专利名称：具有远程抄表功能的计量装置的制作方法
技术领域：
具有远程抄表功能的计量装置
技术领域：
本实用新型涉及一种具有远程抄表功能的计量装置，特别是涉及一种能实 现大规P漠且效率高的具有远程抄表功能的计量装置。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，各种配套设施也相应地多样起来。随着而来的 就是要面对各种计量表大规模地数据采集问题，如电表，水表，煤气表等等生 活中常用的计量表，这些计量表分散分布在一定的范围内，需要对其进行抄表， 就存在了很大的困难。
以最为常见的电表来说，随着电子科技的发展，住宅普遍采用了远程抄表 技术方案，避免了上门抄表，大大减省了人力，提高了用户小区安全性，也为 供电部门迅速出帐，从用户处实时的获取更多的数据信息，如电能需量、分时 电量和负荷曲线等，能够及时调度和管理，提供了切实可行的技术手段。
目前，远程抄表系统普遍采用的方案为"采集器+集中器+抄表中心管理系
统软件"技术方案。采集器通过低压载波、RS485接口或短距离无线发送模块 等手段向集中器发送数据，集中器通过电话网、GSM网(Global System for Mobile Communications,全球移动通讯系统)或其他专用线路向抄表中心发送数据。这 种远程抄表系统存在着成本高、可靠性低、结构复杂、维护麻烦等缺点。
其他的方法都存在着各种各样的缺陷，很难实现大规^莫的普及。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种能实现大规模且效率 高的具有远程抄表功能的计量装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种具有远程抄表 功能的计量装置，其包括用于采集数据的计量芯片，接受并处理数据的微控制 器以及无线通讯才莫块，无线通讯;溪块将微控制器处理的数据传输给抄表中心。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是:该无线通讯模块是GSM、GPRS、 CDMA、 3G通讯模块，该无线通讯模块与抄表中心之间是通过SMS/GPRS进行 双向数据传输。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是该无线通讯模块是GSM通讯模块。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是该远程抄表装置进一步包括I2C 串行存储器，来记录微处理器的信息。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是该fC串行存储器是铁存储器。 本实用新型解决进一步技术问题的方案是该微控制器通过1/0 口与计量芯 片相连。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是该微控制器通过串行口和无线 通讯模块相连接。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是该计量芯片与微控制器集成于 一体。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是该无线通讯模块与计量芯片及 微控制器集成于一体。
相较于现有技术，本实用新型的有益效果是本实用新型的具有远程抄表 功能的计量装置以无线模块传送数据，可靠、准确、使用费用低，无需布线， 实现了真正意义上的远程无线抄表功能，维护成本低，而且数据抄送实时性好。附困说明
图1是本实用新型的具有远程抄表功能的计量装置的工作示意图。 图2是本实用新型的具有远程抄表功能的计量装置的结构原理图。 图3是本实用新型的具有远程抄表功能的计量装置用于电表的电路结构框图。
图4是本实用新型的具有远程抄表功能的计量装置用于电表的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的具有远程抄表功能的计量装置作进 一步说明。
请参阅图1及图2,该具有远程抄表功能的计量装置可以形成一定的规模将 采集的信息传输至抄表中心。该具有远程抄表功能的计量装置包括计量芯片， 微处理器及无线通讯模块。该计量芯片用于采集所需的数据并传输给微处理器， 微处理器将^t据处理后通过无线通讯模块传输出去。
请参阅图3及图4,该实施例中以电表为例来说明该具有远程抄表功能的计 量装置的工作过程及实现方案。
该具有远程抄表功能的计量装置包括专用电能的计量芯片11, GSM通讯电 路12，MCU微控制器13及计量显示电路14、电源电路、^C串行存储器(FRAM， 铁存储器)15。所述计量显示电路14和GSM远程无线抄表于一体；MCU微控 制器13通过其I/0 口与计量芯片11、严C串行存储器15、计量显示电路；通过 其串行口和GSM通讯电路12相连接。此具有远程抄表功能的计量装置接入线 路后，通过分流器、分压电路分别对电流和电压信号进行采样；电流通道和电 压通道的信号经放大后，通过计量芯片内部的模数转换器转换为两路数字信号， 然后经乘法、低通滤波、数字频率变换等电路的处理后，计量芯片输出与瞬时 功率成正比的脉冲，并将此脉冲送到MCU微控制器13。 MCU微控制器13通 过中断方式根据设定不同时段累计脉冲数，并将脉冲数转化为电量送到计量显 示电路，同时将结果实时保存在铁电存储器中。当电力部门在抄表中心设置发 送指令，通过GSM通信公网电度表接收到信息指令，经MCU微处理器进行数 据处理，然后利用GSM通讯电路将抄表数据无线发送到电力部门抄表中心。该 GSM通讯电路12与抄表中心之间是通过SMS(Short Messaging Service)进行双向 信息传输。
该计量芯片11，孩t控制器13以及GSM通讯电路12可以集成于一体 电源电路为了提高系统的抗干扰能力，可靠性，分为三个独立的电源电
量计量部分的电源，MCU以及相关电路的电源，GSM通讯电路的电源，使得
三者的电源相互隔离，互不影响。
电流检测使用的分流器采用锰铜合金，阻值为300nQ，并且输入端设计了
抗混滤波器，滤去电流通道的高频分量。电压检测使用电阻网络分压，确保电
压信号在电压通道的输入范围内，同时考虑到元件参数的误差和实际环境的情
况，在电阻分压网络中又设计了一个电阻调整网络，可以在一定的范围内调整
电压信号的大小校验电量计量芯片输出的脉冲的频率，调整电表的精度。电量
计量芯片得到了用户用电的电流和电压，计算出用户使用的即时电量，并且以
脉冲的形似输出给MCU,由于计量部分直接与市电接触，所以计量芯片与MCU
接口采用光电隔离。MCU中断引脚读取电量脉冲，MCU通过电量计算算法实时
计算出电量并且将电量值*保存到铁电存储器中，电量计量算法包括上电对 电量值的恢复，对电量脉冲的累积，对电量值的整数部分的累积和小数部分的 累积，对掉电情况下对电量值的保护。MCU与GSM模块通过串口通讯，MCU可
以接收来自GSM模块的短信形式的操作命令，如抄表命令、安全口令命令，用 电量查询命令等，各种命令和应答数据都是通过短信的形式与用户和抄表中心 交换数据，同时可以实时通过GSM模块获取时间。电表的显示电路采用LED数 码管或者LCD显示，显示用户总电量，此次用电量等用户信息。
电源电路是典型的线性稳压电源电路，Tl是能够独立输出两路的降压变压 器，第一路是采用一个二极管D2的半波整流，PC1-PC4储能滤波电容，U5是电 源稳压IC,输出5V电源，为电量计量芯片Ul提供电源，并且通过磁珠将它的 地分成数字地和模拟地分别连接到电量计量芯片Ul的数字地和模拟地上。第二 路电源采用D3—D6四个二极管全波整流，由于这一路提供的电流很大，所以整 流二极管都并接上PC5-PC8四个电容增加二极管的导通角，U7是低压差稳压电 源IC,电阻PR1和PR2调整U7的输出电压为4.2V,为GSM通讯电路JP1提供电源， 同时也经过3.3V稳压IC U9为MCU U4和存储器U8提供电源。此部分的其他电容 都是储能滤波电容。
U4是此实用新型的MCU，它的第7、 8、 10、 ll脚是与GSM通讯电路通讯和 数据交换的有硬件流控的串口 ， 7脚是CTS， 8脚是RTS, IO脚是RXD， ll脚是TXD。 来自U1电量计量芯片的电量脉冲有第12脚检测，第12脚是MCU的外部硬件中 断请求输入引脚，Ul每给出一个脉沖，MCU就产生一个中断，累计脉沖个数。 MCU的第5、 6脚，是使用软件模拟出来的I2C接口 ，与铁电存储器U8接口的，IR1、 IR2是I2C总线的上拉电阻。第9脚是MCU的复位引脚，复位电路是由C3和R2组 成的RC上电复位电路。第18、 19脚是石英晶体振荡器Y1接口，频率为 11.0592MHz。 J8接口是为软件升级设计的程序烧写接口。其他的引脚是为硬件 升级预留。
U8是铁电存储器，保存用户信息、用电信息、电量计算使用的常数等信息， l脚是空引脚，2、 3脚是芯片地址选择，4脚是地，5、 6是fC串行总线接口引脚， 5是串行地址/数据引脚，6是串行时钟引脚，7是写保护引脚，接高电平时整个存 储区写保护，8脚电源。
电量计量电路由电能计量电路、电流检测电路和电压检测电路组成。其核 心是U1电量计量芯片，它的第l和第4引脚分别是数字电源和^f莫拟电源，从数 字电源到模拟电源使用了 R5、 AC2阻容退耦电路处理。11、 21引脚分别为模拟
地和数字地，分开连接到电源的数字地和模拟地。Ul的5、 6引脚是电流检测 输入通道。电流检测电路是在市电的火线中串接一个300uQ的锰铜电阻分流器， 取分流器两端的电压值，经过AR1、 AC6和ARIO、 AC7组成的低通滤波器滤 除电流通道中的高频谐波后进入电流检测通道处理。Ul的7、 8引脚是电压检 测输入通道。电压检测电路是对市电电压分压取样的电阻网络，其中AC5, AR12， ARB滤波电路滤除电压通道中的高频谐波，S1—S8是跳线，可以短接掉对应 的电阻，在一定的范围内调整电压通道输入的电压信号的大小校验电量计量芯 片输出的脉冲的频率，调整电表的精度。Ul的13、 14引脚是用来选择U1的数 字/频率转换系数，15、 16引脚是用来选择电流通道的增益，确定检测的量程。 12引脚的电平决定22引脚输出的脉沖的最高频率。17、 18引脚是石英晶体振 荡器Y2接口，频率为3.579545MHz。 Ul的22引脚输出的脉冲是输出给MCU 的，由于计量部分直接与市电接触和两部分的电源独立，为了得到最好的抗干 扰能力，采用光电隔离，U2、 U3是光电耦合器，AR2是限流电阻。Ul的23、 24引脚是低频逻辑输出引脚，其输出频率反映了平均有功功率的大小，直接驱 动才几电式计度器显示4吏用的电量。
KTCOM100 GSM模块JP1通过串口与MCU通讯，GSM模块JP1提供完整 的SIM卡接口 ， U6是SIM卡电路。Dl LED是GSM模块的GSM网络信号情 况指示，R4是限流电阻。
本设计要求能够实时保持用户用电电量，和其他的用户信息，所以使用非 易失FRAM存储器， 一般是使用E^ROM和flash,但是他们都会受访问次数的 限制， 一般是在100万次，如果每秒写入一次，写不了一年存储器就写坏了。 一般是使用软件判断存储单元是否写坏，写坏了就更换地址。这样做也容易出 现用户信息镅-i吴。虽然FRAM也有访问次数限制，但是它的访问次数是100亿 次，不必担心写坏FRAM。
本实用新型的具有远程抄表功能的计量装置的通讯电路除了可以使用GSM 网络以外，还可以采用其他的网络，如GPRS (General Packet Radio Service )、 CDMA ( Code Division Multiple Access )、 3G ( 3rd Generation的缩写，指第三代
移动通信技术)等。
本实用新型的具有远程抄表功能的计量装置的优点
1. 该远程具有远程抄表功能的计量装置是一种基于GSM/GPRS/CDMA等 无线通讯实现远程抄表和控制以及与抄表中心交换数据，无需采集器，集中器， 实现远程自动抄表结构简单，成本低，无需现场布线。
2. 此具有远程抄表功能的计量装置自带无线通讯功能，数据抄送实时性好。
3. 此具有远程抄表功能的计量装置计量准确、无累加误差。
4. 利用GSM/GPRS/CDMA网以SMS/MMS形式传送数据，可靠、准确、使 用费用低。
5. 无需布线，实现了真正意义上的远程无线抄表功能，维护成本低。
权利要求1.一种具有远程抄表功能的计量装置，其特征在于其包括用于采集数据的计量芯片，接收并处理数据的微控制器以及无线通讯模块，无线通讯模块将微控制器处理的数据传输给抄表中心。
2. 根据权利要求1所述的具有远程抄表功能的计量装置，其特征在于该 无线通讯模块是GSM、 GPRS、 CDMA、 3G通讯模块，该无线通讯模块与抄表 中心之间是通过SMS/GPRS进行双向数据传输。
3. 根据权利要求2所述的具有远程抄表功能的计量装置，其特征在于该 无线通讯模块是GSM通讯模块。
4. 根据权利要求1所述的具有远程抄表功能的计量装置，其特征在于该 具有远程抄表功能的计量装置进一步包括^C串行存储器，来记录微处理器的信 自、
5. 根据权利要求4所述的具有远程抄表功能的计量装置，其特征在于该 I2C串行存储器是铁存储器。
6. 根据权利要求1所述的具有远程抄表功能的计量装置，其特征在于该 4效控制器通过I/0 口与计量芯片相连。
7. 根据权利要求1所述的具有远程抄表功能的计量装置，其特征在于该 微控制器通过串行口和无线通讯模块相连接。
8. 根据权利要求1所述的具有远程抄表功能的计量装置，其特征在于该 计量芯片与微控制器集成于一体。
9. 根据权利要求8所述的具有远程抄表功能的计量装置，其特征在于该 无线通讯模块与计量芯片及微控制器集成于一体。
专利摘要本实用新型涉及一种具有远程抄表功能的计量装置，其包括用于采集数据的计量芯片，接收并处理数据的微控制器以及无线通讯模块，无线通讯模块将微控制器处理的数据传输给抄表中心。本实用新型的具有远程抄表功能的计量装置以无线模块传送数据，可靠、准确、使用费用低，无需布线，实现了真正意义上的远程无线抄表功能，维护成本低，而且数据抄送实时性好。
文档编号G08C17/00GK201066532SQ20072012082
公开日2008年5月28日 申请日期2007年6月9日 优先权日2007年6月9日
发明者曹春旭 申请人:曹春旭