三相宽量程预付费智能电能表的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种能满足宽电流量程计量的三相宽量程预付费智能电能表，包括MCU模块，与所述MCU模块相连的电能计量模块、电源模块、时钟模块、通信接口和费控加密模块；所述电能计量模块还连接有电压电流采样模块，所述电源模块还与电能计量模块相连。本实用新型的三相宽量程预付费智能电能表，有功精度可达到0.5级；电流量程可达1(80)A，实现了电流范围内计量误差优于±0.2%，在温度系数低于±150ppm/℃的情况下，电流测量的精确度维持不变。可实现预付费电能表与非预付费电能表间的转换；设置了与MCU连接的通信模块和数据存储模块，实现了电能数据记录、远程通信等诸多功能，操作方便。
【专利说明】三相宽量程预付费智能电能表
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电能表，尤其是一种三相宽量程预付费智能电能表。
【背景技术】
[0002]电流规格是电能计量表的一个重要参数，通过此参数可以反映出一块电能表可以度量用户用电负载所消耗电功率的精确程度，一般以基本电流Ib/额定电流I η和最大电流I max来表示。如常见的5 (60) A、10 (40) A、20 (80) A等。国家电网公司企业标准Q/GDW364-2009中规定，电能表采用直接介入式，最大电流宜为基本电流4倍以上。由于电能表的使用寿命一般为10年，在这段时间内，但居民、工业、企业的用电需求可能在电能表安装几年后出现较大的增长，尤其在每年都出现的高峰用电时段，使得最大用电负荷可能接近甚至超过电能表的最大电流。为了用电安全需要，电力公司不得不进行更换大量处于使用寿命初、中期的电能表，导致大量的资源浪费。
[0003]一般的电流规格的范围与计量部分A/D采样的动态范围相关。对于电力公司而言，受已投放市场的计量芯片动态范围限制，不得不对电能表规定较多的电流规格，以适应不同用电负荷用户的需求。目前电流规格较多的电能表，加大了电力公司和电能表生产企业的资源投入，增加了检测设备的品种和数量以及产品备品备件的库存，已制约电力公司核生产企业的标准化管理进程。
[0004]因此，客观上需要一种电流规格满足所有用户对用电负荷的需求，是电力公司和电能表企业的共同诉求。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种能满足宽电流量程计量的三相宽量程预付费智能电能表。
[0006]实现本实用新型目的的三相宽量程预付费智能电能表，包括MCU模块，与所述MCU模块相连的电能计量模块、电源模块、时钟模块、通信接口和费控加密模块；所述电能计量模块还连接有电压电流采样模块，所述电源模块还与电能计量模块相连。
[0007]所述电压电流采集模块包括电压分压电路，所述电压分压电路为电阻串联分压电路，所述电阻串联分压电路包括精密电阻和滤波电容。为保证精度，采样电阻全部采用高稳定的精密电阻，误差为25ppm经过电流互感器(Ia、Ib、Ic)的电流信号经过电流采样电路将电流信号转换为信号输入到计量模块的电流通道输入引脚。
[0008]所述电源模块将50Hz电网220V交流高压电压变换成电子电路所需的直流低电压±5v。实现了电能表与外界交流电网电器隔离，避免电网噪声侵入。
[0009]所述电能计量模块采用具备宽电流计量功能的IDT90E32芯片，计量动态范围可达6000:1。
[0010]所述MCU模块采用的是NECl 166。
[0011]所述MCU模块还连接有数据存储模块。[0012]所述通信接口包括RS485、红外、载波和微功率无线通信接口。
[0013]所述费控加密模块包括设于MCU模块上的费控CPU卡接口，以及安装于所述费控CPU卡接口内的安全加密芯片ESAM。
[0014]所述MCU模块还连接有脉冲输出模块。
[0015]所述MCU模块还相连接有按键/IXD显示模块。
[0016]本实用新型的有益效果如下:本实用新型的三相宽量程预付费智能电能表，有功精度可达到0.5级；电流量程可达I (80) A，实现了电流范围内计量误差优于±0.2%，在温度系数低于±150ppm/°C的情况下，电流测量的精确度维持不变。可实现预付费电能表与非预付费电能表间的转换；设置了与MCU连接的通信模块和数据存储模块，实现了电能数据记录、远程通信等诸多功能，且整个电表体积小，操作方便，为电能计量提供强大的防护能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的三相宽量程预付费智能电能表的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]本实用新型的实施例如下:如图1所示，本实用新型的实现本实用新型目的的三相宽量程预付费智能电能表，包括MCU模块1，与所述MCU模块I相连的电能计量模块3、电源模块2、时钟模块5、通信接口 7和费控加密模块8 ;所述电能计量模块3还连接有电压电流采样模块4，所述电源模块2还与电能计量模块3相连。所述MCU模块I还连接有数据存储模块6、脉冲输出模块9和按键/IXD显示模块10。
[0019]所述电压电流采集模块4包括电压分压电路，所述电压分压电路为电阻串联分压电路，所述电阻串联分压电路包括精密电阻和滤波电容。为保证精度，采样电阻全部采用高稳定的精密电阻，误差为25ppm经过电流互感器(Ia、Ib、Ic)的电流信号经过电流采样电路将电流信号转换为信号输入到计量模块的电流通道输入引脚。
[0020]所述电压电流采集模块4把处理后的电压、电流信号送入到电能计量模块3，专用电能计量芯片从电压电流采样模块4分别获取各相的电压、电流采样信号，对电网消耗的有功和无功电能进行计量，同时将计量数据存储在自身的寄存器中，等待微处理器MCU模块I的读取。同时电压信号通过电源模块2处理后，为表内所有芯片提供工作电压。
[0021]所述电能计量模块3采用具备宽电流计量功能的IDT90E32芯片，计量动态范围可达6000:1。
[0022]所述MCU模块I采用的是NECl 166。
[0023]所述通信接口 7包括RS485接口 11、红外接口 12、载波接口 13和微功率无线通信接□ 14。
[0024]所述费控加密模块8包括设于MCU模块I上的费控CPU卡接口，以及安装于所述费控CPU卡接口内的安全加密芯片ESAM。
[0025]时钟模块是多功能电表分时运行的基础，为需量的计算电量的结算、按时冻结数据提供准确的时钟信号，通过在不同时段实行不同费率来有效的调节电力供需矛盾，调节负荷曲线，改善用电量不平衡的现象。
[0026]数据存储模块作为电能表内的数据存储器，读写次数相当频繁，应该选择许写满足多次读写的存储器。考虑到电表在掉电时能够对数据进行及时保存，应该选用速度快的存储器。考虑到节约单片机的I/o 口线和布线的方便，选用串行的存储器。
[0027]通信接口主要是指电能表作为一个整体与抄表系统(手抄器)的通信，主要包括RS485、红外、载波、微功率无线通信四种方式。
[0028]费控加密模块为ESAM嵌入式安全控制模块，在电能表中作为钱包使用，存储充值及消费金额以及其他一些重要的参数，同时具有身份识别功能，与外部卡片进行双向身份认证。还可以实现数据的安全存储、数据的加解密、终端身份的识别与认证等功能。
[0029]按键/IXD显示模块分为IXD (Liquid Crystal Display)液晶显示部分和LED显示部分。LCD用于显示当前及历史电量数据、当前及历史需量数据，日期、时间、电压、电流、功率、功率因数等数据；LED用于电表异常报警，包括断相、逆相序、失流、电池欠压报警等。
[0030]三相宽量程预付费智能电能表，采用IDT90E32动态范围为6000:1电能表专用集成电路，实现了电流规格I(SO)A的宽量程电能表的设计，测试结果表明，电能表在20mA-80A的电流范围内，有功能电能的计量误差优于±0.2%。对电能表制造商，宽量程电能表有利于减少当前存在的多种电流规格电能表，从而简化电能表生产复杂度；而对电力公司计量中心，校表简单且备表数量型号统一，校表效率明显提高，且可降低电力公司的备用库存表，简化用户管理，减少管理成本。
[0031]该表实现了正、反向有功电能计量功能，支持尖、峰、平、谷四个费率，在梯度计量模式下，只计总用电量，计费区间为两次结算之间的用电量。通过CPU卡实现预付费电能表与非预付费电能表的切换，在预付费模式下，可实现远程费控功能。电能表提供有功脉冲输出，脉冲输出宽度为(80±20)ms。多功能测试端子，可通过软件设置其输出为时钟秒脉冲或时段投切信号。电能表还具有结算、事件记录、冻结、停电抄表、声光闸报警和系统自检等多种功能，并通过红外、RS485、载波接口，方便电力部门实现计算机网络管理，是一款值得推广的新型电能表广品。
[0032]上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种三相宽量程预付费智能电能表，其特征在于:包括MCU模块，与所述MCU模块相连的电能计量模块、电源模块、时钟模块、通信接口和费控加密模块；所述电能计量模块还连接有电压电流采样模块，所述电源模块还与电能计量模块相连；所述电压电流采集模块包括电压分压电路，所述电压分压电路为电阻串联分压电路，所述电阻串联分压电路包括精密电阻和滤波电容；所述通信接口包括RS485、红外、载波和微功率无线通信接口 ；所述费控加密模块包括设于MCU模块上的费控CPU卡接口，以及安装于所述费控CPU卡接口内的安全加密芯片ESAM ;所述MCU模块还连接有脉冲输出模块。
2.根据权利要求1所述的三相宽量程预付费智能电能表，其特征在于:所述电源模块将50Hz电网220V交流高压电压变换成电子电路所需的直流低电压±5v。
3.根据权利要求1所述的三相宽量程预付费智能电能表，其特征在于:所述电能计量模块采用具备宽电流计量功能的IDT90E32芯片，计量动态范围可达6000:1。
4.根据权利要求1所述的三相宽量程预付费智能电能表，其特征在于:所述MCU模块采用的是NECl 166。
5.根据权利要求1?4任一所述的三相宽量程预付费智能电能表，其特征在于:所述MCU模块还连接有数据存储模块。
6.根据权利要求1?4任一所述的三相宽量程预付费智能电能表，其特征在于:所述MCU模块还相连接有按键/IXD显示模块。
【文档编号】G07F15/06GK203552356SQ201320645860
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月20日 优先权日:2013年10月20日
【发明者】刘静, 赵迪, 关翔飞, 黄智颖 申请人:湖南龙之翔智能科技有限公司