三相寬量程預(yù)付費智能電能表的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種能滿足寬電流量程計量的三相寬量程預(yù)付費智能電能表，包括MCU模塊，與所述MCU模塊相連的電能計量模塊、電源模塊、時鐘模塊、通信接口和費控加密模塊；所述電能計量模塊還連接有電壓電流采樣模塊，所述電源模塊還與電能計量模塊相連。本實用新型的三相寬量程預(yù)付費智能電能表，有功精度可達到0.5級；電流量程可達1(80)A，實現(xiàn)了電流范圍內(nèi)計量誤差優(yōu)于±0.2%，在溫度系數(shù)低于±150ppm/℃的情況下，電流測量的精確度維持不變?？蓪崿F(xiàn)預(yù)付費電能表與非預(yù)付費電能表間的轉(zhuǎn)換；設(shè)置了與MCU連接的通信模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，實現(xiàn)了電能數(shù)據(jù)記錄、遠程通信等諸多功能，操作方便。
【專利說明】三相寬量程預(yù)付費智能電能表
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電能表，尤其是一種三相寬量程預(yù)付費智能電能表。
【背景技術(shù)】
[0002]電流規(guī)格是電能計量表的一個重要參數(shù)，通過此參數(shù)可以反映出一塊電能表可以度量用戶用電負載所消耗電功率的精確程度，一般以基本電流Ib/額定電流I η和最大電流I max來表示。如常見的5 (60) A、10 (40) A、20 (80) A等。國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準Q/GDW364-2009中規(guī)定，電能表采用直接介入式，最大電流宜為基本電流4倍以上。由于電能表的使用壽命一般為10年，在這段時間內(nèi)，但居民、工業(yè)、企業(yè)的用電需求可能在電能表安裝幾年后出現(xiàn)較大的增長，尤其在每年都出現(xiàn)的高峰用電時段，使得最大用電負荷可能接近甚至超過電能表的最大電流。為了用電安全需要，電力公司不得不進行更換大量處于使用壽命初、中期的電能表，導(dǎo)致大量的資源浪費。
[0003]一般的電流規(guī)格的范圍與計量部分A/D采樣的動態(tài)范圍相關(guān)。對于電力公司而言，受已投放市場的計量芯片動態(tài)范圍限制，不得不對電能表規(guī)定較多的電流規(guī)格，以適應(yīng)不同用電負荷用戶的需求。目前電流規(guī)格較多的電能表，加大了電力公司和電能表生產(chǎn)企業(yè)的資源投入，增加了檢測設(shè)備的品種和數(shù)量以及產(chǎn)品備品備件的庫存，已制約電力公司核生產(chǎn)企業(yè)的標準化管理進程。
[0004]因此，客觀上需要一種電流規(guī)格滿足所有用戶對用電負荷的需求，是電力公司和電能表企業(yè)的共同訴求。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是提供一種能滿足寬電流量程計量的三相寬量程預(yù)付費智能電能表。
[0006]實現(xiàn)本實用新型目的的三相寬量程預(yù)付費智能電能表，包括MCU模塊，與所述MCU模塊相連的電能計量模塊、電源模塊、時鐘模塊、通信接口和費控加密模塊；所述電能計量模塊還連接有電壓電流采樣模塊，所述電源模塊還與電能計量模塊相連。
[0007]所述電壓電流采集模塊包括電壓分壓電路，所述電壓分壓電路為電阻串聯(lián)分壓電路，所述電阻串聯(lián)分壓電路包括精密電阻和濾波電容。為保證精度，采樣電阻全部采用高穩(wěn)定的精密電阻，誤差為25ppm經(jīng)過電流互感器(Ia、Ib、Ic)的電流信號經(jīng)過電流采樣電路將電流信號轉(zhuǎn)換為信號輸入到計量模塊的電流通道輸入引腳。
[0008]所述電源模塊將50Hz電網(wǎng)220V交流高壓電壓變換成電子電路所需的直流低電壓±5v。實現(xiàn)了電能表與外界交流電網(wǎng)電器隔離，避免電網(wǎng)噪聲侵入。
[0009]所述電能計量模塊采用具備寬電流計量功能的IDT90E32芯片，計量動態(tài)范圍可達6000:1。
[0010]所述MCU模塊采用的是NECl 166。
[0011]所述MCU模塊還連接有數(shù)據(jù)存儲模塊。[0012]所述通信接口包括RS485、紅外、載波和微功率無線通信接口。
[0013]所述費控加密模塊包括設(shè)于MCU模塊上的費控CPU卡接口，以及安裝于所述費控CPU卡接口內(nèi)的安全加密芯片ESAM。
[0014]所述MCU模塊還連接有脈沖輸出模塊。
[0015]所述MCU模塊還相連接有按鍵/IXD顯示模塊。
[0016]本實用新型的有益效果如下:本實用新型的三相寬量程預(yù)付費智能電能表，有功精度可達到0.5級；電流量程可達I (80) A，實現(xiàn)了電流范圍內(nèi)計量誤差優(yōu)于±0.2%，在溫度系數(shù)低于±150ppm/°C的情況下，電流測量的精確度維持不變?？蓪崿F(xiàn)預(yù)付費電能表與非預(yù)付費電能表間的轉(zhuǎn)換；設(shè)置了與MCU連接的通信模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，實現(xiàn)了電能數(shù)據(jù)記錄、遠程通信等諸多功能，且整個電表體積小，操作方便，為電能計量提供強大的防護能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的三相寬量程預(yù)付費智能電能表的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]本實用新型的實施例如下:如圖1所示，本實用新型的實現(xiàn)本實用新型目的的三相寬量程預(yù)付費智能電能表，包括MCU模塊1，與所述MCU模塊I相連的電能計量模塊3、電源模塊2、時鐘模塊5、通信接口 7和費控加密模塊8 ;所述電能計量模塊3還連接有電壓電流采樣模塊4，所述電源模塊2還與電能計量模塊3相連。所述MCU模塊I還連接有數(shù)據(jù)存儲模塊6、脈沖輸出模塊9和按鍵/IXD顯示模塊10。
[0019]所述電壓電流采集模塊4包括電壓分壓電路，所述電壓分壓電路為電阻串聯(lián)分壓電路，所述電阻串聯(lián)分壓電路包括精密電阻和濾波電容。為保證精度，采樣電阻全部采用高穩(wěn)定的精密電阻，誤差為25ppm經(jīng)過電流互感器(Ia、Ib、Ic)的電流信號經(jīng)過電流采樣電路將電流信號轉(zhuǎn)換為信號輸入到計量模塊的電流通道輸入引腳。
[0020]所述電壓電流采集模塊4把處理后的電壓、電流信號送入到電能計量模塊3，專用電能計量芯片從電壓電流采樣模塊4分別獲取各相的電壓、電流采樣信號，對電網(wǎng)消耗的有功和無功電能進行計量，同時將計量數(shù)據(jù)存儲在自身的寄存器中，等待微處理器MCU模塊I的讀取。同時電壓信號通過電源模塊2處理后，為表內(nèi)所有芯片提供工作電壓。
[0021]所述電能計量模塊3采用具備寬電流計量功能的IDT90E32芯片，計量動態(tài)范圍可達6000:1。
[0022]所述MCU模塊I采用的是NECl 166。
[0023]所述通信接口 7包括RS485接口 11、紅外接口 12、載波接口 13和微功率無線通信接□ 14。
[0024]所述費控加密模塊8包括設(shè)于MCU模塊I上的費控CPU卡接口，以及安裝于所述費控CPU卡接口內(nèi)的安全加密芯片ESAM。
[0025]時鐘模塊是多功能電表分時運行的基礎(chǔ)，為需量的計算電量的結(jié)算、按時凍結(jié)數(shù)據(jù)提供準確的時鐘信號，通過在不同時段實行不同費率來有效的調(diào)節(jié)電力供需矛盾，調(diào)節(jié)負荷曲線，改善用電量不平衡的現(xiàn)象。
[0026]數(shù)據(jù)存儲模塊作為電能表內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器，讀寫次數(shù)相當頻繁，應(yīng)該選擇許寫滿足多次讀寫的存儲器?？紤]到電表在掉電時能夠?qū)?shù)據(jù)進行及時保存，應(yīng)該選用速度快的存儲器?？紤]到節(jié)約單片機的I/o 口線和布線的方便，選用串行的存儲器。
[0027]通信接口主要是指電能表作為一個整體與抄表系統(tǒng)(手抄器)的通信，主要包括RS485、紅外、載波、微功率無線通信四種方式。
[0028]費控加密模塊為ESAM嵌入式安全控制模塊，在電能表中作為錢包使用，存儲充值及消費金額以及其他一些重要的參數(shù)，同時具有身份識別功能，與外部卡片進行雙向身份認證。還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全存儲、數(shù)據(jù)的加解密、終端身份的識別與認證等功能。
[0029]按鍵/IXD顯示模塊分為IXD (Liquid Crystal Display)液晶顯示部分和LED顯示部分。LCD用于顯示當前及歷史電量數(shù)據(jù)、當前及歷史需量數(shù)據(jù)，日期、時間、電壓、電流、功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)；LED用于電表異常報警，包括斷相、逆相序、失流、電池欠壓報警等。
[0030]三相寬量程預(yù)付費智能電能表，采用IDT90E32動態(tài)范圍為6000:1電能表專用集成電路，實現(xiàn)了電流規(guī)格I(SO)A的寬量程電能表的設(shè)計，測試結(jié)果表明，電能表在20mA-80A的電流范圍內(nèi)，有功能電能的計量誤差優(yōu)于±0.2%。對電能表制造商，寬量程電能表有利于減少當前存在的多種電流規(guī)格電能表，從而簡化電能表生產(chǎn)復(fù)雜度；而對電力公司計量中心，校表簡單且備表數(shù)量型號統(tǒng)一，校表效率明顯提高，且可降低電力公司的備用庫存表，簡化用戶管理，減少管理成本。
[0031]該表實現(xiàn)了正、反向有功電能計量功能，支持尖、峰、平、谷四個費率，在梯度計量模式下，只計總用電量，計費區(qū)間為兩次結(jié)算之間的用電量。通過CPU卡實現(xiàn)預(yù)付費電能表與非預(yù)付費電能表的切換，在預(yù)付費模式下，可實現(xiàn)遠程費控功能。電能表提供有功脈沖輸出，脈沖輸出寬度為(80±20)ms。多功能測試端子，可通過軟件設(shè)置其輸出為時鐘秒脈沖或時段投切信號。電能表還具有結(jié)算、事件記錄、凍結(jié)、停電抄表、聲光閘報警和系統(tǒng)自檢等多種功能，并通過紅外、RS485、載波接口，方便電力部門實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)管理，是一款值得推廣的新型電能表廣品。
[0032]上面所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計精神前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本實用新型技術(shù)方案做出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本實用新型的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三相寬量程預(yù)付費智能電能表，其特征在于:包括MCU模塊，與所述MCU模塊相連的電能計量模塊、電源模塊、時鐘模塊、通信接口和費控加密模塊；所述電能計量模塊還連接有電壓電流采樣模塊，所述電源模塊還與電能計量模塊相連；所述電壓電流采集模塊包括電壓分壓電路，所述電壓分壓電路為電阻串聯(lián)分壓電路，所述電阻串聯(lián)分壓電路包括精密電阻和濾波電容；所述通信接口包括RS485、紅外、載波和微功率無線通信接口 ；所述費控加密模塊包括設(shè)于MCU模塊上的費控CPU卡接口，以及安裝于所述費控CPU卡接口內(nèi)的安全加密芯片ESAM ;所述MCU模塊還連接有脈沖輸出模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相寬量程預(yù)付費智能電能表，其特征在于:所述電源模塊將50Hz電網(wǎng)220V交流高壓電壓變換成電子電路所需的直流低電壓±5v。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相寬量程預(yù)付費智能電能表，其特征在于:所述電能計量模塊采用具備寬電流計量功能的IDT90E32芯片，計量動態(tài)范圍可達6000:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相寬量程預(yù)付費智能電能表，其特征在于:所述MCU模塊采用的是NECl 166。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一所述的三相寬量程預(yù)付費智能電能表，其特征在于:所述MCU模塊還連接有數(shù)據(jù)存儲模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一所述的三相寬量程預(yù)付費智能電能表，其特征在于:所述MCU模塊還相連接有按鍵/IXD顯示模塊。
【文檔編號】G07F15/06GK203552356SQ201320645860
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月20日
【發(fā)明者】劉靜, 趙迪, 關(guān)翔飛, 黃智穎 申請人:湖南龍之翔智能科技有限公司