一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，包括：嵌入式處理器、SRAM、FLASH存儲器、EEPROM存儲器、SD卡數(shù)據(jù)存儲擴(kuò)展、人機(jī)交互觸摸液晶屏、按鍵輸入模塊、紅外收發(fā)通信接口、rs485收發(fā)器、以太網(wǎng)接口、GSM/GPRS模塊、繼電器模塊、電能計(jì)量IC、電流互感器傳感電路、電壓分壓調(diào)理電路、校表脈沖接口。本實(shí)用新型兼容傳統(tǒng)電能表的通信接口如紅外收發(fā)接口，rs485收發(fā)器；同時(shí)支持以太網(wǎng)和GPRS互聯(lián)網(wǎng)接入，并基于高性能的嵌入式操作系統(tǒng)，加入高度友好的觸摸式液晶用戶交互界面，無論是電力部門遠(yuǎn)程計(jì)量抄表，或是用戶現(xiàn)場操作、接入自家智能家居系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，都具有非常強(qiáng)的實(shí)用性。
【專利說明】
一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，屬于智能電網(wǎng)儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電能計(jì)量在龐大的能源系統(tǒng)中起到非常重要的作用。隨著能源技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對能源計(jì)量越來越重視，精確測量消耗或產(chǎn)生的電能以及對電能質(zhì)量監(jiān)控的重要性日益提高。當(dāng)前許多市售電能表仍舊停留在單純電能的計(jì)量上，部分市售智能型電能表雖能測量多種電參量，但在當(dāng)前智能家居以及電器互聯(lián)蓬勃發(fā)展的時(shí)期，孤立的電能測量設(shè)備并不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備有效接入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一云端管理，同時(shí)傳統(tǒng)電能表對于現(xiàn)場應(yīng)用的人機(jī)交互表現(xiàn)較差，不能夠使使用者有效獲取所需信息，功能較為單一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表。
[0004]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0005]—種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，包括:嵌入式處理器、SRAM、FLASH存儲器、EEPROM存儲器、SD卡模塊、人機(jī)交互觸摸液晶屏、按鍵輸入模塊、紅外收發(fā)通信接口、rs485收發(fā)器、以太網(wǎng)接口、GSM/GPRS模塊、繼電器模塊、電能計(jì)量1C、電流互感器傳感電路、電壓分壓調(diào)理電路、校表脈沖接口 ；所述SRAM、FLASH存儲器、EEPROM存儲器、SD卡模塊、人機(jī)交互觸摸液晶屏、紅外收發(fā)通信接口、rs485收發(fā)器與嵌入式處理器雙向連接;所述電能計(jì)量IC的數(shù)據(jù)端口與嵌入式處理器和校表脈沖接口相連，電能計(jì)量IC的模擬端口與電流互感器傳感電路和電壓分壓調(diào)理電路連接;所述繼電器模塊輸入端與嵌入式處理器相連，輸出端與繼電器動作部分相連;所述以太網(wǎng)接口和GSM/GPRS模塊數(shù)據(jù)端口與嵌入式處理器相連;所述電流互感器傳感電路、電壓分壓調(diào)理電路、繼電器模塊外端與電能表對應(yīng)接線端子相連。
[0006]所述電流互感器傳感電路包括四只50A/50mA雙引線閉合式電流互感器，所述四只互感器分別對應(yīng)感測三相交流電A相、B相、C相以及零線電流;所述每個(gè)電流互感器正負(fù)極電信號均以1%精度，1206封裝，4.99歐姆電阻并入零線參考地平面，并串接1.1K歐姆，0805封裝電阻接入電能計(jì)量IC對應(yīng)通道，電能計(jì)量IC通道輸入端正負(fù)極各并入33納法，0805封裝陶瓷電容到零線參考地平面。
[0007]所述電壓分壓調(diào)理電路包括三路，分別連接A相、B相、C相電壓;所述電壓分壓調(diào)理電路每路由10只1206封裝電阻對一相電壓分壓，分壓比1401:1;每路與電能計(jì)量IC對應(yīng)相電壓接口端串接一個(gè)0805封裝，IK歐姆電阻，并在串接節(jié)點(diǎn)并入33納法，0603陶瓷電容到零線參考地平面以構(gòu)成低通濾波器濾除高次諧波干擾。
[0008]所述rs485收發(fā)器包括兩只高速光耦6N137、高頻NPN三極管2SC1623、集成485收發(fā)芯片MAX485、TVS瞬態(tài)抑制二極管;所述rs485收發(fā)器采用自換向式電路拓?fù)?，發(fā)送端高速光耦6N137輸出端接高頻NPN三極管2SC1623集電極，高頻NPN三極管2SC1623在電路中接法為反相開關(guān)，集電極輸出同時(shí)接集成485收發(fā)芯片MAX485輸入使能與輸出使能接口，集成485收發(fā)芯片MAX485輸入管腳接入地平面;集成485收發(fā)芯片MAX485差分輸出端同相端以30k電阻上拉，反相端以30k電阻下拉，兩根管腳A、管腳B均并接TVS瞬態(tài)抑制二極管到地平面以實(shí)現(xiàn)接口電路保護(hù)。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述嵌入式處理器采用STM32F407ZGT6。
[0010]作為優(yōu)選方案，所述SRAM采用IS62WV51216BLL。
[0011 ]作為優(yōu)選方案，所述GSM/GPRS模塊采用S頂900A。
[0012]作為優(yōu)選方案，所述以太網(wǎng)接口采用LAN8720A。
[0013]作為優(yōu)選方案，所述電能計(jì)量IC采用ADE7878ACPZ。
[0014]作為優(yōu)選方案，所述FLASH存儲器采用W25Q128。
[0015]作為優(yōu)選方案，所述EEPROM存儲器采用AT24C04。
[0016]作為優(yōu)選方案，所述電能表采用UCOSII+LWIP+EMWIN結(jié)構(gòu)，并外接人機(jī)交互觸摸液晶屏。
[0017]有益效果:本實(shí)用新型提供的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，此系統(tǒng)運(yùn)行于ARM C0RTEX-M4平臺，基于UCOSII嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并提供友好且易用的人機(jī)交互界面，以太網(wǎng)接口以及GPRS蜂窩網(wǎng)絡(luò)的接入實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)基于INTERNET的互聯(lián)型、智能型應(yīng)用。一方面兼容傳統(tǒng)電能表的通信接口如紅外收發(fā)接口，rs485收發(fā)器，另一方面同時(shí)支持以太網(wǎng)和GPRS互聯(lián)網(wǎng)接入，并基于高性能的嵌入式操作系統(tǒng)，加入高度友好的觸摸式液晶用戶交互界面，無論是電力部門遠(yuǎn)程計(jì)量抄表，或是用戶現(xiàn)場操作、接入自家智能家居系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，都具有非常強(qiáng)的實(shí)用性。且本實(shí)用新型集成度高、穩(wěn)定性好、功能強(qiáng)大且軟件可擴(kuò)展升級性強(qiáng)，易于推廣。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0019]圖2為一只雙引線閉合式電流互感器連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為電壓分壓調(diào)理一路連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖4為rs485收發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說明。
[0023]如圖1所示，一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，包括嵌入式處理器、SRAM、FLASH存儲器、EEPROM存儲器、SD卡數(shù)據(jù)存儲擴(kuò)展、人機(jī)交互觸摸液晶屏、按鍵輸入模塊、紅外收發(fā)通信接口、rs485收發(fā)器、以太網(wǎng)接口、GSM/GPRS模塊、繼電器模塊、電能計(jì)量1C、電流互感器傳感電路、電壓分壓調(diào)理電路、校表脈沖接口。所述SRAM、FLASH存儲器、EEPROM存儲器、SD卡模塊、人機(jī)交互觸摸液晶屏、紅外收發(fā)通信接口、rs485收發(fā)器與嵌入式處理器雙向連接。所述電能計(jì)量IC的數(shù)據(jù)端口與嵌入式處理器和校表脈沖接口相連，電能計(jì)量IC的模擬端口與電流互感器傳感電路和電壓分壓調(diào)理電路連接。所述繼電器模塊輸入端與嵌入式處理器相連，輸出端與繼電器動作部分相連。所述以太網(wǎng)接口和GSM/GPRS模塊數(shù)據(jù)端口與嵌入式處理器相連。所述電流互感器傳感電路、電壓分壓調(diào)理電路、繼電器模塊外端與電能表對應(yīng)接線端子相連。
[0024]如圖2所示，Jl和J3分別為電流互感器的正極輸入接口和負(fù)極輸入接口，IAP、IAN分別連接電能計(jì)量芯片對應(yīng)電流通道的正極和負(fù)極;所述電流互感器傳感電路包括四只50A/50mA雙引線閉合式電流互感器，所述四只互感器分別對應(yīng)感測三相交流電A相、B相、C相以及零線電流;所述每個(gè)電流互感器正負(fù)極電信號均以1%精度，1206封裝，4.99歐姆電阻并入零線參考地平面，并串接1.1K歐姆，0805封裝電阻接入電能計(jì)量IC對應(yīng)通道，電能計(jì)量IC通道輸入端正負(fù)極各并入33納法，0805封裝陶瓷電容到零線參考地平面。
[0025]如圖3所示，J9為電壓分壓調(diào)理電路相線輸入端，VAP為采樣信號輸出端;所述電壓分壓調(diào)理電路包括三路，分別連接A相、B相、C相電壓；所述電壓分壓調(diào)理電路每路由10只1206封裝電阻對一相電壓分壓，分壓比1401:1;每路與電能計(jì)量IC對應(yīng)相電壓接口端串接一個(gè)0805封裝，IK歐姆電阻，并在串接節(jié)點(diǎn)并入33納法，0603陶瓷電容到零線參考地平面以構(gòu)成低通濾波器濾除高次諧波干擾。
[0026]如圖4所示，所述rs485收發(fā)器包括兩只高速光耦6N137、高頻NPN三極管2SC1623、集成485收發(fā)芯片MAX485、TVS瞬態(tài)抑制二極管;所述rs485收發(fā)器采用自換向式電路拓?fù)?，發(fā)送端高速光耦6N137輸出端接三極管2scl623集電極，2scl623在電路中接法為反相開關(guān)，集電極輸出同時(shí)接MAX485輸入使能與輸出使能接口，MAX485輸入管腳接入地平面;MAX485差分輸出端同相端以30k電阻上拉，反相端以30k電阻下拉，兩根信號線均并接TVS瞬態(tài)抑制二極管到地平面以實(shí)現(xiàn)接口電路保護(hù)。
[0027]本實(shí)用新型可以采用傳統(tǒng)通信方式如紅外對向雙工通信或485接口進(jìn)行計(jì)量IC的各個(gè)電能參數(shù)測量值的讀取以及相關(guān)功能寄存器的修改寫入，此項(xiàng)兼容傳統(tǒng)抄表、使用方式。另外，將本系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口通過雙絞線接入本地局域網(wǎng)，設(shè)備通過接入網(wǎng)路的路由器DHCP功能獲取IP地址后，自動配置成為TCP服務(wù)器，用戶可以通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行與電能表的通信從而對電能表進(jìn)行各項(xiàng)測量值的讀取處理;供電部門可通過自身的密鑰獲取權(quán)限對電能表進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，對于虧電或竊電用戶可以遠(yuǎn)程控制繼電器斷開動作，徹底切斷各相的電流。亦可為用戶配發(fā)特定sim卡，通過GPRS蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程通信管理。
[0028]系統(tǒng)用戶界面采用EMWIN進(jìn)行GUI繪制，用戶可直接對觸摸屏進(jìn)行點(diǎn)觸操作操縱菜單、讀取信息，并在獲取權(quán)限的情況下對電表進(jìn)行一些關(guān)鍵性配置，整個(gè)系統(tǒng)可操作性較強(qiáng)。
[0029]在過壓過流等危險(xiǎn)狀態(tài)下，處理器及時(shí)采集到瞬變極值信號后將立即切斷全部線路，起到一定的主動安全保障。
[0030]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于，包括:嵌入式處理器、SRAM、FLASH存儲器、EEPROM存儲器、SD卡模塊、人機(jī)交互觸摸液晶屏、按鍵輸入模塊、紅外收發(fā)通信接口、rs485收發(fā)器、以太網(wǎng)接口、GSM/GPRS模塊、繼電器模塊、電能計(jì)量1C、電流互感器傳感電路、電壓分壓調(diào)理電路、校表脈沖接口 ；所述SRAM、FLASH存儲器、EEPROM存儲器、SD卡模塊、人機(jī)交互觸摸液晶屏、紅外收發(fā)通信接口、rs485收發(fā)器與嵌入式處理器雙向連接;所述電能計(jì)量IC的數(shù)據(jù)端口與嵌入式處理器和校表脈沖接口相連，電能計(jì)量IC的模擬端口與電流互感器傳感電路和電壓分壓調(diào)理電路連接;所述繼電器模塊輸入端與嵌入式處理器相連，輸出端與繼電器動作部分相連;所述以太網(wǎng)接口和GSM/GPRS模塊數(shù)據(jù)端口與嵌入式處理器相連;所述電流互感器傳感電路、電壓分壓調(diào)理電路、繼電器模塊外端與電能表對應(yīng)接線端子相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于:所述電流互感器傳感電路包括四只50A/50mA雙引線閉合式電流互感器，所述四只互感器分別對應(yīng)感測三相交流電A相、B相、C相以及零線電流;所述每個(gè)電流互感器正負(fù)極電信號均以1%精度，1206封裝，4.99歐姆電阻并入零線參考地平面，并串接1.1K歐姆，0805封裝電阻接入電能計(jì)量IC對應(yīng)通道，電能計(jì)量IC通道輸入端正負(fù)極各并入33納法，0805封裝陶瓷電容到零線參考地平面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于:所述電壓分壓調(diào)理電路包括三路，分別連接A相、B相、C相電壓;所述電壓分壓調(diào)理電路每路由10只1206封裝電阻對一相電壓分壓，分壓比1401:1;每路與電能計(jì)量IC對應(yīng)相電壓接口端串接一個(gè)0805封裝，IK歐姆電阻，并在串接節(jié)點(diǎn)并入33納法，0603陶瓷電容到零線參考地平面以構(gòu)成低通濾波器濾除高次諧波干擾。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于:所述rs485收發(fā)器包括兩只高速光耦6N137、高頻NPN三極管2SC1623、集成485收發(fā)芯片MAX485、TVS瞬態(tài)抑制二極管;所述rs485收發(fā)器采用自換向式電路拓?fù)?，發(fā)送端高速光耦6N137輸出端接高頻NPN三極管2SC1623集電極，高頻NPN三極管2SC1623在電路中接法為反相開關(guān)，集電極輸出同時(shí)接集成485收發(fā)芯片MAX485輸入使能與輸出使能接口，集成485收發(fā)芯片MAX485輸入管腳接入地平面;集成485收發(fā)芯片MAX485差分輸出端同相端以30k電阻上拉，反相端以30k電阻下拉，兩根管腳A、管腳B均并接TVS瞬態(tài)抑制二極管到地平面以實(shí)現(xiàn)接口電路保護(hù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于:所述嵌入式處理器采用STM32F407ZGT6。6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于:所述SRAM采用IS62WV51216BLL。7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于:所述GSM/GPRS模塊采用SIM900A。8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于:所述以太網(wǎng)接口采用LAN8720A。9.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于:所述電能計(jì)量IC采用ADE7878ACPZ。10.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于:所述FLASH存儲器采用W25Q128。11.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于:所述EEPROM存儲器采用AT24C04。12.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式智能三相電能表，其特征在于:所述電能表采用UCOSII+LWIP+EMWIN結(jié)構(gòu)，并外接人機(jī)交互觸摸液晶屏。
【文檔編號】G01R22/10GK205539189SQ201620049748
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月19日
【發(fā)明人】周曉彥, 張光宇, 朱小芳, 馬婷婷, 梅永
【申請人】南京信息工程大學(xué)