一种高安全性电能表的制作方法

本发明涉及电力领域，具体是一种高安全性电能表。

背景技术：

目前，随着电网系统的改革，现有的电能表在数据处理能力、事件记录能力和信息交互功能都不能满足电能表发展的需要，电能表反映的是基波和谐波的综合电能，由于现行的电能表无法对这些电量进行实时的谐波分析，电能表不能消除谐波对计量的影响，无法真实、实时地反映用户实际消耗的基波功率，这就导致用户实际消耗基波电能量(E1)与电能表读数不等，按电能表读数交费就会使非线性负载，同时，现有的电子式多功能电能表大多数一体化设计，一旦里面的部件烧坏，基本上就报废了，大大的浪费了资源，而且对当时的用电量还不能断电记录，严重的影响了人们的使用和发展。基于现有的三相电子式多功能电能表存在着功能单一，使用不灵活性，操作复杂，安全性能差，维护成本高和使用寿命短的问题。

而且当电能表损坏以后，获取电能表故障前的事件记录、剩余电量、负荷曲线数据是电力公司调查电能表故障原因和与用户间费用结算的重要依据。现有技术是通过仿真器连接电能表 MCU 去观察内卡数据，这个过程是极其困难、复杂的，而且 MCU 仿真仅存在于电能表开发阶段，电力公司是没有这种设备的。更令人头疼的是，如果电能表 MCU 也无法工作，获取电能表内卡数据将成为无法完成的任务。这使得电力公司获取以上数据的过程变得极其困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高安全性电能表，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高安全性电能表，包括扩展模块和通讯接口，所述扩展模块通过卡接槽设置在供电模块的下部，供电模块通过卡接槽设置在计量处理模块的下部，计量处理模块通过卡接槽设置在通讯模块的下部，通讯模块通过卡接槽设置在显示模块的下部位置，所述通讯模块包括DC/DC升压电路、USB转串口转换电路、模块MCU、虚拟令牌接口和用于连接电能表的232转笔型接口通信线；PC机通过USB数据线与模块MCU连接，PC机通过USB数据线经由DC/DC升压电路与电能表连接，PC机经由虚拟令牌接口与电能表内卡连接，模块MCU通过UART端口与电能表MCU连接，模块MCU通过电能表MCU获取电能表内卡数据；模块MCU经由虚拟令牌接口并通过用于连接电能表的232转笔型接口通信线，再通过I2C总线与电能表内卡连接，模块MCU读取电能表内卡数据；模块MCU通过USB转串口电路与PC机连接；所述显示模块设置在挂头的下部；挂孔设置在挂头的里面，所述通讯接口分别设置在卡接槽的上下位置。

作为本发明进一步的方案：所述虚拟令牌接口包括数据连接管脚SDA、时钟信号连接管脚SCL、串口发送数据管脚TX、串口接收数据管脚RX、高电源VH 管脚、电源VCC管脚和接地管脚GND。

作为本发明再进一步的方案：所述DC/DC升压电路包括DC/DC 芯片U1和USB接口；USB接口的1脚和4脚从PC机获取电源；该芯片U1的8脚通过电阻R5经由电阻R4与USB接口的1脚连接，该8脚还通过电阻R5经由电感L2与该芯片U1的1脚连接，该芯片U1的7脚通过电阻R4与USB接口的1脚连接，其6脚与USB接口的1脚连接，其5脚通过电阻R2A接地，该5脚还通过电阻R1A与电源VH连接，电源VH、电阻R1A和电阻R2A构成电压反馈网络，以维持电源VH的稳定；该芯片U1的1脚与二极管D1的阳极连接，该二极管D1的阴极与电源VH连接，二极管D1用于防止电源VH倒灌入电源VCC；该芯片U1的3脚通过电容C2接地，其2脚和4脚接地；USB接口的1脚通过瞬变电压抑制二极管TVS1与该USB接口的4脚连接，该接口的4脚接地；二极管D1的阴极通过电容C3接地，电源VH与极性电容C9的阳极连接，该电容C9的阴极接地。

作为本发明再进一步的方案：所述DC/DC芯片U1采用型号为MC33063的芯片。

作为本发明再进一步的方案：所述USB转串口转换电路包括转换芯片U2和USB接口；USB接口的2脚和3脚接口为通信口；该芯片U2的4脚与USB接口的3脚连接，其5脚与USB接口的2脚连接；其8脚与USB接口的1脚连接，该8脚通过电感L1与电源VCC连接，该8脚通过电容C5接地，该芯片U2的3脚通过电容C6与其7脚连接，该3脚通过电容C7与其7脚连接，该3脚通过电容C8与其6脚连接，该芯片U2的6脚通过电阻R3与其9脚连接，其7脚通过电感L1与电源VCC连接，其11脚通过电阻R17接地，其26脚与模块MCU的串口发送数据管脚TXD连接，其25脚与模块MCU的串口接收数据管脚RXD连接。

作为本发明再进一步的方案：所述转换芯片U2采用型号为CP2012的芯片。

作为本发明再进一步的方案：所述显示模块包括显示模块触摸显示屏、显示模块报警灯和显示模块开关，所述显示模块触摸显示屏设置在显示模块报警灯的下部；所述显示模块开关设置在显示模块触摸显示屏的右下角，显示模块触摸显示屏具体采用多点触摸电容式显示屏。

作为本发明再进一步的方案：所述供电模块包括供电电容和锂电池，所述供电电容设置在锂电池的右侧。

作为本发明再进一步的方案：所述计量处理模块包括A/D转换器、管理MC和DSP高速数据处理器，所述A/D转换器和管理MCU分别通过连接导线设置在DSP高速数据处理器的下部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过显示模块、供电模块、计量处理模块和通讯模块的设置，有利于提高智能化程度，保证停电报警功能可靠，进一步提高用电安全性能，使用使用灵活，操作智能化，进而降低维护成本，延长使用寿命；且通讯模块采用单根USB线实现供电和通信，简化线路，降低成本；采用虚拟令牌接口可直读电能表的内卡数据；采用通用的USB接口实现对电能表内卡或电能表逻辑电源的供电，实用性强、接口简单；即便在电能表A电源处理电路全部损坏的情况下，仍可借助本发明直接读写电能表内卡数据，确保了电能表数据读取的可靠性。

附图说明

图1为高安全性电能表的结构示意图；

图2为高安全性电能表中显示模块结构示意图；

图3为高安全性电能表中通讯模块的原理框图；

图4为高安全性电能表中DC/DC升压电路图；

图5为高安全性电能表中USB转串口转换电路图；

图6为高安全性电能表中模块MCU到电能表的接口电路图；

图7为高安全性电能表中虚拟令牌接口VTC示意图；

图中：1-扩展模块、2-供电模块、3-计量处理模块、4-通讯模块、5-挂头、6-显示模块、7-挂孔、8-连接导线、9-卡接槽、10-通讯接口、21-超级供电电容、22-锂电池、31-A/D转换器、32-管理MCU、33-DSP高速数据处理器、61-显示模块触摸显示屏、62-显示模块报警灯、63-显示模块开关。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-7，一种高安全性电能表，包括扩展模块1和通讯接口10，所述扩展模块1通过卡接槽9设置在供电模块2的下部，起到为后续的技术提供备用和扩展的功能；供电模块2通过卡接槽9设置在计量处理模块3的下部，起到提供电源的作用；计量处理模块3通过卡接槽9设置在通讯模块4的下部，起到计量的作用；通讯模块4通过卡接槽9设置在显示模块6的下部位置，起到GPRS/CDMA通讯的功能；所述显示模块6设置在挂头5的下部；挂孔7设置在挂头5的里面，所述通讯接口10分别设置在卡接槽9的上下位置。

所述通讯模块4包括DC/DC升压电路、USB转串口转换电路、模块MCU、虚拟令牌接口和用于连接电能表的232转笔型接口通信线。PC机通过USB数据线与模块MCU连接，用于给该模块MCU供电。PC机通过USB数据线经由DC/DC升压电路与电能表连接，用于给电能表MCU供电。PC机经由虚拟令牌接口与电能表内卡连接，用于给该内卡供电。模块MCU通过UART端口与电能表MCU连接，模块MCU通过电能表MCU获取电能表内卡数据。模块MCU通过虚拟令牌接口经由用于连接电能表的232转笔型接口通信线再通过I2C总线与电能表内卡连接，模块MCU直接读取电能表内卡数据。模块MCU通过USB转串口电路与PC机连接，用于传递获取的电能表内卡数据。

模块MCU还分别与内卡、LED指示灯以及按键电路连接。

通讯模块4与 PC机之间通过USB线连接，USB线为通讯模块4提供数据通信通道与电源。通讯模块4与电能表之间通过232线转换为标准VTC接口连接。模块与电能表之间的通信包含2种通信模式。一种是信道1与供电1组合，模块通过电能表MCU抄读电能表内卡。另一种是信道2与供电2组合，模块直接抄读电能表内卡。

所述DC/DC升压电路包括DC/DC芯片U1和USB1接口。USB1接口的1脚和4脚从PC机获取电源；该芯片U1的8脚通过电阻R5经由电阻R4与USB1接口的1脚连接，该8脚还通过电阻R5经由电感L2与该芯片U1的1脚连接，该芯片U1的7脚通过电阻R4与USB1接口的1脚连接，其6脚与USB1接口的1脚连接，其5脚通过电阻R2A接地，该5脚还通过电阻R1A与电源VH连接，电源VH、电阻R1A和电阻R2A构成电压反馈网络，以维持电源VH的稳定；该芯片U1的1脚与二极管D1的阳极连接，该二极管D1的阴极与电源VH连接，二极管D1用于防止电源VH倒灌入电源VCC；该芯片U1的3脚通过电容C2接地，其2脚和4脚接地；USB1接口的1脚通过瞬变电压抑制二极管TVS1与该USB1接口的4脚连接，该瞬变电压抑制二极管用于确保热插拔时本发明不会被损坏；该接口的4脚接地；二极管D1的阴极通过电容C3接地，电源VH与极性电容C9的阳极连接，该电容C9的阴极接地。

DC/DC芯片U1可采用型号为MC33063的芯片。

USB1接口的1脚和4脚从PC机获取的VCC电源经DC/DC芯片U1升压至电源VH。

所述USB转串口转换电路包括转换芯片U2和USB接口。USB1接口的2脚和3脚接口为通信口；该芯片U2的4脚与USB1接口的3脚连接，其5脚与USB1接口的2脚连接；其8脚与USB1接口的1脚连接，该8脚通过电感L1与电源VCC连接，该8脚通过电容C5接地，该芯片U2的3脚通过电容C6与其7脚连接，该3脚通过电容C7与其7脚连接，该3脚通过电容C8与其6脚连接，该芯片U2的6脚通过电阻R3与其9脚连接，其7脚通过电感L1与电源VCC连接，其11脚通过电阻R17接地，其26脚与所述模块MCU的串口发送数据管脚TXD连接，其25脚与所述模块MCU的串口接收数据管脚RXD连接。

转换芯片U2可采用型号为CP2012的转换芯片。

USB1接口的2脚和3脚为通信口，此接口信号经芯片U2转换为串口信号TXD、RXD供模块MCU使用。

所述模块MCU到电能表的接口电路包括模块MCU和虚拟令牌接口VTC。模块MCU的5脚与虚拟令牌接口VTC的7脚连接，用于传递电源VCC，该管脚还通过电容C15接地，该5脚还通过电阻R9串联电容C14接地；其6脚与模式信号管脚MODE连接；其9脚通过电容C14接地；其10脚与晶振输出信号XOUT连接，该管脚还通过电容C17接地；其12脚与晶振输入信号XIN连接，该管脚还通过电容C24接地；其13脚与虚拟令牌接口VTC的7脚连接，用于传递电源VCC，该管脚还通过电容C25接地；其16脚与虚拟令牌接口VTC的8脚连接，用于传递时钟信号SCL；其17脚与虚拟令牌接口VTC的1脚连接，用于传递数据信号SDA；其19脚与虚拟令牌接口VTC的3脚连接，用于传递串口发送数据信号TXD；其20脚与虚拟令牌接口VTC的2脚连接，用于传递串口接收数据信号RXD；其4脚、11脚均接地。电阻R11接于模块MCU的10脚和12脚之间。晶振X1也接于模块MCU的10脚和12脚之间。电容C26与电容C25并联相接。

模块MCU可采用型号为R4F2L38ABDFP的MCU芯片。

模块MCU的电源可由PC机电源经USB1接口直接获得。模块MCU主频由晶振X1提供；复位信号由电阻R9、电容C14所在阻容复位获得。当USB1接口接入PC机时，上电复位；当USB1接口脱离PC机时，掉电关机。

所述虚拟令牌接口的虚拟令牌接口的1脚为I2C总线数据管脚SDA，其2脚为串口接收数据管脚RX，其3脚为串口发送数据管脚TX，其5脚为接地管脚GND，其6脚为其8脚为I2C总线时钟管脚SCL。

虚拟令牌接口对接口的形状、尺寸、间距、定位孔有着详细的要求。为配合该接口，本发明的虚拟令牌接口端采用“笔”状形式的探棒，在末端配备了与该虚拟令牌接口的排布形式一致的环形布置的金属探头组。

一个RS232转VTC接口线以及一个硬件模块。使用时仅需将USB线连接至电脑，RS232转VTC接口线对接至电能表标准接口。打开上位机软件即可方便完成对电能表内卡数据的操作。

所述显示模块6包括显示模块触摸显示屏61、显示模块报警灯62和显示模块开关63，显示模块触摸显示屏61设置在显示模块报警灯62的下部；显示模块开关63设置在显示模块触摸显示屏61的右下角。

所述显示模块触摸显示屏61具体采用多点触摸电容式显示屏，有利于提高智能化程度，进一步降低维护成本，延长使用寿命。

所述供电模块2包括供电电容21和锂电池22，所述供电电容21设置在锂电池22的右侧，有利于保证停电报警功能可靠，进一步提高用电安全性能。

所述计量处理模块3包括A/D转换器31、管理MCU32和DSP高速数据处理器33，所述A/D转换器31和管理MCU32分别通过连接导线8设置在DSP高速数据处理器33的下部，有利于降低制造和维护成本，延长使用寿命。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。