专利名称：一种嵌入式智能电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力能源量计量仪器，尤其涉及一种通过多种方式与外界进行信息交换并能嵌入供电电路之中的的嵌入式智能电能表。
背景技术：
电能表是供电领域对电力能源量计量的重要仪器。电能表有机械式电能表和电子电能表，机械式电能表功能单一，体积庞大且制作成本高，电能表的内部结构决定了接线口必须设置在电能表的下端，对安装位置和方式有严格要求，局限性强，而且一般的安装位置 比较隐蔽且容易接触，不能有效防止窃电现象的发生；现有的电子电能表具有电流电压采样模块和电参数中央处理模块，能够准确计量电量。如实用新型专利00220641. 2公开了一种模块化电子电能表，将计量电路模块化，使得外围电路元器件减少，并采用绝缘材料包封，解决了电磁兼容、防水、防霉变、防氧化等问题。发明专利00128114. 3公开了一种全电子智能式电子表，内部电路包括电能计量和电能优化控制两个模块，电能计量模块对线路电压和电流进行检测和运算，结果输入到微处理器进行处理；电能优化控制模块通过通讯信号实现对各用电设备的优化控制。该装置在作为电能计量表的同时，通过设置线路允许负荷、允许用电量、各用电设备的优先等级、以及各用电设备的运行时间等信息，实现对某一用户单元下各用电设备的优化控制。但是，现有电子电能表仍然存在较多不足，如功能单一或功能较少，体积和质量仍然较大，火线和零线的接入方式沿袭传统，需要单独留出电能表的安装位置，不能无缝嵌入供电电路而使供电体系简洁化，也不能与供电控制系统或者查表用户进行多方位的有效通信等，这些缺点不利于电网智能化的发展。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种嵌入式智能电能表，该装置质量轻、体积小，接线方式与电力线行进方向平行，能够无缝嵌入供电电路并能以多种方式与外界通信交流各种供电信息。为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案—种嵌入式智能电能表,包括表壳、设置在表壳内的电流电压米样模块和电参数中央处理模块，其特征在于火线和零线的进线口和出线口分别设在表壳相对的两侧，表壳内还设有遥控模块和/或阻波/耦合载波通信模块，和/或漏电及负荷控制模块，和/或公共无线短信模块。表壳内设有平行的两个导电横梁,该导电横梁由所述电流电压米样模块和电参数中央处理模块具有的两个横梁与所述遥控模块、阻波/耦合载波通信模块、漏电及负荷控制模块、公共无线短信模块各自具有的两个横梁串联而成，导电横梁两端分别与进线口和出线口相连。所述遥控模块与电参数中央处理模块通过光接口进行通信并经遥控信号与外界通信，所述阻波/耦合载波通信模块与电参数中央处理模块通过光接口进行通信并经电线与外界通信，所述漏电及负荷控制模块与电参数中央处理模块通过光接口进行通信并通过继电器控制供电电路的断开与闭合，所述公共无线短信模块与电参数中央处理模块通过光接口进行通信并通过无线短信与外界通信。电流电压米样模块和电参数中央处理模块由其所述横梁和71M6251电表芯片共同组成。还可以设置显示模块，显示模块接受电参数中央处理模块的数据并显示。本实用新型的优点在于，导电横梁具有较强机械强度，两端与供电线路相连接，从而可以将电能表嵌入到供电线路之中，不用单独准备和开辟空间以安装电能表，简洁化了供电体系，遥控模块、阻波/耦合载波通信模块、漏电及负荷控制模块和公共无线短信模块等模块的可选择性设置，既降低了电能表的制作成本，又减小了电能表的体积和质量，保证了嵌入的安全牢固性，同时保证了数据传输的智能性和便捷性，解决了嵌入供电线路给抄表带来的困难。
图I为本实用新型外形及接线示意图；图2为现有电能表外形及接线示意图；图3为本实用新型防窃电使用示意图；图4本实用新型各模块结构示意图；图5为本实用新型电流电压采样模块、电参数中央处理模块电路板图；图6为阻波/耦合载波通信模块电路示意图；图7为漏电及负荷控制模块原理框图；图8为本实用新型电参数中央处理模块电路示意图；图9为父表和子表连接示意图；图10为公共无线短信模块示意图；图11为超声波遥控模块原理框图；图12为无线收发模块原理框图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本实用新型做具体说明图I为本实用新型外形及接线示意图，火线和零线从本智能电能表外壳的一侧进线口接入(L-IN，N-IN)，从相对的另一侧出线口接出(L-OUT，L-0UT)。图5为本实用新型电流电压采样模块、电参数中央处理模块电路板图，在电能表的外壳内，电路板固定在平行的两个横梁I和横梁2之上，横梁I和横梁2除了起到对电路板的机械支撑作用之外，还具有导电性能。横梁1(即图8中的Rl)和横梁2(即图8中的R6)作为采样电阻，与电路板上采用的71M6251电表芯片一起组成了电流电压采样模块和电参数中央处理模块。遥控模块、阻波/耦合载波通信模块、漏电及负荷控制模块、公共无线短信模块(可根据需要选择其中几个或全部模块安装在电能表内)各自也都具有相互平行的两个横梁，并与前述横梁I和横梁2通过螺栓进行串联，保证可靠的导电性能和机械性能，这就组成了整个电能表的导电横梁。导电横梁的两端分别与进线口出线口相连，一端分别接入火线和零线，另一端分别接出火线和零线，这样即将电能表嵌入供电电路之中(图3)。因为所处位置高，难以接触又比较暴露，可以有效防止窃电事件的发生。电参数中央处理模块上的发光二极管D4和红外线接收器D5(图8)为电参数中央处理模块与遥控模块、阻波/耦合载波通信模块、漏电及负荷控制模块、公共无线短信模块进行通信的光接口。发光二极管D4发出的光能为其他各模块的红外接收器所接收，以将数据传给其他各模块，其他各模块的发光二极管发出的光能为红外接收器D5所接收，以便输入各模块的数据给电参数中央处理模块。整个电能表由外壳进行良好的绝缘封装。图3展示了本嵌入式智能电能表在实际使用中的情况，即可以无缝嵌入(指嵌入后不会对电力输送造成任何实质影响)电路，虽然本电能表可以设置显示模块以显示电量等数据，但在嵌入电路之后从显示模块观看电量等电参数变得难以实施，而遥控模块、阻波/耦合载波通信模块、漏电及负荷控制模块、公共无线短信模块良好解决了电参数读取和电能表控制的问题。本电能表外形与接线模式与现有电能表的外形和接线模式(图2)形成鲜明区别，克服了现有电能表需选择合适安装位置的局限以及现有电能表防窃电功能的不足。图4为本实用新型各模块结构示意图，电流电压采样模块将采集的电流、电压数据传给电参数中央处理单元模块，中央处理单元进行乘法运算，做电量积分，得到各种电参数数据，如电量，有功，无功等，并将电流传输给显示单元进行显示，或者与遥控模块、阻波/耦合载波通信模块、漏电及负荷控制模块，、公共无线短信模块进行通信，根据这些模块的要求进行发送数据或者进行数据处理。以上对本智能电能表的整体结构以及各组成部分的布局做出了说明，下面给出各模块实现各自功能的电路示意图，以便让本领域技术人员进行更直接简便的实施。需要指出的是，单独的各模块的功能均为已知的现有技术，本实用新型的特气在于利用各现有技术的模块组合制作成具有新的功能的智能电能表。图8为本实用新型电参数中央处理单元电路示意图，交流输入通过Rl (即图5中横梁I)、电流采样电阻R6(即图5中横梁2)连接到用户负荷，电压采样经过R4、R5、R12的分压得到。由输入端直接引入的交流电源经过C3、R7、DU D2的降压、整流和C4的滤波为电参数中央处理模块提供电源。电流、电压米样直接输入到芯片71M6251的输入端。由于该芯片的模拟输入电压范围为-250mv +250mv (峰峰)，因此改变电流采样电阻R6的阻值可直接改变其量程，电表的精度由R6、及R5、R4、R12的精度及芯片的计算误差决定。该芯片具有液晶LCD驱动，可以直接将电参数经该芯片自带的显示模块输出。该芯片还具有光接口电路，即发光二极管D4和红外线接收器D5，能够与其他各模块进行通信。芯片内部集成有8K的程序存贮器和2K的XRAM，为了存贮用户配置或运行数据等其它非挥发性数据此电表还增加了串行EEPROM芯片。71M6251为TERIDIAN Semiconductor Corp.的电能表专用芯片产品。图6为阻波/耦合载波通信模块电路示意图，该模块中，由电参数中央处理模块来的数据，如电路，功率等，经光接口电路与图6中光整形/检测、光收发、光接续单元进行通信，然后由MCU(微处理单元)控制经电力线载波芯片与Tl耦合发送或者接收数据。图9为父表和子表连接示意图，在供电领域，如果一块电能表下方又接出若干电能表，则形成父表和子表的关系，按照图9所示电路，子表可以经父表与控制中心进行通信，本实用新型如果做父表使用，应该具有两个阻波/耦合载波通信模块。图中主模块即为电流电压采样模块和电参数中央处理模块，载波模块即为阻波/耦合载波通信模块，光耦合指的是通过光接口进行数据通信。图10为公共无线短信模块示意图，该模块使用了西门子公司的(Cinterion公司)MC37i无线模块配合SM卡座及光耦合电路组成，由于MC37i的猝发电流最大可达到4安培，因此该短信模块使用了效率较高的直流-直流变换电路LM2567，且其输入电压尽可能达到了最大，以减少电源的消耗。本模块可由MC37i的休眠而进入休眠状态，MC37i可以由RTSO硬件唤醒，也可以由TXDO接收到的数据(电参数中央处理模块发送的数据)唤醒。通过GPRS短信功能，本智能电能表可以主动或被动的向控制者发送71M6521内部计算引擎(computation engine)的用户用电数据(如电流、电压、相位、电量)，并完成控制功能，因此与预付费表不同，该表还可以以预付费户的形式在控制中心远距离监视、控制预付费户的电能使用，有利于安全用电。图10为漏电及负荷控制模块原理框图，经漏电监测线圈监测到漏电或者用电超负荷之后，由本模块的MCU发出指令，控制动作继电器切断电源，并通过光接口与电参数中 央处理模块通信，报告漏电情况实现漏电断电等功能。图11和图12为遥控模块的两种原理框图，前者通过超声波实现遥控，后者通过无线实现遥控，能够实现各种电参数的下载，可以省去人工抄表等本地工作。另外，也可以省去遥控模块而通过外界使用红外线遥控器，直接与电参数中央处理模块的光接口进行通信，完成数据的下载等功能。
权利要求1.ー种嵌入式智能电能表，包括表壳、设置在表壳内的电流电压米样模块和电參数中央处理模块，其特征在于火线和零线的进线口和出线ロ分别设在表壳相对的两侧，表壳内还设有遥控模块和/或阻波/耦合载波通信模块，和/或漏电及负荷控制模块，和/或公共无线短信模块。
2.如权利要求I所述的嵌入式智能电能表，其特征在于表壳内设有平行的两个导电横梁，该导电横梁由所述电流电压采样模块和电參数中央处理模块具有的两个横梁与所述遥控模块、阻波/耦合载波通信模块、漏电及负荷控制模块、公共无线短信模块各自具有的两个横梁串联而成，导电横梁两端分别与进线口和出线ロ相连。
3.如权利要求2所述的嵌入式智能电能表，其特征在于所述遥控模块与电參数中央处理模块通过光接ロ进行通信并经遥控信号与外界通信，所述阻波/耦合载波通信模块与电參数中央处理模块通过光接ロ进行通信并经电线与外界通信，所述漏电及负荷控制模块与电參数中央处理模块通过光接ロ进行通信并通过继电器控制供电电路的断开与闭合，所述公共无线短信模块与电參数中央处理模块通过光接ロ进行通信并通过无线短信与外界通信。
4.如权利要求2或者3所述的嵌入式智能电能表，其特征在于电流电压采样模块和电參数中央处理模块由其所述横梁和71M6251电表芯片共同组成。
5.如权利要求4所述的嵌入式智能电能表，其特征在于还设置有显示模块，显示模块接受电參数中央处理模块的数据并显示。
专利摘要本实用新型公开了一种嵌入式智能电能表，包括表壳、设置在表壳内的电流电压采样模块和电参数中央处理模块，火线和零线的进线口和出线口分别设在表壳相对的两侧，表壳内还设有遥控模块和/或阻波/耦合载波通信模块，和/或漏电及负荷控制模块，和/或公共无线短信模块。该装置质量轻、体积小，接线方式与电力线行进方向平行，能够无缝嵌入供电电路并能以多种方式与外界通信交流各种供电信息。
文档编号G01R22/00GK202421325SQ20112057379
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者杨东明 申请人:杨东明