本發(fā)明涉及智能儀表，尤其是帶有通訊接口的智能電能表。

背景技術(shù)：

在綠色節(jié)能意識(shí)的推動(dòng)下，以智能電能表為核心的智能電網(wǎng)成為世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。發(fā)展智能電網(wǎng)也能讓公用事業(yè)機(jī)構(gòu)及用戶受益。如智能電網(wǎng)可幫助電力機(jī)構(gòu)降低運(yùn)營(yíng)支出、減少竊電、優(yōu)化運(yùn)營(yíng)及即時(shí)響應(yīng)用戶需求等。用戶也有機(jī)會(huì)享受到更靈活的定價(jià)，因網(wǎng)絡(luò)計(jì)量節(jié)省成本及幫助實(shí)現(xiàn)家庭自動(dòng)化等。因此，智能電網(wǎng)的發(fā)展前景頗受看好。2006年ibm公司正式提出“智能電網(wǎng)”這一概念。2009年美國(guó)把推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)作為一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)政策進(jìn)行實(shí)施，隨后同年5月份美國(guó)首次制定了“智能電網(wǎng)發(fā)展方式”標(biāo)準(zhǔn)，從此美國(guó)進(jìn)入了智能電網(wǎng)時(shí)代。隨著美國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)的研究及其取得的成果在人們生活中帶來(lái)的便利，智能電網(wǎng)開(kāi)始風(fēng)靡全球。我國(guó)于2009年提出的“建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的發(fā)展戰(zhàn)略，這也是我國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中具有里程碑意義的新開(kāi)端。至今為止，我國(guó)智能電網(wǎng)技術(shù)十分嫻熟，已經(jīng)是促進(jìn)全球智能電網(wǎng)發(fā)展的中堅(jiān)力量。智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新不僅大力地推動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)、文化、軍事的建設(shè)，也方便了人們的生活。智能電網(wǎng)不同于傳統(tǒng)電網(wǎng)，它是以集成高速網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)，采用現(xiàn)代化的傳感技術(shù)，精密高效的設(shè)備，國(guó)際化水平的先進(jìn)控制理論來(lái)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的智能化、節(jié)約化、環(huán)?；?、經(jīng)濟(jì)化。智能電能表作為智能電網(wǎng)的終端和不可分割的一部分，它發(fā)展的速度直接影響到智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)環(huán)?；?、節(jié)約化、信息化、自動(dòng)化及互動(dòng)化的快慢。

傳統(tǒng)的電能表只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的電量計(jì)量，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的電能表已無(wú)法滿足時(shí)代的需求。為跟上時(shí)代的腳步，智能電能表應(yīng)運(yùn)而生，它不僅具備傳統(tǒng)電能表的基本性能，而且還獨(dú)有自己的雙向通信，遠(yuǎn)距離抄表，遠(yuǎn)程控制用戶端，防竊電等功能，解決了電力部門(mén)進(jìn)行上門(mén)抄表和收費(fèi)難的問(wèn)題。

現(xiàn)在所使用的智能電能表一般分為兩類(lèi)，一類(lèi)是僅能通過(guò)ic卡進(jìn)行充值的智能電能表，另一類(lèi)是僅能通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在線充值的智能電能表。這兩類(lèi)電能表雖然都有很大的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在一些弊端，如仍然存在通訊不暢、計(jì)量不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種帶有通訊接口的智能電能表，包括電能采集模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、液晶屏、通信模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電源模塊和按鍵模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的家庭負(fù)載的電壓、電流信息通過(guò)衰減濾波采樣電路把信號(hào)變?yōu)殡娔苡?jì)量芯片rn8209可接受的電信號(hào)，通過(guò)電能計(jì)量芯片rn8209內(nèi)部集成的計(jì)算電路得到用戶的有功功率；其中微處理器通過(guò)spi口與電能計(jì)量芯片通信，將用戶的用電信息通過(guò)液晶屏模塊顯示出來(lái)以方便用戶查看并轉(zhuǎn)存至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

進(jìn)一步地，所述智能電能表還包括主控制單元，所述主控單元(mcu)選用st公司的32位stm32f103rbt6微型控制器作為電表系統(tǒng)的主控制芯片，其具體配置如下所示：支持定時(shí)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換，spi通信、i²c和uart模塊的dma(directmemoryaccess)控制器；4個(gè)16位定時(shí)器、2個(gè)16位的6通道高級(jí)定時(shí)器、獨(dú)立看門(mén)狗和窗口看門(mén)狗定時(shí)器、1個(gè)24位倒計(jì)數(shù)的systick定時(shí)器，i²c接口、spi接口、uart接口、can總線接口usb2.0接口和sd_cardio接口。

進(jìn)一步地，所述智能電能表還包括電壓輸入端電路和電流輸入端電路，所述電壓輸入端電路的電壓通道具有三個(gè)單端電壓輸入:vap,vbp,vcp；單端電壓輸入相對(duì)于vn的最大輸入電壓為±0.5v，vxp和vn的模擬最大輸入電平為±0.5v，輸入端的最大共模信號(hào)為±25mv，其中每相電壓經(jīng)過(guò)150k大電阻后變成一個(gè)小電流進(jìn)入電壓互感器中，所述電壓互感器采用南京擇明的zmpt101b,zmpt101b輸入電流和輸出電流的比例為2000:2000，然后進(jìn)入芯片lm224，lm224內(nèi)部有兩個(gè)放大器組成。

所述電流輸入端電路的電流通道為四對(duì)差分電壓輸入:iap和ibn,ibp和icn,icp和icn以及inp和inn，電壓輸入配對(duì)的最大差分信號(hào)為±o.5v，ixp對(duì)ixn的最大模擬信號(hào)電平為±25mv，電流互感器選用南京擇明公司的zmct118a,zmct118a的額定輸入電流是5a，額定輸出電流是2.5ma。

進(jìn)一步地，所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路采用ds1302,所述智能電能表采用rs-485串行通信方式，所述rs-485接口多點(diǎn)連接，通過(guò)rs-485總線構(gòu)成電能表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，直接使用rs-485驅(qū)動(dòng)芯片，多個(gè)電能表通過(guò)雙絞線連接構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)。

進(jìn)一步地，所述rs-485電路采用adm2483，所述adm2483包括一個(gè)三通道隔離器、一個(gè)帶三態(tài)輸出的差分驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)帶三態(tài)輸入的差分接收器。

進(jìn)一步地，所述智能電能表上還安裝有信息識(shí)別裝置，所述信息識(shí)別裝置采用rfid電子標(biāo)簽，標(biāo)簽天線為加入匹配枝節(jié)的標(biāo)簽天線，所述標(biāo)簽天線呈左右對(duì)稱布置，以標(biāo)簽芯片的中心安裝孔軸線為對(duì)稱基準(zhǔn)，所述電線在對(duì)稱基準(zhǔn)右側(cè)依次按如下方向延伸：先水平向右延伸而后豎直向上延伸，再水平向右延伸而后豎直向下延伸，而后水平向右延伸再豎直向上延伸，然后水平向右延伸再豎直向上延伸，然后水平向右延伸再豎直向下延伸，然后水平向左延伸在豎直向上延伸，最后水平向右延伸；天線左側(cè)部分與右側(cè)部分呈鏡像對(duì)稱設(shè)置。該天線總體形狀類(lèi)似兩個(gè)回形針布置。其中匹配枝節(jié)呈t型狀，設(shè)置在中心安裝孔上方。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：提高了電能表的通訊功能和計(jì)量準(zhǔn)確性，并方便了電能表的運(yùn)輸分揀，提高了運(yùn)輸效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體硬件圖；

圖2為本發(fā)明的電壓采集電路；

圖3為本發(fā)明的電流采集電路；

圖4為本發(fā)明的時(shí)鐘電路圖；

圖5是本發(fā)明的rs-485的程序流程圖；

圖6a-6c是本發(fā)明的智能電能表外形及安裝圖；

圖7是本發(fā)明的智能電能表的信息識(shí)別裝置的標(biāo)簽天線。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要注意的是，本發(fā)明中提及的各個(gè)商品型號(hào)或通訊協(xié)議及各技術(shù)術(shù)語(yǔ)，都是所屬技術(shù)領(lǐng)域中早已明確知曉的技術(shù)用語(yǔ)，故不再做過(guò)多解釋。

本發(fā)明中的帶有通訊接口的智能電能表是為了滿足家庭電能計(jì)量需求，采用專(zhuān)用電能計(jì)量芯片和微處理器配合適當(dāng)?shù)耐鈬娐返姆桨冈O(shè)計(jì)。首先，要保證用戶電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)中采用專(zhuān)用電能計(jì)量芯片rn8209可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量，該芯片把模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字積分器、濾波器等功能電路集成到一個(gè)芯片里，通過(guò)這種方式可以把在ad轉(zhuǎn)換、數(shù)字積分等電路中產(chǎn)生的誤差降低到最小，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量。其次，為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)約能源政策和分時(shí)電價(jià)機(jī)制，智能電能表應(yīng)具備分時(shí)計(jì)量功能。此功能基于軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，分別設(shè)置峰段、谷段以及各自的電費(fèi)費(fèi)率，電能表在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)計(jì)量該時(shí)段的電量并進(jìn)行保存。同時(shí)還要要滿足電能計(jì)量信息的讀取和存儲(chǔ)，主控制器讀取到計(jì)量芯片內(nèi)數(shù)據(jù)信息并將這些信息轉(zhuǎn)存到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中。除了上述的幾項(xiàng)功能之外，還應(yīng)具備報(bào)警功能、查詢功能等。

智能電能表還應(yīng)具備雙向通信功能，為實(shí)施遠(yuǎn)程集中抄表提供了必要的技術(shù)支持。我國(guó)目前遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)通信方式通常采用以下幾種方式：光纖專(zhuān)網(wǎng)、230mhz無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)、gprs等通信方式，采用頻率最高的通信方式是無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)和gprs。

本發(fā)明中雙向通信模塊采用rs485串口通信，具有低成本、傳輸距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)rs485信號(hào)接收器實(shí)現(xiàn)雙向通信，能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)小區(qū)內(nèi)的遠(yuǎn)程自動(dòng)集抄的功能。

本發(fā)明的智能電能表硬件結(jié)構(gòu)按功能主要分為電能采集部分和電量信息處理兩大部分，具體可分為電能采集模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、液晶屏、通信模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電源模塊和按鍵模塊等。數(shù)據(jù)采集模塊功能是采集家庭負(fù)載的電壓、電流信息通過(guò)衰減濾波采樣電路把信號(hào)變?yōu)閞n8209可接受的電信號(hào)，通過(guò)專(zhuān)用電能計(jì)量芯片rn8209內(nèi)部集成的計(jì)算電路得到用戶的有功功率。微處理器是管理系統(tǒng)和任務(wù)的核心，通過(guò)spi口與電能計(jì)量芯片通信，將用戶的用電信息通過(guò)液晶屏模塊顯示出來(lái)以方便用戶查看并轉(zhuǎn)存至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。用戶電能計(jì)量單元核心選用專(zhuān)用電能計(jì)量芯片rn8209。它是一款高準(zhǔn)確度的單相電能計(jì)量芯片，帶有兩路脈沖輸出功能和一個(gè)串行接口。集成了二階∑-d模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字積分器，基準(zhǔn)電路，以及所有進(jìn)行有功，無(wú)功和視在電能計(jì)量以及有效值計(jì)量所需的信號(hào)處理元件，因此該芯片可以滿足設(shè)計(jì)的需要。

主控制單元(mcu)選用st公司的32位stm32f103rbt6微型控制器作為電能表系統(tǒng)的主控制芯片。其具有低功耗、低成本和高性能等特點(diǎn)，同時(shí)提供時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理功能。具體配置如下所示：支持定時(shí)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換，spi通信、i²c和uart等模塊的dma(directmemoryaccess)控制器。4個(gè)16位定時(shí)器、2個(gè)16位的6通道高級(jí)定時(shí)器、獨(dú)立看門(mén)狗和窗口看門(mén)狗定時(shí)器、1個(gè)24位倒計(jì)數(shù)的systick定時(shí)器。最多可以擴(kuò)展13個(gè)通信接口，包括了i²c接口、spi接口、uart接口、can總線接口usb2.0接口和sd_cardio接口。芯片豐富的外設(shè)資源，高度集成了上述功能模塊，大大降低系統(tǒng)的體積和復(fù)雜程度，能保證電能表系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

采用由美國(guó)dallas公司生產(chǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片ds1302，此芯片性能高而且功耗低，同時(shí)能提供具體日期時(shí)間表。該芯片采用雙電源供電，能夠保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確運(yùn)行。目前國(guó)內(nèi)各類(lèi)計(jì)量?jī)x表大多都采用ds1302為系統(tǒng)提供時(shí)間數(shù)據(jù)。

由于本發(fā)明的主控制器內(nèi)部存儲(chǔ)空間有限，并且主要用于電量的累加運(yùn)算，每個(gè)峰谷時(shí)段的用戶消耗的電量需要轉(zhuǎn)存到外部存儲(chǔ)芯片內(nèi)，方便用戶查閱歷史信息。此外，重大事件具體信息也需存儲(chǔ)到外部芯片。鑒于atmel公司產(chǎn)品at24cxx系列芯片讀寫(xiě)數(shù)據(jù)快捷且使用率較高，另外由于電能表內(nèi)部所需臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間較小，因此本發(fā)明中選用芯片at24c02。當(dāng)然，本發(fā)明中的外部存儲(chǔ)芯片不限于此芯片，也可以根據(jù)需要選用其他合適的存儲(chǔ)芯片。例如atmel公司產(chǎn)品at25cxx系列或at26cxx系列芯片?；蛘吒鶕?jù)需要選擇其他存儲(chǔ)芯片。在下面的描述中，以at24c02芯片為例，但是本發(fā)明不限于此。

通信模塊選擇rs485通信方式。rs-485總線通信一般采用2根制就能實(shí)現(xiàn)半雙工雙向通信。這樣能快捷地組成一表對(duì)多表或多表之間的交互式通信網(wǎng)絡(luò)，完全能達(dá)到一個(gè)采集終端與多個(gè)電能表之間互聯(lián)的要求。

在實(shí)際工作中，家庭供電系統(tǒng)一般采用的單相進(jìn)戶，一根零線(n)，一根火線(l)，兩端電壓為220v交流電。當(dāng)開(kāi)啟家用電器時(shí)電器兩端會(huì)加220v交流電，同時(shí)線路上產(chǎn)生電流。采集電路，電能表所要檢測(cè)的數(shù)據(jù)便是負(fù)載線路上的電壓和電流信號(hào)。線路上的電流、電壓分別經(jīng)過(guò)錳銅分流器和分壓電阻輸入到rn8209芯片信號(hào)輸入端口，經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部集成的濾波電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字積分電路后計(jì)算出各種電參數(shù)有效值、有功功率、無(wú)功功率等并保存在相應(yīng)的寄存器中。具體實(shí)現(xiàn)方法是在每天的固定時(shí)間點(diǎn)(峰時(shí)和谷時(shí))主控制器讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)值，并將用戶電量信息轉(zhuǎn)存至at24c02存儲(chǔ)模塊中。主控制器與計(jì)量模塊之間的通信是由rn8209芯片的spi端口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)線路上發(fā)生異常緊急情況時(shí)，例如停電或過(guò)負(fù)荷等意外狀況，rn8209計(jì)量芯片將通過(guò)中斷端口產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)通知主控制器發(fā)布相應(yīng)信息。

實(shí)時(shí)時(shí)鐘ds1302模塊、按鍵模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)at24c02模塊、液晶屏顯示模塊及rs485通信模塊均為主控制器的外圍功能模塊，其作用是在整個(gè)電能表系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。主控制器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊之間的通信由總線完成，通過(guò)編寫(xiě)程序把計(jì)算得到的電量信息轉(zhuǎn)存至存儲(chǔ)模塊相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，顯示模塊的作用是主控制器將相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)液晶屏顯示模塊具體形象地提供給用戶，以供用戶參考。rs485通信模塊則負(fù)責(zé)智能電能表與遠(yuǎn)程集抄站之間的雙向通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表功能和在線監(jiān)控配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

電能表在使用前需要進(jìn)行校表，該芯片內(nèi)部具備數(shù)頻轉(zhuǎn)換器，可以將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)并從pf(端口23)和qf(端口24)兩個(gè)輸出端口輸出。校表過(guò)程是依靠檢測(cè)脈沖輸出端口的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，脈沖的頻率與對(duì)應(yīng)的功率成正比。其具體實(shí)現(xiàn)的方法為：同時(shí)將電能表和標(biāo)準(zhǔn)表接入負(fù)載線路中對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，將所得到的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通過(guò)主控制器寫(xiě)入rn8209的寄存器中。

本發(fā)明的智能帶有通訊接口的智能電能表與普通電子式電表區(qū)別在于實(shí)現(xiàn)一定的智能化功能，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求智能電能表應(yīng)具備以下功能：電能計(jì)量功能、電力參數(shù)檢測(cè)與顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、實(shí)時(shí)時(shí)鐘及復(fù)費(fèi)率計(jì)費(fèi)等功能。本發(fā)明的帶有通訊接口的智能電能表其功能詳細(xì)如下：

1.電能計(jì)量

智能電能表在客戶用電過(guò)程中需要測(cè)量和計(jì)算的電參數(shù)包括：電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率和無(wú)功功率。為了方便用戶更加直觀了解用電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，采用液晶屏顯示當(dāng)前的電壓、電流、總有功功率、當(dāng)前的費(fèi)率等參數(shù)。

2.復(fù)費(fèi)率和時(shí)段功能

從上世紀(jì)90年代中期起，電網(wǎng)為了實(shí)現(xiàn)削峰填谷的目標(biāo)，分時(shí)段計(jì)費(fèi)政策逐步在全國(guó)范圍內(nèi)推廣，此項(xiàng)政策不但能有效地調(diào)節(jié)電力負(fù)荷，使電力負(fù)荷曲線更加平滑，整個(gè)大電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn)，而且對(duì)居民的日常用電習(xí)慣產(chǎn)生積極的引導(dǎo)作用，促使居民合理用電、節(jié)約用電。此功能是在響應(yīng)分時(shí)電價(jià)的基礎(chǔ)上提出的，鑒于目前許多省市都開(kāi)始實(shí)施分時(shí)電價(jià)政策，因此復(fù)費(fèi)率計(jì)費(fèi)功能已成為智能電能表的應(yīng)該具備的基本功能之一。

3.實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能

時(shí)間參數(shù)對(duì)電能表系統(tǒng)是個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，它不僅關(guān)系到用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，還會(huì)影響分時(shí)段計(jì)費(fèi)功能。主控制器通過(guò)對(duì)電能表時(shí)間參數(shù)的檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)峰時(shí)和谷時(shí)段內(nèi)運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算和存儲(chǔ)，還能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確記錄故障的發(fā)生時(shí)間點(diǎn)，以方便排除故障。

4.異常事件記錄功能

電能質(zhì)量和國(guó)民經(jīng)濟(jì)利益息息相關(guān)，優(yōu)良的電能質(zhì)量不僅有利于家用電器設(shè)備的運(yùn)行，還能適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)電器的運(yùn)行年限。而電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有電壓、頻率和波形。單相高精度電能計(jì)量芯片rn8209除了基本的電能測(cè)量外，還能監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量參數(shù)。當(dāng)出現(xiàn)斷電、過(guò)電流等異常事件發(fā)生時(shí)，芯片通過(guò)中斷響應(yīng)向主控制器發(fā)出中斷命令，記錄該事件發(fā)生的時(shí)間和類(lèi)型。

5.雙向通信功能

要實(shí)現(xiàn)集中抄表功能和智能節(jié)電功能，電表和電力公司集抄站之間的雙向信息流動(dòng)是必不可少的功能。目前，一方面，市場(chǎng)上的電表能有效地記錄每個(gè)用戶的用電信息，并將存儲(chǔ)的用電量信息上傳給各個(gè)供電局的集抄站，但是通過(guò)供電局分析完整的用戶數(shù)據(jù)后，集抄站卻不能把實(shí)時(shí)信息反饋到用戶電表上。另一方面，供電局根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果，得出的實(shí)時(shí)電價(jià)信息和家庭節(jié)電策略也不能實(shí)時(shí)反饋到用戶端。所以，雙向通信功能是針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題而設(shè)計(jì)的一項(xiàng)功能。舉例說(shuō)明：電力公司制定的一些分時(shí)電價(jià)政策，某個(gè)時(shí)段具體的電價(jià)信息為多少，用戶可以選擇性開(kāi)啟一些用電設(shè)備，隨后將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶端。用戶側(cè)在接收到數(shù)據(jù)以后，可以自主選擇開(kāi)啟設(shè)備或選擇取消。這樣不僅可以積極引導(dǎo)用戶改變以前不好的用電陋習(xí)，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且能緩解電力峰谷差。

其中本發(fā)明的電壓輸入端的電路主要是將各相電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)量芯片可計(jì)量的電壓范圍。原理圖如圖2所示。電壓通道具有三個(gè)單端電壓輸入:vap,vbp,vcp。單端電壓輸入相對(duì)于vn的最大輸入電壓為士0.5v。另外，vxp和vn的模擬最大輸入電平為±0.5v。輸入端的最大共模信號(hào)為±25mv。其中每相電壓經(jīng)過(guò)150k大電阻后變成一個(gè)小電流進(jìn)入電壓互感器中。電壓互感器采用南京擇明的zmpt101b,zmpt101b輸入電流和輸出電流的比例為2000:2000。然后進(jìn)入芯片lm224，lm224內(nèi)部有兩個(gè)放大器組成，第一個(gè)放大器實(shí)現(xiàn)的功能是iu轉(zhuǎn)變，第二個(gè)放大器是訪到二階濾波的作用。

其中本發(fā)明的電流輸入端的電路原理圖如圖3所示。ade7878具有七個(gè)模擬輸入構(gòu)成電流和電壓通道。電流通道為四對(duì)差分電壓輸入:iap和ibn,ibp和icn,icp和icn以及inp和inn。電壓輸入配對(duì)的最大差分信號(hào)為±o.5v另外，ixp對(duì)ixn的最大模擬信號(hào)電平為±25mv。電流互感器選用南京擇明公司的zmct118a,zmct118a的額定輸入電流是5a，額定輸出電流是2.5ma。這樣經(jīng)過(guò)iu轉(zhuǎn)換后，然后再經(jīng)過(guò)二階濾波可達(dá)到計(jì)量芯片輸入電壓的要求。

本發(fā)明的時(shí)鐘電路采用的是ds1302,ds1302是dallas公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)ram，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與dsp進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、年、月、日的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過(guò)am/pm指示決定采用24或12小時(shí)格式。ds1302與dsp之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線:1res復(fù)位；2i/o數(shù)據(jù)線；3scl串行時(shí)鐘。ds1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mw。ds1302是由ds1202改進(jìn)而來(lái)，增加了以下的特性，雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)vccl，為可編程涓流充電電源附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器。它廣泛應(yīng)用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。圖4為本發(fā)明的時(shí)鐘電路圖。

美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)為智能設(shè)備之間的異步串行傳輸制定了幾種標(biāo)準(zhǔn)接口，電能表常用的有rs-232,rs-422,rs-485，本發(fā)明采用的是rs-485串行通信方式。標(biāo)準(zhǔn)的rs-485是近距離傳輸數(shù)據(jù)信息的最為成熟的串行接口。采用rs-485接口可以多點(diǎn)連接，通過(guò)rs-485總線構(gòu)成電能表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，直接使用rs-485驅(qū)動(dòng)芯片，多個(gè)電能表通過(guò)雙絞線連接就可構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)。dl/t645-2007規(guī)定:rs-485接口采用主從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式；共模輸入電壓范圍-7～12v，差模輸入電壓大于0.2v；采用三態(tài)方式輸出，在負(fù)載阻抗54歐時(shí)，驅(qū)動(dòng)輸出電壓最大5v，最小1.5v驅(qū)動(dòng)能力不應(yīng)少于32個(gè)同類(lèi)接口；在通信速率不大于1ookb/s的條件下，有效傳輸距離不小于1200m；總線是無(wú)源的，由電能表或數(shù)據(jù)終端設(shè)備提供隔離電源。

本發(fā)明的rs-485電路用到的主要元件是adm2483。adm2483是adi公司帶隔離的增強(qiáng)型rs-485收發(fā)器。它包括一個(gè)三通道隔離器、一個(gè)帶三態(tài)輸出的差分驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)帶三態(tài)輸入的差分接收器。其1/8單位負(fù)載的接收器輸入阻抗可允許多達(dá)256個(gè)收發(fā)器接入總線。最高傳輸速率可達(dá)5ookbps。邏輯端兼容3v/5v工作電源，總線端5v供電。adm2483的驅(qū)動(dòng)器具有短路電流限制，并可以通過(guò)熱關(guān)斷保護(hù)電路將驅(qū)動(dòng)器輸出置為高阻狀態(tài)，防止過(guò)度的功率損耗。芯片封裝采用易于使用的so-16封裝，工業(yè)級(jí)溫度范圍，無(wú)需任何分立元件就可實(shí)現(xiàn)rs485功能。圖5是rs-485的程序流程圖。

圖6a-6c是本發(fā)明的智能電能表外型尺寸及安裝圖。

本發(fā)明的智能電能表進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試，結(jié)果如下所示：

在本發(fā)明的智能電能表的包裝運(yùn)輸過(guò)程中，為了適應(yīng)現(xiàn)代物流行業(yè)的發(fā)展需要，迅速提高分揀及儲(chǔ)存效率，在本發(fā)明的智能電能表上還安裝有信息識(shí)別裝置，所述信息識(shí)別裝置采用rfid電子標(biāo)簽，標(biāo)簽天線為加入匹配枝節(jié)的標(biāo)簽天線，所述標(biāo)簽天線呈左右對(duì)稱布置，以標(biāo)簽芯片的中心安裝孔軸線為對(duì)稱基準(zhǔn)，所述電線在對(duì)稱基準(zhǔn)右側(cè)依次按如下方向延伸：先水平向右延伸而后豎直向上延伸，再水平向右延伸而后豎直向下延伸，而后水平向右延伸再豎直向上延伸，然后水平向右延伸再豎直向上延伸，然后水平向右延伸再豎直向下延伸，然后水平向左延伸在豎直向上延伸，最后水平向右延伸；天線左側(cè)部分與右側(cè)部分呈鏡像對(duì)稱設(shè)置。該天線總體形狀類(lèi)似兩個(gè)回形針布置。其中匹配枝節(jié)呈t型狀，設(shè)置在中心安裝孔上方，如圖7所示。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了智能電能表的雙向計(jì)量、數(shù)據(jù)處理、雙向通信和功能擴(kuò)展等能力，具有很高的市場(chǎng)前景及應(yīng)用前景。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。