专利名称：模块化组装的电力计量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种电力计量装置，特别涉及的是一种可以和基本模块相连接，实现组装的模块化组装的电力计量装置。
背景技术：
随着经济的发展，国民经济各个领域对电力能源的依赖性不断提高，为了计量用电消耗的数量，对电力用电现场实现有效的管理，所以电力计量设备应运而生，而且成为电力技术领域不断创新的 一个热点方向。
对于现有的电力计量设备而言主要是电能表，其可以为单表位电能表的也
可以为多表位电能表，但是经过多年的用电管理实践发现仍然存在以下缺陷；
首先，由于生产厂家繁多，生产产品规格的不同，因此在电力部门用电现场很难实现标准的统一，往往为了实现多功能要求，因此就要在现有电表的周围增加附属设备，致使电力计量成套设备体积庞大，生产成本增加；
其次， 一旦电力部门对用电现场的管理要求或标准发生变化，供电部门就需要花大力气重新对电力计量成套设备进行更换改造，原有的产品就只能淘汰，这样使供电部门的成本大大浪费；
再次，对于电力部门而言，现有的电力计量成套设备在应用过程中需要大量的排线布线，需要耗费很大的人工成本，同时庞杂的结构组件给安装正确带来了极大的困难，不利于用电现场实现精细化管理，从而造成了用电损耗；
最后，现有的电力计量成套设备一旦出现故障或者需要定期更换，就只能整表全部淘汰，更换新的电力计量成套设备从而造成了重复投资，为使用者和电力部门增加了成本。
本实用新型创作者，经过长时间的研究和实践，终于采用一种模块化标准化的思想，获得了本创作。
发明内容
5本实用新型的目的在于，提供一种模块化组装的电力计量装置，用以克服上述缺陷。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种模块化组装
的电力计量装置，其包括 一基本模块以及与之连接的至少一功能模块，其中，所述的基本模块为电力计量装置的扩展基础，其至少包括一电源；
一基本处理单元，其与所述的电源相连接，用以获取电力供应；一内部通信单元，其将所述的功能模块与所述的基本处理单元连接在一起；一计量单元，其分别与电力线和所述的基本处理单元相连接，用以实现用电计量的功能。
较佳的，所述的基本模块还包括 一显示电路，其与所述的基本处理单元相连接，用以显示数据；
一存储电路，其与所述的基本处理单元相连接，用以存储数据。其中，所述的计量单元包括
一电压采集子单元，用以从电力线上直接获取第一电压信号；一电流采集子单元，用以从电力线上直接获取表征实时电流值的第二电压信号；
一第一处理子单元，其分别与所述的电压采集子单元和电流釆集子单元相连接，接收所述的第一电压信号和第二电压信号，输出一第一电能值信号；
一光耦隔离电路，其光信号发射端与所述的第一处理子单元的输出端相连接，其信号转换端与所述的内部通信单元相连接。
较佳的，所述的基本模块还包括预付费单元、通信单元、执行单元以及电子封单元至少其中之一，其中，所述的预付费单元包括
一读卡器电路，其与所述的基本处理单元相连接，用以读取存储介质中的购电数据；
所述的通信单元包括
一外部通信接口电路，其用以与外部设备进行数据通信；一内部通信子单元，其与所述的基本处理单元和所述的外部通信接口电路相连接；
所述的电子封单元包括
一触发子单元，其与所述的基本处理单元相连接，用以侦测所迷模块化组装的电力计量装置的盒体是否被打开，在打开时产生一动封信号；
所述的执行单元，其与所述的基本处理单元相连接，其包括至少一继电
器，设置在所述的电力线上，由所述的基本处理单元控制使电力线断开。 较佳的，所述的功能模块与所述基本模块是通过插槽和插针结合成为一体的。
较佳的，所述的功能模块为预付费功能模块，其包括 一读卡器电路，用以读取存储介质中的购电数据； 一第二处理单元，其与所述的读卡器相连接，用以接收数据； 一第二内部通信单元，其分别与所述的基本模块中内部通信单元和所述的
第二处理单元相连接。
较佳的，所述的功能模块为通信功能模块，其包括 一外部通信接口电路，其用以与外部设备进行数据通信； 一第三内部通信单元，其分别与所述的基本模块中内部通信单元和所述的
外部通信接口电路相连接。
较佳的，还包括 一盒体，所述的计量装置的局部或全部设置在所述的盒
体内，所述的功能模块为电子封功能模块，其包括
一触发单元，用以侦测所述的盒体是否被打开，在打开时产生一动封信号； 一第三处理单元，其与所述的触发单元相连接，用判断所述的动封信号是
否为非法开启；
一第四内部通信单元，分别与所述的基本模块中内部通信单元和所述的第 三处理单元相连接。
其中，所述的第一处理单元为一比例乘法积分集成芯片，其包括
一比例处理部分，将所述的第一电压信号转换为实时的电压值，将所述的 第二电压信号转换为实时电流值；
一乘法部分，将所述的实时电流值和实时电压值相乘，获取瞬时功率值；
一积分部分，将获取的瞬时功率值在所述的第一预设的时间内进行积分， 获取第一电能值信号。
其中，所述的内部通信单元、第二内部通信单元、第三内部通信单元以及 第四内部通信单元为RS422或是RS485总线。
与现有技术比较本实用新型的有益效果在于， 一、以基本模块为核心，通 过模块化特征能够集成电力部门用电现场计量管理所需的各种功能，并大大缩小了体积；
二 、由于本实用新型模块化特征使生产部门实现了根据用电部门要求定制化生产，从而达到了规模化高效生产，降低了生产成本；
三、 通过本实用新型使电力部门在应用过程中极大的降低了计量总体投资成本和安装工时，同时提供了用电现场精细化管理所必要的技术条件，从而降低了用电损耗；
四、 本实用新型在使用过程中任意功能模块单元出现故障或定期更换时，通过更换相应的模块单元，避免了重复投资，为使用者和电力部门节约了成本。
图1为本实用新型模块化组装的电力计量装置的立体示意图2为本实用新型模块化组装的电力计量装置中功能模块立体示意图3为本实用新型模块化组装的电力计量装置中功能模块与基本模块之间
的连接关系立体示意图4为本实用新型模块化组装的电力计量装置中基本模块的电路示意图一；图5为本实用新型模块化组装的电力计量装置中基本模块的电路示意图二；图6为本实用新型模块化组装的电力计量装置中基本模块的电路示意图三；图7为本实用新型模块化组装的电力计量装置中基本模块的电路示意图四；图8为本实用新型模块化组装的电力计量装置中预付费功能模块的电路示
意图9为本实用新型模块化组装的电力计量装置中电子封功能模块的电路示意图一；
图IO为本实用新型模块化组装的电力计量装置中电子封功能模块的电路示
思图--，
图ll为本实用新型模块化组装的电力计量装置中通信功能模块的电路示意图一；
图12为本实用新型模块化组装的电力计量装置中通信功能模块的电路示意图二；
图13为本实用新型模块化组装的电力计量装置中电子封单元或是电子封功能模块一实施例的分解图。
8具体实施方式
以下结合附图，对本新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。请参阅图1所示，其为本实用新型模块化组装的电力计量装置的立体示意
图，所述的模块化组装的电力计量装置1其具有一盒体10,其设置在一基本模
块ll之上，用来起到保护作用，从整体外观上看其和一般的电力计量装置差别不大。
请参阅图2所示，其为本实用新型模块化組装的电力计量装置中功能模块立体示意图；为了体现模块化的概念，实现电力计量装置的功能定制化，这里独立的功能单元就以模块形式进行结构的结合和功能的扩展。其可以是预付费功能模块、通信功能模块、计量模块或是电子封功能模块等，所述的功能模块121从结合结构的角度上看具有一插针1211,所述的基本模块11相应的设置有插槽122,所述的功能模块121通过插针1211与所述的插槽122结合在一起，当然这样的结构是对等的，即所述的基本模块11上可以设置插针，所述的功能模块121上设置有插座，从电路的角度上看，两者的结合属于数据接口的对应结合，同时所述的插接结合不仅实现了数据交互，同时也实现了向各功能模块121提供了电源供应。
请参阅图3所示，其为本实用新型模块化组装的电力计量装置中功能模块与基本模块之间的连接关系立体示意图；其重点要表达的内容在于，除去所述的盒体10,在所述的基本模块11上具有其他的功能单元器件，如显示元件111,用以显示数据；有存储器件112,用以存储数据，在所述的基本模块的基板上设置有插槽122，用以与所述的功能模块121进行插接连接，从而形成一个完整的电力计量设备。
请参阅图4所示，其为本实用新型模块化组装的电力计量装置中基本模块的电路示意图一；所述的基本模块的电路部分包括
一电源，用以为本实用新型模块化电力计量装置中的用电元器件进行电力供应；其包括一电压互感器T设置在电力线的相线L和零线N上，在所述的电压互感器T的两个输出端分别设置有二极管Dl、 D2进行整流，同时设置有用以滤波的电容Cl,最终通过稳压电路芯片IC1产生低压电源信号；
一基本处理单元，其为一微处理器MCU是本实用新型模块化电力计量装置的处理核心，实现对所述的基本模块中的其他单元以及与之连接的其他功能模块的控制和调度，其与所述的电源相连接，获取电源供应；
9一内部通信单元，其包括一总线控制器IC4,其对应为RS422或RS485的 总线其中之一，其与所述的微处理器MCU相连接，同时也作为所述的插槽中的 数据接口部分JP1-JP3 ，实现与所述功能模块插针的数据接口的结合，从而实现 数据交互，进而将所述的功能模块与所述的基本模块结合成为一个有机的整体；
一计量单元，其包括 一电压采集单元，用以从电力线上直接获取第一电 压信号，所述的电压采集单元除了包括 一电压釆样组件R3，其直接从所述的 相线上采集实时的电压信号； 一与所述的导电采样件R3相连的降压电阻R5， 其输出为所述的第一电压信号；以及一电源电路，其对所述的实时电压信号进 行稳压、滤波转换成电源电压输出至设置在控制板上的用电器件，所述的电源 电路包括依次串联的电容Cl、电阻Rl和二极管D2,还有并联的第二稳压管 DW1、电容C2以及电容C22，其输出的电源电压为其他用电器件所接收。；
一电流采集单元，用以从电力线上直接获取表征实时电流值的第二电压信 号；所述的电流采样单元除了位于电力线L上的锰铜片R0外，在其两端分别串 联有降压电阻R6、 R9;
一第一处理单元，其分别与所述的电压采集单元和电流采集单元相连接， 接收所述的第一电压信号和第二电压信号，输出一第一电能值信号；所述的第 一处理单元为一比例乘法积分集成芯片IC3，其输出端分别获取第一电压信号以 及电力线A电流相对应的第二电压信号；其包括 一比例处理部分，将所述的 第一电压信号转换为实时的电压值，将所述的第二电压信号转换为实时电流值；
一乘法部分，将所述的实时电流值和实时电压值相乘，转换成瞬时功率值；
一积分部分，将获取的功率值在所述的第一预设的时间内进行积分，获取 第一电能值。
一隔离转换电路，光信号发射端与所述的第一处理单元的输出端相连接， 其信号转换端与所述的内部通信单元相连接。其为一光耦隔离电路IC2，其光信 号发射端与所述的比例乘法积分集成芯片IC3的输出端相连接，其信号转换端 与所述的微处理器MCU的输入端相连接；同时在所述的光信号发射端之前设置 有一个LED灯，用以指示所述的电力线上有功率消耗。
还包括一执行单元，其为一设置与电力线路上的继电器，所述的基本处理 单元的输出端通过一三极管Ql与所述的继电器J的触发端相连接，在所述的微 处理器MCU发出控制信号时，所述的三极管Q1导通，从而使继电器J动作将 电力线断开。为了实现更好的技术效果，所述的基本模块还包括 一显示电路，其与所 述的微处理器MCU相连接，用以显示数据，该数据可以是耗电量，也可以使其 他的相关数据。
所述的基本模块还可以包括 一存储电路，其也与所述的微处理器MCU相 连接，用以存储计量数据、日志，升级程序等相关数据。
请参阅图5所示，其为本实用新型模块化组装的电力计量装置中基本模块 的电路示意图二；与图4的差异在于，所述的基本模块增加了一个预付费单元， 所述的预付费单元包括 一读卡器电路，其与所述的微处理器MCU相连接，用 以读取存储介质中的购电数据；从而用电量与用户预付费的额度进行减操作， 在可用余度达到或低于某一预定值时，所述的微处理器MCU通过所述的第二内 部通信单元向所述的基本模块发出一告警信号，由所述的基本模块的微处理器 MCU控制相应的继电器J产生动作，切断电力供应。
请参阅图6所示，其为本实用新型模块化组装的电力计量装置中基本模块 的电路示意图三；与图4的差异在于，所述的基本模块增加了一个通信单元， 所述的通信单元包括 一外部通信接口电路WBTX，其用以与外部设备进行数 据通信； 一内部通信子单元，其包括一总线控制器芯片IC5,其与所述的基本处 理单元微处理器MCU和所述的外部通信接口电路WBTX相连接。
请参阅图7所示，其为本实用新型模块化组装的电力计量装置中基本模块 的电路示意图四；与图4的差异在于，所述的基本模块增加了一个电子封单元， 其包括 一触发单元，其通常设置在所述的盒体IO封装处用以侦测所述的盒体 IO是否被打开，在打开时产生一动封信号；所述的触发单元这里采用的常闭开 关K,其与所述的基本处理单元微处理器MCU相连接。
请参阅图8所示，其为本实用新型模块化组装的电力计量装置中预付费功 能模块的电路示意图；所述的预付费功能模块包括
一读卡器电路，用以读取存储介质中的购电数据，所述的读卡器电路包括 一天线5L1以及与之相连接的读卡器芯片5IC2;
一第二处理单元，其为一微处理器5MCU,并与所述的读卡器芯片5IC2相 连接，用以接收并处理数据；
一第二内部通信单元，其包括一总线控制器芯片5IC1,其数据接口部分JP
与所述的插针相对应，用以分别与所述的基本才莫块中内部通信单元和所述的第
二处理单元相连接，从所述的基本处理单元中获得电力消耗值，与用户预付费的额度进行减操作，在可用余度达到或低于某一预定值时，所述的微处理器
5MCU通过所述的第二内部通信单元向所述的基本模块发出一告警信号，由所 述的基本模块的微处理器MCU控制相应的继电器J产生动作，切断电力供应。 其中，所述的第二内部通信单元可以选择RS422或RS485的总线方式之一，但 是要和所述的内部通信单元的总线方式一致。
请参阅图9和图IO所示，其分别为本实用新型模块化组装的电力计量装置 中电子封功能模块的电路示意图一和示意图二；所述的电子封功能模块包括 一触发单元，其通常设置在所述的盒体10封装处用以侦测所述的盒体10是否 被打开，在打开时产生一动封信号；
一第三处理单元，其为一孩史处理器4MCU(3MCU)，并与所述的触发单元相 连接，接收所述的动封信号，用判断所述的动封信号是否表示的非法开启；
一第四内部通信单元，其包括一总线控制器芯片4IC1(3IC1)，其数据接口 部分JP与所述的电子封功能模块的插针相对应，用以分别与所述的基本模块中 内部通信单元数据接口部分JP1和所述的微处理器4MCU (3MCU)相连接，在判 定是非法开启时，所述的孩吏处理器4MCU(3MCU)通过所述的第四内部通信单元 向所述的基本模块发出一告警信号，由所述的基本模块的微处理器MCU控制相 应的继电器J产生动作，切断电力供应。其中，所述的第四内部通信单元可以 选择RS422或RS485的总线方式之一，但是要和所述的内部通信单元的总线方 式一致。
所述的触发单元可以是常闭开关K,在盒体IO打开时产生动封信号(参阅 图10所示)；
所述的触发单元可以包括 一发光件如LED灯，其产生一光源信号； 一光 接收件4Q1,其与所述的LED灯的位置对应形成光路(参阅图9所示)； 一遮 挡件13,其在正常状态下设置在所述的光接收件4Q1与LED灯之间，用以阻断 光路；当所述的盒体与基本模块的相对位置关系发生变动时，所述的遮挡件13 离开所述的光接收件4Q1与LED灯之间的位置，光路导通，所述的光接收件4Q1 产生一触发信号。当然为了避免外界光线的干扰也可以设置一个遮光罩14 (参 阅图13 )，其安装在底盒15中，所述的盒体10上设有孔，所述的底盒15和盒 体10结合在一起，从而将基本模块11和其他功能模块121封入其中，所述的 遮挡件14可以为螺栓，其依次从所述的盒体IO上孔穿入所述的遮光罩14的空 中，从而遮挡了所述光接收件4Q1与LED灯之间的光路。请参阅图11、图12所示，其分别为本实用新型模块化组装的电力计量装置 中通信功能模块的电路示意图一和示意图二；所述的通信功能模块，其包括
一外部通信接口电路，其用以与外部设备进行数据通信，这里要考虑数据 传输的单双工方式或是全双工方式，从而实现匹配，但是对于本领域技术人员 这是不需要创造性劳动就能明了的，这里就不在赘述了 ；
一第三内部通信单元，其包括一总线控制器芯片1IC(2IC),其数据接口部
JP与所述的插针相对应，用以实现与外界存储设备的数据的交互，其分别与所
述的基本模块中内部通信单元和所述的外部通信接口电路部JP2相连接，可以 通过所述的内部通信单元将其传输至所述的基本模块上；其中，所述的第三内 部通信单元其可以选择RS422或RS485的总线方式其中之一进行工作，但是要 和所述的内部通信单元的总线方式一致，因此本实施例中的两个图一个是实现 了全双工工作方式(参见12)， 一个是实现单双工的工作方式(参见图11 )。
以上说明对本新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人 员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许 多修改，变化，或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。
权利要求1、一种模块化组装的电力计量装置，其特征在于，其包括一基本模块以及与之连接的至少一功能模块，其中，所述的基本模块为电力计量装置的扩展基础，其至少包括一电源；一基本处理单元，其与所述的电源相连接，用以获取电力供应；一内部通信单元，其将所述的功能模块与所述的基本处理单元连接在一起；一计量单元，其分别与电力线和所述的基本处理单元相连接，用以实现用电计量的功能。
2、 根据权利要求1所述的模块化组装的电力计量装置，其特征在于，所述 的基本模块还包括 一显示电路，其与所述的基本处理单元相连接，用以显示 数据；一存储电路，其与所述的基本处理单元相连接，用以存储数据。
3、 根据权利要求2所述的模块化组装的电力计量装置，其特征在于，所述 的计量单元包括一电压采集子单元，用以从电力线上直接获取第一电压信号； 一电流采集子单元，用以从电力线上直接获取表征实时电流值的第二电压 信号；一第一处理子单元，其分别与所述的电压采集子单元和电流采集子单元相 连接，接收所述的第一电压信号和第二电压信号，输出一第一电能值信号；一光耦隔离电路，其光信号发射端与所述的第一处理子单元的输出端相连 接，其信号转换端与所述的内部通信单元相连接。
4、 根据权利要求3所述的模块化组装的电力计量装置，其特征在于，所述 的基本模块还包括预付费单元、通信单元、执行单元以及电子封单元至少其 中之一，其中，所述的预付费单元包括一读卡器电路，其与所述的基本处理单元相连接，用以读取存储介质中的 购电数据；所述的通信单元包括一外部通信接口电路，其用以与外部设备进行数据通信； 一内部通信子单元，其与所述的基本处理单元和所述的外部通信接口电路相连接；所述的电子封单元包括一触发子单元，其与所述的基本处理单元相连接，用以侦测所述模块化组装的电力计量装置的盒体是否被打开，在打开时产生一动封信号；所述的执行单元，其与所述的基本处理单元相连接，其包括至少一继电 器，设置在所述的电力线上，由所述的基本处理单元控制使电力线断开。
5、 根据权利要求3所述的模块化组装的电力计量装置，其特征在于，所述 的功能模块与所述基本模块是通过插槽和插针结合成为一体的。
6、 根据权利要求5所述的模块化组装的电力计量装置，其特征在于，所述 的功能模块为预付费功能模块，其包括一读卡器电路，用以读取存储介质中的购电数据； 一第二处理单元，其与所述的读卡器相连接，用以接收数据； 一第二内部通信单元，其分别与所述的基本模块中内部通信单元和所述的 第二处理单元相连接。
7、 根据权利要求6所述的模块化组装的电力计量装置，其特征在于，所述 的功能模块为通信功能模块，其包括一外部通信接口电路，其用以与外部设备进行数据通信； 一第三内部通信单元，其分别与所述的基本模块中内部通信单元和所述的 外部通信接口电路相连接。
8、 根据权利要求7所述的模块化组装的电力计量装置，其特征在于，还包 括 一盒体，所述的计量装置的局部或全部设置在所述的盒体内，所述的功能 模块为电子封功能模块，其包括一触发单元，用以侦测所述的盒体是否被打开，在打开时产生一动封信号； 一第三处理单元，其与所述的触发单元相连接，用判断所述的动封信号是 否表4正非法开启；一第四内部通信单元，分别与所述的基本模块中内部通信单元和所述的第 三处理单元相连接。
9、 根据权利要求3所述的模块化组装的电力计量装置，其特征在于，所述 的第一处理单元为一比例乘法积分集成芯片，其包括一比例处理部分，将所迷的第一电压信号转换为实时的电压值，将所述的 第二电压信号转换为实时电流值；一乘法部分，将所述的实时电流值和实时电压值相乘，获取瞬时功率值； 一积分部分，将获取的瞬时功率值在所述的第一预设的时间内进行积分，获取第一电能值信号。
10、根据权利要求8所述的模块化组装的电力计量装置，其特征在于，所述的内部通信单元、第二内部通信单元、第三内部通信单元以及第四内部通信单元为RS422或是RS485总线。
专利摘要本实用新型为一种模块化组装的电力计量装置，其包括一基本模块以及与之连接的至少一功能模块，其中，所述的基本模块为电力计量装置的扩展基础，其至少包括一电源；一基本处理单元，其与所述的电源相连接，用以获取电力供应；一内部通信单元，其将所述的功能模块与所述的基本处理单元连接在一起；一计量单元，其分别与电力线和所述的基本处理单元相连接，用以实现用电计量的功能。
文档编号G01R22/06GK201392365SQ20092014661
公开日2010年1月27日 申请日期2009年4月27日 优先权日2009年4月27日
发明者万家盛, 汪志强 申请人:湖北盛佳电器设备有限公司;万家盛