[發明專利]一種帶ZigBee通信模塊的單相智能電能表

無效

• 申請號: 201210539364.8
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103018551A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 周慧欣;孫娟
• 申請（專利權）人: 青島乾程電子科技有限公司
• 主分類號: G01R22/10
• 分類號: G01R22/10;G08C17/02
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

技術領域:

本發明屬于電能計量技術領域，涉及一種帶ZigBee通信模塊的單相智能電能表，用于對電能量進行采集測量和顯示。

背景技術：

目前，普遍單相智能電能表的通信方式主要是使用RS485線或低壓電力線載波與終端或采集器通信，485總線是一種用于設備聯網的、經濟型的、傳統的工業總線方式，其通訊質量需要根據施工經驗進行調試和測試才可以得到保證，485總線雖然簡單，但也必須嚴格按照安裝施工規范進行布線，利用已有的電力線路進行載波數據通信，實現與供電系統連接的各類用電設備和各類數據采集設備的互聯互通，已在抄表和遠程控制中實際應用。但是低壓電力線載波通訊有很多缺點：一是電力載波抄表的成功率低；二是通訊速度慢，波特率只有幾百bps；三是需要根據現場安裝路由裝備；而且使用GPRS或CDMA模塊等無線通信模塊則需要交納網絡運營費用，產生的運營費用往往難以讓用電用戶接受。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種適用于智能電網使用需求的帶ZigBee通信模塊的單相智能電能表。

為了實現上述目的，本發明的主體結構包括單相交流電源、電流采樣模塊、AC-DC變壓器、負載、后備電池、電壓采樣模塊、計量單元、電源模塊、LCD顯示模塊、LCD控制驅動、微控制器、光電隔離、實時時鐘芯片RTC、數據EEPROM、校表EEPROM、紅外接口、RS485接口和ZigBee通信模塊；電流采樣模塊和電壓采樣模塊電連通后構成電能信號采集單元,電壓采樣模塊通過分壓電阻與單相交流電源電連通，電流采樣模塊通過電流互感器與單相交流電源電連通；計量單元與電能信號采集單元電連接，分別取得電流和電壓的采集信號，并對單相電壓、電流、功率和電能進行計量；計量單元通過SPI總線與微控制器電信息連通，微控制器從計量單元讀取計量數據并根據計量數據分別計算有功功率、電壓有效值和電流有效值；LCD顯示模塊采用I2C總線并通過LCD控制驅動與微控制器電信息連通，顯示微控制器處理的數據；單相交流電源通過AC-DC變壓器變為直流電后與電源模塊連通，電源模塊與后備電池聯合構成電源單元，電源模塊分別與計量單元和微控制器電連接，提供電能表工作電源；實時時鐘芯片RTC與微控制器電連接，后備電池經過電源模塊與微控制器電連通，用于滿足ANSI標準的多費率分時計量及發生停電時實時時鐘芯片RTC自動切換到后備電池；校表EEPROM與微控制器電信息連通用于存放校表數據；數據EEPROM與微控制器電信息連通用于存儲微控制器處理的數據，包括當前正反向有功電能、凍結數據、編程、校時、掉電、電表清零和開表蓋的記錄；ZigBee通信模塊與微控制器通過光電隔離的UART口相互電信息連接，采用支持IEEE802.15.4協議的ZigBee無線通信模塊，該ZigBee無線通信模塊經無線通信信道與遠程抄表裝置鏈接；負載串接電流采樣模塊后與單相交流電源電連接實現電源對負載的供電并完成電能量的計量。

本發明的單相交流電源經電流采集模塊通過電流互感器對電流進行采樣，經電壓采樣模塊通過分壓電阻對電壓進行采樣，然后將電壓電流信號傳給計量單元進行計算，微控制器從計量單元中讀取計量數據并根據計量數據分別計算有功功率、電壓有效值和電流有效值，電源模塊為電能表工作提供電源，微控制器通過LCD控制驅動控制LCD顯示模塊對微控制器處理的數據進行顯示，紅外接口、RS485接口和ZigBee通信模塊通過光電隔離與計量單元連接實現數據接收發送處理，實時時鐘芯片RTC為電能表提供實時時鐘數據，數據EEPROM存儲微控制器處理的各種電能和事件記錄數據，校表EEPROM存儲校表數據；單相交流電源經AC-DC變壓器后變為系統的工作的直流電源；紅外接口、RS485接口、ZigBee通信模塊與電能表內部通過光電隔離進行隔離，對電能表進行防護，防止因靜電等外界因素損壞電能表內部器件。

本發明涉及的電流采樣模塊采用電流互感器隔離結構，對火線電流進行電流取樣；電壓采樣模塊采用分壓電阻對連接電壓進行電壓取樣；ZigBee通信模塊采用深圳市昊輝微電子有限公司生產的國網采集器模塊的HD250系列模塊，自帶HHNet自組網協議，接口協議與定義域國網單相表完全兼容，能兼容DL/T645-1997及2007通訊協議，模塊工作在2.4GHZ?ISM?16個頻段；電能表中設置有紅外接口，分別與RS485接口和ZigBee通信模塊電信息連通后與微控制器電信息連接，支持紅外光口通訊，支持RS-485通訊。