一種基于無(wú)線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于無(wú)線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)，涉及電網(wǎng)配電領(lǐng)域。其電能量采集模塊連接到電能量計(jì)量模塊，電能量計(jì)量模塊的另一側(cè)連接到信息傳遞模塊，信息傳遞模塊的另一側(cè)連接到顯示屏；電源模塊連接有電能量采集模塊、電能量計(jì)量模塊、信息傳遞模塊和顯示屏；電源模塊包括電源芯片，變壓器，全橋整流電路；變壓器的副邊連接到全橋整流電路的輸入端，全橋整流電路的輸出端連接到電源芯片的輸入端。本實(shí)用新型采用電能量采集芯片作為電能量采集模塊，可以精準(zhǔn)采集電能量數(shù)據(jù)；采用ZigBee無(wú)線傳感通信，可以實(shí)現(xiàn)電能量遠(yuǎn)程檢測(cè)；采用將數(shù)據(jù)最終接入以太網(wǎng)的方法，便于電力工作人員進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)電能量計(jì)量系統(tǒng)智能化。
【專利說(shuō)明】
一種基于無(wú)線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電網(wǎng)配電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無(wú)線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電能量計(jì)量是配電領(lǐng)域的重要組成部分，其智能化不僅是配電領(lǐng)域智能化的必須，同時(shí)也符合國(guó)家“十二五”規(guī)劃中提出的推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)劃；電能量計(jì)量設(shè)施作為電能量采集、記錄以及通訊的重要工具，其智能化將給人們的生活帶來(lái)很多便利;隨著各學(xué)科的發(fā)展，計(jì)量設(shè)備的性能也有了進(jìn)一步提高的空間，為了滿足科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展對(duì)電能量計(jì)量自動(dòng)化提出的越來(lái)越高的要求，必須研究和開發(fā)性能更加良好的智能電表；電能計(jì)量系統(tǒng)不僅會(huì)反映電力用戶與電廠的信息，同時(shí)會(huì)進(jìn)一步反映電力市場(chǎng)的運(yùn)行狀況，有助于管理人員更好的調(diào)整電力設(shè)備，無(wú)形中調(diào)節(jié)電力消耗;如果不能廣泛而深入地實(shí)現(xiàn)電力計(jì)量的智能化，電力供應(yīng)與需求間就會(huì)出現(xiàn)大的差距，以致于削弱已安裝的智能電網(wǎng)設(shè)備的效用，降低能源效率，也就使公共利益收到了損害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述存在的技術(shù)不足，提供一種基于無(wú)線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)，可以精準(zhǔn)采集電能量數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)電能量遠(yuǎn)程檢測(cè)，便于電力工作人員進(jìn)行管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電能量計(jì)量系統(tǒng)的智能化。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種基于無(wú)線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)，包括電能量采集模塊、電能量計(jì)量模塊、信息傳遞模塊、顯示屏、電源模塊；電能量采集模塊連接到電能量計(jì)量模塊，電能量計(jì)量模塊的另一側(cè)連接到信息傳遞模塊，信息傳遞模塊的另一側(cè)連接到顯示屏；電源模塊連接有電能量采集模塊、電能量計(jì)量模塊、信息傳遞模塊和顯示屏；電源模塊包括型號(hào)為L(zhǎng)M1117-5的電源芯片U1，型號(hào)為1^1117-3.3的電源芯片1]2，變壓器1'1，全橋整流電路01;變壓器Tl的副邊連接到全橋整流電路Dl的輸入端，全橋整流電路Dl的輸出端提供15V的電源VCC，同時(shí)連接到電源芯片Ul的輸入端Vin引腳；電源芯片Ul的輸出Vout引腳提供5V的電源VDD，同時(shí)連接到電源芯片U2的輸入Vin引腳；電源芯片U2的輸出Vout引腳提供3V3電源。
[0006]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述的電能量采集模塊包括電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、尺7、1?8，電容(:1工2、03工4、05工6;其中電容(:1和電阻1?4連接交流電的零線后接地；電阻1?1連接到交流電的相線上，另一端通過(guò)電阻R2連接到電阻R3，電阻R3的另一側(cè)連接有電容C2和電阻R5后接地；電阻R7串聯(lián)在交流電的相線上，兩端分別連接電阻R6、R8，電阻R6、R8的另一側(cè)分別通過(guò)連接電容C5、C6后接地。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述的電能量計(jì)量模塊包括型號(hào)為AD71056的電能量計(jì)量芯片1]3，電阻1?9、1?10、1?11，電容(:13、(:14、(:15;其中電能量計(jì)量芯片1]3的￥00、1^?、30、31引腳連接到電源模塊提供的VDD電源，電能量計(jì)量芯片U3的REF引腳連接到電容C13和C14，電容C13和C14的另一側(cè)連接到的AGND引腳同時(shí)接地；電能量計(jì)量芯片U3的CF引腳連接到R10，RlO的另一側(cè)連接電阻R9，同時(shí)作為電能量計(jì)量模塊的輸出端，將信號(hào)輸出給信息傳遞模塊;電能量計(jì)量芯片U3的RCLKIN和SI引腳分別通過(guò)電阻RlI和電容C15接地。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述的信息傳遞模塊包括型號(hào)為CC2530的ZigBee芯片U4，型號(hào)為AT24C32的E2PR0M芯片U6，按鍵S1，晶振Y1、Y2，電阻R13，電容C10、C11、C24、C25、C26; ZigBee芯片U4的P1_0和P0_7引腳分別連接E2PR0M芯片U6的SCL和SDA引腳;ZigBee芯片U4的RST弓I腳連接有電容C26、按鍵SI和電阻Rl3，電阻Rl3的另一側(cè)連接到電源模塊提供的3V3電源;ZigBee芯片U4的p2_4/XCSC32K_Ql和p2_3/XCSC32K_Q2引腳連接到晶振Yl的兩側(cè)同時(shí)分別通過(guò)電容C10、C11接地，ZigBee芯片U4的XCSC_Q1和XCSC_Q2引腳連接到晶振Y2的兩側(cè)同時(shí)分別通過(guò)電容C24、C25接地。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):1、AD71056是一款高精度的電能量計(jì)量芯片，AD71056內(nèi)部電流通道經(jīng)過(guò)內(nèi)部相位矯正電路的處理，與電壓通道相位匹配，芯片內(nèi)部的高通濾波器能夠消除直流偏置，同時(shí)內(nèi)部還設(shè)計(jì)了精確的振蕩電路為其提供時(shí)鐘源，由于不需要外加晶體或諧振器，整個(gè)電路的成本都得到縮減;2、CC2530是用于2.4-GHzIEEE 802.15.4的ZigBee應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案，它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM和許多其它強(qiáng)大的功能，CC2530具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)，運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短進(jìn)一步確保了低能源消耗;3、AT24C32的E2PR0M是由美國(guó)Mcrochip公司出品，1-512K位的支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的串行CMOS的E2PR0M，可用電擦除，可編程自定時(shí)寫周期(包括自動(dòng)擦除時(shí)間不超過(guò)10ms，典型時(shí)間為5ms)的，串行E2PR0M—般具有兩種寫入方式，一種是字節(jié)寫入方式，還有另一種頁(yè)寫入方式。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0011]圖2是電源模塊原理圖；
[0012]圖3是電能量采集模塊和電能量計(jì)量模塊原理圖；
[0013]圖4是信息傳遞模塊原理圖；
[0014]圖5是顯示屏原理圖。
[0015]圖中，1、電能量采集模塊;2、電能量計(jì)量模塊;3、信息傳遞模塊;4、顯示屏;5、電源模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實(shí)用新型的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本實(shí)用新型的概念。
[0017]【具體實(shí)施方式】一:如圖1-5所示，包括電能量采集模塊1、電能量計(jì)量模塊2、信息傳遞模塊3、顯示屏4、電源模塊5;電能量采集模塊I連接到電能量計(jì)量模塊2，電能量計(jì)量模塊2的另一側(cè)連接到信息傳遞模塊3，信息傳遞模塊3的另一側(cè)連接到顯示屏4;電源模塊5連接有電能量采集模塊1、電能量計(jì)量模塊2、信息傳遞模塊3和顯示屏4;電源模塊5包括型號(hào)為L(zhǎng)M1117-5的電源芯片U1，型號(hào)為1^1117-3.3的電源芯片1]2，變壓器1'1，全橋整流電路01;變壓器Tl的副邊連接到全橋整流電路Dl的輸入端，全橋整流電路Dl的輸出端提供15V的電源VCC，同時(shí)連接到電源芯片Ul的輸入端Vin引腳；電源芯片Ul的輸出Vout引腳提供5V的電源VDD，同時(shí)連接到電源芯片U2的輸入Vin引腳；電源芯片U2的輸出Vout引腳提供3V3電源；電能量采集模塊1包括電阻1?1、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7、1?8，電容(:1工2、03工4、05工6;其中電容(:1和電阻R4連接交流電的零線后接地；電阻Rl連接到交流電的相線上，另一端通過(guò)電阻R2連接到電阻R3，電阻R3的另一側(cè)連接有電容C2和電阻R5后接地；電阻R7串聯(lián)在交流電的相線上，兩端分別連接電阻R6、R8，電阻R6、R8的另一側(cè)分別通過(guò)連接電容C5、C6后接地；電能量計(jì)量模塊2包括型號(hào)為六071056的電能量計(jì)量芯片1]3，電阻1?9、1?10、1?11，電容(:13、(:14、(:15;其中電能量計(jì)量芯片U3的VDD、REF、S0、S1引腳連接到電源模塊5提供的VDD電源，電能量計(jì)量芯片U3的REF引腳連接到電容C13和C14，電容C13和C14的另一側(cè)連接到的AGND引腳同時(shí)接地；電能量計(jì)量芯片U3的CF引腳連接到R10，R10的另一側(cè)連接電阻R9，同時(shí)作為電能量計(jì)量模塊2的輸出端，將信號(hào)輸出給信息傳遞模塊3;電能量計(jì)量芯片U3的RCLKIN和SI引腳分別通過(guò)電阻Rl I和電容C15接地;信息傳遞模塊3包括型號(hào)為CC2530的ZigBee芯片U4，型號(hào)為AT24C32的E2PR0M芯片U6，按鍵Sl，晶振Yl、Y2，電阻R13，電容C10、Cll、C24、C25、C26;ZigBee芯片U4的P1_0和P0_7引腳分別連接E2PR0M芯片U6的SCL和SDA引腳;ZigBee芯片U4的RST弓丨腳連接有電容C26、按鍵SI和電阻R13，電阻R13的另一側(cè)連接到電源模塊5提供的3V3電源；ZigBee芯片U4的p2_4/XCSC32K_Ql和p2_3/XCSC32K_Q2引腳連接到晶振Yl的兩側(cè)同時(shí)分別通過(guò)電容C10、C11接地，ZigBee芯片U4的XCSC_Q1和XCSC_Q2引腳連接到晶振Y2的兩側(cè)同時(shí)分別通過(guò)電容C24、C25接地。
[0018]圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，電能量采集模塊I從電網(wǎng)上采集到電能量之后，將采集到的數(shù)據(jù)送入電能量計(jì)量模塊2，電能量計(jì)量模塊2計(jì)算之后，將數(shù)據(jù)送入信息傳遞模塊3，信息傳遞模塊3通過(guò)ZigBee的無(wú)線通信技術(shù)將信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)，同時(shí)數(shù)據(jù)也在顯示屏4上實(shí)時(shí)顯示，電源模塊5用來(lái)給電能量采集模塊1、電能量計(jì)量模塊2、信息傳遞模塊3和顯示屏4供電。
[0019]圖2為電源模塊5原理圖，電源模塊5采用了LM1117-5的電源芯片Ul，型號(hào)為L(zhǎng)Ml 117-3.3的電源芯片U2，變壓器TI，全橋整流電路DI;變壓器TI的副邊連接到全橋整流電路DI的輸入端，全橋整流電路DI的輸出端提供15V的電源VCC，同時(shí)連接到電源芯片UI的輸入端Vin引腳；電源芯片Ul的輸出Vout引腳提供5V的電源VDD，同時(shí)連接到電源芯片U2的輸入Viη引腳；電源芯片U2的輸出Vout引腳提供3V3電源。
[0020]圖3為電能量采集模塊I和電能量計(jì)量模塊2原理圖，電能量計(jì)量芯片U3的V2P、V2N引腳用于取電網(wǎng)兩相間電壓值，VIP與VlN用于取電網(wǎng)火線電流值，所得的都是與電流或電壓成比例的電壓值，經(jīng)過(guò)電能量計(jì)量芯片U3對(duì)電流和電壓采樣通道的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，形成數(shù)字信號(hào)；之后電流通道經(jīng)過(guò)相位校正，使電流電壓相位匹配，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高通濾波，濾掉直流分量;此時(shí)，經(jīng)過(guò)處理的電壓電流信號(hào)再進(jìn)行乘法運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果就是用戶電路的瞬時(shí)功率;之后再對(duì)瞬時(shí)功率進(jìn)行濾波，獲得了用戶電路的平均有功功率;平均有功功率經(jīng)轉(zhuǎn)換后即得到與有功功率成正比的頻率信號(hào)；芯片的Fl和F2引腳，輸出的是與平均有功功率成正比的低頻率脈沖，而CF腳輸出的則是與瞬時(shí)有功功率成TE比的脈沖。[0021 ]圖4為信息傳遞模塊3原理圖，信息傳遞模塊3作為測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送、控制命令接收部分時(shí)，需要用到圖中的AT24C32芯片，以防止停電后CC2530芯片內(nèi)儲(chǔ)存的用戶數(shù)據(jù)丟失，當(dāng)系統(tǒng)停電時(shí)，將觸發(fā)CC2530芯片的內(nèi)部中斷，CC2530芯片將把儲(chǔ)存的全部用戶數(shù)據(jù)寫入24C02中，電力供應(yīng)恢復(fù)后，則從AT24C32讀取保存的數(shù)據(jù)。
[0022]圖5為顯示屏4原理圖，在目前的微小型系統(tǒng)中顯示屏4已作為一個(gè)必不可少的部分和發(fā)展趨勢(shì)，本設(shè)計(jì)使用了型號(hào)為JMl 2864的IXD顯示屏，通過(guò)串行接口控制。
[0023]本方案通過(guò)采用了先進(jìn)電能量采集芯片作為電能量采集模塊I的技術(shù)方法，達(dá)到了可以精準(zhǔn)采集電能量數(shù)據(jù)的技術(shù)效果;采用了 ZigBee無(wú)線傳感通信的技術(shù)方法，達(dá)到了可以實(shí)現(xiàn)電能量遠(yuǎn)程檢測(cè)的技術(shù)效果;采用了將數(shù)據(jù)最終接入以太網(wǎng)的方法，達(dá)到了便于電力工作人員進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)電能量計(jì)量系統(tǒng)智能化的技術(shù)效果。
[0024]應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型的上述【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用于示例性說(shuō)明或解釋本實(shí)用新型的原理，而不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。因此，在不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下所做的任何修改、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)。此外，本實(shí)用新型所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于無(wú)線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于:包括電能量采集模塊(I)、電能量計(jì)量模塊(2)、信息傳遞模塊(3)、顯示屏(4)、電源模塊(5);電能量采集模塊(I)連接到電能量計(jì)量模塊(2)，電能量計(jì)量模塊(2)的另一側(cè)連接到信息傳遞模塊(3)，信息傳遞模塊(3)的另一側(cè)連接到顯示屏(4);電源模塊(5)連接有電能量采集模塊(I)、電能量計(jì)量模塊(2)、信息傳遞模塊(3)和顯示屏(4);電源模塊(5)包括型號(hào)為L(zhǎng)M1117-5的電源芯片U1，型號(hào)為L(zhǎng)M1117-3.3的電源芯片U2，變壓器Tl，全橋整流電路Dl;變壓器Tl的副邊連接到全橋整流電路Dl的輸入端，全橋整流電路Dl的輸出端提供15V的電源VCC，同時(shí)連接到電源芯片Ul的輸入端Vin引腳；電源芯片Ul的輸出Vout引腳提供5V的電源VDD，同時(shí)連接到電源芯片U2的輸入Viη引腳；電源芯片U2的輸出Vout引腳提供3V3電源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于:電能量采集模塊(1)包括電阻1?1、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7、1?8，電容(:1丄2、03丄4、05丄6;其中電容(:1和電阻R4連接交流電的零線后接地；電阻Rl連接到交流電的相線上，另一端通過(guò)電阻R2連接到電阻R3，電阻R3的另一側(cè)連接有電容C2和電阻R5后接地；電阻R7串聯(lián)在交流電的相線上，兩端分別連接電阻R6、R8，電阻R6、R8的另一側(cè)分別通過(guò)連接電容C5、C6后接地。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于:電能量計(jì)量模塊(2)包括型號(hào)為六071056的電能量計(jì)量芯片1]3，電阻1?9、1?10、1?11，電容(:13、(:14、C15;其中電能量計(jì)量芯片U3的VDD、REF、S0、S1引腳連接到電源模塊(5)提供的VDD電源，電能量計(jì)量芯片U3的REF引腳連接到電容C13和C14，電容C13和C14的另一側(cè)連接到的AGND引腳同時(shí)接地；電能量計(jì)量芯片U3的CF引腳連接到RlO，R10的另一側(cè)連接電阻R9，同時(shí)作為電能量計(jì)量模塊⑵的輸出端，將信號(hào)輸出給信息傳遞模塊(3);電能量計(jì)量芯片U3的RCLKIN和SI引腳分別通過(guò)電阻Rl I和電容C15接地。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線通信技術(shù)的電能量計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于:信息傳遞模塊(3)包括型號(hào)為CC2530的ZigBee芯片U4，型號(hào)為AT24C32的E2PR0M芯片U6，按鍵SI，晶振Y1、Y2，電阻R13，電容(:10、(:11、024、025、026;2丨8866芯片1]4的？1_0和?0_7引腳分別連接E2PR0M芯片U6的SCL和SDA引腳;ZigBee芯片U4的RST引腳連接有電容C26、按鍵SI和電阻R13，電阻R13的另一側(cè)連接到電源模塊(5)提供的3V3電源;ZigBee芯片U4的p2_4/XCSC32K_Ql和p2_3/XCSC32K_Q2引腳連接到晶振Yl的兩側(cè)同時(shí)分別通過(guò)電容C10、C11接地，ZigBee芯片U4的XCSC_Q1和XCSC_Q2引腳連接到晶振Y2的兩側(cè)同時(shí)分別通過(guò)電容C24、C25接地。
【文檔編號(hào)】G01R22/10GK205581204SQ201620143287
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年2月26日
【發(fā)明人】高峰, 劉振亮, 康銳, 王善東, 姜燕, 韓花, 李玉娟, 張學(xué), 胡延超, 趙文, 張芳, 李洽, 郭清華, 王恩莉
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)山東省電力公司章丘市供電公司