收用电信息，无需使用者 出户查看，在室内即可实时监控用电信息的电表。
背景技术：
目前，中国绝大多数家庭使用的是机械电表，即通过电表轮盘转动来了解家庭用 电状况。此种传统查表方式有如下缺点只能通过轮盘刻度了解当月总用电量，即时功率只 能根据转速粗珞估计；多为外置安装，并统一安装在楼栋底层或楼道内，用户无法在室内了 解家庭用电总功率和用电量；机械读数，不够准确和直观方便。
发明内容
本发明使用了交流电信号传感技术和无线射频技术，并通过单片机即时处理数 据，实现用户在室内即可直接了解用电总量和定制时间段内的总用电量。它有以下优点数 字屏直接读数，按键功能简单，准确清晰，方便快捷；可同时读出当前总用电功率和定制时 间内的用电量，及时监控；室内安装使用，无需用户查看楼栋机械电表；无线检测，无需破 坏居家墙壁拖线，检测端可直接插电源或使用电池，简单易用；低功耗，本身耗电量很低，节 能环保。本发明解决其技术问题所采用的技术方案整个系统根据其功能分为信号传感模块，射频无线通讯模块(包括射频发射端， 射频接收端)，数据处理模块(包括即时功率检测，可定制总用电量记录)，LCD显示模块及 显示控制模块。整个系统分立为两个独立的部分，即检测发射端和接收读数端。检测发射 端包括信号传感模块，射频无线通讯模块的发射端，在检测发射端中，通过预设的接口将检 测器与用电总线相连，其具体实现为二进二出，其供电直接使用220V交流电，此端口在不 影响总线供电的情况下通过信号传感器技术将总线中交变电流的方波脉冲信号进行提取 和处理，产生频率不断变化的弱电方波脉冲信号。由于用户总用电功率的大小信息完全可 以通过此脉冲信号进行表征，所以此信号中包含了检测用电功率所需的全部信息。由信号 传感模块输出的弱电脉冲信号进入射频无线通讯模块的发射端，并经过频率调制将其频率 由原来的频率(约为20HZ)调制到可正常传输信号的315MHZ，并通过射频器进行信号发射。接收读数端由无线射频通讯模块的射频接收端，信号和数据处理模块(包括即时 功率检测，可定制总用电量记录)，LCD液晶显示模块和显示控制模块构成，首先由无线射 频通讯模块的接收端将发射端发出的方波脉冲信号进行接收和解调，并还原成由检测端所 测得的初始弱电方波信号，此信号进入信号和数据处理模块，具体由单片机(MC9)进行实 现。信号进入单片机端口后由单片机进行方波数的脉宽和频率进行周期性统计，并转换公 式还原出功率信息。同时，对输入的方波信号脉冲数进行积分运算，并通过单片机进行累计 和数学转换，以此记录定制时间段内的用电总量。信号和数据处理模块再与LCD液晶显示 模块相连，实现即时功率和定制时间段用电量的即时显示。显示模块的显示功能则由显示控制模块进行控制，具体包括显示屏开关，用电量复位键和显示模式切换键。即时功率在一 定周期内自动刷新，单位为瓦，总电量为用户从按下用电量复位键至当前时刻的总用电量， 单位为千瓦时，用户可通过清零复位键将电量记录清零。两个测量数据分别为两种不同的 显示模式，由用户使用模式切换键进行相互转换。同时在显示屏下方有一个小型的机械拨 码盘，以方便用户记录用电量清零的日期。接收读数端有两种供电方式，即电源插座供电方 式和电池供电方式。本发明的有益效果用电数字读数准确清晰，方便快捷；可同时读出当前用户总用电功率和定制时间 内的用电量，及时监控；室内安装使用，无需用户查看楼栋机械电表；无线检测，无需破坏 居家墙壁拖线，检测端可直接插电源或使用电池，简单易用；低功耗，本身耗电量很低，节能 环保。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是无线射频数字电表的功能框图。图2是无线射频数字电表的系统设计框图。图3是无线射频数字电表的物理结构分配框图。图4是信号传感模块电路图。图4中Il为电流输入端，接用户单相220V用电的 空气开关总闸，即火线。12为电流输出，其后可串接家电等其它用电器，作为它们的火线。G 为电路的零电位地线接在用户用电的零线上。电流信号通过R1、R2、C6、C7转换为差分电压 信号连接到电流信号输入口 V1P、V1N。V1P，VlN为电流采样信号的正，负输入脚，最大差分 输入电压为士660mV。电压信号通过电阻分压网络R6、R7、R9、R10等，转换为差分电压信号 连接到V2N，V2P。V2N，V2P为电压采样信号的负，正输入脚。最大差分输入电压为士 165mV。 计量芯片BL0930通过7805稳压电路供电，将模拟信号转换、处理后通过CF引脚输出数字 频率信号。输出部分我们还采用了 NEC2501光电耦合元件，以提高计量芯片与单片机间的 通信质量与可靠度，并通过人性化设计增加LEDl发光二极管来指示信号传感模块的工作 状态。综上，整个模块的电路以电子式电度表的核心计量芯片BL0930为核心，通过对模 拟电流、电压的采样，转换，计算，处理后，输出与频率功率成正比的方波频率信号，完成模 数转换与信号传感。图5是BL0930的系统框图。图6是射频无线通讯模块工作过程流程图。图7是射频无线发射模块完整电路图。射频无线发射模块的作用是接收由信号传 感模块发出的大约20Hz的频率与用户即时用电功率成正比的方波频率信号，再将方波频 率信号调制、搭载到高频无线电波上，最后将已调制的高频信号发射到空中向周围传播。由 于采用了无线电波的传播形式，所以可以穿墙越屋。图7中变压器Tl、二极管D3 D6、电容 C13 C17、三端稳压集成电路Ul等组成了 +5V的直流稳压电路，为发射器提供工作所必须 的电源。R13左端的信号接收线用于接收由信号传感模块发出的大约20Hz的方波信号，然 后送入驱动三极管Ql，Ql将信号放大整形后从集电极输出，送入315MHz的无线发射模块，对315MHz的高频信号进行调制，最后将控制信号以无线电波的形式向周围空间传播。图8射频无线接收模块的完整电路图。射频无线接收模块的作用是接收发射端发 出的无线电波，并对无线电波进行解调，最终要将315MHz的无线电信号还原为大约20Hz的 频率与用户即时用电功率成正比的方波频率信号，并将其送入单片机以接受处理。图8中 电源为变压器T3或者直接采用电池供电，二极管D8 D11、电容C21 C25、三端稳压集成 电路TO等组成了 +5V的直流稳压电路，为接收端提供工作所必须的电源。315MHz的无线接 收模块接收到图7所示发射端发出的无线电波，并从无线电波中解调出原频率信号，再将 信号输出给单片机处理。如图8中在右侧的信号输出端，还采用了 NEC2501光电耦合器件进行输出与输出 之间的隔离，这样输出给单片机的信号更加可靠，大大增加了系统工作的稳定性。同时图中 发光二极管LED5为人性化设计，指示当前电路的正常工作状态。为了节电同时又不失可靠性，选用了超再生电路来实现315MHz无线电波的接收。 超再生电路成本低，而且功耗小，工作电流仅需IOOuA左右。可靠性方面，调整良好的超再生电路灵敏可以与功耗较大、电路复杂、带有一级高 放、一级振荡、一级混频以及两级中放的超外差接收机媲美。图9是单片机数据处理、显示、控制模块完整电路图。图10是采样及发射模块电路总图。图11是接收及MCU模块电路总图。图12是无线射频数字电表数据处理模块程序框图。图13是数据处理模块示意图。数据处理是采用飞思卡尔MC9S08LC60单片机进行 的。即时功率检测如图9所示与即时功率成正比的频率信号由射频接收模块还原后， 经光电耦合隔离，并送入单片机的42号通用输入输出管脚PTC2/SPSCK2/TPM1CH0。让单片 机记录频率信号在0. 2s内的脉冲个数(20Hz的频率信号大约有4个脉冲)，由此MCU就能 计算出0. 内的平均功率，并将其记录存储。0.2秒的平均功率将用于计算用户的总用电 量，只需将功率乘以0. 2秒并累加即可。同时，由于用户不需要0. 2秒内平均功率值那么精 确，因此设计单片机将每0. 5秒把平均功率输出至LCD屏，供用户读取。功率频率信号的频率计算公式为
Freq358.4 X V( ν) χ r(i) XFzX Gain Vrsf ‘
Freq—引脚CF输出脉冲频率
V(v)-—电压通道的输入电压的有效值
V⑴-—电流通道的输入电压有效值
V f— * ref一基准电压(2. 5士8% )
Fz——-由主时钟分频获得，分频系数由SO和Sl确定
Gain--一电流通道的系统增益，由G的逻辑输入决定
根据传感模块的电路图得
权利要求
1.一种电表装置，含有检测发射端和接收读数端两个单元，两者之间采用无线的方式 进行信息传递，接收数据端可以直接读取数字信息，其特征是检测发射端单独与用户总电 相连，与接收读取端之间没有电线连接。
2.根据权利要求1所述的电表装置，其特征是具有信号传感模块、射频无线通讯模块 (包括射频发射端，射频接收端)、数据处理模块(包括即时功率检测，可定制总用电量记 录)、LCD显示模块及显示控制模块。
3.根据权利要求1所述的电表装置，其特征是接收读取端有两种供电方式，即电源插 座供电方式和电池供电方式。
全文摘要
一种能够在室内直接读取用电信息的数字电表。它在用户使用的室外总电处接有检测发射端，通过检测发射端的信号处理及发射，由用户室内设置的接收数据端无线接收用户即时用电信息，并通过数字显示的方式显示，用户可以在室内直接读取用电信息。
文档编号G01R22/10GK102116795SQ20101050228
公开日2011年7月6日 申请日期2010年10月9日 优先权日2010年10月9日
发明者叶瀚中 申请人:叶瀚中