CN207457341U - 三相四线rf智能电表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的三相四线RF智能电表，属于智能电表领域，包括电表主控芯片，与所述电表主控芯片电连接的A路计量模块、B路计量模块、C路计量模块、RF通讯模块，还包括连接在所述电表主控芯片上的LCD显示模块、掉电检测模块、数据存储模块、脉冲输出管理模块，以及与A路计量模块、B路计量模块、C路计量模块、电表主控芯片电连接用于供电的电源模块。通过使用集成多种功能的芯片，采用合体的设计方案，简化了三相四线RF智能电能表的结构，同时提高了三相四线RF智能电能表的可靠性。

Description

三相四线RF智能电表

技术领域

本实用新型属于智能电表领域，特别涉及三相四线RF智能电表。

背景技术

当前，RF（Radio Frequency，射频）通讯的分立设计方案的电能表一般采用微控制器单元（micro control unit，MCU）加计量芯片、加独立的RF通讯模块等组成。其中独立的RF通讯模块一般由RF芯片和一款单独的小容量MCU来组成，其中控制RF芯片由小容量的MCU来完成，同主的MCU只是做为串口来用，数据的传输都是透明传输。随着智能电网的发展，电能表市场进一步提升智能电表的性能要求，而成本的要求越来越高，现有的分立设计已经无法满足新型智能电表的需求。很明显，电能表的现有分立设计方案存在成本高、硬件电路复杂、可靠性差的缺陷。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型提供了一款成本低、电路简单可靠、通讯距离远、功耗低的三相四线RF智能电能表。

为了达到上述技术目的，本实用新型提供了三相四线RF智能电能表，所述三相四线RF智能电能表，包括：电表主控芯片，与所述电表主控芯片电连接的A路计量模块、B路计量模块、C路计量模块、 RF通讯模块，还包括连接在所述电表主控芯片上的LCD显示模块、掉电检测模块、数据存储模块、脉冲输出管理模块，以及与A路计量模块、B路计量模块、C路计量模块、电表主控芯片电连接用于供电的电源模块。

可选的，所述表计主控芯片为HT6015芯片。

可选的，所述的A路计量模块，B路计量模块，C路计量模块采用的是单相计量芯片RN8207C。

可选的，所述的RF通讯模块采用的是无限收发芯片SX1276。

可选的，所述的RF通讯模块同电表主控芯片是通过GPIO口通讯的。

可选的，所述A路计量模块、B路计量模块、C路计量模块均包括电压采样电路和电流采样电路。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：通过使用集成多种功能的芯片，采用合体的设计方案，简化了三相四线RF智能电能表的结构，提高了其可靠性，同时，具有功耗低、无线传输距离远的特点，在RF***的组网过程中，起到了很关键的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的三相四线RF智能电表的结构示意图；

图2是本实用新型提供的电压采样电路的结构示意图；

图3是本实用新型提供的电流采样电路的结构示意图；

图4是本实用新型提供的RF通讯GPIO电路的结构示意图；

图5是本实用新型提供的通讯处理流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的结构作进一步地描述。

本实用新型提供了一种三相四线RF智能电表，如图1所示，所述三相四线RF智能电表，包括：电表主控芯片，与所述电表主控芯片电连接的A路计量模块、B路计量模块、C路计量模块、 RF通讯模块，还包括连接在所述电表主控芯片上的LCD显示模块、掉电检测模块、数据存储模块、脉冲输出管理模块，以及与A路计量模块、B路计量模块、C路计量模块、电表主控芯片电连接用于供电的电源模块。

在实施中，所述的A路计量模块，B路计量模块，C路计量模块，是通过串口总线通讯的方式同电表主控芯片通讯，把计量的数据传给电表主控芯片。脉冲输出管理模块，对需要输出的有功和无功脉冲进行输出的管理。LCD显示模块，显示客户需要的不同信息。掉电检测模块对电表的掉电进行检测和事件的管理。所述的数据存储模块包括铁电芯片和EEPROM是存储模块，对电量，事件等数据进行管理。最重要的模块是RF模块，它作为集成抄表***最重要的模块，实现同低功耗广域物联网（LPWAN）上的设备进行通信及交互功能的要求。RF的通信模块同CPU之间通过GPIO口通讯。

所述的电表主控芯片为HT6015芯片，配合相应的RF通讯功能模块完成数据的传输等功能。HT6X1X系列是多功能、高性能、低功耗单相智能电表专用128K的MCU芯片，内部集成了Cortex-M0处理器、时钟管理、电源管理、硬件自动温度补偿RTC、PLL、高频RC、低频RC、LCD驱动等单元，以及NVIC和DEBUG调试功能。其中，支持每秒补偿机制的RTC单元，芯片以32.768KHz晶振时钟源作为RTC时钟源，通过芯片内部集成的时钟自动数字补偿单元，协助用户在无需其软件参与的情况下，实现RTC的自动补偿。

所述的A路计量模块，B路计量模块，C路计量模块采用的是单相计量芯片RN8207C，该芯片的功能： 1）RN8207C能够测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量，并能提供电流有效值、电压有效值、线频率、过零中断等，可以实现灵活的防窃电方案。2）RN8207C支持全数字的增益、相位和offset校正。有功电能脉冲从PF管脚输出。无功电能脉冲可通过中断口经软件处理后输出。3）RN8207C 提供串行接口UART，固定波特率4800，管脚复位与UART输入引脚RX 复用。4）RN8207C 内部的电源监控电路可以保证上电和断电时芯片的可靠工作。

所述的RF通讯模块采用的是无限收发芯片SX1276，该收发器主要采用LoRa远程调制解调器，用于超长距离扩频通信，抗干扰性强，能够最大限度降低电流消耗。 借助升特的LoRaTM专利调制技术，SX1276/77/78采用低成本的晶体和物料即可获得超过-148dBm的高灵敏度。此外，高灵敏度与 20dBm功率放大器的集成使这些器件的链路预算达到了行业领先水平，成为远距离传输和对可靠性要求极高的应用的最佳选择。相较传统调制技术，LoRaTM调制技术在抗阻塞和选择性方面也具有明显优势，解决了传统设计方案无法同时兼顾距离、抗干扰和功耗的问题。这些器件还支持WM-Bus和IEEE802.15.4g等***的高性能(G)FSK模式。与同类器件相比，SX1276/77/78在大幅降低电流消耗的基础上，还显著优化了相位噪声、选择性、接收机线性度、三阶输入截取点（IIP3）等各项性能。

该三相四线RF智能电表功能主要分为显示、计量、通讯等部分。电压、电流信号经采样电路输入到主控芯片，通过数学的相应计算求出功率因数、电流、频率、需量、电压等参数，通过RF通讯接口与外部通讯，同时记录事件信息和电量数据并进行人机交互的互动等。下面对主要的功能电路单元进行详细的说明。

所述的A路计量模块，B路计量模块，C路计量模块分别包括电压采样电路和电流采样电路。

所述的电压采样电路如图2所示，UA路电压通过电阻分压网络降压和电阻电容（Resistor-capacitor，RC）低通滤波器电路输入到计量芯片。电压采样电路中，电阻R40，R41，R42，R46，R47，R48，R49，R50是电压分压电阻，在电阻R51和R66两端产生与输入外部电压成比例减小的低电压信号，由于计量芯片模拟AD输入电压幅值不能超过750mV，电阻的设计取值必须是外部信号降低到模拟数字转换（输入范围以内。然后电压分压信号经过由R51，R66，C34，C42组成的RC网络进行抗混叠滤波以滤除干扰信号，最后通过计量芯片的串口输入到主控制芯片。UB，UC路的电压采样电路同理可以得到电压差分信号到计量芯片的串口口，再到主控制芯片。

所述的电流采样电路如图3所示，包括： A路电流通过电流互感器（CurrentTransformer ，CT）、负载电阻和RC低通滤波电路输入到计量芯片。电流信号通过电流互感器CT到电流采样电路中，其中电阻R16和R34是电流互感器的负载电阻，用于将互感器次级线圈的电流转换为电压信号，同时将信号调整到ADC输入范围。电流取样信号经RC低通滤波电路滤波后输入到计量芯片的差分引脚。B路、C路的电流采样电路也同理可得。

所述的RF通讯模块同电表主控芯片是通过GPIO口通讯的，所述RF通讯GPIO口电路如图4所示，包括连接HT6015芯片与SX1276之间的限流电阻R18、R19、R20、R69、R70，以及复位电路，所述的复位电路由连接HT6015芯片与SX1276之间的电阻R5，与电阻R5连接的电阻R6和电容C68组成，所述的电阻R6另一端与3.6V电源连接，所述的电容C68另一端接地；其中RF_SCLK为HT6015和SX1276的端管脚。

具体接口定义如下表所示：

为了更好的发挥模块的性能，模块电源电压最好使用推荐值3.3V, 模块各引脚电压不能超过3.9V，否则会造成模块永久损坏。模块上电前，除电源引脚外，确保其他引脚电压不要超过(VDD+0.3),否则模块不能正常启动。电源具体要求如下：

1)电压精度：优于9%，即模块工作时，电压不要低于3.0V，否则射频输出功率会减小；

2)电源电流：模块发射瞬间尖峰电流<30mA，但时间很短。所以电源电流容量至少有30mA输出能力，如果电源功率确实受限，可以在模块电源近端多放置大容量电容，以提高电源稳定性；

3)电源纹波：<100mV；纹波太大将会影响通信效果；

4)电源类型：电源最好使用线性稳压电源，如果使用开关电源，请注意滤波，确保电压精度和纹波值达到要求。

该三相四线RF智能电表GPIO口的RF通讯处理流程如图5所示。

通讯处理流程如图5所示。

首先，启动后检测GPIO口发送数据是否结束，如果结束，GPIO口初始化通讯数据允许处理时间赋初值，反之，直接判断接收数据是否超时或没有发送数据；

其次，判断接收数据是否超时而且没有发送数据，如果是，接收开始标志清零、接收延时标志清零、接收结束置位，反之，直接判断GPIO口接收是否结束；

再次，判断GPIO口接收是否结束，如果是，关GPIO口中断，然后对通讯数据处理时间赋初值，并按IEC规约通讯数据处理解析，反之，直接结束流程；

最后，判断通讯数据允许处理时间是否到达，如果是，将GPIO口初始化，然后结束流程，如果否，直接结束流程。

所述LCD显示模块选用的是BL55077A芯片，所述的HT6015同BL55077A之间通过I2C总线进行通讯。

所述的三相四线RF智能电表时钟单元是采用HT6015集成的硬件RTC模块实现时钟日历功能。

本实用新型提出的三相四线RF智能电表，具有功耗低、无线传输距离远的特点，在RF***的组网过程中，起到了很关键的作用。可以用于商业计量，其可以测试无功电能、有功电能，电压，电流，功率，频率等实时电量数据，并且测量精度满足IEC62053-21 1级三相电能表的技术规范要求。通过使用集成多种功能的芯片，简化了智能电表的结构，同时提高了智能电表的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.三相四线RF智能电表，其特征在于，所述的三相四线RF智能电表，包括：电表主控芯片，与所述电表主控芯片电连接的A路计量模块、B路计量模块、C路计量模块、 RF通讯模块，还包括连接在所述电表主控芯片上的LCD显示模块、掉电检测模块、数据存储模块、脉冲输出管理模块，以及与A路计量模块、B路计量模块、C路计量模块、电表主控芯片电连接用于供电的电源模块，所述的主控芯片为HT6015芯片，所述的A路计量模块，B路计量模块，C路计量模块采用的是单相计量芯片RN8207C，所述的RF通讯模块采用的是无限收发芯片SX1276，所述的RF通讯模块同电表主控芯片是通过GPIO口通讯的，所述A路计量模块、B路计量模块、C路计量模块均包括电压采样电路和电流采样电路。

2.根据权利要求1所述的三相四线RF智能电表，其特征在于，所述的RF通讯模块同电表主控芯片通过GPIO口通讯的电路为RF通讯GPIO口电路，所述的RF通讯GPIO口电路包括连接HT6015芯片与SX1276之间的限流电阻R18、R19、R20、R69、R70，以及复位电路，所述的复位电路由连接HT6015芯片与SX1276之间的电阻R5，与电阻R5连接的电阻R6和电容C68组成，所述的电阻R6另一端与3.6V电源连接，所述的电容C68另一端接地，其中RF_SCLK为HT6015和SX1276的端管脚。

3.根据权利要求1所述的三相四线RF智能电表，其特征在于，所述的电压采样电路包括分压电阻R40，R41，R42，R46，R47，R48，R49，R50以及由R51，R66，C34，C42组成的RC网络。

4.根据权利要求1所述的三相四线RF智能电表，其特征在于，所述的电流采样电路包括电流通过电流互感器、负载电阻和RC低通滤波电路，所述的负载电阻为R16和R34，所述的RC低通滤波电路由R8，R36，C25，C27组成。