CN108918960A - 一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表，包括具有计量功能的计量模块和具有管理功能的管理模块，计量模块和管理模块分别独立设置且电气隔离。它实现了计量模块与管理模块的完全结构与电气隔离，消除了两个模块间的电气干扰影响；计量模块与管理模块可以独立生产，可大幅提升生产效率；计量模块与管理模块可以多类型的互相搭配，形成多种型号规格需求，提高了模块的通用性，降低了综合成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于电能计量领域的智能电能表。
背景技术
我国自2009年开始推广智能电能表以来，智能电能表的技术和应用得到了快速发展，但随着社会的发展，特别是国家开放售电市场以来，智能电能表需要根据每种应用需求进行升级，但现有的智能电能表是不允许升级的。而与此同时，国际法制计量组织OIML正在出台新的IR46标准，中国作为其成员国，也在积极研究满足该标准的电能表，比如国家电网公司推出了智能电能表2.0概念，将计量和管理分别用独立的MCU即***电路来实现，称为计量芯和管理芯，其中计量芯完成基本的计量功能，不允许升级，而管理芯则允许升级以满足不同客户的应用需要。
但是计量芯和管理芯仅仅是功能模块上的分离，在结构上并没有分离，也就是说还是在同一块电路板上或在同一个表壳内，看似进行了分离，但在电路间仍然存在相互干扰问题，管理芯的故障、硬件升级仍然要整个电能表更换，而且在生产方面，计量芯和管理芯已经功能分开但仍不能单独生产，而计量芯要进行计量调校工序，消耗的时间长，管理芯则无需调校，生产工序少，消耗时间短，不能单独生产，这样就产生了需要变更多但生产时间短的管理芯与需要变更少而生产时间长的计量芯要同步做，生产效率低。
发明内容
为了克服现有技术中上述不足，本发明提供一种计量芯和管理芯在电路与结构上完全隔离的智能电能表。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表，其特征在于：包括具有计量功能的计量模块和具有管理功能的管理模块，所述的计量模块和管理模块分别独立设置且电气隔离。
作为优选，管理模块由计量模块通过无线电能传输方式提供工作电源。
作为优选，计量模块内设置无线电能传输发射电路和无线通信电路A，管理模块内设置用于接收计量模块内的无线电能传输发射电路发射的电能的无线电能传输的接收电路和与计量模块内的无线通信电路A进行通信的无线通信电路B。
作为优选，计量模块是一个由外壳密闭的电路模块，外壳上设置接线端子，所述的计量模块还包括电压电流采样电路、计量芯片、MCU、存贮器、时钟芯片、继电器及控制电路、LED灯、RS485通讯接口。
作为优选，计量芯片、MCU、存贮器、时钟芯片部分由集成的SOC专用芯片代替。
作为优选，管理模块也包括有MCU、存贮器，还包括显示器、远程通信模块，所述的管理模块也由外壳封装。
作为优选，无线通信电路A和无线通信电路B选用高速近红外通信电路，所述的计量模块、管理模块的外壳上分别设置用于红外通信的透明窗口。
作为优选，计量模块、管理模块采用凹凸互补结构相互锁紧。
作为优选，无线通信电路B反馈无线电能传输接收电路的谐振幅值给无线通信电路A，无线电能传输的发射电路的振荡频率根据无线电能传输接收电路的谐振幅值来调整。
计量模块是一个不具备显示功能的多功能型电能表，包含了电压电流采样电路、计量芯片、MCU、存贮器、时钟芯片、继电器及控制电路、LED灯、RS485通讯、无线电能传输的发射电路、高速近红外通信电路、以及外壳和接线端子，计量模块可通过铅封螺钉密封或通过超声波焊接密封，是一个密闭的电路模块。计量芯片、MCU、存贮器、时钟芯片等部分也可以由集成的SOC专用芯片代替。
管理模块是一个具有远程升级功能的电能管理模块，包含了MCU、存贮器、无线电能传输的接收电路、高速近红外通信电路、液晶显示器、远程通信模块、外壳等组成。
计量模块与管理模块分别独立设置，在结构与电气上实现了完全隔离。机构独立后，计量模块与管理模块采用凹凸互补方式，两者本身分别通过外壳进行密封，并凹凸互补，相互套紧后通过铅封螺钉固定并防拆。
电气隔离后，计量模块与管理模块在电能上采用无线电能传输技术，即计量模块有一个无线电能传输的发射电路，管理模块有一个无线电能传输的接收电路，当两个模块在装配好时，管理模块的无线电能传输的接收电路会与计量模块的无线电能传输的发射电路共振，从而获得电能，给管理模块供电。计量模块与管理模块在通信上采用高速近红外通信技术来实现通信工作，实现计量模块与管理模块的数据交互，计量模块与管理模块在外壳上分别设置透明窗口，用于高速近红外通信。管理模块设置有远程通信模块，用于远程通信，方便管理模块的升级，以满足电网的不断发展需求。
在上电时，计量模块会与管理模块通信，读取管理模块的无线电能传输接收电路的谐振幅值，并根据此值调整无线电能传输发射电路谐振频率，使得无线电能传输效率达到最高。
本发明的优点在于：1、它实现了计量模块与管理模块的完全结构与电气隔离，消除了两个模块间的电气干扰影响；2、计量模块与管理模块可以独立生产，可大幅提升生产效率；3、计量模块与管理模块可以多类型的互相搭配，形成多种型号规格需求，提高了模块的通用性，降低了综合成本。
附图说明
图1是本发明的计量模块的电路结构功能框图。
图2是本发明的管理模块的电路结构功能框图。
图3是本发明的装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对发明作进一步详细说明。
如图1、2、3所示，一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表，包括具有计量功能的计量模,1和具有管理功能的管理模块2，计量模块和管理模块分别独立设置且电气隔离。计量模块与管理模块分别采用外壳密封，并且采用一凹一凸的互补结构，在两个模块套紧后，通过铅封螺钉锁紧，两个模块就形成一个整体，利用铅封的保护来防拆。
如图3所示，是以计量模块设置为凹槽式，其设置有凹槽3，而管理模块设置凸块式的结构，其设置有凸块4，当然也可以反过来计量模块设置成凸块式，管理模块设置成凹槽式。
计量模块是一个不具备显示功能的多功能型电能表，如图1所示，是其功能框图，它包含了电压电流采样电路101、计量芯片102、MCU 103、存贮器104、时钟芯片105、继电器及控制电路106、LED灯107、RS485通讯接口108、无线电能传输发射电路109、高速近红外通信电路A110、以及外壳和接线端子。计量模块1可通过螺钉固定密封或通过超声波焊接密封，是一个密闭的电子模块。计量模块1的内部功能部件可以进一步集抄，如计量芯片102、MCU 103、存贮器104、时钟芯片105可以集成为一个专用SOC芯片。
管理模块2是一个具有远程升级功能的电能管理模块，包含了MCU 201、存贮器202、无线电能传输的接收电路203、高速近红外通信电路B204、液晶显示器205、远程通信模块206等。
由于计量模块1设置有无线电能传输的发射电路109，管理模块2设置有无线电能传输接收电路203，当两个模块在装配好时，管理模块的无线电能传输接收电路203会与计量模块的无线电能传输发射电路109共振，从而获得电能，给管理模块2供电。因为两个模块组合后的距离非常近，无线电能传输的效率非常高。按照国家电网标准，一只单相智能电能表在通信模块不工作时的功耗不超过1W，实际批量产品能做到不超过0.4W，对于管理模块302其功耗不超过智能电表整机功耗的一半，考虑到一定的余量和通信模块的工作时的最大允许的2W功耗，无线电能传输功率需求不超过2.5W，对无线电能传输电路的要求不高。故本申请中，可以采用此种磁场耦合式电能传输。
计量模块1的MCU 103可通过分频产生占空比可调的无线电能传输用的谐振频率，并控制无线电能传输发射电路109，在上电时，计量模块1会与管理模块2通信，读取管理模块2的无线电能传输接收电路203的谐振幅值，并根据此值调整谐振频率，使无线电能传输效率达到最高，同时也可以调整谐振频率的占空比，当管理模块2处于低功耗工作时，降低传输功率。
为了保证计量模块1与管理模块2的密封性能，两个模块之间采用高速近红外进行通信，双方无电气接触，实现电气隔离。为了实现高速近红外通信，计量模块1包含有一个高速近红外通信电路A110，管理模块2也包含一个高速近红外通信电路B204，在计量模块1和管理模块2的凹凸结构对应的部位，都有一个用聚碳酸酯（PC）材料的做的透明窗，通过超声波或胶水密封固定，透明窗用于高速近红外通信。
本发明的优点在于：1、它实现了计量模块与管理模块的完全结构与电气隔离，消除了两个模块间的电气干扰影响；2、计量模块与管理模块可以独立生产，可大幅提升生产效率；3、计量模块与管理模块可以多类型的互相搭配，形成多种型号规格需求，提高了模块的通用性，降低了综合成本。
Claims (8)
1.一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表，其特征在于：包括具有计量功能的计量模块和具有管理功能的管理模块，所述的计量模块和管理模块分别独立设置且电气隔离。
2.根据权利要求1所述的一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表，其特征在于：所述的管理模块由计量模块通过无线电能传输方式提供工作电源。
3.根据权利要求2所述的一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表，其特征在于：所述的计量模块内设置无线电能传输发射电路和无线通信电路A，管理模块内设置用于接收计量模块内的无线电能传输发射电路发射的电能的无线电能传输的接收电路和与计量模块内的无线通信电路A进行通信的无线通信电路B。
4.根据权利要求3所述的一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表，其特征在于：所述的计量模块是一个由外壳密闭的电路模块，外壳上设置接线端子，所述的计量模块还包括电压电流采样电路、计量芯片、MCU、存贮器、时钟芯片、继电器及控制电路、LED灯、RS485通讯接口。
5.根据权利要求3或4所述的一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表，其特征在于：所述的管理模块还包括有MCU、存贮器，还包括显示器、远程通信模块，所述的管理模块也由外壳封装。
6.根据权利要求5所述的一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表，其特征在于：所述的无线通信电路A和无线通信电路B选用高速近红外通信电路，所述的计量模块、管理模块的外壳上分别设置用于红外通信的透明窗口。
7.根据权利要求6所述的一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表，其特征在于：所述的计量模块、管理模块采用凹凸互补结构相互锁紧。
8.根据权利要求3所述的一种计量与管理功能完全隔离的智能电能表，其特征在于：所述的无线通信电路B反馈无线电能传输接收电路的谐振幅值给无线通信电路A，无线电能传输的发射电路的振荡频率根据无线电能传输接收电路的谐振幅值来调整。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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