CN212301660U - 一种单相安规电表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单相安规电表，其应用于单相电路***中，该单相电路***包括一零线以及一火线，该单相安规电表包括一面板以及一底板，所述面板包括一MCU主控芯片，以及分别与该MCU主控芯片连接的一通信模块、一存储模块、一报警模块、一显示模块，所述底板包括分别与所述MCU主控芯片连接的一开关电源模块、一计量芯片、一剩余电流互感器、一磁保持继电器，以及与所述计量芯片连接的一电流互感器，所述剩余电流互感器套接在所述零线以及火线上以检测电路***的漏电流，所述电流互感器套接在所述火线上以采集电路***的电流数据，所述磁保持继电器连接在所述火线上实现单相电路接通和切断。

Description

一种单相安规电表

技术领域

本实用新型涉及电表技术领域，尤其涉及一种单相安规电表。

背景技术

随着旧机械式电表的老化，其精度越来越低，频繁更换导致成本上升。故需要更高精度、更长寿命、更智能的智能电子电表。目前随着政府承诺执行国际法定计量组织的IR46国际建议，更高要求的双芯(管理芯、计量芯)智能电表进入行业视线。现在不管是电价政策制定部门还是售电公司，对阶梯电价提出越来越高的要求。导致电价变化越来越频繁，越来越难以计算，因此要求智能电表可以随时或者以高频率更改费率，另外，全球家庭因用电不安全导致火灾频发，造成极其严重的生命财产损失。目前越来越受到重视，但是市场上依然没有很好的解决方案。主要是因为火灾监控报警设备庞大的体积，无法安装在家庭配电箱内；而且价格高昂，维护困难；传统火灾监控报警设备只通过专用通信线路连接到其它监控设备上，无法直接连接普通用户的手机及其它随身设备上，因此报警效率极低，难以普及到每一户，因此，需要对现有技术提出改进。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种功能集成度高、体积小且易于更换，同时具有通信能力单相安规电表。

本实用新型提供一种单相安规电表，其应用于单相电路***中，该单相电路***包括一零线以及一火线，该单相安规电表包括一面板以及一底板，所述面板包括一MCU主控芯片，以及分别与该MCU主控芯片连接的一通信模块、一存储模块、一报警模块、一显示模块，所述底板包括分别与所述MCU主控芯片连接的一开关电源模块、一计量芯片、一剩余电流互感器、一磁保持继电器，以及与所述计量芯片连接的一电流互感器，所述剩余电流互感器套接在所述零线以及火线上以检测电路***的漏电流，所述电流互感器套接在所述火线上以采集电路***的电流数据，所述磁保持继电器连接在所述火线上实现单相电路接通和切断。

优选的，所述底板还包括一降压稳压模块，所述开关电源模块通过该降压稳压模块连接所述MCU主控芯片。

优选的，所述底板还包括一放大电路，所述剩余电流互感器通过该放大电路连接所述MCU主控芯片。

优选的，所述底板还包括一驱动电路，所述磁保持继电器通过该驱动电路连接所述MCU主控芯片。

优选的，所述面板还包括操作输入按键。

优选的，所述面板还包括一继电器状态指示灯。

优选的，所述面板还包括一网络状态指示灯。

优选的，所述面板还包括一电源状态指示灯。

优选的，所述面板还包括一WIFI连接状态指示灯。

优选的，所述通信模块为WIFI通信模块。

优选的，所述通信模块为485通信模块。

本实用新型提供的一种单相安规电表，采用双芯设计，主控芯片和计量芯片物理上独立，因此计量精度更高，计算能力更强，配合所述通信模块，使该电表具有较强的实时通信能力，得益于较强的计算能力，该电表在应对不断浮动的阶梯电价，通过自身的计算能力或者利用通信模块连接云服务器使用云计算，直接生产电费报表，不需要人工参与计算，大大提升了远程抄表的效率，用电数据以更精准、详细的形态展示在使用者面前，同时，该电表集成了报警模块，可实现火灾监控报警功能，用户能够直接使用智能手机应用或者短信通过通信模块及时查看电表信息，及时接受到安规报警信息，用户在第一时间内处理安全隐患，降低用电不安全导致的火灾发生概率，提升用电安全性，由于面板及底板的合理布局，整个电表只有标准4P空气开关的大小，方便安装，所述在应对不断浮动的阶梯电价，通过自身的算力或者利用云计算，直接生产电费报表，不需要人工参与计算。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表结构示意图；

图2是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表硬件初始化流程图；

图3是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表的业务逻辑任务图；

图4是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表的定时器任务逻辑图；

图5是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表的电能信息处理任务逻辑图；

图6是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表的上传串口任务逻辑图；

图7是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表DWT处理任务逻辑图；

图8是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表漏电检测任务逻辑图；

图9是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表的通信模块初始化流程图；

图10是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表的通信模块主任务逻辑图；

图11是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表的通信模块远程升级任务流程图；

图12是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表的通信模块串口任务流程图；

图13是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表的通信模块MQTT任务流程图；

图14是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表的通信模块网络任务逻辑图；

图15是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表的通信模块断点续传任务流程图。

具体实施方式

下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1，是本实用新型第一实施例提供的单相安规电表，其应用于单相电路***中，该单相电路***包括一零线N以及一线L。所述单相安规电表包括一面板、一底板，其中，所述面板上设有一MCU主控芯片，以及与MCU主控芯片连接的一通信模块、一存储模块、一报警模块、一显示模块、输入按键、继电器状态指示灯以及网络状态指示灯，所述底板上设有与主控芯片MCU连接的一开关电源模块、一降压稳压模块、一剩余电流互感器、一放大电路、一电流互感器、一计量和电弧检测电路、一磁保持继电器及其驱动电路。

以下，介绍本实施例中各个模块所采用的具体器件及其功能：

所述MCU主控芯片采用意法半导体STM32F401RET6单片机，该你主控芯片负责整个电表的功能调度，包括控制磁保持继电器及其指示灯、控制存储芯片、读取剩余电流信息、读取计量芯片的电能信息、控制通信模块、控制报警模块、读取输入按键信息以及控制显示屏显示信息。

所述通信模块可选用WIFI通信或485通信，其中，WIFI通信模块采用 ESP-07S芯片或ESP8266WIFI模块，485通信模块采用RSM3485PHT模块，该通信模块负责MCU主控芯片与网路服务器之间的的数据上传以及下载，所述 MCU主控芯片还通过该通信模块进行远程升级更新固件。

所述存储模块具体为ATMLH916存储芯片，负责存储电能数据，保证在网络不通时能够保存一定时间内的数据，并且支持数据断点续传。

所述显示模块具体为一OLED显示屏，负责显示电表的电能和安规数据。

该电表具体包括四个指示灯，其中，左边第一颗红色为电源指示灯、第二颗蓝色为服务器连接指示灯、第三颗蓝色为网络信号搜索指示灯、第四颗蓝色为继电器状态指示灯。

该电表具体包括四个微动输入按键，第一个为ID读取操作按键，第二个为上翻页按键，第三个为下翻页按键，第四个为设置按键。

所述报警模块具体为蜂鸣报警器，采用3.3V有源蜂鸣器，负责电表的安规报警。

所述计量芯片具体采用STPM32TR计量芯片，其负责快速采集电路***中电流电压数据，为电能计算和故障电弧分析算法提供数据支持，实现电能统计以及用电***故障分析。

所述电流互感器具体为DL-CT27CW电流互感器，变比为3000:1，其套接在所述零线和火线上；负责采集电流数据，输入到STPM32TR芯片中。

所述剩余电流互感器具体为LXZCT60剩余电流互感器，其套接在所述火线上，当输入30mA漏电电流时，输出20mV电压信号，通过放大电路中的LM358 芯片进行放大处理，放大后的信号输入MCU主控芯片，实现漏电检测，火灾监控。

所述磁保持继电器采用的额定电压为220VAC，额定电流为80A，驱动电压为9VADC磁保持继电器，其驱动芯片采用BL8023S，磁保持继电器是实现费控功能的主体，智能手机或者PC平台完成充值和数值转换，转换结果通过通信模块发送到电表中，因此费控功能在MCU主控芯片中是根据计量数据和充值数值计算实现的，这一过程依靠云计算实现，无额外的刷卡硬件负责通断电以实现费控功能。

所述开关电源具体为电源芯片AP8012H，其接通零线及火线，负责为所有功能模块供电。

所述降压稳压模块具体为MP1482DS芯片，负责给低电压用电模块供电。

所述面板还包括一个锂离子纽扣电池，负责意外掉电时MCU主控芯片保存数据。

接下来，结合图2至图8具体介绍该单相安规电表的硬件工作逻辑；

参阅图2，该单相安规电表开机后进行数据初始化、***初始化、硬件驱动初始化、创建菜单界面任务、创建业务逻辑任务、开启***。

参阅图3，开机后MCU主控芯片创建的业务逻辑任务包括：按键任务、定时器任务、电能信息处理任务、上传串口任务、DWT处理任务以及漏电检测任务。

参阅图4，具体的，所述定时器任务具体包括：

定时器任务1：看门狗(1000ms)；

定时器任务2：FFT采样(1000ms)-获取电能信息-过压过流欠压状态获取 -用电异常处理；

定时器任务3：蜂鸣器(100ms)；

定时器任务4：负荷分解数据上传(300ms)。

参阅图5，具体的，所述电能信息处理任务包括：

电能信息处理任务1：处理驱动层STPM32TR计量芯片的数据获得电能信息-将处理好的电能信息传送给应用层；

电能信息处理任务2：根据数据校准电表。

参阅图6，具体的，所述上传串口任务包括：

接收任务：接收数据-数据包解包-获取所需数据信心-传送给应用层处理；

发送任务：发送数据-应用层整理数据、数据包封包-发送上传至WIFI模块。

参阅图7，所述DWT处理任务在计量芯片进行ADC采样完毕后触发，其通过所述电流互感器及计量芯片采样得到数据，进行DWT算法运算，利用算法得到的系数得到平均值、平方和平方差，将上述结果与实验结果得到的数据进行逻辑比较，得出是否有电弧产生，如有，则进行断电处理并发报警，同时向服务器上传异常。

参阅图8，所述漏电检测任务在DWT处理任务完成后触发，其通过ADC 采用得到电流数据，进行漏电电流算法计算，利用算法得到的值与标准阈值作比较，得出是否有漏电产生的结果，则进行断电处理并发报警，同时向服务器上传异常。

结合图9至图15具体介绍该单相安规电表的通信模块，也即WIFI模块的工作逻辑；

参阅图9，该单相安规电表开机后进行通信模块硬件驱动初始化、WIFI初始化配置、***初始化、进入主任务。

参阅图10，通信主任务包括：

主任务1：WIFI模块芯片初始化；

主任务2：数据初始化；

主任务3：打开网络任务定时器(1000ms)，执行网络任务；

主任务4：上电自检；

主任务5：MQTT初始化，并连接服务器，执行MQTT任务；

主任务6：开启STM32F401RET6主控芯片串口通信任务定时器(100ms)，执行串口任务；

主任务7：远程升级任务。

参阅图11，所述远程升级任务包括：

STM32F401RET6主控芯片升级：从服务器下载升级固件，通过串口写入固件，升级STM32F401RET6主控芯片，重启STM32F401RET6主控芯片；

ESP8266WIFI模块升级：从服务器下载固件，写入固件，升级ESP8266WIFI 模块，重启STM32F401RET6主控芯片以及ESP8266WIFI模块。

参阅图12，所述串口任务由STM32F401RET6主控芯片的串口消息触发，其步骤包括对数据进行解包、数据解析、获取数据、数据封包、通过MQTT消息协议上传至服务器.

参阅图13，所述MQTT任务负责接收消息并触发任务，其步骤包括接收数据原包、数据解析、获取数据、对数据做对应处理，如获取STM32F401RET6 主控芯片数据、获取ESP8266WIFI模块数据等。

参阅图14，所述网络任务包括：

网络任务1：监测堆栈内存；

网络任务2：断点续传任务；

网络任务3：定时抄表并上传至服务器(60s)；

网络任务4：WIFI连接情况监测；

网络任务5：网络校时。

参阅图15，所述断点续传任务由抄表数据上传失败后执行，其包括以下步骤：

步骤1，判断抄表数据是否上传成功，成功则进入步骤21，失败则进入步骤22；

步骤21，整理数据，对数据进行封装，保持数据，循环至步骤1；

步骤22，查询是否有历史数据，有历史数据则提取历史数据并封装上传，无历史数据则结束任务。

该单相安规电表还可以结合软件管平台，针对物业、企业等需求，实现集远程抄表、能源数据分析、安全用电及预付费等功能于一体的现代化信息管理平台。平台利用“物联网+”的思维，在现场安装计量终端收集数据，收集到的数据通过无线网络的形式传输至云平台，用户可以通过电脑端或手机端访问以获得实时数据，可实现阶梯、峰平谷、历史账单查询。可通过算法进行分类用电、用电分析、异常用电大数据分析，为用户提供节能方案。同时，基于云计算的管理可以扩充，数据处理可分布在各个小区。云端服务器还能为移动端， PC端提供可视化界面，实时查询各单相安规电表运行状态以及故障预警。云端服务器统一存储和集中管理多台单相安规电表的运行状态数据，基于大数据统计分析、优化处理，提高单相安规电表运行状态监测和故障预警的准确性，并提升运维效率。

该单相安规电表集成智能电子电表和火灾监控设备的功能，体积较小，采用更优秀的双芯设计，带来更精确的计量和更强的计算能力，数据上传更及时和庞大，用户体验更符合当前时代潮流，符合一体化、小型化、智能化、信息化、无人化的要求，实现远程抄表到户，实时监测每一户的用电安全。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种单相安规电表，其应用于单相电路***中，该单相电路***包括一零线以及一火线，该单相安规电表包括一面板以及一底板，其特征在于，所述面板包括一MCU主控芯片，以及分别与该MCU主控芯片连接的一通信模块、一存储模块、一报警模块、一显示模块，所述底板包括分别与所述MCU主控芯片连接的一开关电源模块、一计量芯片、一剩余电流互感器、一磁保持继电器，以及与所述计量芯片连接的一电流互感器，所述剩余电流互感器套接在所述零线以及火线上以检测电路***的漏电流，所述电流互感器套接在所述火线上以采集电路***的电流数据，所述磁保持继电器连接在所述火线上实现单相电路接通和切断。

2.根据权利要求1所述的一种单相安规电表，其特征在于，所述底板还包括一降压稳压模块，所述开关电源模块通过该降压稳压模块连接所述MCU主控芯片。

3.根据权利要求1所述的一种单相安规电表，其特征在于，所述底板还包括一放大电路，所述剩余电流互感器通过该放大电路连接所述MCU主控芯片。

4.根据权利要求1所述的一种单相安规电表，其特征在于，所述底板还包括一驱动电路，所述磁保持继电器通过该驱动电路连接所述MCU主控芯片。

5.根据权利要求1所述的一种单相安规电表，其特征在于，所述面板还包括操作输入按键。

6.根据权利要求1所述的一种单相安规电表，其特征在于，所述面板还包括一继电器状态指示灯、电源状态、网络状态、WIFI连接状态指示灯。

7.根据权利要求1所述的一种单相安规电表，其特征在于，所述通信模块为WIFI通信模块。

8.根据权利要求1所述的一种单相安规电表，其特征在于，所述通信模块为485通信模块。

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