NB-IOT智能电能计量装置的制作方法

本实用新型涉及一种电能计量装置，尤其是一种NB-IOT智能电能计量装置。

背景技术：

基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

随着智能电网的快速发展、用户对大数据的要求以及互联网+的快速应用，特别是智能手机的应用，通过智能手机就可以实时掌握自己的用电数据、状态查询、远程充值缴费等。而目前的智能电表应用系统还主要采用电力线载波、GPRS通讯、RS485通讯、小无线通信等通讯技术，这些通讯技术存在耗电高、传输距离近、穿透能力弱、通讯成功率低、后续运行和维护成本高等缺点；因此采用基于NB-IOT技术的智能电能计量装置，就可很好的解决以上问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种NB-IOT智能电能计量装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种NB-IOT智能电能计量装置，包括电源管理模块、MCU数据处理模块和与MCU数据处理模块连接的NB-IOT通讯模块、红外数据通信模块、RS485接口、数据存储器、电能计量模块、RTC实时时钟、数据安全模块(ESAM)、脉冲输出模块，负荷控制模块、显示器和按键输入模块。电源管理模块对输入电源的电压和电流进行处理后供给MCU数据处理模块和其他模块。MCU数据处理模块实时采集电能计量模块的计量数据，对用户用电情况进行实时计量和数据处理，NB-IOT通讯模块实时监测主站下发的数据并回传给MCU数据处理模块，MCU数据处理模块对主站下发数据进行解析后执行控制或通过脉冲输出模块、RS485接口、红外数据通信模块、NB-IOT通讯模块、负荷控制模块输出数据，显示器显示执行或数据信息。数据存储器储存数据并和MCU数据处理模块进行数据交换。数据安全模块和MCU数据处理模块进行数据交换并对MCU数据处理模块的数据进行加密。MCU数据处理模块接受按键输入模块输入的信息。RTC实时时钟为MCU数据处理模块提供实时时钟数据。

优选的，所述的显示器为LCD显示器。

电能计量装置采用NB-IOT技术后，可以很好的降低产品能耗，达到节能减排的目的，NB-IOT具有穿透能力强、传输距离远、运行维护成本低等特点，可以在各种环境下实现高可靠、远距离的无线数据通讯和控制。

附图说明

图1为本实用新型的电原理框图。

图2为MCU数据处理模块的电路原理图。

图3为电源管理模块电路原理图。

图4为数据存储器电路原理图。

图5为电能计量模块电路原理图。

图6为RTC实时时钟电路原理图。

图7为数据安全模块电路原理图。

图8为负荷控制模块电路原理图。

图9为LCD显示模块电路原理图。

图10为按键模块电路原理图。

图11为红外数据通讯模块电路原理图。

图12为RS485接口的电路原理图。

图13为NB-IOT通讯模块电路原理图。

图14为脉冲输出模块电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种NB-IOT智能电能计量装置，包括电源管理模块、MCU数据处理模块和与MCU数据处理模块连接的NB-IOT通讯模块、红外数据通信模块、RS485接口、数据存储器、电能计量模块、RTC实时时钟、数据安全模块(ESAM)、脉冲输出模块，负荷控制模块、LCD显示器和按键输入模块。电源管理模块对输入电源的电压和电流进行处理后供给MCU数据处理模块和其他模块。MCU数据处理模块实时采集电能计量模块的计量数据，对用户用电情况进行实时计量和数据处理，NB-IOT通讯模块实时监测主站下发的数据并回传给MCU数据处理模块，MCU数据处理模块对主站下发数据进行解析后执行控制或通过脉冲输出模块、RS485接口、红外数据通信模块、NB-IOT通讯模块、负荷控制模块、RTC实时时钟输出数据，LCD显示器显示执行或数据信息。数据存储器储存数据并和MCU数据处理模块进行数据交换。数据安全模块和MCU数据处理模块进行数据交换并对MCU数据处理模块的数据进行加密。MCU数据处理模块接受按键输入模块输入的信息。

如图2所示：MCU正常工作时，通过P23、P24、P25、P26计量芯片数据口读取计量芯片的计量数据和参数，读出的数据经过MCU处理运算后，进行电能量计量，MCU将运算好的电能量通过P01、P02、P03I2C数据通信口将电量数据等写入到EEPROM存储器中；P10、P11、P72、P62、P63为NB-IOT通讯模块数据通讯口，P13、P14为RS485数据通讯口，主站通过RS485或NB-IOT通讯口对电能表进行远程数据抄收。P75、P76、P77为按键操作口，完成人机对话操作；P00、P01、P02、P03端口为LCD显示电源及数据端口，完成电能表的电能量显示，P130、P20位负荷控制端口，MCU可通过该端口进行负荷控制操作。

如图3所示：电源管理模块通过J9端口将220V引入T1电源变压器变成直流电压，1路通过U13线性稳压芯片将电压转换为5V直流电压供主芯片工作，另一路通过U8线性稳压芯片将电压转换为5V直流电压供NB-IOT和RS485通讯模块进行供电工作。

如图4所示：数据存储器通过WP、SCL、SDA口对数据进行读写，完成数据的存储任务。

如图5所示：电能计量模块通过采样电压信号和电流信号，通过U20电能计量芯片的处理转换为电能数据、电压数据、电流数据以及功率数据等通过U20计量芯片的SPI数据通信口将电能等相关数据传送给MCU数据进行处理，计量脉冲通过U19对外输出进行准确度检测。

如图6所示：RTC实时时钟芯片实时产生时钟数据，通过SDA、SCL数据口为MCU提供实时时钟数据。

如图7所示：数据安全模块为电能表金额、费控、参数设置等提供加密及解密数据，为电能表提供安全保证，数据安全模块通过E-IO、E-RST、CLOCK等数据口与MCU交换数据。

如图8所示：图中左侧为内置继电器选用的电路，右侧为外置继电器选用的电路。负荷控制模块通过接受JDQ1A和JDQ1B指令，对负荷继电器进行拉闸和合闸控制。

如图9所示：LCD显示通过U9显示芯片，将MCU送出的数据转换为LCD液晶显示屏的驱动信号，通过LCD液晶显示屏显示出相应的数字和字符等信息。

如图10所示：当有按键按下时，通过按键与GND的接通，MCU检测到相应的低电平，则判断为有按键操作，MCU通过不同的按键端口判断相应的按键指令，去执行相应的操作

如图11所示：红外数据通信模块通过U1红外通信接收头接收到相应的红外通信指令后，将红外信号转换为TTL电平的串口信号供MCU进行数据处理，MUC处理数据后通过Q8和Q9进行红外调制后产生38KHZ的电平信号经D1红外发射管发射出红外通信信号。

如图12所示：U14 485通信芯片实时监控RS485B和RS485A通信线上的电平信号，当有通信时，U14 485通信芯片将通信线上的差分485信号转换为MCU可以识别的TTL电平信号进行数据处理，MCU处理完成后的数据经U10光耦进行隔离后通过U14 485芯片的4脚转换为485信号通过总线传送出去。

如图13所示：NB-IOT通信模块为公网通信的低功耗无线通信模块，当模块接收到无线数据后，通过NB-IOT模块转换为MCU可以识别的TTL电平模块，通过RX管脚传送给MCU进行处理，经MCU处理后的数据通过TX传送给NB-IOT模块后，通过无线的方式进行传输。

如图14所示：脉冲输出模块分为校表脉冲、时钟脉冲和时区时段输出脉冲等，校表输出脉冲由计量芯片直接输出，时钟脉冲和时区时段输出脉冲通过MCU根据要求进行选择性输出。