專利名稱：三相數(shù)字式智能電表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能家居、智能電表和智能電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種三相數(shù)字式智能電表。
背景技術(shù)：
目前，隨著國家經(jīng)濟(jì)快速增長，智能電網(wǎng)被列入未來發(fā)展的戰(zhàn)略決策。智能電表作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，是電力部門優(yōu)化用電管理過程的重要環(huán)節(jié)之一，也是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互動(dòng)、準(zhǔn)確計(jì)量及智能調(diào)度的關(guān)鍵。智能電網(wǎng)中智能儀表應(yīng)具有以下功能更注重信息處理、互動(dòng)、計(jì)量和通信，以實(shí)現(xiàn)用戶負(fù)荷信息的詳細(xì)記錄和負(fù)荷相應(yīng)。然而現(xiàn)有的智能電表顯然還不能滿足這種要求。各行各業(yè)，尤其是工業(yè)用電廣泛、用電量大、耗電多，要求供電安全可靠，可以滿足用戶對電力網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求，并根據(jù)監(jiān)控的結(jié)果，進(jìn)行有效地控制，提高供電的安全可靠性，幫助用戶提高用電效率，節(jié)約能源、降低成本等要求。因此，設(shè)計(jì)一種安全可靠，運(yùn)行狀態(tài)良好，兼容性強(qiáng)，能對供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括全電氣測量、電能質(zhì)量、掉電不丟失、事件記錄、通訊、數(shù)字量輸入輸出和模擬量輸入輸出等功能的新型智能電表顯得更加的迫切和具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種安全可靠，運(yùn)行狀態(tài)良好，兼容性強(qiáng)，能對供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，注重信息處理、互動(dòng)、計(jì)量和通信的三相數(shù)字式智能電表，以滿足智能電網(wǎng)的要求。本發(fā)明提供了一種三相數(shù)字式智能電表，包括輸入輸出模塊、最小系統(tǒng)模塊、人機(jī)界面模塊和通信模塊；所述輸入輸出模塊、人機(jī)界面模塊及通信模塊分別與所述最小系統(tǒng)模塊連接；所述最小系統(tǒng)模塊包括電源模塊、復(fù)位單元、微處理器和存儲(chǔ)單元；所述電源模塊設(shè)有防雷電路和開關(guān)電源，外部交流電經(jīng)所述防雷電路和開關(guān)電源后產(chǎn)生兩路隔離的5V直流電壓，一路為所述通信模塊供電，另一路為輸入輸出模塊、微處理器、存儲(chǔ)單元和人機(jī)界面模塊供電。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述輸入輸出模塊包括數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊；所述數(shù)字量輸入模塊包括光電耦合電路、濾波去抖電路、防雷隔離電路，用于檢測電力設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)；所述數(shù)字量輸出模塊包括隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路，用于與電力網(wǎng)絡(luò)的中繼電器連接，并實(shí)時(shí)保護(hù)電力網(wǎng)絡(luò)；所述模擬量輸入模塊包括電壓/電流互感器、濾波電路、增益電路、A/D采樣電路，根據(jù)采樣數(shù)字信號，計(jì)算得出電力網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息；所述模擬量輸出模塊包括磁隔離電路、驅(qū)動(dòng)放大電路、信號處理電路，用于輸出4-20mA電流或0-5V電壓，實(shí)現(xiàn)變送器功能。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電源模塊還設(shè)有DC/DC轉(zhuǎn)換器和低壓差線性穩(wěn)壓器；所述另一路5V直流電壓分別經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器、低壓差線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生電壓值為24V和3.3V的兩路直流電壓；所述24V的直流電壓為所述數(shù)字量輸入模塊供電，所述3. 3V直流電壓為所述微處理器、存儲(chǔ)單元、模擬量輸入模塊和人機(jī)界面模塊供電
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述通信模塊為采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU通信協(xié)議的RS485通信模塊。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述存儲(chǔ)單元包括電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器和鐵電存儲(chǔ)器；所述鐵電存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)三相數(shù)字式智能電表的設(shè)置參數(shù)和校準(zhǔn)參數(shù)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述人機(jī)界面模塊包括實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的LCD屏幕、查看和設(shè)置三相數(shù)字式智能電表運(yùn)行參數(shù)的按鍵單元，和實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)電流大小的LED電流棒。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述LCD屏幕實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置、電能質(zhì)量、測量查詢、參數(shù)查詢、裝置維護(hù)和事件記錄，所顯示的菜單采取樹型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述按鍵單元包括左右方向鍵、上下方向鍵、設(shè)定鍵和返回鍵四個(gè)按鍵。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述LED電流棒包括多個(gè)依次排列的LED燈，被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流直接決定亮燈數(shù)量
當(dāng)被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流大于零且小于或等于被測設(shè)備的額定電流時(shí)，亮燈數(shù)量為y=[xl*I/In]；
當(dāng)被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流大于被測設(shè)備的額定電流且小于或等于1. 2倍被測設(shè)備的額定電流時(shí)，亮燈數(shù)量為y=[xl+(x2*I/(l. 2*In))]；
當(dāng)被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流大于1. 2倍被測設(shè)備的額定電流時(shí)，亮燈數(shù)量為y=xl+x2+x3 ；其中，I為亮燈的數(shù)量，Xl為第一種顏色LED燈的數(shù)量，x2為第二種顏色LED燈的數(shù)量，x3為第三中顏色LED燈的數(shù)量，I為被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流，In為被測設(shè)備的額定電流。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述最小系統(tǒng)模塊還設(shè)有備用電池，所述備用電池分別與所述通信模塊、DC/DC轉(zhuǎn)換器及低壓差線性穩(wěn)壓器連接，當(dāng)外部交流電掉電時(shí)所述備用電池為該三相數(shù)字式智能電表供電。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的三相數(shù)字式智能電表更加安全可靠，運(yùn)行狀態(tài)良好，兼容性強(qiáng)，能對供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括全電氣測量、電能質(zhì)量、掉電不丟失、事件記錄、通訊、數(shù)字量輸入輸出和模擬量輸入輸出等功能，并可根據(jù)監(jiān)控的結(jié)果，進(jìn)行有效地控制，提高供電的安全可靠性，幫助用戶提高用電效率，節(jié)約能源、降低成本，能滿足智能電網(wǎng)的要求。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中三相數(shù)字式智能電表的硬件功能模塊 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中三相數(shù)字式智能電表的硬件結(jié)構(gòu)框 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中三相數(shù)字式智能電表的電源結(jié)構(gòu)框 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中數(shù)字量輸入模塊結(jié)構(gòu)框 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中數(shù)字量輸出模塊結(jié)構(gòu)框 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中模擬量輸入模塊結(jié)構(gòu)框 圖7是本發(fā)明實(shí)施例中模擬量輸出模塊結(jié)構(gòu)框圖； 圖8是本發(fā)明實(shí)施例中人機(jī)界面模塊的結(jié)構(gòu)框 圖9是本發(fā)明實(shí)施例中LCD屏幕顯示的樹形菜單結(jié)構(gòu) 圖10是本發(fā)明實(shí)施例中按鍵單元的結(jié)構(gòu) 圖11是本發(fā)明實(shí)施例中LCD屏幕顯示的主菜單；
圖12是本發(fā)明實(shí)施例中LCD屏幕顯示的按鍵切換顯示信息；
圖13是本發(fā)明實(shí)施例中LED電流棒的狀態(tài) 圖14是本發(fā)明實(shí)施例中三相數(shù)字式智能電表與其他電表對比圖。圖中標(biāo)識(shí)1-輸入輸出模塊；11-數(shù)字量輸入模塊(DI) ;111_光電I禹合電路；112-濾波去抖電路；113-防雷隔離電路；12-數(shù)字量輸出模塊(DO); 121-隔離電路；122_驅(qū)動(dòng)電路；13_模擬量輸入模塊(AI);131-電壓/電流互感器；132_濾波電路；133_增益電路；134- A/D采樣電路；14-模擬量輸出模塊(A0); 141-隔離電路；142-驅(qū)動(dòng)放大電路；143_信號處理電路；2-最小系統(tǒng)模塊；21_電源模塊；211-防雷電路；212-開關(guān)電源；213_DC/DC轉(zhuǎn)換器；214_低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO) ；22-復(fù)位單元；23_微處理器(C0RTEX-M3) ;24_存儲(chǔ)單元；25_備用電池；3_人機(jī)界面模塊；31-1XD屏幕；32_按鍵單元；321_左右方向鍵；322-上下方向鍵；323_設(shè)定鍵；324_返回鍵；33_LED電流棒；4_通信模塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖1、圖2、圖3所不,一種三相數(shù)字式智能電表,包括輸入輸出模塊1、最小系統(tǒng)模塊2、人機(jī)界面模塊3和通信模塊4 ;所述輸入輸出模塊1、人機(jī)界面模塊3及通信模塊4分別與所述最小系統(tǒng)模塊I連接；所述最小系統(tǒng)模塊2包括電源模塊21、復(fù)位單元22、微處理器(C0RTEX-M3)23和存儲(chǔ)單元24 ;所述輸入輸出模塊I包括數(shù)字量輸入模塊(DI) 11、數(shù)字量輸出模塊(DO) 12、模擬量輸入模塊(Al) 13和模擬量輸出模塊(AO) 14 ;所述人機(jī)界面模塊3包括實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的LCD屏幕31、查看和設(shè)置三相數(shù)字式智能電表運(yùn)行參數(shù)的按鍵單元32，和實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)電流大小的LED電流棒33。STM32的工作電壓(Vdd)為2. 0—3. 6V，該智能電表微處理器(C0RTEX-M3) 23采用
3.3V直流電源供電。電源質(zhì)量在數(shù)據(jù)通訊的安全和質(zhì)量方面起著至關(guān)重要的作用，一旦出現(xiàn)因電力系統(tǒng)的故障造成的數(shù)據(jù)通信線路和通訊設(shè)備的損毀，對電網(wǎng)安全運(yùn)行造成極大的危害。因此，本發(fā)明的電源模塊21設(shè)有防雷電路211和開關(guān)電源212，外部220V或IlOV交流電經(jīng)所述防雷電路211和開關(guān)電源212后產(chǎn)生兩路隔離的5V直流電壓，一路為所述通信模塊4供電，另一路5V電源分別經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器213、低壓差線性穩(wěn)壓器(LD0)214產(chǎn)生er兩路直流電壓，分別為24V和3. 3V ；3. 3V直流電壓為模擬量輸入模塊(AI)ll、微處理器23、存儲(chǔ)器單元24、IXD屏幕31、LED電流棒33和按鍵單元32供電；24V直流電壓為數(shù)字量輸入模塊(DI) 11供電。同時(shí)本發(fā)明的三相數(shù)字式智能電表還設(shè)有備用電池25，所述備用電池25分別與所述通信模塊4、DC/DC轉(zhuǎn)換器213及低壓差線性穩(wěn)壓器214連接；當(dāng)主電源Vdd掉電時(shí)，通過備用電池25 (Vbat)為實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和備份寄存器提供電源，以保證在電網(wǎng)嚴(yán)重?fù)p壞的情況下繼續(xù)通信。這不僅使電網(wǎng)更加安全可靠，而且降低維護(hù)成本和工作人員的工作量。如圖2、圖4、圖5、圖6和圖7所不,所述輸入輸出模塊I包括數(shù)字量輸入模塊11、數(shù)字量輸出模塊12、模擬量輸入模塊13和模擬量輸出模塊14 ;所述數(shù)字量輸入模塊11包括光電耦合電路111、濾波去抖電路112、防雷隔離電路(TVS管)113，用于檢測電力設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)；所述數(shù)字量輸出模塊12包括隔離電路121和驅(qū)動(dòng)電路122，用于與電力網(wǎng)絡(luò)的中繼電器連接，并實(shí)時(shí)保護(hù)電力網(wǎng)絡(luò)；所述模擬量輸入模塊13包括電壓/電流互感器131、濾波電路132、增益電路133、A/D采樣電路134，根據(jù)采樣數(shù)字信號，計(jì)算得出電力網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息；所述模擬量輸出模塊14包括隔離電路141、驅(qū)動(dòng)放大電路142、信號處理電路143，用于輸出4—20mA電流或0—5V電壓，實(shí)現(xiàn)變送器功能。工作過程當(dāng)中，數(shù)字量輸入信號通過防雷隔離電路(TVS管)113、光電耦合電路111和濾波去抖電路112，檢測電力設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)；數(shù)字量輸出信號經(jīng)隔離電路121和驅(qū)動(dòng)電路122，與電力網(wǎng)絡(luò)中繼電器相連，對電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)；模擬量輸入包括電壓和電流信號，分別經(jīng)電壓/電流互感器131、濾波電路132、增益電路133、A/D采樣電路134，根據(jù)采樣數(shù)字信號，采用軟件計(jì)算，得出電力網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息；模擬量輸出信號采用PWM(脈沖寬度調(diào)制)技術(shù)，經(jīng)磁隔離電路141、驅(qū)動(dòng)放大電路142、信號處理電路143，輸出4-_20mA電流或0-5V電壓，實(shí)現(xiàn)變送器功能，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行配置，得出電力網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)息。如圖2所示，所述通信模塊4采用RS485通信模塊，實(shí)現(xiàn)微處理器23與其他硬件模塊、設(shè)備以及系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus-RTU通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與系統(tǒng)、系統(tǒng)與系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化通信。良好的兼容性易于組網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)、長距離的可靠通訊，方便接入智能配電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)“四遙”的功能，上位機(jī)可以遠(yuǎn)方讀取每個(gè)智能電表節(jié)點(diǎn)處的測量數(shù)據(jù)，修改參數(shù)，遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)對用電設(shè)備集中監(jiān)控有效管理的目的。還可以利用Modbus-RTU通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)帶電情況下通過通訊接口實(shí)現(xiàn)在線升級的功能，在不破壞現(xiàn)場電力運(yùn)行的情況下進(jìn)行維護(hù)升級，更經(jīng)濟(jì)更安全。在本發(fā)明的三相數(shù)字式智能電表中，復(fù)位單元22主要用于完成系統(tǒng)上電初始化和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)用戶的按鍵復(fù)位功能，Cortex-M3內(nèi)核的復(fù)位方式包括系統(tǒng)復(fù)位、上電/掉電復(fù)位和備份區(qū)域復(fù)位三種。系統(tǒng)復(fù)位將復(fù)位除時(shí)鐘控制寄存器(CSR)中的復(fù)位標(biāo)志和備份區(qū)域中的寄存器以外的所有寄存器。NRST管腳(異步復(fù)管腳)上的低電平(外部復(fù)位)、窗口看門狗計(jì)數(shù)終止(WWDG復(fù)位)、獨(dú)立看門狗計(jì)數(shù)終止(IWDG復(fù)位)、軟件復(fù)位(SW復(fù)位)和低功耗管理復(fù)位都可以產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位,通過查看復(fù)位狀態(tài)標(biāo)志位來確認(rèn)復(fù)位源。上電/掉電復(fù)位(P0R/PDR復(fù)位)和從待機(jī)模式返回都可以產(chǎn)生電源復(fù)位，復(fù)位源最終作用于復(fù)位管腳，并在復(fù)位過程中保持低電平。備份區(qū)域擁有兩個(gè)專門的復(fù)位，它們只影響備份區(qū)域。備份區(qū)域復(fù)位可通過設(shè)置備份區(qū)域控制器產(chǎn)生，也可由工作電源和備用電池上電引發(fā)備份區(qū)域復(fù)位。在本發(fā)明的三相數(shù)字式智能電表中，所述存儲(chǔ)單元24包括電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)和鐵電存儲(chǔ)器(FRAM);所述鐵電存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)三相數(shù)字式智能電表的設(shè)置參數(shù)和校準(zhǔn)參數(shù)，這些參數(shù)進(jìn)行主區(qū)和備份區(qū)的雙區(qū)保存；同時(shí)存儲(chǔ)單元24在軟件上實(shí)現(xiàn)了故障自檢功能，運(yùn)行中對雙區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和核查，判定數(shù)據(jù)是否正確，如數(shù)據(jù)丟失或遭到破壞，則提示錯(cuò)誤，導(dǎo)入默認(rèn)參數(shù)恢復(fù)初始設(shè)置，大大提高了智能電表運(yùn)行的可靠性。如圖2、圖8、圖9所示，所述人機(jī)界面模塊3包括實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的IXD屏幕31、查看和設(shè)置三相數(shù)字式智能電表運(yùn)行參數(shù)的按鍵單元32，和實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)電流大小的LED電流棒33。所述人機(jī)界面模塊3采取模塊化的設(shè)計(jì)方法，LCD屏幕31、LED電流棒33、按鍵單元32都是獨(dú)立的模塊結(jié)構(gòu)，模塊本身的更改不影響其他模塊。所述IXD屏幕31實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置、電能質(zhì)量、測量查詢、參數(shù)查詢、裝置維護(hù)和事件記錄；其中常規(guī)電氣參量包括三相電流和中性線電流la、lb、Ic、In，相電壓和線電壓Ua、Ub、Uc、Un, Uab, Ubc, Uca,頻率F，功率因數(shù)PFa、PFb、PFc, PF,有功功率和無功功率Pa、Pb、Pc、P，Qa、Qb、Qc、Q，視在功率Sa、Sb、Sc、S，有功電度Wp、無功電度Wq ;事件記錄包括掉電、斷相、失壓、斷流、電壓電流不對稱/不平衡、過壓、欠相、電網(wǎng)諧波等狀態(tài)信息。所述LCD屏幕31顯示的菜單采取樹 型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不但適應(yīng)不同的系統(tǒng)需求，頁面本身也是獨(dú)立的個(gè)體，不互相耦合，另外，LCD屏幕31字模的字體和大小可以選擇，支持中英文字幕一鍵切換。而且菜單與菜單之間采用分級方式，一個(gè)菜單下面可以有多個(gè)子菜單，最后一級菜單也可以稱之為頁面，用戶顯示或者設(shè)置參數(shù)。菜單和頁面都對應(yīng)獨(dú)立的函數(shù)，每一個(gè)菜單或者頁面分別對應(yīng)一個(gè)功能，這符合面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法。相同功能的頁面可能使用相同的模板，例如確認(rèn)頁面、查看頁面等，這種模板的特性符合面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的繼承特性。另外，樹型菜單的管理采用隊(duì)列結(jié)構(gòu)管理，隊(duì)列保存當(dāng)前位置的一級菜單、二級菜單、三級菜單和當(dāng)前菜單或頁面。如果要返回父級菜單，隊(duì)列長度減少；如果要進(jìn)入子菜單，則將要進(jìn)入的菜單或者頁面添加到隊(duì)列末尾。如圖10所示，所述按鍵單元32包括左右方向鍵321、上下方向鍵322、設(shè)定鍵323和返回鍵324四個(gè)按鍵，按鍵采取消抖操作方式，支持長按操作。按鍵單元觸發(fā)按鍵進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式，通過按鍵進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的查看和設(shè)置，其功能說明如下
左右方向鍵321，表示翻頁，或光標(biāo)左右移動(dòng)；
上下方向鍵322，表示光標(biāo)上下移動(dòng)，或整定時(shí)修改數(shù)字；
設(shè)定鍵323，可進(jìn)入主菜單，或各個(gè)子菜單，修改參數(shù)或確認(rèn)修改時(shí)使用，或退出背光模
式；
返回鍵324，可返回上級頁面或取消修改。在測量界面,按設(shè)定鍵323可以切換顯示內(nèi)容,按返回鍵324可返回測量界面，主菜單顯示如圖11所示。按左右方向鍵321或上下方向鍵322可將光標(biāo)移至相應(yīng)的子菜單，按設(shè)定鍵323可進(jìn)入子菜單，按左右方向鍵321可以切換顯示內(nèi)容，如圖12所示。如圖13所示，所述LED電流棒33用于實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)電流的大小，包括13個(gè)綠燈、4個(gè)黃燈和3個(gè)紅燈；當(dāng)被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流大于零且小于或等于被測設(shè)備的額定電流時(shí)，LED電流棒33亮綠燈；當(dāng)被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流大于被測設(shè)備的額定電流且小于或等于1. 2倍被測設(shè)備的額定電流時(shí)，LED電流棒33亮綠燈和黃燈兩種顏色的燈；當(dāng)被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流大于1. 2倍被測設(shè)備的額定電流時(shí)，LED電流棒33綠、黃、紅三種顏色的燈全亮；亮燈的數(shù)量由以下公式確定
y=o, 1=0；
y=[13*I/In](取整)，0〈Ι〈=Ιη; y=[13+(4*I/(l. 2*In))](取整)，Ιη〈Ι〈=1· 2*In;y=20, 1>1·2*1η;
其中，y為亮燈的數(shù)量，I為被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流，In為被測設(shè)備的額定電流。測量時(shí)，亮燈的數(shù)量與顏色可以實(shí)時(shí)顯示出電流的大小，直觀可靠，精度等級高。當(dāng)然，燈的顏色也可以采用別的顏色，燈的數(shù)量也可以根據(jù)需要再做調(diào)整。目前的智能電表的液晶界面設(shè)計(jì)普遍采用過程式編程方法，頁面與頁面之間不能有效的區(qū)分，代碼移植性差，擴(kuò)展性和兼容性都很難滿足要求，新增功能往往需要很大的工作量，而且往往引入新的問題。本發(fā)明的三相數(shù)字式智能電表在軟件系統(tǒng)方面采用分層設(shè)計(jì)和面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的思想，模塊之間的調(diào)用采用單向調(diào)用方式，不存在模塊雙向調(diào)用，減少模塊之間的耦合。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法將模塊按照硬件的實(shí)際構(gòu)成分類，相同對象提供標(biāo)準(zhǔn)的接口，增加軟件的可移植性和可繼承性。其中，本發(fā)明的三相數(shù)字式智能電表液晶界面采用嵌入式點(diǎn)陣液晶樹型菜單設(shè)計(jì)，借鑒面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，模塊化和可維護(hù)性都有非常大的提高，有效的 提高的嵌入式顯示的效率。本發(fā)明的三相數(shù)字式智能電表軟件系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化設(shè)計(jì)，減少冗余代碼，提高軟件系統(tǒng)的可維護(hù)性。如圖14所示，相比于現(xiàn)有的其他電表，本發(fā)明的三相數(shù)字式智能電表不僅更加安全可靠，運(yùn)行狀態(tài)良好，兼容性強(qiáng)，能對供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還具備以下優(yōu)點(diǎn)
計(jì)量方式采用A/D采樣和軟件算法，通過采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，方便功能擴(kuò)展； 結(jié)構(gòu)軟件模塊化設(shè)計(jì)，硬件插拔式結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展靈活方便；
電流顯示LED電流棒實(shí)時(shí)顯示電流大小，精度等級高，直觀可靠；
傳輸協(xié)議統(tǒng)一傳輸協(xié)議(Modbus—RTU),實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與系統(tǒng)、系統(tǒng)與系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化通訊；
液晶顯示支持中英文字幕一鍵切換，字模雙備份存儲(chǔ)，可靠性很高。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種三相數(shù)字式智能電表，其特征在于包括輸入輸出模塊、最小系統(tǒng)模塊、人機(jī)界面模塊和通信模塊；所述輸入輸出模塊、人機(jī)界面模塊及通信模塊分別與所述最小系統(tǒng)模塊連接；所述最小系統(tǒng)模塊包括電源模塊、復(fù)位單元、微處理器和存儲(chǔ)單元；所述電源模塊設(shè)有防雷電路和開關(guān)電源，外部交流電經(jīng)所述防雷電路和開關(guān)電源后產(chǎn)生兩路隔離的5V 直流電壓，一路為所述通信模塊供電，另一路為輸入輸出模塊、微處理器、存儲(chǔ)單元和人機(jī)界面模塊供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相數(shù)字式智能電表，其特征在于所述輸入輸出模塊包括數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊；所述數(shù)字量輸入模塊包括光電耦合電路、濾波去抖電路、防雷隔離電路，用于檢測電力設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)；所述數(shù)字量輸出模塊包括隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路，用于與電力網(wǎng)絡(luò)的中繼電器連接，并實(shí)時(shí)保護(hù)電力網(wǎng)絡(luò)；所述模擬量輸入模塊包括電壓/電流互感器、濾波電路、增益電路、A/D采樣電路，根據(jù)采樣數(shù)字信號，計(jì)算得出電力網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息；所述模擬量輸出模塊包括磁隔離電路、驅(qū)動(dòng)放大電路、信號處理電路，用于輸出4-20mA電流或0-5V電壓，實(shí)現(xiàn)變送器功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三相數(shù)字式智能電表，其特征在于所述電源模塊還設(shè)有DC/ DC轉(zhuǎn)換器和低壓差線性穩(wěn)壓器；所述另一路5V直流電壓分別經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器、低壓差線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生電壓值為24V和3. 3V的兩路直流電壓；所述24V的直流電壓為所述數(shù)字量輸入模塊供電，所述3. 3V直流電壓為所述微處理器、存儲(chǔ)單元、模擬量輸入模塊和人機(jī)界面模塊供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三相數(shù)字式智能電表，其特征在于所述通信模塊為采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU通信協(xié)議的RS485通信模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相數(shù)字式智能電表，其特征在于所述存儲(chǔ)單元包括電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器和鐵電存儲(chǔ)器；所述鐵電存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)三相數(shù)字式智能電表的設(shè)置參數(shù)和校準(zhǔn)參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的三相數(shù)字式智能電表，其特征在于所述人機(jī)界面模塊包括實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的LCD屏幕、查看和設(shè)置三相數(shù)字式智能電表運(yùn)行參數(shù)的按鍵單元,和實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)電流大小的LED電流棒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相數(shù)字式智能電表，其特征在于所述LCD屏幕實(shí)時(shí)顯示電力網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置、電能質(zhì)量、測量查詢、參數(shù)查詢、裝置維護(hù)和事件記錄，所顯示的菜單采取樹型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相數(shù)字式智能電表，其特征在于所述按鍵單元包括左右方向鍵、上下方向鍵、設(shè)定鍵和返回鍵四個(gè)按鍵。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相數(shù)字式智能電表，其特征在于所述LED電流棒包括多個(gè)依次排列的LED燈，被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流直接決定亮燈數(shù)量當(dāng)被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流大于零且小于或等于被測設(shè)備的額定電流時(shí)，亮燈數(shù)量為 y=[xl*I/In]；當(dāng)被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流大于被測設(shè)備的額定電流且小于或等于1. 2倍被測設(shè)備的額定電流時(shí)，亮燈數(shù)量為y=[xl+(x2*I/(l. 2*In))]；當(dāng)被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流大于1. 2倍被測設(shè)備的額定電流時(shí)，亮燈數(shù)量為y=xl+x2+x3 ；其中，I為亮燈的數(shù)量，Xl為第一種顏色LED燈的數(shù)量，x2為第二種顏色LED燈的數(shù)量，x3為第三中顏色LED燈的數(shù)量，I為被測設(shè)備的實(shí)時(shí)電流，In為被測設(shè)備的額定電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的三相數(shù)字式智能電表，其特征在于所述最小系統(tǒng)模塊還設(shè)有備用電池，所述備用電池分別與所述通信模塊、DC/DC轉(zhuǎn)換器及低壓差線性穩(wěn)壓器連接，當(dāng)外部交流電掉電時(shí)所述備用電池為該三相數(shù)字式智能電表供電。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三相數(shù)字式智能電表，包括輸入輸出模塊、最小系統(tǒng)模塊、人機(jī)界面模塊和通信模塊；所述輸入輸出模塊、人機(jī)界面模塊及通信模塊分別與所述最小系統(tǒng)模塊連接；所述最小系統(tǒng)模塊包括電源模塊、復(fù)位單元、微處理器和存儲(chǔ)單元；所述電源模塊設(shè)有防雷電路和開關(guān)電源，外部交流電經(jīng)所述防雷電路和開關(guān)電源后產(chǎn)生兩路隔離的5V直流電壓，一路為所述通信模塊供電，另一路為輸入輸出模塊、微處理器、存儲(chǔ)單元和人機(jī)界面模塊供電。本發(fā)明的三相數(shù)字式智能電表安全可靠，運(yùn)行狀態(tài)良好，兼容性強(qiáng)，能對供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可滿足智能電網(wǎng)的要求。
文檔編號G01R22/10GK103018552SQ201210542219
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者李正國, 朱方來, 張凱, 趙特, 李群林 申請人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院