CN201335851Y

CN201335851Y - 电表数据采集装置

Info

Publication number: CN201335851Y
Application number: CNU2009200382547U
Authority: CN
Inventors: 吴宝财; 吴晓龙; 朱兴银
Original assignee: NANJING LIANHONG AUTOMATIZATION SYSTEM ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: NANJING LIANHONG AUTOMATIZATION SYSTEM ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2019-01-20

Abstract

一种电表数据采集装置，它包括脉冲采样电路、RS485读表电路、Lonworks智能收发器模块、载波通信耦合电路和CPU，脉冲采样电路和RS485读表电路的数据信号输入端作为数据采集装置的信号输入接被采集数据的电表的对应信号输出端，脉冲采样电路和RS485读表电路的数据信号输出端接CPU的对应数据信号输入端，CPU的数据交换信号端接Lonworks智能收发器模块的数据交换信号端，Lonworks智能收发器模块的另一个数据交换信号端接载波通信耦合电路的数据交换信号端。本实用新型具有通信距离远、数据可靠和抗干扰能力强的优点。

Description

电表数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种数据采集装置，尤其是一种采用Lonworks技术的载波通信，通讯距离远、可靠性高的电表数据采集器，具体地说是一种电表数据采集装置。

背景技术

随着用电智能电表的普及以及一户一表抄表到户的推广，发展自动抄表技术是提高用电管理水平的需要，也是网络和计算机技术应用的必然趋势。为改变传统的人工抄表方式，实现对各行各业用电用户包括居民住宅用户电能表的电能数据进行自动采集即自动抄表，需要一种能自动采集即抄收多个电能表的电能计量数据的装置。这种数据采集装置将采集多个电能表的电量数据，存储并上传给上一级别的数据集中器。它涉及到对电能表的电能计量数据即电表的脉冲输出或485通信信号的采集，数据的处理与存储以及向上一级的通讯。

目前的这类电能表的电能计量数据采集装置，其通讯方式基本采用电力载波通讯。这种通讯方式利用已有电力线不需要铺设专用通讯线缆，投入少，施工简单，但是由于电力线负载十分复杂，对于电力载波通讯的影响也很复杂，通讯不可靠而且通讯距离短。因此，现有的电能表数据采集装置不能达到通信距离远、数据可靠、抗干扰能力强的要求，不能满足现有设备的使用需要。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的电能计量数据采集装置受电力载波通讯的影响大，通信不可靠而且通讯距离短的问题，提出一种通信距离远、数据可靠、抗干扰能力强的电表数据采集装置。

本实用新型的技术方案是：

一种电表数据采集装置，其特征是它包括脉冲采样电路、RS485读表电路、Lonworks智能收发器模块、载波通信耦合电路和CPU，脉冲采样电路和RS485读表电路的数据信号输入端作为数据采集装置的信号输入接被采集数据的电表的对应信号输出端，脉冲采样电路和RS485读表电路的数据信号输出端接CPU的对应数据信号输入端，CPU的数据交换信号端接Lonworks智能收发器模块的数据交换信号端，Lonworks智能收发器模块的另一个数据交换信号端接载波通信耦合电路的数据交换信号端，载波通信耦合电路的载波信号端通过市电电源的火线L、零线N与电表数据采集装置的后级数据集中器相连。

本实用新型还包括电源电路、掉电检测电路、红外线通讯电路、JTAG下载调试电路和实时时钟备电电路，电源电路为电表数据采集装置提供相应的工作电源，掉电检测电路作为电表数据采集装置的控制信号输入端接电表数据采集装置的电源电路的对应信号输出端，掉电检测电路的控制信号输出端接CPU的控制信号输入端，红外线通讯电路的数据信号端与外部红外线装置无线连接，红外线通讯电路的另一个数据信号端与CPU的对应数据信号端相连，JTAG下载调试电路的调试信号端与CPU的调试信号端相连，实时时钟备电电路的信号端与CPU的输入输出端相连。

本实用新型的脉冲采样电路包括电阻R400、R300、R200、电容C200、C300、二极管D200和光电耦合器U100，电阻R400的一端作为脉冲采样电路的信号输入端接被采集数据的电表的信号输出端，电表的另一个信号输出端接电表数据采集装置的电源电路的对应信号输出端，电阻R400的另一端通过并联电阻R300、二极管D200和电容C300接地，二极管D200的阴极接光电耦合器的信号输入端，光电耦合器的另一个信号输入端接地，光电耦合器的信号输出端通过并联电阻R200和电容C200接地，光电耦合器的信号输出端作为脉冲采样电路的输出接CPU的对应数据信号输入端。

本实用新型的RS485读表电路包括电阻R7、R8、R21-25，电容C13、光电耦合器U21、U23和RS485驱动芯片。

本实用新型的载波通信耦合电路包括由耦合变压器TR2、电容C36、电阻R77构成的高通滤波器、电容C35、二极管D9、D10、电感L7、L8和电阻RV1，电阻R77的两端作为载波通信耦合电路的交流电源信号输入接市电电源端的火线L、零线N，电阻R77的一端通过电容C36接变压器TR2的初级线圈一端，电阻R77的另一端接变压器TR2的初级线圈的另一端，变压器TR2的次级线圈并接电阻RV1，变压器TR2的次级线圈的一端接地，变压器TR2的次级线圈的接地端和非接地端分别接电感L7、L8的一端，电感L7的另一端与Lonworks智能收发器模块的对应信号端相连，电感L8的另一端通过电容C35和二极管D10接地，二极管D10的阴极与二极管D9的阳极相连，二极管D9的阴极与电源模块的对应信号输出端相连，二极管D10的阴极、D9的阳极和电容C35的连接点接Lonworks智能收发器模块的对应信号端。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型采用Lonworks电力载波技术，窄带双频即低压电力线双载波通讯，信号可以直接耦合在AC220V电力线即市电电源上传输，无需铺设专用电缆，节约了成本。

2、本实用新型的Lonworks智能收发器模块具有自动路由的功能，提高了通讯距离。

3、本实用新型同时支持脉冲抄表和485抄表两种接口，支持12路脉冲电表和32路485电表，能满足不同设备的通信需要。

4、本实用新型的CPU集成实时时钟RTC功能，可以支持4个分时段的计费。

5、本实用新型具有掉电保护电路，保证停电数据不丢失，在停电的状态下，备用锂电池可供RTC工作一个月以上。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的电路图之一。

图3是本实用新型的电路图之二。

图4是本实用新型的电路图之三。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种电表数据采集装置，它包括脉冲采样电路、RS485读表电路、Lonworks智能收发器模块(型号可为PL-3150)、载波通信耦合电路和CPU(型号可为Atmega128)，脉冲采样电路和RS485读表电路的数据信号输入端作为数据采集装置的信号输入接被采集数据的电表的对应信号输出端，脉冲采样电路和RS485读表电路的数据信号输出端接CPU的对应数据信号输入端，CPU的数据交换信号端接Lonworks智能收发器模块的数据交换信号端，Lonworks智能收发器模块的另一个数据交换信号端接载波通信耦合电路的数据交换信号端，载波通信耦合电路的载波信号端通过市电电源的火线L、零线N与电表数据采集装置的后级数据集中器相连。

如图2所示，本实用新型的脉冲采样电路包括电阻R400、R300、R200、电容C200、C300、二极管D200和光电耦合器U100，电阻R400的一端作为脉冲采样电路的信号输入端接被采集数据的电表的信号输出端，电表的另一个信号输出端接电表数据采集装置的电源电路的对应信号输出端，电阻R400的另一端通过并联电阻R300、二极管D200和电容C300接地，二极管D200的阴极接光电耦合器的信号输入端，光电耦合器的另一个信号输入端接地，光电耦合器的信号输出端通过并联电阻R200和电容C200接地，光电耦合器的信号输出端作为脉冲采样电路的输出接CPU的对应数据信号输入端。

如图2所示，本实用新型的RS485读表电路包括电阻R7、R8、R21-25，电容C13、光电耦合器U21、U23和RS485驱动芯片。

如图2所示，本实用新型的载波通信耦合电路包括由耦合变压器TR2、电容C36、电阻R77构成的高通滤波器、电容C35、二极管D9、D10、电感L7、L8和电阻RV1，电阻R77的两端作为载波通信耦合电路的交流电源信号输入接市电电源端的火线L、零线N，电阻R77的一端通过电容C36接变压器TR2的初级线圈一端，电阻R77的另一端接变压器TR2的初级线圈的另一端，变压器TR2的次级线圈并接电阻RV1，变压器TR2的次级线圈的一端接地，变压器TR2的次级线圈的接地端和非接地端分别接电感L7、L8的一端，电感L7的另一端与Lonworks智能收发器模块的对应信号端相连，电感L8的另一端通过电容C35和二极管D10接地，二极管D10的阴极与二极管D9的阳极相连，二极管D9的阴极与电源模块的对应信号输出端相连，二极管D10的阴极、D9的阳极和电容C35的连接点接Lonworks智能收发器模块的对应信号端。

LonWorks即现场总线是连接智能现场设备和自动化***的全数字、双向、多站的通信***。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制***之间的信息传递问题。LonWorks控制网络技术支持多种通信介质，本实用新型的通信模块采用LonWorks电力线通信和LonWorks双绞线通信；LonWorks控制网络技术是一种完整的、全开放的、互操作性强、可靠性高、成熟的分布式控制网络技术，LonWorks控制网络技术的核心是LonTalk通讯协议，该协议提供一整套完善的通信服务，使装置中的应用程序能在网上对其他装置发送和接收报文而无须知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能，所有采用LonWorks技术的产品都是遵循LonTalk通讯协议，可直接进行数据交换解决了不同厂家的产品类似RS485接口因需自编通信协议存在的差异性，同网开放、兼容、互操作性差的技术问题。

具体实施时：

本实用新型包括电源，脉冲采样电路，RS485读表电路，载波通信耦合电路，掉电检测电路，CPU、红外通讯电路、按键电路、电源指示和通讯指示电路。红外通讯连到CPU的串口。电源电路是提供装置运行的直流稳压源电路，采用的是变降压、整流、稳压、滤波的典型电路。每路脉冲信号通过端子引入到脉冲采样电路，再传到CPU(型号可为Atmega128)的IO口。RS485电表信号是通过端子引入到RS485读表电路，再传到CPU(型号可为Atmega128)的串口上。电力载波信号直接由AC220V电源线引入到载波通信耦合电路，再传到Lonworks智能收发器模块，Lonworks智能收发器模块再通过并口连到CPU的并口上。掉电检测电路通过对主板上电源的输出检测传到CPU外部中断引脚上。

Lonworks智能收发器模块是将一个Neuron处理器核心和一个电力线收发器集成在一起的单芯片***，内含一个高可靠性的窄带电力线收发器、一个用于运行应用程序和管理网络通信的8位神经元处理器核心、片外存储器、特有的双频调制即低压双载波特性可以在主频率被噪声阻塞后自动选择备用的第二个通信频率、低开销的前向纠错FEC算法即FEC始终是运行的，并且不会降低有效的数据速率。还包括数字信号处理、噪声消除以及失真校验算法即纠正了信号传输受到的各种阻碍，这包括瞬间噪声、连续音频噪声和相位失真、高输出、低失真外部放大器的设计可以输送1A/2A峰-峰值到低阻抗负载。

本实用新型嵌入式软件包括两个部分，即CPU上的功能程序和Lonworks智能收发器模块的网络通讯程序。功能程序烧写于CPU(型号可为ATmega128)芯片内部，负责脉冲的计数，读取485电表电量，掉电对电量的存储，以及对通过红外通讯串口和智能收发器模块发来的通讯命令进行解释等等的功能；Lonworks的网络通讯程序烧写于智能收发器模块中的存储器内，负责电力线的通讯。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1、一种电表数据采集装置，其特征是它包括脉冲采样电路、RS485读表电路、Lonworks智能收发器模块、载波通信耦合电路和CPU，脉冲采样电路和RS485读表电路的数据信号输入端作为数据采集装置的信号输入接被采集数据的电表的对应信号输出端，脉冲采样电路和RS485读表电路的数据信号输出端接CPU的对应数据信号输入端，CPU的数据交换信号端接Lonworks智能收发器模块的数据交换信号端，Lonworks智能收发器模块的另一个数据交换信号端接载波通信耦合电路的数据交换信号端，载波通信耦合电路的载波信号端通过市电电源的火线L、零线N与电表数据采集装置的后级数据集中器相连。

2、根据权利要求1所述的电表数据采集装置，其特征是它还包括电源电路、掉电检测电路、红外线通讯电路、JTAG下载调试电路和实时时钟备电电路，电源电路为电表数据采集装置提供相应的工作电源，掉电检测电路作为电表数据采集装置的控制信号输入端接电表数据采集装置的电源电路的对应信号输出端，掉电检测电路的控制信号输出端接CPU的控制信号输入端，红外线通讯电路的数据信号端与外部红外线装置无线连接，红外线通讯电路的另一个数据信号端与CPU的对应数据信号端相连，JTAG下载调试电路的调试信号端与CPU的调试信号端相连，实时时钟备电电路的信号端与CPU的输入输出端相连。

3、根据权利要求1所述的电表数据采集装置，其特征是所述的脉冲采样电路包括电阻R400、R300、R200、电容C200、C300、二极管D200和光电耦合器U100，电阻R400的一端作为脉冲采样电路的信号输入端接被采集数据的电表的信号输出端，电表的另一个信号输出端接电表数据采集装置的电源电路的对应信号输出端，电阻R400的另一端通过并联电阻R300、二极管D200和电容C300接地，二极管D200的阴极接光电耦合器的信号输入端，光电耦合器的另一个信号输入端接地，光电耦合器的信号输出端通过并联电阻R200和电容C200接地，光电耦合器的信号输出端作为脉冲采样电路的输出接CPU的对应数据信号输入端。

4、根据权利要求1所述的电表数据采集装置，其特征是所述的RS485读表电路包括电阻R7、R8、R21-25，电容C13、光电耦合器U21、U23和RS485驱动芯片。

5、根据权利要求1所述的电表数据采集装置，其特征是所述的载波通信耦合电路包括由耦合变压器TR2、电容C36、电阻R77构成的高通滤波器、电容C35、二极管D9、D10、电感L7、L8和电阻RV1，电阻R77的两端作为载波通信耦合电路的交流电源信号输入接市电电源端的火线L、零线N，电阻R77的一端通过电容C36接变压器TR2的初级线圈一端，电阻R77的另一端接变压器TR2的初级线圈的另一端，变压器TR2的次级线圈并接电阻RV1，变压器TR2的次级线圈的一端接地，变压器TR2的次级线圈的接地端和非接地端分别接电感L7、L8的一端，电感L7的另一端与Lonworks智能收发器模块的对应信号端相连，电感L8的另一端通过电容C35和二极管D10接地，二极管D10的阴极与二极管D9的阳极相连，二极管D9的阴极与电源模块的对应信号输出端相连，二极管D10的阴极、D9的阳极和电容C35的连接点接Lonworks智能收发器模块的对应信号端。