一种智能化电能表的制作方法

本发明是申请号为2016101788567、申请日为2016年3月25日、发明名称为“一种智能化电能表的使用方法”的专利的分案申请。

本发明涉及电能表领域，尤其涉及一种智能化电能表。

背景技术：

电能表是用来测量电能的仪表，又称电度表，火表，千瓦小时表，指测量各种电学量的仪表。

电能表按用途来划分，可分为：有功电能表、无功电能表、最大需量表、标准电能表、复费率分时电能表、预付费电能表(分投币式、磁卡式、电卡式)、损耗电能表、多功能电能表和智能电能表。

电能表按工作原理来划分，可分为：感应式(机械式)、静止式(电子式)、机电一体式(混合式)。

电能表按接入相线来划分，可分为单相、三相三线、三相四线电能表。

使用电能表需要注意以下事项：在低电压(不超过500伏)和小电流(几十安)的情况下，电能表可直接接入电路进行测量。在高电压或大电流的情况下，电能表不能直接接入线路，需配合电压互感器或电流互感器使用。对于直接接入线路的电能表，要根据负载电压和电流选择合适规格的，使电能表的额定电压和额定电流，等于或稍大于负载的电压或电流。另外，负载的用电量要在电能表额定值的10％以上，否则计量不准。甚至有时根本带不动铝盘转动。所以电能表不能选得太大。若选得太小也容易烧坏电能表。

现有技术中的电能表向智能化方向发展，例如提供远程抄表接口等，但一般来看，现有技术中的电能表存在以下缺陷：(1)电能表的测量精度仍有待提高；(2)电能表的功能单一，仍局限于对电力线路的检测操作，没有充分利用电能表所占用的公共空间，例如楼梯间的公共空间。

因此，本发明提出了一种新的电能表，专用于楼梯间，一方面，提高自身的检测效率和检测精度，另一方面，能够对楼梯间每一个人物目标的出现次数进行判断，以确定是否触发在线逃犯检测操作，从而为楼宇居民的居住提供安全保障。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种智能化电能表，改造现有技术中的电能表的内部结构，优化其对电力线路的检测机制，更关键的是，引入无线通信技术和图像检测技术对楼梯间出入的人物目标进行逃犯判定，在确定存在逃犯时发出相应报警信号，避免居民受到逃犯的伤害。

根据本发明的一方面，提供了一种智能化电能表，所述电能表包括flash存储设备、三相电能计量设备、人物出现次数检测设备和凌阳spce061a芯片，三相电能计量设备用于检测并输出三相电力线路的有功功率，人物出现次数检测设备用于检测楼梯间每一个人物的出现次数，凌阳spce061a芯片分别与flash存储设备、三相电能计量设备和人物出现次数检测设备连接，控制三相电能计量设备操作的同时基于人物出现次数检测设备的输出来确定人物的身份。

更具体地，在所述智能化电能表中，包括：电流传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电流信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电流信号较小的微电流信号；电压传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电压信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电压信号较小的微电压信号；抗混叠滤波电路，分别与电流传感器和电压传感器连接，用于对接收到的微电流信号和微电压信号进行抗混叠滤波处理，以输出处理后的微电流信号和微电压信号；三相电能计量设备，与抗混叠滤波电路连接，基于处理后的微电流信号和微电压信号确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率；整流设备，与三相电力线路连接，用于将三相电力线路的交流电整流为直流电；稳压设备，与整流设备连接，用于对直流电进行稳压处理；变压设备，与稳压设备连接，用于对稳压后的直流电进行变压处理以获得各个电子设备所需要的工作电压，各个电子设备所需要的工作电压包括36v、12v、5v和3.3v；日历时钟设备，包括日历时钟芯片和锂电池，日历时钟芯片用于提供实时时钟数据，还通过同步串行接口i2c与凌阳spce061a芯片连接，锂电池与日历时钟芯片连接，用于在断电情况下为日历时钟芯片提供备用电力支持；液晶显示设备，包括笔段式液晶显示驱动器和液晶显示屏，笔段式液晶显示驱动器通过同步串行接口i2c与凌阳spce061a芯片连接，用于控制液晶显示屏上的显示内容；flash存储设备，采用容量为1m字节的at45db081芯片，通过串行外设接口spi与凌阳spce061a芯片进行双向数据交换；集成通信设备，与凌阳spce061a芯片连接，包括红外发射器、红外接收器、光耦器件、rs485驱动器和rs485通信接口，红外发射器采用38khz的调制光，红外接收器采用集电极开路方式输出从接收到的红外光中解调出来的数字信号，rs485驱动器与rs485通信接口连接，光耦器件用于将红外发射器和红外接收器隔离于rs485驱动器和rs485通信接口；高清摄像头，设置在电能表外框上，拍摄方向朝向楼梯间，用于拍摄高清楼梯间图像；复杂度检测设备，与高清摄像头连接，用于接收高清楼梯间图像，并基于高清楼梯间图像计算并输出图像复杂度；灰度转化设备，与高清摄像头连接，用于接收高清楼梯间图像，针对高清楼梯间图像中的每一个像素点，提取其r、g、b三颜色通道分量，对r、g、b三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中r、g、b三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11；图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波；全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值；图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；人物识别设备，分别与高清摄像头和图像校正设备连接以接收高清楼梯间图像和二值化图像，用于基于预设的基准人物轮廓识别出二值化图像的人物目标，并基于人物目标在二值化图像处的位置从高清楼梯间图像处分割出对应的人物目标图像；人物出现次数检测设备，与人物识别设备和flash存储设备连接，接收人物目标图像，将接收到的人物目标图像中的人物目标与flash存储设备内各个已有人物目标图像进行匹配以确定人物目标是否第一次出现，匹配失败则确定为第一次出现，则将人物目标对应的人物目标图像作为新的已有人物目标图像存储到flash存储设备内并标记对应的出现次数为1，匹配成功则确定为不是第一次出现，则将flash存储设备内匹配到的已有人物目标图像对应的出现次数增加1；人物出现次数检测设备还将人物目标对应的已有人物目标图像的出现次数作为人物出现次数输出；在线识别启动设备，分别与人物识别设备、人物出现次数检测设备和无线通信设备连接，当接收到人物出现次数小于等于预设次数阈值时，从人物识别设备处接收人物目标图像，并控制无线通信设备以启动无线通信设备与远端的公共安全管理中心的无线通信连接，从远端的公共安全管理中心存储的逃犯数据库处获取附近区域的各个在线逃犯图像；凌阳spce061a芯片，分别与变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、flash存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备连接，实现对变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、flash存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备的控制，凌阳spce061a芯片还与在线识别启动设备连接，将人物目标图像与各个在线逃犯图像逐一匹配，匹配成功则输出匹配的在线逃犯图像对应的逃犯名称并发出存在逃犯信号，匹配失败则发出不存在逃犯信号。

更具体地，在所述智能化电能表中：红外发射器的通信速率为1200bps。

更具体地，在所述智能化电能表中：无线通信设备还与凌阳spce061a芯片连接，用于将逃犯名称和存在逃犯信号通过双向无线通信链路发送到远端的公共安全管理中心。

更具体地，在所述智能化电能表中：无线通信设备为频分双工通信接口。

更具体地，在所述智能化电能表中：预设次数阈值被存储在flash存储设备中。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的智能化电能表的结构方框图。

图2为根据本发明实施方案示出的智能化电能表的液晶显示设备的结构方框图。

附图标记：1flash存储设备；2三相电能计量设备；3人物出现次数检测设备；4凌阳spce061a芯片；5笔段式液晶显示驱动器；6液晶显示屏

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的智能化电能表的实施方案进行详细说明。

电能表的工作原理如下：当把电能表接入被测电路时，电流线圈和电压线圈中就有交变电流流过，这两个交变电流分别在它们的铁芯中产生交变的磁通；交变磁通穿过铝盘，在铝盘中感应出涡流；涡流又在磁场中受到力的作用，从而使铝盘得到转矩(主动力矩)而转动。负载消耗的功率越大，通过电流线圈的电流越大，铝盘中感应出的涡流也越大，使铝盘转动的力矩就越大。即转矩的大小跟负载消耗的功率成正比。功率越大，转矩也越大，铝盘转动也就越快。铝盘转动时，又受到永久磁铁产生的制动力矩的作用，制动力矩与主动力矩方向相反；制动力矩的大小与铝盘的转速成正比，铝盘转动得越快，制动力矩也越大。当主动力矩与制动力矩达到暂时平衡时，铝盘将匀速转动。负载所消耗的电能与铝盘的转数成正比。铝盘转动时，带动计数器，把所消耗的电能指示出来。这就是电能表工作的简单过程。

从电能表的技术分析来看，当前电力行业电能计量仪表的主要方案一般都是基于半导体技术而实现精确计量目的。电能表一般均采用了高精度的a/d转换器，将电网的电压、电流信号进行采样和模数转换，然后利用高速微处理器对数字信号进行分析、处理和数据再加工、分拣，从而产生各种计量数据；最后利用各种通讯接口、人机界面实现与各种设备进行对接。

然而，现有技术中的电能表的设计具有一定的局限性，由于电能表通常被放置在公共空间，但并没有搭载辅助功能设备对公共空间的状况进行监控或实现其他功能，电能表只局限于电力线路的参数测量，即使如此，现有技术中的电能表的结构尚具有优化和改造的空间，现有技术中的电能表的检测效率不高，检测精度仍有待提高。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种智能化电能表，利用现有电能表所占据的楼梯间公共空间对楼梯间的人物目标进行实时检测，以确定是否存在逃犯并决定是否触发逃犯报警，以第一时间通知警方出警，有效保护楼宇居民的人身安全和财产安全，同时，优化了现有的电能表的内部结构。

图1为根据本发明实施方案示出的智能化电能表的结构方框图，所述电能表包括flash存储设备、三相电能计量设备、人物出现次数检测设备和凌阳spce061a芯片，三相电能计量设备用于检测并输出三相电力线路的有功功率，人物出现次数检测设备用于检测楼梯间每一个人物的出现次数，凌阳spce061a芯片分别与flash存储设备、三相电能计量设备和人物出现次数检测设备连接，控制三相电能计量设备操作的同时基于人物出现次数检测设备的输出来确定人物的身份。

接着，继续对本发明的智能化电能表的具体结构进行进一步的说明。

所述电能表包括：电流传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电流信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电流信号较小的微电流信号；电压传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电压信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电压信号较小的微电压信号；抗混叠滤波电路，分别与电流传感器和电压传感器连接，用于对接收到的微电流信号和微电压信号进行抗混叠滤波处理，以输出处理后的微电流信号和微电压信号。

所述电能表包括：三相电能计量设备，与抗混叠滤波电路连接，基于处理后的微电流信号和微电压信号确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率；整流设备，与三相电力线路连接，用于将三相电力线路的交流电整流为直流电；稳压设备，与整流设备连接，用于对直流电进行稳压处理；变压设备，与稳压设备连接，用于对稳压后的直流电进行变压处理以获得各个电子设备所需要的工作电压，各个电子设备所需要的工作电压包括36v、12v、5v和3.3v。

所述电能表包括：日历时钟设备，包括日历时钟芯片和锂电池，日历时钟芯片用于提供实时时钟数据，还通过同步串行接口i2c与凌阳spce061a芯片连接，锂电池与日历时钟芯片连接，用于在断电情况下为日历时钟芯片提供备用电力支持。

如图2所示，所示电能表包括：液晶显示设备，由笔段式液晶显示驱动器和液晶显示屏组成，笔段式液晶显示驱动器通过同步串行接口i2c与凌阳spce061a芯片连接，用于控制液晶显示屏上的显示内容；flash存储设备，采用容量为1m字节的at45db081芯片，通过串行外设接口spi与凌阳spce061a芯片进行双向数据交换。

所述电能表包括：集成通信设备，与凌阳spce061a芯片连接，包括红外发射器、红外接收器、光耦器件、rs485驱动器和rs485通信接口，红外发射器采用38khz的调制光，红外接收器采用集电极开路方式输出从接收到的红外光中解调出来的数字信号，rs485驱动器与rs485通信接口连接，光耦器件用于将红外发射器和红外接收器隔离于rs485驱动器和rs485通信接口；高清摄像头，设置在电能表外框上，拍摄方向朝向楼梯间，用于拍摄高清楼梯间图像；复杂度检测设备，与高清摄像头连接，用于接收高清楼梯间图像，并基于高清楼梯间图像计算并输出图像复杂度。

所述电能表包括：灰度转化设备，与高清摄像头连接，用于接收高清楼梯间图像，针对高清楼梯间图像中的每一个像素点，提取其r、g、b三颜色通道分量，对r、g、b三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中r、g、b三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11；图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波。

所述电能表包括：全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值；图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；人物识别设备，分别与高清摄像头和图像校正设备连接以接收高清楼梯间图像和二值化图像，用于基于预设的基准人物轮廓识别出二值化图像的人物目标，并基于人物目标在二值化图像处的位置从高清楼梯间图像处分割出对应的人物目标图像。

所述电能表包括：人物出现次数检测设备，与人物识别设备和flash存储设备连接，接收人物目标图像，将接收到的人物目标图像中的人物目标与flash存储设备内各个已有人物目标图像进行匹配以确定人物目标是否第一次出现，匹配失败则确定为第一次出现，则将人物目标对应的人物目标图像作为新的已有人物目标图像存储到flash存储设备内并标记对应的出现次数为1，匹配成功则确定为不是第一次出现，则将flash存储设备内匹配到的已有人物目标图像对应的出现次数增加1；人物出现次数检测设备还将人物目标对应的已有人物目标图像的出现次数作为人物出现次数输出；在线识别启动设备，分别与人物识别设备、人物出现次数检测设备和无线通信设备连接，当接收到人物出现次数小于等于预设次数阈值时，从人物识别设备处接收人物目标图像，并控制无线通信设备以启动无线通信设备与远端的公共安全管理中心的无线通信连接，从远端的公共安全管理中心存储的逃犯数据库处获取附近区域的各个在线逃犯图像。

所述电能表包括：凌阳spce061a芯片，分别与变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、flash存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备连接，实现对变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、flash存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备的控制，凌阳spce061a芯片还与在线识别启动设备连接，将人物目标图像与各个在线逃犯图像逐一匹配，匹配成功则输出匹配的在线逃犯图像对应的逃犯名称并发出存在逃犯信号，匹配失败则发出不存在逃犯信号。

可选地，在所述智能化电能表中：红外发射器的通信速率为1200bps；无线通信设备还与凌阳spce061a芯片连接，用于将逃犯名称和存在逃犯信号通过双向无线通信链路发送到远端的公共安全管理中心；无线通信设备为频分双工通信接口；以及预设次数阈值可被存储在flash存储设备中。

另外，4glte是一个全球通用的标准，包括两种网络模式fdd和tdd，分别用于成对频谱和非成对频谱。运营商最初在两个模式之间的取舍纯粹出于对频谱可用性的考虑。大多运营商将会同时部署两种网络，以便充分利用其拥有的所有频谱资源。fdd和tdd在技术上区别其实很小，主要区别就在于采用不同的双工方式，频分双工(fdd)和时分双工(tdd)是两种不同的双工方式。

fdd是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。fdd必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。fdd在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。

tdd用时间来分离接收和发送信道。在tdd方式的移动通信系统中,接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载,其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。

采用本发明的智能化电能表，针对现有技术中电能表功能单一、检测精度不高的技术问题，通过改造电能表的自身结构，去除设备冗余，提高检测效率和精度，同时，充分利用电能表所在的楼梯间的公共空间对附近人物目标进行实时监控，有力地保证居民的人身和财产安全。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。