一种具备自检功能的双芯智能电表的制作方法

1.本实用新型涉及电能表技术领域，特别涉及一种具备自检功能的双芯智能电表。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.多芯模组化智能电表依托国际法制计量组织(oiml)起草的ir46技术标准，与我国现行的智能电表标准体系差异明显；多芯模组化智能电表采用国际高端表计的设计理念，要求电子设备与组件分离、计量功能与其它功能相互独立。国家能源管理需求驱动下，在坚强智能电网上加强互联互通的要求上增加了泛在电力物联网的万物联通的规划。智能电能表作为电力行业中最广泛的计量基础设备，是电网中最坚强的基石，而多芯模组化智能电表是下一代智能电表的首选方案。
4.本实用新型发明人发现，现有的双芯电能表的检测和校准大多采用外部设备进行，无法实现自检，也无法实现电能表中计量芯片和管理芯片的分离检测，容易实现检测信号的交叉；同时采用外部检测的方式也容易受到外界环境和检测设备的影响，导致准确率较低。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种具备自检功能的双芯智能电表，采用管理芯和计量芯的分离设计，具有管理芯自检、计量芯自检以及整机自检功能，能够实现关键参数在线自检、电能计量在线自校准，实现了计量芯和管理芯的软硬件隔离，解决了现有电表没有自诊断功能以及无法在线自校准的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种具备自检功能的双芯智能电表，包括至少一块计量芯片和至少一块管理芯片；
8.所述计量芯片和管理芯片分别连接有至少一种检测电路，且所述计量芯片与管理芯片通过总线串行连接。
9.作为可能的一些实现方式，所述计量芯片的检测电路至少包括零线电流检测电路，所述零线电流检测电路至少包括电流互感器和采样电阻，所述采样电阻至少包括两个串联的电阻，串接后的采样电阻的两端连接到电流互感器的两端，串接后的采样电阻的两端还并联连接有抗混叠滤波电路。
10.作为可能的一些实现方式，所述计量芯片的检测电路至少包括火线电流检测电路，所述火线电流检测电路至少包括连接到火线的锰铜分流器，所述锰铜分流器上连接有抗混叠滤波电路和校准电路，且锰铜分流器的一个端口连接到变压器压敏电阻。
11.作为可能的一些实现方式，所述计量芯片的检测电路至少包括用于母线电压测量的电压自检电路，所述电压自检电路至少包括与零线连接的串接的电阻阵列，电阻阵列的
另一端与抗混叠滤波电路连接后与火线连接。
12.作为可能的一些实现方式，所述计量芯片的检测电路至少包括开盖检测电路和后备电池检测电路，所述后备电池检测电路包括分别与后备电池、超级电容和系统供电电源连接的三体二极管，所述三体二极管通过滤波电路后与计量芯片连接。
13.作为可能的一些实现方式，所述计量芯片的检测电路至少包括事件记录电路，所述事件记录电路通过i2c总线与计量芯片连接。
14.作为可能的一些实现方式，所述计量芯片的检测电路至少包括温度采集电路和电源电压采集电路，温度采集电路包括多个ntc温度传感器，所述电源电压采集电路包括多个分压电阻。
15.作为可能的一些实现方式，所述管理芯片通过内部连接件和计量芯片连接，所述内部连接件连接在连接件检测电路中。
16.作为可能的一些实现方式，所述计量芯片至少还包括管理芯片掉线检测模块，所述管理芯片包括计量芯片掉线检测模块。
17.作为可能的一些实现方式，上行和下行模块在线自检电路和计量芯掉线检测电路。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
19.1、本实用新型所述的电能表，通过采用管理芯和计量芯的分离设计，具有管理芯自检、计量芯自检以及整机自检功能，能够实现关键参数在线自检、电能计量在线自校准，实现了计量芯和管理芯的软硬件隔离，解决了现有电表没有自诊断功能，无法在线自校准的问题。
20.2、本实用新型所述的电能表，实现了电压自检电路硬件故障检测、电流检测电路硬件故障检测。
21.3、本实用新型所述的电能表，实现了管理芯与计量芯物理连接故障检测、管理芯与外扩模块物理连接故障检测。
22.4、本实用新型所述的电能表，实现了计量芯片的自校准，能够在线自校准电压采样、电流采样以及计量。
23.5、本实用新型所述的电能表，实现了计量芯电源供电电压采样，用于实现批量生产的一致性。
附图说明
24.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
25.图1为本实用新型实施例1提供的具备自检功能的双芯智能电表框图。
26.图2为本实用新型实施例1提供的计量芯自检电路图。
27.图3为本实用新型实施例1提供的计量芯火线电流采集及自检电路图。
28.图4为本实用新型实施例1提供的计量芯零线电流采集电路图。
29.图5为本实用新型实施例1提供的计量芯电压采集及自检电路图。
30.图6为本实用新型实施例1提供的开盖检测及后备电池电压采集电路图。
31.图7为本实用新型实施例1提供的计量芯事件记录电路图。
32.图8为本实用新型实施例1提供的温度及电压采集电路图。
33.图9为本实用新型实施例1提供的管理芯和计量芯接插是否良好检测电路图。
34.100
‑
计量芯；200
‑
管理芯；300
‑
零线电流检测电路；400
‑
火线电流检测电路；500
‑
电压自检电路；600
‑
电池供电域电路；700
‑
模拟量采集电路；800
‑
计量芯片。
具体实施方式
35.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
36.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
38.在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.实施例1：
40.如图1
‑
图9所示，本实用新型实施例1提供了一种新型的具备自检功能的双芯智能电表，电表框图参见附图1所示，包括：计量芯100、管理芯200、电源和中间连接spi插件。
41.所述计量芯片包括电压自检电路、零线电流自检电路、火线电路自检电路、计量自校准电路、温度自检电路、电源供电自检电路、后备电池自检电路、管理芯掉电自检电路和开盖自检电路。
42.所述管理芯包括上行模块和下行模块在线自检电路、后备电池自检电路和计量芯掉线检测电路。
43.本实施例所述的双芯智能电表，可以是单相智能电表，也可以是三相电能表，主要包括计量芯和管理芯，其中计量芯作为基表主要负责电能计量任务，管理芯承担整表的管理任务，通过双芯智能电表管理芯实现电能表在线检测及智能诊断，对故障优先自修复，无法修复的主动上报系统。
44.自检分为计量芯和管理芯两部分。
45.如图2所示，计量芯自检电路图清晰的展示了计量芯的各电路组成的自检原理。
46.零线电流检测电路300用于实现零线电流的测量，该电路由电流互感器ct1，采样电阻r8、r9，抗混叠滤波电路r10、r11、c6、c7、c8组成；
47.本实施例中所述的零线电流检测电路采用电流互感器采集，用于零线电流采集，防止通过修改火线窃电，采样精度等同于锰铜采集回路。
48.火线电流检测电路400用于实现火线电流的测量，该电路由锰铜分流器mt1，抗混叠滤波电路r2、r3、c1、c2、c3，校准电路r4、c11组成。
49.本实施例中，电流检测主要是通过计量芯片内置高频电流源产生基准电流信号，通过线路连接到电流采集电路及抗混叠滤波电路，通过电流通道精度检测单元判定有无锰铜断线、抗混叠电阻电容断线等硬件电路的故障。
50.电压自检电路500用于实现母线电压的测量，该电路由电阻阵列rx，抗混叠滤波电路r6、r7、c5组成；
51.电压检测主要是通过计量内置两个高频电流源产生基准电流信号，通过线路耦合到分压阵列及抗混叠滤波电路，通过电压通道精度检测单元判定有无分压电路断线、抗混叠电阻电容断线等硬件电路的故障。
52.电池供电域电路600用于实现后备电池电压监测、开盖检测、管理芯物理连接检测和事件记录，事件记录芯片为eeprom；
53.各个检测电路连接到计量芯片的电池供电域，电池供电域在系统电源掉电的情况下能够独立工作。
54.电池供电域连接有存储芯片，当系统掉电时，能够记录开盖事件，开盖检测电路检测到开盖事件后，将事件记录与eeprom，在系统恢复供电后通知系统校验是否正常开盖。
55.后备电池电压切换电路如附图6所示，通过三体二极管d1实现后备电池vbat、超级电容vcap、系统电源供电vcc的无缝切换，其中vcc为主供电电源，r14、c9为电池电压采集滤波电路，滤波后连接到计量芯片电池供电域。
56.如图6所示，开盖检测电路用于记录电表打开事件，在计量芯片内部划分电池供电域，不需要cpu内核参与，在掉电的情况下可记录表盖被打开的时间并存储于eeprom中，通过和后台系统联动确认是否为异常开盖，从技术手段防止开盖篡改电表事件的发生。
57.事件记录电路如附图7所示，其中存储芯片为eeprom，通过i2c总线连接到计量芯片的电池供电域。
58.模拟量采集电路700用于实现温度采集、电源电压采集；
59.其中温度采集电路、电源电压采集电路如附图8所示，温度采集通过ntc实现、电源电压采集通过电阻分压实现。
60.本实施例中，温度检测电路具体为：电能表内置四个ntc热敏电阻用于采样外部接线端子温度，用于检测接线可靠性，当出现异常温升时及时将信息上报管理芯，管理芯对事件处理后决定是否上报系统。
61.本实施例所述的电源供电自检电路通过将电源电压送至计量芯片用于批次性校准，计量芯内置电源电压定值，通过和当前电源电压采样数据比较后作为电能计量的一个重要参数，用于研判当前计量采集精度研判。
62.计量芯片800内部包括电流校准电流源is1、电压校准电流源is2和is3，用于实现电压、电流、计量的自校准功能。
63.本实施例中，电压通道精度检测单元以及电流通道精度检测单元用于判定外部电路故障的同时，对电流采样精度、电压采样精度、相位精度进行研判，通过和计量单元数据对比判定当前计量精度，校准修复错误数据，并将数据结果通过spi总线送至管理芯用于进一步处理。
64.所述计量芯的检测电路还包括用于记录管理芯和计量芯是否良好接触，
65.所述管理芯通过内部连接件和计量芯连接，如图9所示通过检测接插件是否到位判断是否插接到位，管理芯通过内部连接件和扩展模块连接，通过检测接插件是否到位判断是否插接到位，判定并记录扩展模块的插入、拔出事件。
66.具体的，接插件代表实际应用中的对插端子，当端子对插完好后类似于接插件闭
合，代表模块插入事件；当端子对插不完整类似于接插件断开，代表模块拔出事件
67.所述管理芯中，上行和下行通信模块掉线自检电路包括外扩模块掉线检测电路，用于记录外扩模块插拔事件。
68.本实施例实现了一种新型带有自检功能的双芯智能电表，从硬件和软件上将电表划分为计量芯和管理芯，实现了电能表的在线检测以及智能诊断，实现了电能表在线校准功能，能够提高系统的可靠性；通过采用一种特制计量新品，计量芯片内部包含电流通道精度检测、电压通道精度检测以及计量单元、判定单元，对采样基波数据进行对比分析误差后进行自校准。
69.实施例2：
70.本实用新型实施例2提供了一种新型的具备自检功能的双芯智能电表，管理芯备份存储计量参数，在系统判定计量故障前，核对计量芯计量参数是否正常，发现异常后首先进行自修复，修复后如果计量功能恢复正常则记录事件，若无法自修复则判定计量故障；
71.所述管理芯管理软件还通过飞走算法、电能表示值不平算法、电能表倒走算法实现电量异常诊断，通过软件备份计量芯计量参数，对所读取的计量芯的计量数据研判，确定是否存在计量参数被异常修改的现象，并对异常事件记录、上报。
72.电表的其他结构与实施例1中的相同，这里不再赘述。
73.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。