一种基于无线通信技术的电能量计量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于无线通信技术的电能量计量系统，涉及电网配电领域。其电能量采集模块连接到电能量计量模块，电能量计量模块的另一侧连接到信息传递模块，信息传递模块的另一侧连接到显示屏；电源模块连接有电能量采集模块、电能量计量模块、信息传递模块和显示屏；电源模块包括电源芯片，变压器，全桥整流电路；变压器的副边连接到全桥整流电路的输入端，全桥整流电路的输出端连接到电源芯片的输入端。本实用新型采用电能量采集芯片作为电能量采集模块，可以精准采集电能量数据；采用ZigBee无线传感通信，可以实现电能量远程检测；采用将数据最终接入以太网的方法，便于电力工作人员进行管理，实现电能量计量系统智能化。
【专利说明】
一种基于无线通信技术的电能量计量系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及电网配电领域，尤其涉及一种基于无线通信技术的电能量计量系统。
【背景技术】
[0002]电能量计量是配电领域的重要组成部分，其智能化不仅是配电领域智能化的必须，同时也符合国家“十二五”规划中提出的推进物联网的计划；电能量计量设施作为电能量采集、记录以及通讯的重要工具，其智能化将给人们的生活带来很多便利;随着各学科的发展，计量设备的性能也有了进一步提高的空间，为了满足科技进步和社会发展对电能量计量自动化提出的越来越高的要求，必须研究和开发性能更加良好的智能电表；电能计量系统不仅会反映电力用户与电厂的信息，同时会进一步反映电力市场的运行状况，有助于管理人员更好的调整电力设备，无形中调节电力消耗;如果不能广泛而深入地实现电力计量的智能化，电力供应与需求间就会出现大的差距，以致于削弱已安装的智能电网设备的效用，降低能源效率，也就使公共利益收到了损害。
【发明内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是针对上述存在的技术不足，提供一种基于无线通信技术的电能量计量系统，可以精准采集电能量数据、实现电能量远程检测，便于电力工作人员进行管理，进而实现电能量计量系统的智能化。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:
[0005]—种基于无线通信技术的电能量计量系统，包括电能量采集模块、电能量计量模块、信息传递模块、显示屏、电源模块；电能量采集模块连接到电能量计量模块，电能量计量模块的另一侧连接到信息传递模块，信息传递模块的另一侧连接到显示屏；电源模块连接有电能量采集模块、电能量计量模块、信息传递模块和显示屏；电源模块包括型号为LM1117-5的电源芯片U1，型号为1^1117-3.3的电源芯片1]2，变压器1'1，全桥整流电路01;变压器Tl的副边连接到全桥整流电路Dl的输入端，全桥整流电路Dl的输出端提供15V的电源VCC，同时连接到电源芯片Ul的输入端Vin引脚；电源芯片Ul的输出Vout引脚提供5V的电源VDD，同时连接到电源芯片U2的输入Vin引脚；电源芯片U2的输出Vout引脚提供3V3电源。
[0006]进一步优化本技术方案，所述的电能量采集模块包括电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、尺7、1?8，电容(:1工2、03工4、05工6;其中电容(:1和电阻1?4连接交流电的零线后接地；电阻1?1连接到交流电的相线上，另一端通过电阻R2连接到电阻R3，电阻R3的另一侧连接有电容C2和电阻R5后接地；电阻R7串联在交流电的相线上，两端分别连接电阻R6、R8，电阻R6、R8的另一侧分别通过连接电容C5、C6后接地。
[0007]进一步优化本技术方案，所述的电能量计量模块包括型号为AD71056的电能量计量芯片1]3，电阻1?9、1?10、1?11，电容(:13、(:14、(:15;其中电能量计量芯片1]3的￥00、1^?、30、31引脚连接到电源模块提供的VDD电源，电能量计量芯片U3的REF引脚连接到电容C13和C14，电容C13和C14的另一侧连接到的AGND引脚同时接地；电能量计量芯片U3的CF引脚连接到R10，RlO的另一侧连接电阻R9，同时作为电能量计量模块的输出端，将信号输出给信息传递模块;电能量计量芯片U3的RCLKIN和SI引脚分别通过电阻RlI和电容C15接地。
[0008]进一步优化本技术方案，所述的信息传递模块包括型号为CC2530的ZigBee芯片U4，型号为AT24C32的E2PR0M芯片U6，按键S1，晶振Y1、Y2，电阻R13，电容C10、C11、C24、C25、C26; ZigBee芯片U4的P1_0和P0_7引脚分别连接E2PR0M芯片U6的SCL和SDA引脚;ZigBee芯片U4的RST弓I脚连接有电容C26、按键SI和电阻Rl3，电阻Rl3的另一侧连接到电源模块提供的3V3电源;ZigBee芯片U4的p2_4/XCSC32K_Ql和p2_3/XCSC32K_Q2引脚连接到晶振Yl的两侧同时分别通过电容C10、C11接地，ZigBee芯片U4的XCSC_Q1和XCSC_Q2引脚连接到晶振Y2的两侧同时分别通过电容C24、C25接地。
[0009]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:1、AD71056是一款高精度的电能量计量芯片，AD71056内部电流通道经过内部相位矫正电路的处理，与电压通道相位匹配，芯片内部的高通滤波器能够消除直流偏置，同时内部还设计了精确的振荡电路为其提供时钟源，由于不需要外加晶体或谐振器，整个电路的成本都得到缩减;2、CC2530是用于2.4-GHzIEEE 802.15.4的ZigBee应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案，它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点，CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM和许多其它强大的功能，CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗;3、AT24C32的E2PR0M是由美国Mcrochip公司出品，1-512K位的支持I2C总线数据传送协议的串行CMOS的E2PR0M，可用电擦除，可编程自定时写周期(包括自动擦除时间不超过10ms，典型时间为5ms)的，串行E2PR0M—般具有两种写入方式，一种是字节写入方式，还有另一种页写入方式。
【附图说明】
[0010]图1是系统结构框图；
[0011]图2是电源模块原理图；
[0012]图3是电能量采集模块和电能量计量模块原理图；
[0013]图4是信息传递模块原理图；
[0014]图5是显示屏原理图。
[0015]图中，1、电能量采集模块;2、电能量计量模块;3、信息传递模块;4、显示屏;5、电源模块。
【具体实施方式】
[0016]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
[0017]【具体实施方式】一:如图1-5所示，包括电能量采集模块1、电能量计量模块2、信息传递模块3、显示屏4、电源模块5;电能量采集模块I连接到电能量计量模块2，电能量计量模块2的另一侧连接到信息传递模块3，信息传递模块3的另一侧连接到显示屏4;电源模块5连接有电能量采集模块1、电能量计量模块2、信息传递模块3和显示屏4;电源模块5包括型号为LM1117-5的电源芯片U1，型号为1^1117-3.3的电源芯片1]2，变压器1'1，全桥整流电路01;变压器Tl的副边连接到全桥整流电路Dl的输入端，全桥整流电路Dl的输出端提供15V的电源VCC，同时连接到电源芯片Ul的输入端Vin引脚；电源芯片Ul的输出Vout引脚提供5V的电源VDD，同时连接到电源芯片U2的输入Vin引脚；电源芯片U2的输出Vout引脚提供3V3电源；电能量采集模块1包括电阻1?1、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7、1?8，电容(:1工2、03工4、05工6;其中电容(:1和电阻R4连接交流电的零线后接地；电阻Rl连接到交流电的相线上，另一端通过电阻R2连接到电阻R3，电阻R3的另一侧连接有电容C2和电阻R5后接地；电阻R7串联在交流电的相线上，两端分别连接电阻R6、R8，电阻R6、R8的另一侧分别通过连接电容C5、C6后接地；电能量计量模块2包括型号为六071056的电能量计量芯片1]3，电阻1?9、1?10、1?11，电容(:13、(:14、(:15;其中电能量计量芯片U3的VDD、REF、S0、S1引脚连接到电源模块5提供的VDD电源，电能量计量芯片U3的REF引脚连接到电容C13和C14，电容C13和C14的另一侧连接到的AGND引脚同时接地；电能量计量芯片U3的CF引脚连接到R10，R10的另一侧连接电阻R9，同时作为电能量计量模块2的输出端，将信号输出给信息传递模块3;电能量计量芯片U3的RCLKIN和SI引脚分别通过电阻Rl I和电容C15接地;信息传递模块3包括型号为CC2530的ZigBee芯片U4，型号为AT24C32的E2PR0M芯片U6，按键Sl，晶振Yl、Y2，电阻R13，电容C10、Cll、C24、C25、C26;ZigBee芯片U4的P1_0和P0_7引脚分别连接E2PR0M芯片U6的SCL和SDA引脚;ZigBee芯片U4的RST弓丨脚连接有电容C26、按键SI和电阻R13，电阻R13的另一侧连接到电源模块5提供的3V3电源；ZigBee芯片U4的p2_4/XCSC32K_Ql和p2_3/XCSC32K_Q2引脚连接到晶振Yl的两侧同时分别通过电容C10、C11接地，ZigBee芯片U4的XCSC_Q1和XCSC_Q2引脚连接到晶振Y2的两侧同时分别通过电容C24、C25接地。
[0018]图1为系统结构框图，电能量采集模块I从电网上采集到电能量之后，将采集到的数据送入电能量计量模块2，电能量计量模块2计算之后，将数据送入信息传递模块3，信息传递模块3通过ZigBee的无线通信技术将信号发送给上位机，同时数据也在显示屏4上实时显示，电源模块5用来给电能量采集模块1、电能量计量模块2、信息传递模块3和显示屏4供电。
[0019]图2为电源模块5原理图，电源模块5采用了LM1117-5的电源芯片Ul，型号为LMl 117-3.3的电源芯片U2，变压器TI，全桥整流电路DI;变压器TI的副边连接到全桥整流电路DI的输入端，全桥整流电路DI的输出端提供15V的电源VCC，同时连接到电源芯片UI的输入端Vin引脚；电源芯片Ul的输出Vout引脚提供5V的电源VDD，同时连接到电源芯片U2的输入Viη引脚；电源芯片U2的输出Vout引脚提供3V3电源。
[0020]图3为电能量采集模块I和电能量计量模块2原理图，电能量计量芯片U3的V2P、V2N引脚用于取电网两相间电压值，VIP与VlN用于取电网火线电流值，所得的都是与电流或电压成比例的电压值，经过电能量计量芯片U3对电流和电压采样通道的信号进行数字化处理，形成数字信号；之后电流通道经过相位校正，使电流电压相位匹配，再对数字信号进行高通滤波，滤掉直流分量;此时，经过处理的电压电流信号再进行乘法运算，运算结果就是用户电路的瞬时功率;之后再对瞬时功率进行滤波，获得了用户电路的平均有功功率;平均有功功率经转换后即得到与有功功率成正比的频率信号；芯片的Fl和F2引脚，输出的是与平均有功功率成正比的低频率脉冲，而CF脚输出的则是与瞬时有功功率成TE比的脉冲。[0021 ]图4为信息传递模块3原理图，信息传递模块3作为测量数据发送、控制命令接收部分时，需要用到图中的AT24C32芯片，以防止停电后CC2530芯片内储存的用户数据丢失，当系统停电时，将触发CC2530芯片的内部中断，CC2530芯片将把储存的全部用户数据写入24C02中，电力供应恢复后，则从AT24C32读取保存的数据。
[0022]图5为显示屏4原理图，在目前的微小型系统中显示屏4已作为一个必不可少的部分和发展趋势，本设计使用了型号为JMl 2864的IXD显示屏，通过串行接口控制。
[0023]本方案通过采用了先进电能量采集芯片作为电能量采集模块I的技术方法，达到了可以精准采集电能量数据的技术效果;采用了 ZigBee无线传感通信的技术方法，达到了可以实现电能量远程检测的技术效果;采用了将数据最终接入以太网的方法，达到了便于电力工作人员进行管理，实现电能量计量系统智能化的技术效果。
[0024]应当理解的是，本实用新型的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
【主权项】
1.一种基于无线通信技术的电能量计量系统，其特征在于:包括电能量采集模块(I)、电能量计量模块(2)、信息传递模块(3)、显示屏(4)、电源模块(5);电能量采集模块(I)连接到电能量计量模块(2)，电能量计量模块(2)的另一侧连接到信息传递模块(3)，信息传递模块(3)的另一侧连接到显示屏(4);电源模块(5)连接有电能量采集模块(I)、电能量计量模块(2)、信息传递模块(3)和显示屏(4);电源模块(5)包括型号为LM1117-5的电源芯片U1，型号为LM1117-3.3的电源芯片U2，变压器Tl，全桥整流电路Dl;变压器Tl的副边连接到全桥整流电路Dl的输入端，全桥整流电路Dl的输出端提供15V的电源VCC，同时连接到电源芯片Ul的输入端Vin引脚；电源芯片Ul的输出Vout引脚提供5V的电源VDD，同时连接到电源芯片U2的输入Viη引脚；电源芯片U2的输出Vout引脚提供3V3电源。2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信技术的电能量计量系统，其特征在于:电能量采集模块(1)包括电阻1?1、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7、1?8，电容(:1丄2、03丄4、05丄6;其中电容(:1和电阻R4连接交流电的零线后接地；电阻Rl连接到交流电的相线上，另一端通过电阻R2连接到电阻R3，电阻R3的另一侧连接有电容C2和电阻R5后接地；电阻R7串联在交流电的相线上，两端分别连接电阻R6、R8，电阻R6、R8的另一侧分别通过连接电容C5、C6后接地。3.根据权利要求1所述的一种基于无线通信技术的电能量计量系统，其特征在于:电能量计量模块(2)包括型号为六071056的电能量计量芯片1]3，电阻1?9、1?10、1?11，电容(:13、(:14、C15;其中电能量计量芯片U3的VDD、REF、S0、S1引脚连接到电源模块(5)提供的VDD电源，电能量计量芯片U3的REF引脚连接到电容C13和C14，电容C13和C14的另一侧连接到的AGND引脚同时接地；电能量计量芯片U3的CF引脚连接到RlO，R10的另一侧连接电阻R9，同时作为电能量计量模块⑵的输出端，将信号输出给信息传递模块(3);电能量计量芯片U3的RCLKIN和SI引脚分别通过电阻Rl I和电容C15接地。4.根据权利要求1所述的一种基于无线通信技术的电能量计量系统，其特征在于:信息传递模块(3)包括型号为CC2530的ZigBee芯片U4，型号为AT24C32的E2PR0M芯片U6，按键SI，晶振Y1、Y2，电阻R13，电容(:10、(:11、024、025、026;2丨8866芯片1]4的？1_0和?0_7引脚分别连接E2PR0M芯片U6的SCL和SDA引脚;ZigBee芯片U4的RST引脚连接有电容C26、按键SI和电阻R13，电阻R13的另一侧连接到电源模块(5)提供的3V3电源;ZigBee芯片U4的p2_4/XCSC32K_Ql和p2_3/XCSC32K_Q2引脚连接到晶振Yl的两侧同时分别通过电容C10、C11接地，ZigBee芯片U4的XCSC_Q1和XCSC_Q2引脚连接到晶振Y2的两侧同时分别通过电容C24、C25接地。
【文档编号】G01R22/10GK205581204SQ201620143287
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】高峰, 刘振亮, 康锐, 王善东, 姜燕, 韩花, 李玉娟, 张学, 胡延超, 赵文, 张芳, 李洽, 郭清华, 王恩莉
【申请人】国网山东省电力公司章丘市供电公司