專利名稱：一種智能電表和監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能電表，屬于電力儀表技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，近年來，隨著智能用電技術(shù)的發(fā)展，電表經(jīng)歷了三個(gè)主要發(fā)展階段:第一階段:本世紀(jì)60年代以前，電表基本上米用電氣機(jī)械原理。感應(yīng)式電表米用電磁感應(yīng)原理制成，包括兩個(gè)固定的鐵心線圈和一個(gè)活動(dòng)的轉(zhuǎn)盤。當(dāng)線圈通過交變電流時(shí)，在轉(zhuǎn)盤上感應(yīng)產(chǎn)生渦流，這些渦流預(yù)交變磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，從而引起活動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生扭矩。第二階段:從70年代起，人們開始研究并試驗(yàn)采用模擬電子電路的方案。到了 80年代，大量新型電子元器件的相繼出現(xiàn)，為模擬電子式電表的更新奠定了基礎(chǔ)。在1976年日本就研制出電子式電表，從此以后進(jìn)一步準(zhǔn) 確測量交流電參量，包括電壓、電流、功率、電能計(jì)量等成為測量領(lǐng)域的主攻方向和熱門課題。第三階段:從90年代末數(shù)字采樣技術(shù)應(yīng)用于電功率的測量，數(shù)字采樣技術(shù)的電子式電表是以處理器為核心，對(duì)數(shù)字化的被測對(duì)象進(jìn)行各種判斷、處理和運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)多種功能。從本質(zhì)上講，數(shù)字采樣的電子式電表是最容易和當(dāng)前蓬勃發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，使得各種復(fù)雜的控制自校準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸功能都可以很方便地用于電表中，因而有很強(qiáng)的生命力。目前市場常見的電表如下

圖1所示，主要包括:MCU (Micro Controller Unit，微控制器單元)模塊、載波模塊、計(jì)量芯片、電源模塊、紅外通信、RS485通信、CPU卡、加密模塊、顯示與按鍵和存儲(chǔ)器。其中，MCU模塊是智能電表的核心處理器，用于控制各個(gè)模塊、數(shù)據(jù)的處理等功能，載波模塊用于完成與主站的通信；計(jì)量芯片用于完成電壓、電流數(shù)據(jù)的采集；電源模塊用于整個(gè)電表各個(gè)模塊的供電管理；存儲(chǔ)器主要存儲(chǔ)參數(shù)、日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)和負(fù)荷數(shù)據(jù)等；顯示與按鍵模塊主要是用于人機(jī)交互；安全模塊主要用于數(shù)據(jù)的加解密；CPU卡主要用于與外部IC卡接口，完成購電等功能；RS485通信模塊和紅外通信模塊主要用于數(shù)據(jù)的抄讀、設(shè)置等功能。其中，智能電表工作原理為:計(jì)量芯片完成電能數(shù)據(jù)的采集，MCU模塊通過SPI 口讀取計(jì)量芯片的數(shù)據(jù)，MCU進(jìn)一步處理完數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器，外部設(shè)備可以通過載波模塊、紅外通信、RS485通信讀取MCU處理的數(shù)據(jù)。通過顯示與按鍵可以現(xiàn)場查看電表數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有技術(shù)中，智能電表中載波模塊主要基于FSK (頻移鍵控)等調(diào)制方式的電力線載波通信技術(shù)。電力線載波通信是以電力線為傳輸媒介，通過載波方式傳輸模擬或數(shù)字信號(hào)的技術(shù)，而且無外架通信線路。當(dāng)用戶使用的電表數(shù)量達(dá)到上百萬臺(tái)之后，要保證電表與主站/控制中心之間安全、可靠的通信變得越來越困難，而智能電網(wǎng)相關(guān)功能所需的實(shí)時(shí)通信也變得越來越困難
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)用戶使用的電表數(shù)量達(dá)到上百萬臺(tái)之后，要保證電表與主站/控制中心之間可靠的通信變得越來越困難的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下:一種智能電表，包括:微控制器MCU模塊和與所述MCU模塊相連接的計(jì)量芯片、CPU卡、顯示與按鍵模塊和存儲(chǔ)器；所述計(jì)量芯片，用于進(jìn)行電能數(shù)據(jù)的采集；所述CPU卡，用于與外部IC卡接口，完成購電操作；所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述電能數(shù)據(jù)；所述顯示與按鍵模塊，用于顯示所述電能數(shù)據(jù)；還包括有:正交頻分復(fù)用OFDM模塊，與所述MCU模塊相連接，所述OFDM模塊與主站進(jìn)行通信并傳遞所述電能數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，還設(shè)有:紅外通信模塊和/或RS485通信模塊，與所述MCU控制模塊相連接，所述紅外通信模塊和/或RS485通信模塊與用戶的手持終端相通信。進(jìn)一步地，還設(shè)有安全模塊，與所述MCU控制模塊相連接，用于對(duì)所述電能數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。進(jìn)一步地，所述電能數(shù)據(jù)包括:電壓、電流、功率、電量、頻率任一或其組合。進(jìn)一步地，所述MCU模塊通過通用異步收發(fā)傳輸U(kuò)ART接口與所述OFDM模塊相連接。進(jìn)一步地，所述智能電表通過正交頻分復(fù)用OFDM模塊接入到以太網(wǎng)中，并與包含有OFDM模塊且連接到所述以太網(wǎng)中的主站進(jìn)行通信。進(jìn)一步地，所述OFDM模塊與包含有OFDM模塊的主站通過電力載波信道進(jìn)行通信。
—種智能電表監(jiān)控系統(tǒng),包括:以上所述智能電表和主站，所述智能電表通過所述OFDM模塊與包含有OFDM模塊的所述主站進(jìn)行通信。本實(shí)用新型采取了上述方案以后，由于OFDM是一種高速、低成本的電力線載波通信調(diào)制方式，本實(shí)用新型通過OFDM模塊與主站進(jìn)行通信，能夠?qū)崿F(xiàn)大量數(shù)據(jù)的可靠的傳輸。本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本實(shí)用新型而了解。本實(shí)用新型的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述，以使得本實(shí)用新型的上述優(yōu)點(diǎn)更加明確。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的智能電表的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例智能電表的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例智能電表通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)地說明。OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)，是MCM Mult1-Carrier Modulation,多載波調(diào)制的一種。其主要思想是:將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。OFDM采用數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)亩噍d波技術(shù)，將高速串行數(shù)據(jù)分解為多個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)，使用N個(gè)子載波把整個(gè)信道分成N個(gè)子信道，這些子信道并行傳輸信息。本實(shí)用新型為了克服現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)用戶使用的電表數(shù)量達(dá)到上百萬臺(tái)之后，要保證電表與主站/控制中心之間可靠的通信變得越來越困難的缺點(diǎn)，采取了上述OFDM技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的可靠的傳輸。如圖2所示，在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述智能電表，包括:微控制器MCU模塊、OFDM模塊、計(jì)量芯片、電源模塊、紅外通信模塊、RS485通信模塊、CPU卡、安全模塊、顯示與按鍵模塊和存儲(chǔ)器，其中，與微控制器MCU模塊相連接的計(jì)量芯片、CPU卡、所述顯示與按鍵模塊，用于顯示所述電壓、電流數(shù)據(jù)，所述計(jì)量芯片，用于進(jìn)行電能數(shù)據(jù)的采集；所述CPU卡，用于與外部IC卡接口，完成購電操作；所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述電能數(shù)據(jù)，其中，與現(xiàn)有技術(shù)不同，本申請(qǐng)采取了正交頻分復(fù)用OFDM模塊，其與所述MCU模塊相連接，且所述OFDM模塊與主站進(jìn)行通信并傳遞所述電能數(shù)據(jù)。由于OFDM是一種高速、低成本的電力線載波通信調(diào)制方式，本實(shí)用新型通過OFDM模塊與主站進(jìn)行通信，能夠?qū)崿F(xiàn)大量數(shù)據(jù)的可靠的傳輸。此外，如圖1所示，本實(shí)用新型還設(shè)有紅外通信模塊和/或RS485通信模塊，與所述MCU控制模塊相連接，其中，所述紅外通信模塊和/或RS485通信模塊與用戶的手持終端相通信，并且，還設(shè)有安全模塊，用于對(duì)所述電能數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全通信。其中，所述電能數(shù)據(jù)包括:電壓、 電流、功率、電量、頻率任一或其組合，更具體地說，所述計(jì)量芯片用于完成包含電壓、電流數(shù)據(jù)的電能數(shù)據(jù)的采集；所述電源模塊用于整個(gè)電表各個(gè)模塊的供電管理；存儲(chǔ)器主要存儲(chǔ)參數(shù)、日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)和負(fù)荷數(shù)據(jù)等；所述顯示與按鍵模塊主要是用于人機(jī)交互；安全模塊主要用于電表數(shù)據(jù)的加解密；CPU卡主要用于與外部IC卡接口，完成購電等功能；RS485通信模塊和紅外通信模塊主要用于數(shù)據(jù)的抄讀、設(shè)置等功能，而所述OFDM模塊用于完成與主站的通信。優(yōu)選的是，所述OFDM模塊與主站之間通過電力載波信道進(jìn)行通信。例如，所述MCU模塊通過通用異步收發(fā)傳輸U(kuò)ART接口與所述OFDM模塊相連接，且所述正交頻分復(fù)用OFDM模塊接入到以太網(wǎng)中，并與包含有OFDM模塊且連接到所述以太網(wǎng)中的主站進(jìn)行通信；或者，可選地，所述OFDM模塊與包含有OFDM模塊的主站通過電力載波信道進(jìn)行通信。如圖3所示，所述智能電表通信系統(tǒng)，包括:所述智能電表和主站，所述智能電表通過正交頻分復(fù)用OFDM模塊接入到以太網(wǎng)中，所述主站連接到所述以太網(wǎng)中并接收所述智能電表所傳輸?shù)碾娔軘?shù)據(jù)。下面對(duì)本實(shí)用新型的工作原理進(jìn)行一個(gè)說明:計(jì)量芯片進(jìn)行電能數(shù)據(jù)(電壓、電流、功率、電量、頻率)的采集，所述MCU模塊通過接口，如SPI 口讀取計(jì)量芯片的數(shù)據(jù)，MCU進(jìn)一步處理完數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器，外部設(shè)備可以通過OFDM模塊、紅外通信、RS485通信讀取MCU處理的數(shù)據(jù)。其中，現(xiàn)場工作人員可以用手持終端通過紅外通信、RS485讀取數(shù)據(jù)，通過顯示與按鍵模塊可以現(xiàn)場查看電表數(shù)據(jù)。所述主站通過OFDM模塊遠(yuǎn)程讀取數(shù)據(jù)，例如，主站通過電力載波信道讀取基于OFDM的智能電表數(shù)據(jù)，其中，基于OFDM的智能電表通過OFDM模塊解析電力線上的數(shù)據(jù)，然后通過UART 口發(fā)送給MCU，然后MCU將數(shù)據(jù)解析后組幀，通過UART 口發(fā)送給OFDM模塊，然后發(fā)送到電力線上，然后又能夠傳送給主站。此外，隨著國家電網(wǎng)公司電力光纖到戶工程的啟動(dòng)，可通過基于OFDM的智能電表將將家庭的局域網(wǎng)連接到以太網(wǎng)中，從而解決最后一公里的問題，具有數(shù)據(jù)傳輸更快、更穩(wěn)定的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型將OFDM技術(shù)的載波通信方式應(yīng)用于智能電表行業(yè)，且基于OFDM的智能電表，將智能電表接入到網(wǎng)絡(luò)從而實(shí)現(xiàn)雙向大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。并且，由于在智能電表中接入OFDM模塊，多載波OFDM模塊的智能電表在通信過程中只有一小部分載波受影響，克服了現(xiàn)有技術(shù)中智能電表通信的單個(gè)衰落或者干擾可能導(dǎo)致整個(gè)鏈路不可用的缺點(diǎn)，因此，OFDM模塊增強(qiáng)了抗頻率選擇性衰落和抗窄帶干擾的能力。此外，本實(shí)用新型還可以借助于糾錯(cuò)碼的使用幫助其恢復(fù)一些載波上的信息。例如，通過合理地挑選子載波位置，可以使OFDM的頻譜波形保持平坦，同時(shí)保證了各載波之間的正交。因此，提高了智能電表抄表成功率；提高了智能電表通信過成中的通信速率。最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種智能電表，包括:微控制器MCU模塊和與所述MCU模塊相連接的計(jì)量芯片、CPU卡、顯示與按鍵模塊和存儲(chǔ)器；所述計(jì)量芯片，用于進(jìn)行電能數(shù)據(jù)的采集；所述CPU卡，用于與外部IC卡接口，完成購電操作；所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述電能數(shù)據(jù)；所述顯示與按鍵模塊，用于顯示所述電能數(shù)據(jù)；其特征在于，還包括有:正交頻分復(fù)用OFDM模塊，與所述MCU模塊相連接，所述OFDM模塊與主站進(jìn)行通信并傳遞所述電能數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電表，其特征在于，還設(shè)有:紅外通信模塊和/或RS485通信模塊，與所述MCU控制模塊相連接，所述紅外通信模塊和/或RS485通信模塊與用戶的手持終端相通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電表，其特征在于，還設(shè)有安全模塊，與所述MCU控制模塊相連接，用于對(duì)所述電能數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一所述的智能電表，其特征在于，所述電能數(shù)據(jù)包括:電壓、電流、功率、電量、頻率任一或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能電表，其特征在于，所述MCU模塊通過通用異步收發(fā)傳輸U(kuò)ART接口與所述OFDM模塊相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能電表，其特征在于，所述智能電表通過正交頻分復(fù)用OFDM模塊接入到以太網(wǎng)中，并與包含有OFDM模塊且連接到所述以太網(wǎng)中的主站進(jìn)行通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能電表，其特征在于，所述OFDM模塊與包含有OFDM模塊的主站通過電力載波信道進(jìn)行通信。
8.—種智能電表監(jiān)控系統(tǒng),其特征在于,包括: 權(quán)利要求1 7任一所述的智能 電表和主站，所述智能電表通過所述OFDM模塊與包含有OFDM模塊的所述主站進(jìn)行通信。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種智能電表和監(jiān)控系統(tǒng)，所述智能電表包括微控制器MCU模塊和與所述MCU模塊相連接的計(jì)量芯片、CPU卡、顯示與按鍵和存儲(chǔ)器，其中，所述計(jì)量芯片，用于進(jìn)行電能數(shù)據(jù)的采集；所述CPU卡，用于與外部IC卡接口，完成購電操作；所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述電能數(shù)據(jù)；所述顯示與按鍵和存儲(chǔ)器，用于顯示所述電壓、電流數(shù)據(jù)；還包括正交頻分復(fù)用OFDM模塊，與所述MCU模塊相連接，且所述OFDM模塊與主站進(jìn)行通信并傳遞所述電能數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型通過OFDM模塊與主站進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的可靠的通信。
文檔編號(hào)G07F15/06GK203118105SQ20122056245
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者馮保才, 馬宗超, 王加元, 裴俊英, 趙玲 申請(qǐng)人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司