一种基于云服务的智能电能表的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于云服务的智能电能表，包括主控制器以及与主控制器连接的按键输入模块、显示模块、LED指示灯和存储模块，还包括：连接在用户负载与所述主控制器之间的电压采样电路、电流采样电路和信号放大电路，频率检测电路，以及与所述主控制器连接且用于与外部通讯模块进行数据交互的通讯接口。本发明提供的电能表能实时测量所有电力参数，如三相电压、电流，有功、无功功率，需量、电度、谐波；具有复费率、开关量监测、遥控输出、事件记录、定值越限功能，通过云服务技术，能够让智能电表实现安装、调试和连接到广域网网关，用户可以通过浏览器WEB、微博、手机APP来查看需要的用电数据，数据经过分析后制定科学合理的节能减排方案。
【专利说明】
一种基于云服务的智能电能表
技术领域
[0001]本发明属于智能电表技术领域，更具体地，涉及一种基于云服务的智能电能表。
【背景技术】
[0002]智能电表的部署需要合适的通讯基础设施来实现设备之间的通信，包括通讯集线器、户内显示系统和其他设备，而这些建筑物为智能电表的部署带来了挑战。通常情况下，仪表都不安装在公寓内部而装在空间可能有限、用户也较难接触的公共区域中，或分布在公寓楼周围。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于云服务的智能电能表，旨在解决传统电能表不能连接到广域网，不能通过手机APP，浏览器WEB，微博查看电能表数据的技术。
[0004]本发明提供了一种基于云服务的智能电能表，包括主控制器以及与所述主控制器连接的按键输入模块、显示模块、LED指示灯和存储模块，还包括:连接在用户负载与所述主控制器之间的电压采样电路、电流采样电路和信号放大电路，频率检测电路，以及与所述主控制器连接且用于与外部通讯模块进行数据交互的通讯接口。由于电压信号是正弦波，频率检测电路是用来测量电压信号的频率，知道了该频率，通过计算可得电压信号的周期，就能对电压采样的点数、电流采样的点数进行精准的控制，得到的采样值送入MCU的ADC模块，通过傅里叶变换得到精确的电压值、电流值。
[0005]由于传统电能表的数据只能现场读取，或通过后台监控软件读取查阅，但是通过本发明提供的基于云服务的智能电能表，用户可以随时随地查阅数据，获取数据途径变多。
[0006]更进一步地，所述电压采样电路包括:电压互感器T3，依次串联连接在A相电压输入端VA与所述电压互感器T3的初级绕组的同名端之间的电阻R86、电阻R87、电阻R85、电阻R84和电阻R83，所述电压互感器T3的初级绕组的异名端连接中性点VN，一端与所述电压互感器T3的次级绕组的同名端连接且另一端与所述电压互感器T3的次级绕组的异名端连接的电阻R82，与所述电阻R82并联连接的电容C292。
[0007]更进一步地，所述电流采样电路包括:电流互感器T6、电阻RV11、电阻RV12、电阻R160和电容C295;所述电流互感器T6的初级绕组的同名端与次级绕组的同名端连接，所述电流互感器T6的初级绕组的异名端与次级绕组的异名端连接;所述电阻RVll的一端连接所述电流互感器T6的次级绕组的同名端，电阻RVll的另一端连接所述电流互感器T6的次级绕组的异名端;所述电阻RV12与所述电阻RVll并联连接;所述电阻R160与所述电阻RV12并联连接;所述电容C295与所述电阻R160并联连接。
[0008]更进一步地，所述信号放大电路包括:运算放大器U26、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C237、电容C238、电容C239、电容C240、电容C241、电容C242、电容C243、电容C259、电感H6 ；所述运算放大器U26的正相输入端通过依次串联连接的电阻R35和电阻R30连接采样电阻上电压信号正值VA+，所述运算放大器U26的反相输入端通过依次串联连接的电阻R36和电阻R33连接采样电阻上电压信号负值VA-;所述电阻R35和所述电阻R30的串联连接端通过电容C240接地，所述电阻R35和所述电阻R30的串联连接端还通过电阻R31连接至参考电压VREF，所述电阻R35和所述电阻R30的串联连接端还通过电容C238接地;所述电容C243与所述电阻R31并联连接;所述电阻R36和所述电阻R33的串联连接端通过电容C241接地，还通过电阻R32连接至所述运算放大器U26的输出端;所述电容C237与所述电阻R32并联连接;所述电容C242的一端连接至所述电阻R35和所述电阻R30的串联连接端，所述电容C242的另一端连接至所述电阻R36和所述电阻R33的串联连接端;所述运算放大器U26的电源端通过电感H6连接至电源VCC，所述运算放大器U26的电源端还通过电容C259接地;所述运算放大器U26的输出端通过电阻R34连接至VA ；电容C239—端连接至VA，另一端接地。
[0009]更进一步地，通过调整电阻R32与电阻R33的比值来调整信号放大电路的放大倍数。
[0010]更进一步地，所述频率检测电路包括:比较器U23、电阻R166、电阻R167、电阻R168、电阻R169、电阻R170、电容C299和电容C300;所述比较器U23的反向输入端通过依次串联连接的电阻R167和电阻R166连接至频率信号采样点MF(measure frequency)，所述比较器U23的正向输入端通过电阻R169连接参考电压VREF;所述电阻R167和所述电阻R166的串联连接端通过电容C299接地;所述电阻R168的一端连接至所述比较器U23的反向输入端，所述电阻R168的另一端连接至所述比较器U23的输出端，所述电容C300与所述电阻R168并联连接;所述比较器U23的输出端连接所述电阻Rl 70。
[0011]更进一步地，所述频率检测电路检测的频率范围为45Hz?55Hz。
[0012]更进一步地，所述通讯接口为UART通讯接口。
[0013]本发明提供的电能表能实时测量所有电力参数，如三相电压、电流，有功、无功功率，需量、电度、谐波;具有复费率、开关量监测、遥控输出、事件记录、定值越限功能，通过云服务技术，能够让智能电表实现安装、调试和连接到广域网网关，用户可以通过浏览器WEB、微博、手机APP来查看需要的用电数据，数据经过分析后制定科学合理的节能减排方案。
【附图说明】
[0014]图1是本发明提供的智能电表的原理框图；
[0015]图2是本发明提供的智能电表中电压采样电路的电路原理图；
[0016]图3是本发明提供的智能电表中电流采样电路的电路原理图；
[0017]图4是本发明提供的智能电表中信号放大电路的电路原理图；
[0018]图5是本发明提供的智能电表中频率检测电路的电路原理图；
[0019]图6是本发明提供的智能电表中通讯接口电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]通常情况下，仪表都不安装在公寓内部而装在空间有限、用户也较难接触的公共区域中，或分布在公寓楼周围，用户不能随时随地了解能耗信息，节能减排效果不明显。通过云服务技术，能够让智能电表实现安装、调试和连接到广域网网关，用户可以通过浏览器WEB、微博、手机APP来查看需要的用电数据，数据经过分析后制定科学合理的节能减排方案。通过简单的安装步骤，可以调动起楼宇的智慧并使其随时待命，只要多住户单元安装了这个解决方案之后，其他的智能能源装置能够随时安装随时使用，而且既能够安装单个智能能源装置，也能以整个公寓为单位同时安装。如果没有这个解决方案，能源供应商可能会被迫安装额外的基础设施并进行额外的工程施工，造成低回报高花费而且给客户和房主造成不必要的困扰。
[0022]本发明实施例提供的电能表能实时测量所有电力参数，如三相电压、电流，有功、无功功率，需量、电度、谐波;具有复费率、开关量监测、遥控输出、事件记录、定值越限功能，通过云服务技术，能够让智能电表实现安装、调试和连接到广域网网关，用户可以通过浏览器WEB、微博、手机APP来查看需要的用电数据，数据经过分析后制定科学合理的节能减排方案。
[0023]本发明实施例提供的智能电表的功能框图如图1所示，基于云服务的智能电能表包括主控制器以及与所述主控制器连接的按键输入模块、显示模块、LED指示灯和存储模块，其特征在于，还包括:连接在用户负载与所述主控制器之间的电压采样电路、电流采样电路和信号放大电路，频率检测电路，以及与主控制器连接且用于与外部通讯模块进行数据交互的通讯接口。
[0024]其中，电压采样电路用于将交流相电压220V转换成小电流信号。作为本发明的一个实施例，电压采样电路可以采用电流式电压互感器T3，把小电流信号进行磁隔离，增强电压电路的安全性，隔离后的电流信号经过电阻R82后生成电压信号，作为运算放大器电路的输入进行放大。如图2所示，电压采样电路包括:电压互感器T3，依次串联连接在VA与所述电压互感器T3的初级绕组的同名端之间的电阻R86、电阻R87、电阻R85、电阻R84和电阻R83，所述电压互感器T3的初级绕组的异名端连接VN，一端与所述电压互感器T3的次级绕组的同名端连接且另一端与所述电压互感器T3的次级绕组的异名端连接的电阻R82，与所述电阻R82并联连接的电容C292。
[0025]作为本发明的一个实施例，电流采样电路可以采用电流互感器T6，将交流电流5A经过变比为5A/5mA的电流互感器T6变为小电流信号，小电流信号经过电阻R160后生成小电压信号，作为运算放大器电路的输入进行放大。如图3所示，电流采样电路包括:电流互感器T6、电阻RV11、电阻RV12、电阻R160和电容C295;电流互感器T6的初级绕组的同名端与次级绕组的同名端连接，电流互感器T6的初级绕组的异名端与次级绕组的异名端连接；电阻RVll的一端连接电流互感器T6的次级绕组的同名端，电阻RVll的另一端连接电流互感器T6的次级绕组的异名端；电阻RV12与电阻RVll并联连接;电阻R160与电阻RV12并联连接;电容C295与电阻R160并联连接。
[0026]作为本发明的一个实施例，信号放大电路可以采用差分放大方式，通过运算放大器U26把电压、电流信号分别进行放大，作为AD模块的输入，信号的放大倍数通过调整R32/R33的比值来实现。
[0027]如图4所示，信号放大电路包括:运算放大器U26、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C237、电容C238、电容C239、电容C240、电容C241、电容C242、电容C243、电容C259和电感H6;运算放大器U26的正相输入端通过依次串联连接的电阻R35和电阻R30连接VA+，所述运算放大器U26的反相输入端通过依次串联连接的电阻R36和电阻R33连接VA-；电阻R35和所述电阻R30的串联连接端通过电容C240接地，所述电阻R35和所述电阻R30的串联连接端还通过电阻R31连接至参考电压VREF，所述电阻R35和所述电阻R30的串联连接端还通过电容C238接地;所述电容C243与所述电阻R31并联连接；电阻R36和所述电阻R33的串联连接端通过电容C241接地，还通过电阻R32连接至所述运算放大器U26的输出端;所述电容C237与所述电阻R32并联连接;所述电容C242的一端连接至所述电阻R35和所述电阻R30的串联连接端，所述电容C242的另一端连接至所述电阻R36和所述电阻R33的串联连接端;运算放大器U26的电源端通过电感H6连接至电源VCC，所述运算放大器U26的电源端还通过电容C259接地;运算放大器U26的输出端通过电阻R34连接至VA;电容C239—端连接至VA，另一端接地。
[0028]作为本发明的一个实施例，频率检测电路可以采用比较器U23。由于交流电压是正弦波，过零点前后方向相反，因此可以通过比较器U23进行过零检测，实现对电压频率的检测，可检测的频率范围是:45Hz?55Hz，频率检测是实现准确测量电压、电流的基础。
[0029]本智能电表的原理设计中，频率检测电路通过检测电压过零点的时刻，获得检测电压的频率，通讯接口电路通过与外部通讯模块连接，实现数据交互。
[0030]如图5所示，频率检测电路包括:比较器1]23、电阻1?166、电阻1?167、电阻R168、电阻R169、电阻R170、电容C299和电容C300;比较器U23的反向输入端通过依次串联连接的电阻R167和电阻R166连接至MF，比较器U23的正向输入端通过电阻R169连接参考电压VREF;电阻R167和电阻R166的串联连接端通过电容C299接地；电阻R168的一端连接至比较器U23的反向输入端，电阻R168的另一端连接至比较器U23的输出端，电容C300与电阻R168并联连接；比较器U23的输出端连接电阻Rl 70。
[0031]在本发明实施例中，通讯接口可以为UART通讯接口，具体结构如图6所示。主控制器通过UART通讯接口与外部通讯模块进行数据交互，外部通讯模块可以是WiFi模块，GPRS、GSM、TDMA模块，外部模块同时与云服务器进行数据传输，实现智能仪表数据让用户通过浏览器WEB、微博、手机APP来查看需要的用电数据，数据经过分析后制定科学合理的节能减排方案。
[0032]本发明提供的云服务智能电表是智能电网中一种创新应用技术，完美地将云服务技术与智能电网技术结合在一起，将云服务产业带进智能电网产业，本项目将给智能电网产业中节能减排领域带来全新的理念和实用意义，大大带动智能电表产业的创新发展和升级。
[0033]云服务智能电表使人们随时随地了解能耗信息，同时又可通过WEB浏览器或微博等移动传输手段发布绿色信息，初步实现社交关联人共享数据，并能深度挖掘节能潜力。做好这一项目将从用户终端极大改善节能减排运营水平和社会民生和谐发展，从而为我国实现节能环保事业和高质量的GDP做出巨大贡献。
[0034]该智能电能表针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦、能源管理、中低压开关柜的电力监控需求而设计。
[0035]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于云服务的智能电能表，包括主控制器以及与所述主控制器连接的按键输入模块、显示模块、LED指示灯和存储模块，其特征在于，还包括:连接在用户负载与所述主控制器之间的电压采样电路、电流采样电路和信号放大电路，频率检测电路，以及与所述主控制器连接且用于与外部通讯模块进行数据交互的通讯接口。2.如权利要求1所述的智能电能表，其特征在于，所述电压采样电路包括:电压互感器T3，依次串联连接在A相电压输入端VA与所述电压互感器T3的初级绕组的同名端之间的电阻R86、电阻R87、电阻R85、电阻R84和电阻R83，所述电压互感器T3的初级绕组的异名端连接中性点VN，一端与所述电压互感器T3的次级绕组的同名端连接且另一端与所述电压互感器T3的次级绕组的异名端连接的电阻R82，与所述电阻R82并联连接的电容C292。3.如权利要求1所述的智能电能表，其特征在于，所述电流采样电路包括:电流互感器T6、电阻RVl 1、电阻RVl 2、电阻Rl 60和电容C295 ； 所述电流互感器T6的初级绕组的同名端与次级绕组的同名端连接，所述电流互感器T6的初级绕组的异名端与次级绕组的异名端连接； 所述电阻RVll的一端连接所述电流互感器T6的次级绕组的同名端，电阻RVll的另一端连接所述电流互感器T6的次级绕组的异名端； 所述电阻RV12与所述电阻RVl I并联连接； 所述电阻R160与所述电阻RV12并联连接； 所述电容C295与所述电阻R160并联连接。4.如权利要求1-3任一项所述的智能电能表，其特征在于，所述信号放大电路包括:运算放大器U26、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C237、电容C238、电容C239、电容C240、电容C241、电容C242、电容C243、电容C259、电感H6 所述运算放大器U26的正相输入端通过依次串联连接的电阻R35和电阻R30连接采样电阻上电压信号正值VA+，所述运算放大器U26的反相输入端通过依次串联连接的电阻R36和电阻R33连接采样电阻上电压信号负值VA-; 所述电阻R35和所述电阻R30的串联连接端通过电容C240接地，所述电阻R35和所述电阻R30的串联连接端还通过电阻R31连接至参考电压VREF，所述电阻R35和所述电阻R30的串联连接端还通过电容C238接地;所述电容C243与所述电阻R31并联连接； 所述电阻R36和所述电阻R33的串联连接端通过电容C241接地，还通过电阻R32连接至所述运算放大器U26的输出端;所述电容C237与所述电阻R32并联连接;所述电容C242的一端连接至所述电阻R35和所述电阻R30的串联连接端，所述电容C242的另一端连接至所述电阻R36和所述电阻R33的串联连接端； 所述运算放大器U26的电源端通过电感H6连接至电源VCC，所述运算放大器U26的电源端还通过电容C259接地； 所述运算放大器U26的输出端通过电阻R34连接至VA;电容C239—端连接至VA，另一端接地。5.如权利要求4所述的智能电能表，其特征在于，通过调整电阻R32与电阻R33的比值来调整信号放大电路的放大倍数。6.如权利要求1-3任一项所述的智能电能表，其特征在于，所述频率检测电路包括:比较器U23、电阻R166、电阻R167、电阻R168、电阻R169、电阻R170、电容C299和电容C300; 所述比较器U23的反向输入端通过依次串联连接的电阻R167和电阻R166连接至频率信号采样点MF，所述比较器U23的正向输入端通过电阻R169连接参考电压VREF; 所述电阻R167和所述电阻R166的串联连接端通过电容C299接地； 所述电阻R168的一端连接至所述比较器U23的反向输入端，所述电阻R168的另一端连接至所述比较器U23的输出端，所述电容C300与所述电阻R168并联连接； 所述比较器U23的输出端连接所述电阻Rl 70。7.如权利要求6所述的智能电能表，其特征在于，所述频率检测电路检测的频率范围为45Hz?55Hz。8.如权利要求1-7任一项所述的智能电能表，其特征在于，所述通讯接口为UART通讯接□ O
【文档编号】H04L29/08GK106093564SQ201610597483
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月27日 公开号201610597483.7, CN 106093564 A, CN 106093564A, CN 201610597483, CN-A-106093564, CN106093564 A, CN106093564A, CN201610597483, CN201610597483.7
【发明人】乔冠梁, 林峰平, 文志雄
【申请人】深圳市康必达控制技术有限公司