一种多路计量电表的制作方法

本实用新型适用于智能电表领域，尤其涉及一种多路计量电表。

背景技术：

随着经济的发展，计量电表对于电气系统来说不可或缺，而传统的交流电表已经难以在日趋复杂的应用场景中满足应用需要。对于机房、基站或配电间等监测用电数量极多的场合来说，多路计量电表应运而生，并且在电气系统工程中拥有越来越广泛的用途。

目前市场上的多路计量电表的硬件方案通常包括单片机、运算放大器和基准电压源，但是这种方案需要的硬件电路器件多、电能检测误差大、生产成本较高、电路复杂并且不利于装配和调试。或者，多路计量电表采用的硬件方案包括单片机和多功能计量芯片，但是这种方案的生产成本较高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种多路计量电表，可提高电能检测的精确度、降低生产成本、并且便于组装与调试。

本实用新型提供一种多路计量电表，该多路计量电表包括：信号采集模块、计量模块和通讯模块；所述信号采集模块与所述计量模块电性相连，用于从与自身电性相连的多个电网采集多路电信号，并将采集到的多路电信号发送给所述计量模块，多个所述电网分别与多路所述电信号一一对应，所述多路电信号为多路模拟信号；所述计量模块与所述通讯模块电性相连，用于接收所述多路模拟信号，并将所述多路模拟信号转换为多路数字信号，并根据所述多路数字信号生成多个电表数据发送给所述通讯模块；所述通讯模块，用于接收所述多个电表数据并发送给服务器，以使所述服务器接收并显示所述多个电表数据。

从上述实施例可知，通过信号采集模块采集多路电信号，计量模块转换该多路电信号，并根据该多路数字信号生成多个电表数据发送给通讯模块，再由通讯模块接收该多个电表数据并发送给服务器，并使得服务器接收并显示多个电表数据，该方案中需要的硬件电路器件少，并且可提高多个电能检测的精确度、降低生产成本、并且便于组装与调试。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施例提供的多路计量电表的结构示意图；

图2是本实用新型的第二实施例提供的多路计量电表的结构示意图；

图3是本实用新型的第二实施例提供的多路计量电表中的电信号保护电路的电路原理图；

图4是本实用新型的第二实施例提供的多路计量电表中的电信号采样电路的电路原理图；

图5是本实用新型的第二实施例提供的多路计量电表中的计量芯片的电路原理图；

图6是本实用新型的第二实施例提供的多路计量电表中的计量芯片的采样电路原理图；

图7是本实用新型的第三实施例提供的多路计量电表中的电信号采样电路的电路原理图。

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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楚、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，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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。

参见图1，图1为本实用新型的第一实施例提供的多路计量电表的结构示意图。该多路计量电表包括：信号采集模块101、计量模块102和通讯模块103，信号采集模块101与计量模块102电性相连，计量模块102与通讯模块103电性相连。如图1所示，在本实施例中，多路计量电表的工作原理为：

信号采集模块101从与自身电性相连的多个电网采集多路电信号，并将采集到的多路电信号发送给计量模块102，多路电信号为多路模拟信号，多个电网分别与多路电信号一一对应。

信号采集模块101的工作原理为，当使用多路计量电表计量电网的用电量时，需要将信号采集模块101电性连接在多个电网上，多个电网可为多个用电线路。信号采集模块101从与自身相连的多个电网中采集多路电信号，该电信号可为电压信号，也可为电流信号，可以理解的，多路电信号可为多路电压信号，也可为多路电流信号，多个电网与多路电信号一一对应。基于电力传输成本的考虑，目前传输信道中传输的信号通常为模拟信号，因此，可以理解的，信号采集模块101采集到的多路电信号为多路模拟信号。并将采集到的多路电信号发送给计量模块102，进行后续的电量计量记录和处理。

计量模块102接收多路模拟信号，并将多路模拟信号转换为多路数字信号，并根据多路数字信号生成多个电表数据发送给通讯模块103。

计量模块102的工作原理为，由于模拟信号在传输的过程中，与模拟信号叠加的干扰信号很难分离，而干扰信号会随着模拟信号的传输、放大而增大，进而影响到仪表精度，而数字信号中的信息是包含在脉冲的有无之中，因此只要干扰信号的绝对值没有超过预设的阈值，则可以在适当的距离或者信号终端使用再生中继的方式，去除该干扰信号，保证信号传输的稳定性。并且数字信号由于采用的是二进制编码的方式，保密性高于模拟信号。因此计量模块102接收到信号采集模块101发送的多路模拟信号后，将该多路模拟信号转换为多路数字信号，并根据多路数字信号生成多个电表数据发送给通讯模块103，以执行后续的处理操作。

可选的，多个电表数据包括但不限于：有功功率与有功电能、无功功率与无功电能、视在功率与视在电能、电压有效值、电流有效值及频率等数据。

通讯模块103接收多个电表数据并发送给服务器，以使服务器接收并显示多个电表数据。

通讯模块103的工作原理为，通讯模块103接收到计量模块102发送的多个电表数据后，将该多个电表数据发送给服务器，以使服务器接收并显示多个电表数据，以供工作人员查看。可选的，服务器可对该电表数据进行处理和分析，如计算时段用电量，根据该时段用电量对电力进行调度。

在本实施例中，通过信号采集模块采集多路电信号，计量模块转换该多路电信号，并根据该多路数字信号生成多个电表数据发送给通讯模块，再由通讯模块接收该多个电表数据并发送给服务器，并使得服务器接收并显示多个电表数据，该方案中需要的硬件电路器件少，并且可提高多个电能检测的精确度、降低生产成本、并且便于组装与调试。

参见图2至图6，图2是本实用新型的第二实施例提供的多路计量电表的结构示意图；图3是本实用新型的第二实施例提供的多路计量电表中的电信号保护电路的电路原理图；图4是本实用新型的第二实施例提供的多路计量电表中的电信号采样电路的电路原理图；图5是本实用新型的第二实施例提供的多路计量电表中的计量芯片的电路原理图；图6是本实用新型的第二实施例提供的多路计量电表中的计量芯片的采样电路原理图。与图1所示本实用新型实施例中提供的多路计量电表不同的是，如图2至图6所示，在本实施例中，多路计量电表的工作原理为：

进一步的，信号采集模块101包括多个电信号采样电路1011。计量模块102包括计量芯片1021。多个电信号采样电路1011均与计量芯片1021电性相连。

具体的，多个电信号采样电路1011对多个电网的用电量进行计量，一个电信号采样电路1011可采集一个电网的电信号，该电信号可为电压信号，也可为电流信号。计量芯片1021是计量模块102最小的计量芯片，为计量模块102提供计量所需要的高精度参数，如有功功率、有功电能、无功功率和无功电能等。在实际应用中，计量芯片1021采用的芯片可为ATT7037芯片，该芯片具有低功耗和高性能的优点。

电信号采样电路1011的工作原理为，电信号采样电路1011从与自身电性相连的电网采集电信号，并将采集到的电信号发送给计量芯片1021，该电信号为模拟信号。可以理解的，多个电信号采样电路1011将从多个电网采集到的多个电信号传输给计量芯片1021，多个电信号为多个模拟信号。计量芯片1021接收该模拟信号后，将多个模拟信号转化为多个数字信号，并将多个数字信号进行处理，生成多个电表数据发送给通讯模块103。如图3及图4所示，电信号采样电路1011从端口IA+和IA-采集电信号，从端口V1P和端口V1N发送给计量芯片1021。

进一步的，电信号采样电路1011采集到的电信号为电压信号，则电信号采样电路1011包括保护电路10111、插件电阻10112、电流型电压互感器10113、采样电阻10114和滤波器10115。如图3及图4所示，保护电路10111与插件电阻10112并联，插件电阻10112与电流型电压互感器10113串联，电流型电压互感器10113与采样电阻10114并联，采样电阻10114与滤波器10115电性连接，滤波器10115与计量芯片1021串联。

保护电路10111的工作原理为，保护电路10111可包括压敏电阻和瞬态抑制(Transient Voltage Suppressor，TVS)二极管，该压敏电阻与该TVS二极管串联，构成保护电路10111。该压敏电阻可为D5D681K系列压敏电阻，该TVS二极管可为CD-LT85G600L系列二极管。对于采集到的绝对值较大的电压信号，基于较短的响应时间和较高的浪涌吸收能力，保护电路10111对电信号采样电路1011起到过电压保护功能。示例性的，若电信号采样电路10111通过端口IA+和IA-接收的电压范围为0-460V(单位：伏)，则当采集到的电压信号超过460V时，保护电路10111即起到过电压保护作用，将采集的电压信号控制在0-460V并通过端口VA和端口VAN发送给插件电阻10112。

插件电阻10112的工作原理为，插件电阻10112通过端口VA和端口VAN接收保护电路10111处理后的电压信号，将接收的电压信号进行变换，得到适配模拟信号并发送给电流型电压互感器10113，该适配模拟信号为电流信号。示例性的，插件电阻10112的阻值可为220000Ω(单位：欧姆)，将接收的0-460V的电压信号转换为0-2mA(单位：毫安)的电流信号。

电流型电压互感器10113的工作原理为，电流型电压互感器10113接收该适配模拟信号后，将该适配模拟信号通过电磁感应进行转换，得到转换模拟信号。示例性的，电流型电压互感器10113包括初次绕组和次级绕组，初次绕组接入电网，次级绕组接入多路计量电表，当一次绕组中接入电信号时，由于电磁感应，在次级绕组中感应出电动势，若次级绕组通电，则会产生电信号，因此，该转换模拟信号与适配模拟信号之间不存在电性连接，从而将多路计量电表与电网进行了隔离，并且使得多路计量电表具有良好的抗雷电干扰能力。

采样电阻10114的工作原理为，采样电阻10114接收该转换模拟信号，并将该转换模拟信号进行变换，得到变换模拟信号并发送给滤波器10115，该变换模拟信号为电压信号，该转换模拟信号为电流信号。示例性的，采样电阻10114的阻值为100Ω，将0-2mA的电流信号变换为0-200mV的电压信号。

滤波器10115的工作原理为，滤波器10115接收该变换模拟信号后，将该变换模拟信号中的高频干扰信号进行滤除，得到目标模拟信号并通过端口V1P和端口VIN发送给计量芯片1021。该高频干扰信号的频率值大于该目标模拟信号的频率值。示例性的，滤波器10115为低通滤波器，包括滤波电阻和滤波电容，该滤波电阻的阻值为1200Ω，该滤波电容的电容量为33nF(单位：纳法)，该滤波电阻与采样电阻10114串联，该滤波电容与采样电阻10114并联，该滤波电阻和滤波电容构成滤波器10115，消除信号干扰。

计量芯片1021的工作原理为，如图5及图6所示，计量芯片1021包括多个可编程增益放大器(Pmgrammable Gain Amplifier，PGA)10211和多个模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)10212，PGA10211的数量、ADC10212的数量以及电信号采样电路1011的数量相同。多个电信号采样电路1011分别与多个PGA10211电性相连并一一对应。多个PGA10211分别与多个ADC10212电性相连并一一对应。

如图5所示的计量芯片可将三路模拟信号进行转换为三路数字信号并进行处理，内部集成三路ADC，其中如虚框所示的V1P、V1N、V2P、V2N、V3P、V3N定义如下：

V1P：第一路电压或电流信号输入端(正)，V1N：第一路电压或电流信号输入端(负)；V2P：第二路电压或电流信号输入端(正)，V2N：第二路电压或电流信号输入端(负)；V3P：第三路电压或电流信号输入端(正)，V3N：第三路电压或电流信号输入端(负)。

具体的，PGA10211接收与自身电性相连的电信号采样电路1011发送的目标模拟信号，将目标模拟信号的幅值放大，得到放大模拟信号并发送给与自身电性相连的ADC10212。ADC10212接收与自身电性相连的PGA10211的放大模拟信号，并将放大模拟信号转换为数字信号。

如图6所示，PGA10211接收端口V1P和端口V1N输入的模拟信号，PGA10211将模拟信号进行放大，并发送给ADC10212，ADC10212接收该模拟信号后，将其转化为数字信号。

其中，计量芯片1021使用的芯片为ATT7037芯片，在该芯片上，集成3路PGA10211和3路ADC10212，则相应的，电信号采样电路1011为3路。3路ADC10212为3路完全独立的二阶Σ-ΔADC，Σ-ΔADC的数字信号分辨率较高，在电子测量等领域得到了广泛的应用。示例性的，PGA10211将与自身串联的电信号采样电路1011的0-200mV的电压信号的幅值放大4倍，使发送给与自身串联的ADC10212的电压信号为0-800mV，可保证在极小信号输入时的多路计量电表的线性度。ADC10212接收0-800mV的电压信号，并转换为数字信号。

其中，计量芯片1021的内部还可包括处理器、液晶显示屏驱动、电源管理等电路，均与ADC10212相连，为多路计量电表提供丰富的测量参数。

进一步的，多路计量电表还包括显示模块104，显示模块104与计量模块102电性相连。

显示模块104的工作原理为，为了直接在多路计量电表上读取电表数据，计量模块102将来自信号采集模块101的多路电信号转换为多路数字信号后，对该多路数字信号进行处理生成多个电表数据，并发送给显示模块104。显示模块104接收到该多路数字信号，根据该多路数字信号显示多个电表数据，如A户用电量：50度、B户用电量：42度以及C户用电量：86度。

其中，显示模块104包括液晶显示器，该液晶显示屏与计量模块102电性相连。由于液晶显示屏具有显示质量高、画面效果好以及数字化接口等优点，因此为了输出电表数据，显示模块104采用的显示屏为液晶显示屏。

进一步的，多路计量电表还包括：存储模块105和按键模块106。存储模块105与计量模块102电性相连，按键模块106与计量模块102电性相连。

存储模块105的工作原理为，存储模块105存储电表配置参数、电表校表参数和电表事件顺序记录(Sequence Of Event，SOE)数据，该电表配置参数包括多路计量电表的地址、波特率以及通讯协议等。电表校表配置参数包括校验参数等。电表SOE数据是电力系统中发生的开关、保护动作等事件在毫秒级的时间上的事件记录。

按键模块106的工作原理为，按键模块106接收按键指令并发送给计量模块102。按键模块106可设置在显示模块104上，供用户在显示模块104上利用按键模块106输入指令。当用户通过按键模块106输入按键指令后，按键模块106将该按键指令发送给计量模块102，计量模块102接收该按键指令后，根据该按键指令修改电表配置参数和电表校表参数，得到修改后的电表配置参数和电表校表参数，作为第一修改参数并发送给存储模块105，存储模块105接收该第一修改参数并进行存储。其中，当计量模块102通过按键模块106接收到用户输入的读取指令时，从存储模块105读取该第一配置参数。

进一步的，多路计量电表还包括系统时间模块107，系统时间模块107与计量模块102电性相连。

系统时间模块107的工作原理为，该系统时间模块107采用的芯片可为实时时钟(Real-Time Clock，RTC)芯片，为多路计量电表提供时间信号并发送给计量模块102。计量模块102接收到该时间信号后，根据该时间信号和前述所说的电表发生事件，生成多个SOE数据，并发送给通讯模块103、显示模块104以及存储模块105。存储模块105接收多个SOE数据并进行存储。通讯模块103接收多个该SOE数据后，将多个该SOE数据发送给服务器，以使服务器接收并显示多个SOE数据。显示模块104接收多个该SOE数据后，根据多个该SOE数据进行显示。示例性的，多个SOE数据可为多个开关量输入或开关量输出动作事件记录数据，用户可根据该SOE数据判断是否存在异常情况，从而实现对电力系统的实时监测。

其中，在计量模块102处理多路数字信号的过程中，电力系统中发生保护动作事件时，计量模块生成日志，并结合系统时间模块107提供的时间信号，生成SOE数据发送给存储模块105。若计量模块接收到来自通讯模块103或按键模块106的读取指令时，则计量模块102从存储模块105中获取该SOE数据，并将该SOE数据发送给通讯模块103和显示模块104，进行显示和读取。

进一步的，多路计量电表还包括开关量输入模块108和开关量输出模块109，开关量输入模块18与计量模块102电性相连，计量模块102与开关量输出模块109电性相连。

开关量输入模块108和开关量输出模块109的工作原理为，开关量输入模块108为多路计量电表提供检测信号并发送给计量模块102。计量模块102接收该检测信号后，根据该检测信号判断自身是否存在异常，并生成SOE数据。计量模块102在检测到存在异常时，发送异常控制信号至开关量输出模块109。开关量输出模块109接收该异常控制信号后，根据该异常控制信号执行继电器输出操作，例如通过继电器输出报警动作。其中，SOE数据可如前所述发送给通讯模块103、显示模块104和存储模块105，也可如前所述，接收来自计量模块102的读取命令，SOE数据发送给计量模块102。

进一步的，通讯模块103接收来自服务器的控制指令，并将控制指令发送给计量模块102。计量模块102接收该控制指令后，根据该控制指令修改电表配置参数和电表校表参数，得到修改后的电表配置参数和电表校表参数，作为第二修改参数并发送给存储模块105和通讯模块103。存储模块105接收该第二修改参数后，将该第二修改参数进行存储。通讯模块103接收该第二修改参数并发送给服务器，以使服务器获取第二修改参数。通讯模块103采用RS485通讯接口。其中，当计量模块102通过通讯模块103接收到服务器的读取指令时，根据该读取指令从存储模块105获取第二修改参数，并进行读取。

可选的，多个电信号采样电路1011包括第一路电信号采样电路、第二路电信号采样电路和第三路电信号采样电路。多个PGA10121包括第一路PGA、第二路PGA和第三路PGA。多个ADC10122包括第一路ADC、第二路ADC和第三路ADC。

第一路电信号采样电路与第一路PGA电性相连，用于从第一电网采集第一电信号，并将第一电信号发送给第一路PGA，第一电信号为第一模拟信号。第一路PGA与第一路ADC电性相连，用于接收第一模拟信号，将第一模拟信号放大，并将放大后的第一模拟信号发送给第一路ADC。第一路ADC，用于接收放大后的第一模拟信号，并将放大后的第一模拟号转换为第一数字信号。

第二路电信号采样电路与第二路PGA电性相连，用于从第二电网采集第二电信号，并将第二电信号发送给第二路PGA，第二电信号为第二模拟信号。第二路PGA与第二路ADC电性相连，用于接收第二模拟信号，将第二模拟信号放大，并将放大后的第二模拟信号发送给第二路ADC。第二路ADC，用于接收放大后的第二模拟信号，并将放大后的第二模拟号转换为第二数字信号。

第三路电信号采样电路与第三路PGA电性相连，用于从第三电网采集第三电信号，并将第三电信号发送给第三路PGA，第三电信号为第三模拟信号。第三路PGA与第三路ADC电性相连，用于接收第三模拟信号，将第三模拟信号放大，并将放大后的第三模拟信号发送给第三路ADC。第三路ADC，用于接收放大后的第三模拟信号，并将放大后的第三模拟号转换为第三数字信号。

在本实施例中，通过信号采集模块采集多路电信号，计量模块转换该多路电信号，并根据该多路数字信号生成多个电表数据发送给通讯模块，再由通讯模块接收多个电表数据并发送给服务器，并使得服务器接收并显示多个电表数据，该方案中需要的硬件电路器件少，并且可提高多个电能检测的精确度、降低生产成本、并且便于组装与调试。并且，该电信号采样电路包括电流型电压互感器，可实现多路计量电表和电网的隔离；还包括滤波器，可以消除采集到的模拟信号中的高频干扰信号。该计量芯片还包括PGA，可以实现模拟信号的放大，增加了测量极小信号时的线性度；包括多路ADC，可以将多路模拟信号转换为多路数字信号。

参见图7，图7是本实用新型的第三实施例提供的多路计量电表中的电信号采样电路的电路原理图。与图1至图6所示本实用新型中的第一和第二实施例提供的多路计量电表不同的是，如图7所示，在本实施例中，电信号采样电路的工作原理为：

电信号采样电路1011采集到的电信号为电流信号，则电信号采样电路1011包括电流型互感器10116、采样电阻10114和滤波器10115。如图7所示，电流型电压互感器10116与采样电阻10114并联，采样电阻10114与滤波器10115电性连接，滤波器10115与计量芯片1021串联。

电流型互感器10116的工作原理为，电流型互感器10116通过端口IA+和IA-接收模拟信号后，将该模拟信号通过电磁感应进行转换，得到转换模拟信号并发送给采样电阻10114，该转换模拟信号的幅值小于模拟信号的幅值。在实际应用中，通过通过电流型互感器10116的型号的选择，可以将电信号采样电路1011采集到的电流信号限制在5A(单位：安培)或1A，随后通过选择的电流型互感器10116可直接将该电流信号转换为0-2mA。示例性的，电流型互感器10116包括初次绕组和次级绕组，初次绕组接入电网电流，次级绕组接入多路计量电表，当一次绕组中接入电信号时，由于电磁感应，在次级绕组中感应出电动势，若次级绕组通电，则会产生电信号，因此，该转换模拟信号与适配模拟信号之间不存在电性连接，从而将多路计量电表与电网进行了隔离，并且使得多路计量电表具有良好的抗雷电干扰能力。

采样电阻10114的工作原理为，采样电阻10114接收该转换模拟信号，并将该转换模拟信号进行变换，得到变换模拟信号并发送给滤波器10115，该变换模拟信号为电压信号，该转换模拟信号为电流信号。示例性的，采样电阻10114的阻值为100Ω，将0-2mA的电流信号变换为0-200mV的电压信号。

滤波器10115的工作原理为，滤波器10115接收该变换模拟信号后，将该变换模拟信号中的高频干扰信号进行滤除，得到目标模拟信号并通过端口V1P和V1N发送给计量芯片1021。该高频信号的频率值大于该目标模拟信号的频率值。示例性的，滤波器10115为低通滤波器，包括滤波电阻和滤波电容，该滤波电阻的阻值为1200Ω，该滤波电容的电容量为33nF(单位：纳法)，该滤波电阻与采样电阻10114串联，该滤波电容与采样电阻10114并联，该滤波电阻和滤波电容构成滤波器10115，消除信号干扰。

可以理解的，多个电信号采样电路1011包括多个互感器。在实际应用中，多个互感器均为电流型电压互感器10113或均为电流型互感器10116，但多个电流型电压互感器10113和多个电流型互感器10116的外形及尺寸相同，即引脚之间的距离相同，可接在相同的接口上，以实现共用。

在本实施例中，通过信号采集模块采集多路电信号，计量模块转换该多路电信号，并根据该多路数字信号生成多个电表数据发送给通讯模块，再由通讯模块接收多个电表数据并发送给服务器，并使得服务器接收并显示多个电表数据，该方案中需要的硬件电路器件少，并且可提高多个电能检测的精确度、降低生产成本、并且便于组装与调试。并且，该电信号采样电路包括电流型互感器，可实现多路计量电表和电网的隔离；该电流型互感器与前述所用的电流型电压互感器的引脚之间的距离相同，可接在相同的接口上，以实现共用；还包括滤波器，可以消除采集到的模拟信号中的高频干扰信号。该计量芯片还包括PGA，可以实现模拟信号的放大，增加了测量极小信号时的线性度；包括多路ADC，可以将多路模拟信号转换为多路数字信号。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本实用新型所提供的一种多路计量电表的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。