一种智能电表的制作方法

本实用新型涉及一种低压电器，尤其涉及一种电气仪表。

背景技术：

目前智能电表因其功能齐全，在供电配电中广泛使用，代替传统的电表，但智能电表也因为其功能相对比较强大，用得功能器件较多，加上其所在工作环境电磁干扰比较强，导致结构相对复杂，造成其整体成本相对较高，功耗过大，可靠性不够理想。

技术实现要素：

为解决现有智能电表存在上述缺陷，本实用新型提供一种结构科学简单、功耗小、成本低的智能电表。

为实现上述目的，本实用新型采取的方案是：

一种智能电表，包括壳体、安装组件和电路组件；壳体背部设有与电路组件电气连接的接线端子；电路组件设置于壳体内；其特征是：所述电路组件包括以下电路：

外接连接端子，用于外接信号的输入或输出连接；

系统直流供电电路，由其负责给各部分电路供电；

微控制器电路，作为各种输入信号和输出信号的处理单元和控制单元；

按钮，直接和微控制器电路的输入端连接，用于向微控制器电路输入人机交互指令；

单相或三相电压取样电路，直接和微控制器电路的功能输入端连接，由微控制器电路进行信号处理及A/D转换处理；

电流感应电路，其输出端与外接连接端子连接，作为电流信号的传感器，获取系统单相或三相的电流信号；

单相或三相电流信号转换电路，与电流感应电路输出端连接，将电流感应电路的电流信号转换成电压信号；

单相或三相电流信号调制电路，其输入端与电流信号转换电路连接，其输出端与微控制器电路的输入端连接，输入电流信号转换得到的电压信号到微控制器电路，由微控制器电路对其输入的电压信号进行处理；

显示模块电路，直接和微控制器电路的输出端连接，由微控制器电路控制其显示；

可编程存储器电路，通过光电隔离器与微控制器电路的IIC总线接口连接，由微控制器电路对其进行数据信息的擦写；

LED状态指示电路，直接和微控制器电路的输出端连接，由微控制器电路控制其点亮，与显示模块电路配合，作状态指示用；

通讯电路，通过光电隔离器与微控制器电路的串行接口连接，由微控制器电路控制其与外围设备进行通讯；

在线编程电路，直接和微控制器电路的在线编程接口连接，用于微控制器电路的程序烧写到微控制器电路内部的存储器中；

继电输出电路，直接和微控制器电路的输出端连接，由微控制器电路控制其动作，其输出端与外接连接端子连接；

遥信信号输入电路，直接和微控制器电路的输入端连接，用于获取断路器、重合器、继电器等接点的变位信息的开关量信息。

作为上述方案的进一步说明，前述系统直流供电电路包括两路独立分开的5V直流电压输出电源模块，以及一个3.3V直流电压输出的主芯片稳压电路，主芯片稳压电路为微控制器电路提供电源，主芯片稳压电路与其中一路5V直流电压连接。

作为上述方案的进一步说明，前述微控制器为型号为71M6541D的电表芯片；电表芯片外接有晶振电路，电表芯片电源端与3.3V的主芯片稳压电路输出端连接。

作为上述方案的进一步说明，前述电流感应电路由电流互感器构成，单相或三相电流信号转换电路均包括并联在各自对应的电流互感器输出端的电压转换电阻；单相或三相电流信号调制电路均包括以下阻容网络电路单元，阻容网络电路单元包括由两个串联的电阻组成的电阻组和由两个串联的电容组成的电容组，电阻组和电容组并联在电压转换电阻两端，电阻组和电容组两端之间均各用一个电阻连接，电阻组和电容组的中点连接在一起，作为电流转换成电压后的电压信号公共参考电位端，定义为信号接地端；电容组两端部与电表芯片的相应A/D转换输入端连接，电容组两端部与电表芯片连接处与主芯片稳压电路地线之间接有抗干扰电容器；信号接地端与电表芯片参考电压端连接，信号接地端通过一个电感器与主芯片稳压电路输出端连接。

作为上述方案的进一步说明，前述单相或三相电压取样电路均包括由两个电阻组成的分压电路，限流电阻、旁路电容；分压电路一端连接在相线上，另一端连接在信号接地端，信号接地端通过一个电感器与N相连接；限流电阻输入端与分压电路的输出端相连，限流电阻输出端与电表芯片的一个A/D转换输入端连接，旁路电容连接在限流电阻输出端。

作为上述方案的进一步说明，前述可编程存储器电路包括带有IIC总线的电擦除可编程存储器及其外围的基本工作电路，该电擦除可编程存储器人型号为AT24C64的集成电路，外围的基本工作电路包括IIC总线的上拉电阻、以及连接在电擦除可编程存储器的电源端的抗干扰电容器。

作为上述方案的进一步说明，前述通讯电路为RS485协议的RS485通讯电路，它包括RS485通讯芯片及其外围的基本工作电路、光电隔离电路、以及通讯信号调制电路；光电隔离电路为单向光电耦合器及其外围的基本工作电路；通讯信号调制电路为单非门芯片及其外围的基本工作电路，该单非门芯片的型号为SN74AHC1G04DBV的集成电路，RS485通讯芯片的型号为SN75176BDR的集成电路，RS485通讯芯片的RD端通过光电耦合器与电表芯片的RX端连接，RS485通讯芯片的REn端依次通过单非门芯片、光电耦合器与电表芯片的TX端连接，RS485通讯芯片对外通讯连接的A、B端口与外接连接端子连接，其中，A端口接有上拉电阻，B端口接有下拉电阻。

作为上述方案的进一步说明，前述继电输出电路包括两路继电器、以及继电驱动电路，两路继电器通过继电驱动电路与电表芯片的输出端连接。

作为上述方案的进一步说明，前述显示模块电路为4位高亮红色数码管显示器或LCD显示器。

作为上述方案的进一步说明，前述遥信信号输入电路包括两路遥信信号输入单元电路，遥信信号输入单元电路包括对遥信信号进行分压的遥信信号分压电阻电路、以及遥信信号隔离电路；遥信信号隔离电路为双向光电耦合器及其外围其本工作电路，遥信信号分压电阻电路的输出端通过双向光电耦合器与电表芯片的输入端连接。

作为上述方案功能说明：本智能电表是一种具有可编程测量、显示、报警、数字通讯和模拟量变送输出等功能的智能仪表，广泛应用变电站自动化、配电自动化、智能建筑、自动化生产线、测试台等。真有效值测量，精度高，稳定性好。互感器变比可通过仪表按键现场设置，使用方便灵活。4位高亮红色数码管显示器显示；可选一路或二路继电器报警输出，实现上下限报警功能；可选RS485数字通讯接口，采用国际标准MODBUS-RTU通讯协议，可与各种PLC、HMI、组态软件实现组网；可选模拟量(DC0～20mA、DC4～20mA、DC0～5V、DC1～5V、DC0～10V等)变送输出。

作为上述方案所用主要电子元器件的附加说明：

对于71M6541D是Teridian的第四代单相表SoC内置5MHz 8051兼容MPU内核、低功耗RTC、闪存及LCD驱动，可以大幅减少集成电路的使用，有利于降低成本。我们的单转换器技术(Single Converter Technology)具有22位Σ-Δ ADC、三路或四路模拟输入、数字温度补偿、精密电压基准以及32位计算引擎(CE)，从而使器件只需少数外部元件即可支持各种电表应用。支持Teridian 71M6x0x系列隔离传感器的接口选项，有效降低BOM成本、提高抗电磁干扰能力，进而增强系统可靠性。完整的ICE和开发工具数据、可编程库以及参考设计有助于加速计量产品的开发和认证，以满足ANSI、IEC等任何全球范围的电表计量标准。

71M6541D的关键特性：在工业级温度范围内，2000:1电流量程范围下，具有优于0.5% Wh的精度；优于IEC 62053/ANSI C12.20标准； 2路电流传感器输入支持可选择的差分输入模式；一路电流输入，可选择增益1或8；可编程脉宽的高速Wh/VARh脉冲输出； 32KB闪存，3KB RAM 。

对于AT24C64支持I2C 总线数据传送协议I2C 总线协议规定任何将数据传送到总线的件作为发送器任何从总线接收数据的器件为接收器数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的主器件和从器件都可以作为发送器或接收器但由主器件控制传送数据发送或接收的模式通过器件地址输入端A0 A1 和A2 可以实现将最多个器件连接到总线上。

管脚描述：SCL 串行时钟，AT24C64串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟这是一个输入管脚SDA 串行数据/地址；AT24C64 双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接收SDA 是一个开漏输出管脚可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或wire-OR；A0 A1 A2 器件地址输入端，这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址当这些脚悬空时默认值为0。WP 写保护，如果WP 管脚连接到Vcc 所有的内容都被写保护只能读当WP 管脚连接到地或悬空允许器件进行正常的读/写操作。

由上可知，本实用新型具有如下的优点：具有可编程测量、显示、报警、数字通讯和模拟量变送输出等功能的智能仪表，广泛应用变电站自动化、配电自动化、智能建筑、自动化生产线、测试台等。真有效值测量，精度高，稳定性好。结合系统软件，互感器变比可通过仪表按键现场设置，使用方便灵活。4位高亮红色数码管显示器显示；可选一路或二路继电器报警输出，实现上下限报警功能；可选RS485数字通讯接口，可与各种PLC、HMI、组态软件实现组网；结构科学简单，功能多，使用元器件少，容易制造，体积小。

附图说明

图1为本实用新型的壳体结构的主视图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1的后视图。

图4为本实用新型的电路组件的电路原理框图(单相智能电表)。

图5A为图4的电路原理图的第一部分。

图5B为图4的电路原理图的第二部分。

附图标号说明：101-壳体， 102-安装组件，103-电路组件，104-接线端子； 401-系统直流供电电路， 402-微控制器电路，403-按钮，404-单相电压取样电路， 405-单相电流信号转换电路， 406-电流感应电路， 407-单相电流信号调制电路， 408-显示模块电路， 409-可编程存储器电路， 410- LED状态指示电路， 411-通讯电路， 412-在线编程电路， 413-继电输出电路， 414-遥信信号输入电路。

具体实施方式

下面结合附图和优选的实施方式，以单相智能电表的作为代表实例，对本实用新型及其有益技术效果进行进一步详细说明。

参见图1 ~图5B，智能电表包括壳体101、安装组件102和电路组件103；壳体101背部设有与电路组件103电气连接的接线端子104；电路组件103设置于壳体101内；电路组件103包括以下电路：外接连接端子，用于外接信号的输入或输出连接；系统直流供电电路401，由其负责给各部分电路供电；微控制器电路402，作为各种输入信号和输出信号的处理单元和控制单元；按钮403，直接和微控制器电路402的输入端连接，用于向微控制器电路402输入人机交互指令；单相电压取样电路404，直接和微控制器电路的功能输入端连接，由微控制器电路402进行信号处理及A/D转换处理；电流感应电路406，其输出端与外接连接端子连接，作为电流信号的传感器，获取系统单相的电流信号；单相电流信号转换电路405，与电流感应电路406输出端连接，将电流感应电路406的电流信号转换成电压信号；单相电流信号调制电路407，其输入端与电流信号转换电路连接，其输出端与微控制器电路402的输入端连接，输入电流信号转换得到的电压信号到微控制器电路402，由微控制器电路402对其输入的电压信号进行处理；显示模块电路408，直接和微控制器电路402的输出端连接，由微控制器电路402控制其显示；可编程存储器电路409，通过光电隔离器与微控制器电路402的IIC总线接口连接，由微控制器电路402对其进行数据信息的擦写；LED状态指示电路410，直接和微控制器电路402的输出端连接，由微控制器电路402控制其点亮，与显示模块电路408配合，作状态指示用；通讯电路411，通过光电隔离器与微控制器电路402的串行接口连接，由微控制器电路402控制其与外围设备进行通讯；在线编程电路412，直接和微控制器电路402的在线编程接口连接，用于微控制器电路402的程序烧写到微控制器电路402内部的存储器中；继电输出电路413，直接和微控制器电路402的输出端连接，由微控制器电路402控制其动作，其输出端与外接连接端子连接；遥信信号输入电路414，直接和微控制器电路402的输入端连接，用于获取断路器、重合器、继电器等接点的变位信息的开关量信息。

优选地，参见图5A~图5B，其中，系统直流供电电路401包括两路独立分开的5V直流电压输出电源模块POW1，以及一个3.3V直流电压输出的主芯片稳压电路，主芯片稳压电路U7为微控制器402提供电源，主芯片稳压电路U7与其中一路5V直流电压连接。

优选地，参见图5A~图5B，其中，微控制器402为型号为71M6541D的电表芯片U1；电表芯片U1外接有晶振电路，电表芯片U1电源端与3.3V的主芯片稳压电路U7输出端连接。

优选地，参见图5A~图5B，其中，电流感应电路406由电流互感器CT1构成，单相电流信号转换电路405包括并联在各自对应的电流互感器CT1输出端的电压转换电阻；单相电流信号调制电路407包括以下阻容网络电路单元，阻容网络电路单元包括由两个串联的电阻R19、R20组成的电阻组和由两个串联的电容C203、C204组成的电容组，电阻组和电容组并联在电压转换电阻两端，电阻组和电容组两端之间均各用一个电阻R17、R18连接，电阻组和电容组的中点连接在一起，作为电流转换成电压后的电压信号公共参考电位端，定义为信号接地端V3P3A；电容组两端部与电表芯片U1的相应A/D转换输入端连接，电容组两端部与电表芯片U1连接处与主芯片稳压电路U7地线之间接有抗干扰电容器C2、C3；信号接地端V3P3A与电表芯片U1参考电压端连接，信号接地端V3P3A通过一个电感器L1与主芯片稳压电路U7输出端连接。

优选地，参见图5A~图5B，其中，单相电压取样电路404包括由两个电阻R25、R22组成的分压电路，限流电阻R21、旁路电容C205；分压电路一端连接在相线上，另一端连接在信号接地端V3P3A，信号接地端V3P3A通过一个电感器L2与N相连接；限流电阻R21输入端与分压电路的输出端相连，限流电阻R21输出端与电表芯片U1的一个A/D转换输入端连接，旁路电容C205连接在限流电阻输出端。

优选地，参见图5A~图5B，其中，可编程存储器电路409包括带有IIC总线的电擦除可编程存储器U2及其外围的基本工作电路，该电擦除可编程存储器U2人型号为AT24C64的集成电路，外围的基本工作电路包括IIC总线的上拉电阻R5、R6、R7、以及连接在电擦除可编程存储器U2的电源端的抗干扰电容器C9。

优选地，参见图5A~图5B，其中，通讯电路411为RS485协议的RS485通讯电路，它包括RS485通讯芯片U6及其外围的基本工作电路、光电隔离电路、以及通讯信号调制电路；光电隔离电路为单向光电耦合器U21、U22及其外围的基本工作电路；通讯信号调制电路为单非门芯片U5及其外围的基本工作电路，该单非门芯片U5的型号为SN74AHC1G04DBV的集成电路，RS485通讯芯片U6的型号为SN75176BDR的集成电路，RS485通讯芯片U6的RD端通过光电耦合器与电表芯片U1的RX端连接，RS485通讯芯片U6的REn端依次通过单非门芯片U5、光电耦合器与电表芯片U1的TX端连接，RS485通讯芯片U6对外通讯连接的A、B端口与外接连接端子连接，其中，A端口接有上拉电阻R32，B端口接有下拉电阻R31。

优选地，参见图5A~图5B，其中，继电输出电路413包括两路继电器RLY1、RLY2，以及继电驱动电路，两路继电器通过继电驱动电路与电表芯片U1的输出端连接。

优选地，参见图5A~图5B，其中，显示模块电路408为4位高亮红色数码管显示器LCD1。

优选地，参见图5A~图5B，其中，遥信信号输入电路414包括两路遥信信号输入单元电路，遥信信号输入单元电路包括对遥信信号进行分压的遥信信号分压电阻电路、以及遥信信号隔离电路；遥信信号隔离电路为双向光电耦合器U3、U4及其外围其本工作电路，遥信信号分压电阻电路的输出端通过双向光电耦合器U3、U4与电表芯片U1的输入端连接。

对于其它未特别说明的电路，按常规电路设置即可。

根据上述说明书及具体实施例并不对本实用新型构成任何限制，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变形，也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。