本實用新型屬于智能電表領域，特別涉及單相智能電表。

背景技術：

當前，通用的分立設計方案的電能表一般采用微控制器單元(micro control unit，MCU)加專用計量芯片、時鐘芯片和液晶驅動芯片等外圍器件的，獨立芯片完成獨立的計量、時鐘、液晶(liquid crystal display，LCD)顯示和數(shù)據(jù)管理功能。其中專用的計量芯片完成電信號的測量和計量；MCU完成通過通信接口從計量芯片獲取計量數(shù)據(jù)，并進行處理的功能；時鐘芯片實現(xiàn)日歷時鐘和和液晶驅動芯片完成液晶顯示功能。很明顯，電能表的現(xiàn)有分立設計方案存在硬件電路復雜、可靠性差的缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術中存在的缺點和不足，本實用新型提供了用于簡化電路結構、提高硬件電路可靠性的單相智能電表。

為了達到上述技術目的，本實用新型提供了單相智能電表，所述單相智能電表，包括：

表計主控芯片，在所述表計主控芯片的輸入端連接有電壓信號采樣電路、基于錳銅分流器的電流信號采樣電路以及基于電流互感器的電流信號采樣電路；

還包括連接在所述表計主控芯片上的存儲電路、液晶顯示電路、近紅外通訊電路、RF通訊電路以及脈沖輸出電路；

在所述表計主控芯片上還連接有用于對所述表計主控芯片供電的電源電路。

可選的，所述表計主控芯片為HT5017芯片。

可選的，所述電壓信號采樣電路，包括：

依次相連的電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13，在電阻R13的一端連接有RC電路；

在所述RC電路中設有電阻R70以及與所述電阻R70并聯(lián)的電阻R14、電阻R16，在所述電阻R16與所述R70之間還設有電容C11、電容C12。

可選的，所述基于錳銅分流器的電流信號采樣電路，包括：

連接在火線上的第一線路和第二線路；

在所述第一線路上設有電阻R17，在所述第二線路上設有電阻R19，在所述第一線路與所述第二線路之間并聯(lián)有電阻R18以及相互串聯(lián)的電容C28、電容C33。

可選的，所述基于電流互感器的電流信號采樣電路，包括：

連接在零線上的第三電路和第四電路；

在所述第三電路上并聯(lián)有電阻R21和電阻R22，還包括與所述電阻R21串聯(lián)的電容C37；

在所述第四電路上并聯(lián)有電阻R23和電阻R24，還包括與所述電阻R23串聯(lián)的電容C39。

本實用新型提供的技術方案帶來的有益效果是：

通過使用集成多種功能的芯片，簡化了使用該芯片的單相智能電表的結構，同時提高了單相智能電表的可靠性。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型提供的單相智能電表的結構示意圖；

圖2是本實用新型提供的LCD驅動電路；

圖3是本實用新型提供的電壓信號采樣電路的結構示意圖；

圖4是本實用新型提供的基于錳銅分流器的電流信號采樣電路的結構示意圖；

圖5是本實用新型提供的基于電流互感器的電流信號采樣電路的結構示意圖；

圖6是本實用新型提供的表計程序流程圖一；

圖7是本實用新型提供的表計程序流程圖二。

具體實施方式

為使本實用新型的結構和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型的結構作進一步地描述。

實施例一

本實用新型提供了本實用新型提供了單相智能電表，如圖1所示，所述單相智能電表，包括：

表計主控芯片，在所述表計主控芯片的輸入端連接有電壓信號采樣電路、基于錳銅分流器的電流信號采樣電路以及基于電流互感器的電流信號采樣電路；

還包括連接在所述表計主控芯片上的存儲電路、液晶顯示電路、近紅外通訊電路、RF通訊電路以及脈沖輸出電路；

在所述表計主控芯片上還連接有用于對所述表計主控芯片供電的電源電路。

在實施中，該單相智能電表包括表計主控芯片，在該主控芯片的外圍設有進行信號采樣輸入的電壓信號采樣電路、基于錳銅分流器的電流信號采樣電路以及基于電流互感器的電流信號采樣電路，還有用于同表計主控芯片進行數(shù)據(jù)交互的存儲電路、近紅外通訊電路和RF通訊電路。

與現(xiàn)有技術中分體式設計的智能電表相比，本實施例提出的單相智能電表基于高集成度的單芯片設計，

在表計主控芯片內(nèi)部集成的3路高精度模數(shù)轉換器分別對火線電流(錳銅回路)、零線電流(電路互感器回路)、電壓分別采樣，將采樣得到的數(shù)據(jù)進行量化轉換為數(shù)字信號，然后通過相應得數(shù)據(jù)處理完成對電參數(shù)測量、電能量累計等工作及脈沖輸出；通過芯片內(nèi)部集成的LCD驅動器驅動外部液晶顯示電表的相關狀態(tài)信息及用戶需要的電參數(shù)數(shù)據(jù)。

在芯片內(nèi)部有3個串口，完全可以滿足RF通訊，近紅外通訊等通訊接口的要求，非常容易實現(xiàn)用戶和智能電表之間的數(shù)據(jù)交互；由存儲模塊存儲電表配置參數(shù)、電量數(shù)據(jù)、負荷曲線與事件記錄信息；通過表計主控內(nèi)部豐富的普通輸入輸出(Common input and output，GPIO)口和中斷資源完成編程按鍵查詢、開蓋檢測報警輸入和背光控制和發(fā)光二極管脈沖輸出等功能；電池模塊用來支持停電顯示功能。

其中的液晶顯示電路，通過SoC內(nèi)部的LCD驅動器直接驅動外部段式液晶模塊進行顯示。LCD驅動電路如圖2所示。圖2中SEG0-SEG12為段輸出，COM0-COM3為公共輸出，接LCD背極；左邊的17個電容用于濾除干擾信號，提高整表的靜電放電(ElectroStatic Discharge，ESD)和電磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility,EMC)性能。對LCD的軟件配置很方便，配置好LCD模塊的時鐘源flcd周期、快速充電模式以及使能實際使用的SEG腳后，根據(jù)顯示內(nèi)容與LCD各段的映射關系將數(shù)據(jù)寫入LCD內(nèi)存寄存器即可。

可選的，所述表計主控芯片為HT5017芯片。

在實施中，表計主控芯片優(yōu)選使用HT5017，即在表計主控芯片內(nèi)集成32-bit ARM內(nèi)核、128K flash、8K SRAM，支持斷相防竊電功能的硬件能量計量單元(Energy Measurement unit，EMU)模塊，帶有溫度自補償功能的高精度實時時鐘(Real-Time Clock，RTC)模塊，以及LCD驅動等外設資源，從而利用一顆這樣的芯片就可以實現(xiàn)電能表的計量、時鐘、LCD顯示和數(shù)據(jù)管理等功能。

HT5017是一款單相專用電能計量系統(tǒng)芯片，芯片結構設計嚴謹，功能強大并經(jīng)過了嚴格測試。使用HT5017進行電能表的開發(fā)具有如下一些明顯優(yōu)勢：由于高度集成，芯片對溫度、濕度以及電磁干擾的敏感度大幅度降低，系統(tǒng)的性能和可靠性一定程度上得到了提高。內(nèi)部功能模塊豐富，在應用該芯片進行電能表設計時可以省掉很多外圍的功能芯片，如專門的計量芯片，實時時鐘芯片、LCD液晶驅動芯片、掉電檢查芯片、硬件看門狗等，系統(tǒng)成本能夠進一步得到降低。

電能表主要功能分為測量、處理和顯示等部分。電壓、電流信號經(jīng)采樣電路輸入到主控表計主控芯片，經(jīng)AD轉換器變換成相應的數(shù)字信號，然后通過相應的數(shù)學計算求出電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、需量等參數(shù)，通過通訊接口與外界通信，同時記錄存儲電量數(shù)據(jù)和事件信息及進行人機交互等。下面對主要的功能單元進行說明。

所述電壓信號采樣電路，包括：

依次相連的電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13，在電阻R13的一端連接有RC電路；

在所述RC電路中設有電阻R70以及與所述電阻R70并聯(lián)的電阻R14、電阻R16，在所述電阻R16與所述R70之間還設有電容C11、電容C12。

在實施中，如圖3所示電壓信號采樣電路，通過電壓網(wǎng)絡降壓和電阻電容(Resistor-capacitor，RC)低通濾波器電路輸入到表計主控芯片，由于表計主控芯片支持差分信號輸入，所以無需對交流電壓信號疊加基準電平。電壓采樣電路中，電阻R9，R10，R11，R12，R13是降壓電阻，

從而在電阻R14和R15兩端產(chǎn)生與輸入電壓成比例縮小的低電壓信號，由于HT5017ADC輸入電壓幅值不能超過800mV，電阻取值必須是信號降低到模擬數(shù)字轉換(Analog to digital conversion，ADC)輸入范圍以內(nèi)。

然后電壓分壓信號經(jīng)過由R70，R14，R16組成的RC網(wǎng)絡進行抗混疊濾波以濾除干擾信號，最后輸入到表計主控芯片。

可選的，所述基于錳銅分流器的電流信號采樣電路，包括：

連接在火線上的第一線路和第二線路；

在所述第一線路上設有電阻R17，在所述第二線路上設有電阻R19，在所述第一線路與所述第二線路之間并聯(lián)有電阻R18以及相互串聯(lián)的電容C28、電容C33。

在實施中，如圖4所示，錳銅電流信號采樣電路火線電流通過錳銅、負載電阻和RC低通濾波電路輸入到SoC芯片。

可選的，所述基于電流互感器的電流信號采樣電路，包括：

連接在零線上的第三電路和第四電路；

在所述第三電路上并聯(lián)有電阻R21和電阻R22，還包括與所述電阻R21串聯(lián)的電容C37；

在所述第四電路上并聯(lián)有電阻R23和電阻R24，還包括與所述電阻R23串聯(lián)的電容C39。

在實施中，如圖5所示，電流互感器(Current Transformer，CT)電流信號采樣電路，零線電流通過CT、負載電阻和RC低通濾波電路輸入到SoC芯片。電流信號通過電流互感器CT到電流采樣電路中，其中電阻R21和R23是電流互感器的負載電阻，用于將互感器次級線圈的電流轉換為電壓信號，同時將信號調整到ADC輸入范圍。電流取樣信號經(jīng)RC低通濾波器濾波后輸入到SoC芯片。由于錳銅取樣后的信號相當微弱，因此可以設置片上ADC的模擬增益放大器(Analog gain amplifier，PGA)前端的放大增益為16倍，以便將信號控制在合理范圍內(nèi)。

基于前述的單相智能電表，其中的電能計量單元EMU包括三路完全獨立的Σ-ΔADC以及數(shù)字信號處理部分。三路ADC完成兩路電流信號和一路電壓信號的采樣，數(shù)字信號處理部分完成有功功率與有功電能、無功功率與無功電能、視在功率與視在電能、電壓有效值、電流有效值及頻率計算等計量功能。通過特殊功能寄存器(Special Function Registers，SFR)寄存器和中斷的方式，可以對數(shù)字信號處理部分進行校表參數(shù)配置和計量參數(shù)讀??；計量的結果還通過PF/QF/SF引腳輸出，也即校表脈沖輸出，可以直接接到標準表進行誤差對比。軟件提供專門的通訊接口對計量參數(shù)進行校準。校準流程的通訊規(guī)約利用IEC62056-21規(guī)約。

該單相智能電報的表計程序流程圖如圖6所示：

首先，在單相智能電表啟動后，首先令普通輸入輸出接口檢測上電情況，如果檢測到已上電，則對表計主控芯片進行參數(shù)初始化處理，在初始化處理后對單相智能電表是否裝載有電池進行檢測，在確認裝載電池并且在普通輸入輸出接口檢測到上電情況后，讀取單相智能電表所處線路上的電壓；

其次，如果讀取到的電壓值大于150V，則進行刷新標志置位處理；如果讀取到的電壓值小于或等于150V，則關閉電量計量功能同時保存當前電量，進而對電池標志是否置位進行檢測。

其中，如果確認當前未裝載電池，則置位不帶電池標志。

最后，在令普通輸入輸出接口檢測上電情況后，對電池標志是否置位進行檢測。

可選的，如圖7所示，所述進行刷新標志置位處理，包括：

檢測所述單相智能電表是否已經(jīng)進行一分鐘標志置位，如果已進行則對所述單相智能電表的輸入端口、隨機存取存儲器以及狀態(tài)參數(shù)進行自檢，在自檢完成后進行檢測所述單相智能電表的電量進位標志置位狀態(tài)；

如果所述電量進位標志已置位，則保存當前電量，檢測電量刷新標志的狀態(tài)，以及電量結算標志、顯示刷新標志的狀態(tài)，在檢測完成后讀取電壓值。

可選的，所述在對電池標志是否置位進行檢測后，還包括：

如果所述電池標志未置位，令所述表計主控芯片進入低功耗狀態(tài)；

如果所述電池標志已置位，令所述表計主控芯片進入待機狀態(tài)；

在所述表計芯片進入低功耗狀態(tài)或待機狀態(tài)后，如果檢測到秒中斷標志，則讀取電壓值，如果未檢測到秒中斷標志，則檢測按鍵中斷標志，并在檢測到按鍵中斷標志后讀取電壓值。

令表計主控芯片進入低功耗狀態(tài)，包括：

對所述表計主控芯片的所述隨機存取存儲器進行初始化處理，將進入低功耗狀態(tài)的信息顯示在顯示屏上，令所述表計主控芯片進入低功耗配置。

基于HT5017的單相電表在完成硬件電路原理設計、線路板設計、電路模塊的元器件的焊接、整體調試和校表后對其進行了基本誤差試驗。其中，Un條件下，基本誤差試驗電流點為0.05Ib，0.10Ib，Ib，Imax(Ib為基本電流，Ib＝10A，Imax為最大電流，Imax＝40A，Un＝240V)。每個試驗電流點分別測試了1.0、0.5L、0.8C功率因數(shù)的誤差，樣表的誤差數(shù)據(jù)如下：

表一 樣本誤差數(shù)據(jù)

在表一中，Un＝240V,Ib＝10,Imax＝40A,脈沖常數(shù)＝1600imp/kWh?；诒硪恢械臄?shù)據(jù)，可見能夠將樣機誤差控制在0.05％之內(nèi)，符合內(nèi)控的標準。精度優(yōu)于IEC62053-21關于1級電能表的要求。

該單相電能表可以用于商業(yè)計量和家庭計量應用，其可以測試無功電能、有功電能，并且測量精度滿足IEC62053-21 1級單相電能表的技術規(guī)范要求。與電表的傳統(tǒng)分立設計方案相比，具有更高的性價比和可靠性，具有更強的可擴展性，具有更高的市場競爭力。該款電能表已經(jīng)進入量產(chǎn)階段。同競爭對手相比具體更好的價格，更高的性能和精度，

本實用新型提出的單相智能電表，包括表計主控芯片，在表計主控芯片的輸入端連接有電壓信號采樣電路、基于錳銅分流器的電流信號采樣電路以及基于電流互感器的電流信號采樣電路；還包括連接在表計主控芯片上的存儲電路、液晶顯示電路、近紅外通訊電路、RF通訊電路以及脈沖輸出電路；在表計主控芯片上還連接有用于對表計主控芯片供電的電源電路。通過使用集成多種功能的芯片，簡化了使用該芯片的單相智能電表的結構，同時提高了單相智能電表的可靠性。

上述實施例中的各個序號僅僅為了描述，不代表各部件的組裝或使用過程中的先后順序。

以上所述僅為本實用新型的實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。