基于SOC芯片的单相预付费电能表的制作方法

本实用新型具体涉及一种基于SOC芯片的单相预付费电能表。

背景技术：

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。电能表作为电力系统的计量部件，其承担着计量电能的重要任务，因此电能表的重要性不言而喻。

电力系统中，每一个用电客户都会设置一台电能表，从而能够保证每一个客户都进行单独的电能计量。因此，在现有的电力系统中，电能表的保有量是巨大的。

目前，单相预付费电能表的结构，一般都采用的是计量芯片+管理芯片+外设电路(比如电压/电流采样电路、电源电路、红外通信电路、继电器控制电路等)的结构。该种结构由于采用了计量芯片+管理芯片的双芯片模式，成本较为高昂，而且双芯片的结构形式，使得电能表的电路板面积和体积均相对较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可靠性高且成本低廉的基于SOC芯片的单相预付费电能表。

本实用新型提供的这种基于SOC芯片的单相预付费电能表，包括电源模块、SOC计量管理芯片模块、通信模块、电压采样模块、电流采样模块、继电器控制模块和充值接口模块；通信模块、电压采样模块、电流采样模块、继电器控制模块和充值接口模块均与SOC计量管理芯片模块连接；电源模块给所述电能表供电；通信模块用于所述电能表与外部进行数据通信；电压采样模块用于采样线路电压信号并上传SOC计量管理芯片模块；电流采样模块用于采样线路电流信号并上传SOC计量管理芯片模块；继电器控制模块用于接收SOC计量管理芯片模块下发的控制信号并控制继电器动作；充值接口模块用于在用户充值卡接入时与SOC计量管理芯片模块进行数据交互；SOC计量管理芯片模块用于对电能计量并控制所述电能表的工作。

所述的SOC计量管理芯片模块为由型号为RN8213或RN8215的SOC芯片构成的模块。

所述的电源模块包括AC/DC整流电路、直流降压电路和备用电池电路；AC/DC整流电路和直流降压电路直接串接；外部市电接入AC/DC整流电路后转换为直流电能，并通过直流降压电路转化为稳定的低压直流电并供电；备用电池电路用于在外部市电断电时提供备用的电源。

所述的通信模块为近红外通信电路。

所述的电压采样模块为电阻分压式电压采样电路。

所述的电流采样模块包括电流互感器、转换电阻和滤波电路；电流互感器、转换电阻和滤波电路依次串联；电流互感器用于采样线路的电流信号并输出到转换电阻；转换电路用于将电流互感器输出的电流信号转换为电压信号并输出到滤波电路；滤波电路用于对输入的电压信号进行滤波后输入到SOC计量管理芯片模块。

本实用新型提供的这种基于SOC芯片的单相预付费电能表，通过SOC计量管理芯片模块及其附属电路的设计，实现了单芯片的预付费电能表技术方案，而且本实用新型的电路简单可靠，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型的功能模块图。

图2为本实用新型的电源模块中的AC/DC整流电路和直流降压电路的电路原理示意图。

图3为本实用新型的电源模块中的备用电池电路的电路原理示意图。

图4为本实用新型的SOC计量管理芯片模块的电路原理示意图。

图5为本实用新型的近红外通信电路的电路原理示意图。

图6为本实用新型的电压采样模块的电路原理示意图。

图7为本实用新型的电流采样模块的电路原理示意图。

图8为本实用新型的充值接口模块的电路原理示意图。

图9为本实用新型的继电器控制模块的电路原理示意图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型的功能模块图：本实用新型提供的这种基于SOC芯片的单相预付费电能表，包括电源模块、SOC计量管理芯片模块、通信模块、电压采样模块、电流采样模块、继电器控制模块和充值接口模块；通信模块、电压采样模块、电流采样模块、继电器控制模块和充值接口模块均与SOC计量管理芯片模块连接；电源模块给所述电能表供电；通信模块用于所述电能表与外部进行数据通信；电压采样模块用于采样线路电压信号并上传SOC计量管理芯片模块；电流采样模块用于采样线路电流信号并上传SOC计量管理芯片模块；继电器控制模块用于接收SOC计量管理芯片模块下发的控制信号并控制继电器动作；充值接口模块用于在用户充值卡接入时与SOC计量管理芯片模块进行数据交互；SOC计量管理芯片模块用于对电能计量并控制所述电能表的工作。

如图2所示为本实用新型的电源模块中的AC/DC整流电路和直流降压电路的电路原理示意图：外部输入的交流电能通过压敏电阻VAR1进行过压保护后，然后通过安规电容CX1进行保护，然后再通过电感L1进行滤波后，输入到整流桥BD1进行整流，电阻R46用于电感L1的续流和放电；整流桥将交流电能转换为直流电能后，通过电容C15进行滤波，然后输入到变压器的原边第一绕组的1脚；变压器的原边第一绕组的4脚直接连接芯片U4(型号为SH50433)的6～10脚，同时也通过续流电路(包括二极管D7、电阻R44和电容C14)连接原边第一绕组的1脚用于对变压器进行续流；变压器T1的原边第二绕组的6脚直接接地，变压器T1的原边第二绕组的7脚作为电压反馈引脚直接引出反馈信号(同时也作为芯片U4的供电信号)ZCD并通过二极管D8和电阻R48连接芯片U4的1脚并供电；同时ZCD信号也通过电阻分压电路进行分压后，分压电压信号输入到芯片U4的4脚进行电压采样和反馈；芯片U4的2脚和3脚均直接接地，5脚通过下拉电阻R54接地，芯片的6～10脚为PWM输出信号直接连接变压器原边第一绕组的4脚，并通过PWM控制信号控制第一绕组的导通和关断，从而将变压器原边的能量传递到副边。变压器的副边绕组13脚作为输出的信号的地信号，变压器的副边绕组14脚作为输出引脚，通过滤波电路(R47、C16和C21)进行滤波后，再通过电容C19和电阻R49进行滤波，然后输入到由芯片U3(型号为78L05)构成的直流降压电路。芯片U3的3脚直接连接滤波后的变压器输出电能，芯片的2脚直接接地，芯片的1脚作为芯片U3的输出引脚直接输出稳定可靠的低压直流信号VCC，并通过电容C18和C20滤波后对外供电。

如图3所示为本实用新型的电源模块中的备用电池电路的电路原理示意图：电池BAT通过限流电阻R27限流后，再通过电容C7滤波后，输出3.6V直流电压并对外供电。

如图4所示为本实用新型的SOC计量管理芯片模块的电路原理示意图：SOC计量管理芯片模块为由型号为RN8213或RN8215的SOC芯片构成的模块；芯片的4脚和5脚为通信引脚，并直接连接通信电路用于对外进行通信和数据交互；芯片的6脚直接接地；芯片的9脚和10脚作为电压采样引脚，直接连接并接收电压采样模块输出的两路差分信号；芯片的11脚和12脚、13脚和14脚作为两路电流采样引脚，分别连接并接收两路电流采样模块输出的差分电流采样信号；芯片的15脚直接接地，20脚直接接地；芯片的18脚连接电源信号VCC，芯片的16脚直接连接备用电池模块的输出端并获取备用电源；芯片的21和22脚直接接地，24脚和25脚作为晶振引脚连接外部晶振Y1并获取晶振信号；芯片的28脚和29脚直接接地；芯片的47脚和48脚作为输出引脚输出继电器控制信号，并连接继电器控制模块；芯片的59脚、60脚、62脚和68脚连接充值接口模块并与充值卡进行数据交互，其中59脚为复位信号，60骄傲为式中信号，62脚为数据交互引脚，而68脚为数据控制引脚。

如图5所示为本实用新型的近红外通信电路的电路原理示意图：近红外通信电路包括近红外接收电路和近红外发送电路，近红外接收电路包括红外接收管UD1和接收电阻RD2；红外接收管UD1用户接收外部发送的红外信号，并将数据通过引脚IR RXD直接上传SOC计量管理芯片模块，同时在没有接收到红外信号时，IR RXD引脚通过接收电阻RD2上拉至高电平，保证线路信号的可靠性；而近红外发送电路包括发送限流电阻RD1、发送上拉电阻RD1、滤波电容C1、发送三极管QD1、发送限流电阻RD3和红外发送管DDT1；当SOC计量管理芯片模块需要发送数据时，将数据发送至IR TXD引脚，并通过三极管QD1后驱动红外发送管DDT1工作即可实现数据的近红外发送。

如图6所示为本实用新型的电压采样模块的电路原理示意图：电压采样模块为电阻分压式电压采样电路；L为线路的火线，火线电压通过电阻R2～R8进行分压后，通过电阻R11和电容C2、C4滤波，然后得到差分电压信号V+和V-直接输入到SOC计量管理芯片模块。

如图7所示为本实用新型的电流采样模块的电路原理示意图：电流采样模块包括电流互感器RL1、转换电阻R12和R33和滤波电路(R19、R26、C5和C6)；电流互感器、转换电阻和滤波电路依次串联；电流互感器用于采样线路的电流信号并输出到转换电阻；转换电路用于将电流互感器输出的电流信号转换为电压信号并输出到滤波电路；滤波电路用于对输入的电压信号进行滤波后输入到SOC计量管理芯片模块。

如图8所示为本实用新型的充值接口模块的电路原理示意图：其中CARD接口为充值卡接口，充值卡接入后即有6路信号进入；其中，CARD-POWER信号为充值卡供电信号，CARD-IO为数据读写引脚，CARD-RST为复位信号引脚，CARD-CLK为时钟信号引脚，IN-SW为充值卡控制引脚；CARDRST为SOC计量管理芯片模块输出的复位信号，CARDCLK为SOC计量管理芯片模块输出的时钟信号，CARDIO为SOC计量管理芯片模块输出的数据读写信号，CARDSW为SOC计量管理芯片模块输出的控制信号；当CARDSW信号为低电平时，三极管Q1导通，此时VCC连接CARD-POWER信号并给充值卡供电，然后SOC计量管理芯片模块输出时钟信号通过电阻R34给充值卡提供时钟信号，然后SOC计量管理芯片模块通过CARDIO引脚和电阻R35与充值卡的数据读写引脚CARD-IO连接并进行数据读写；同时如果需要复位时，SOC计量管理芯片模块输出CARDRST信号并通过电阻R32连接充值卡的CARD-RST信号并给充值卡复位。同时，二极管D3～D6用于给充值卡的信号进行保护；同时，CARDRST和CARDIO引脚均通过各自的上拉电阻连接电源信号，从而保证信号的稳定性和可靠性。

如图9所示为本实用新型的继电器控制模块的电路原理示意图：继电器控制模块主要由型号为SH3606的驱动芯片U1构成；芯片的1脚为第二继电器的驱动引脚并输出第二继电器驱动信号OB到第二继电器；芯片的2脚直接接地，芯片的3脚为第一继电器器的驱动信号接收引脚并通过电阻R41和R37连接SOC计量管理芯片模块；芯片的4脚为第一继电器的驱动信号输出引脚，其输出第一继电器驱动信号OA到第一继电器；芯片的5脚连接电源信号HVCC；芯片的6脚为第二继电器器的驱动信号接收引脚并通过电阻R42和R38连接SOC计量管理芯片模块。当需要驱动第一继电器时，SOC计量管理芯片模块输出JDQ1A信号，并通过电阻R41输入到芯片U1的3脚，同时芯片的4输出具有足够驱动能力的第一继电器驱动信号OA驱动第一继电器。同时，输入引脚3和6均通过各自的上拉电阻R37(R38)连接电源信号，从而保证信号线的信号稳定和可靠。