一種零功耗射頻讀表的電能表的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電磁測量領域，具體涉及一種智能電能表，尤其涉及一種零功耗射頻讀表的電能表，其能夠在電能表處于不同狀態(tài)下(包括工作正常，故障，損壞，供電正常，供電失效等環(huán)境下)通過非接觸的方式讀取電能表數據。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發(fā)展，各種智能電能表應用已經普及，抄表系統可以通過有線的或者無線的方式將計量數據采集、分析、處理。
[0003]例如中國專利申請第201110399711號公開的一種遠程單相費控智能電能表，其包括微處理器、電能表計量單元、電壓采樣單元、電流采樣單元和電源電路；所述電壓采樣單元和電流采樣單元的信號輸出端連接電能表計量單元的信號輸入端；電能表計量單元的數據輸出端連接微處理器的數據輸入端；所述微處理器的輸出端連接有LCD顯示模塊、繼電器控制輸出接口、秒信號輸出接口、電能脈沖輸出接口 ；微處理器的控制輸入端連接有按鍵；微處理器還連接有時鐘電路、存儲器、紅外通訊電路和串行通信電路；所述電源電路的電源輸入端連接有蓄電池，電源電路的電源輸出端分別連接電能表計量單元的電源輸入端、微處理器的電源輸入端和串行通信電路的電源輸入端。本技術方案具有獨立的紅外和RS485通訊接口，支持遠程費控功能。
[0004]在遠程抄表的電能表系統中，數據作為整個系統最重要的信息，是整個系統服務的對象。在實際使用中，電能表很有可能發(fā)生故障，損壞等情況，導致電量數據無法正常讀取，給電力局帶來的是巨大的損失。
【實用新型內容】
[0005]為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種零功耗射頻讀表的電能表。在電能表工作正常，故障，損壞，供電正常，供電失效等不同環(huán)境下通過無線的方式讀取電能表中的數據。
[0006]依據本實用新型的第一方面，提供一種零功耗射頻讀表的電能表，一種零功耗射頻讀表的電能表，其包括主控制器、電能計量模塊、通訊模塊和存儲模塊；主控制器包括CPU及其最小系統電路，由電阻Rl和Cl串聯組成復位電路，電阻Rl —端接+5V電源及CPU的VCC端口、電阻Rl另一端連接電容Cl及CPU的RESET端口；電容Cl 一端接電阻Rl及CPU的RESET端口、另一端接地及CPU的VSS端口。
[0007]其中，電能計量模塊包括計量芯片U2、晶振電路、電流和電壓采樣電路、脈沖燈電路。
[0008]計量芯片的MMDl、DVDD、MMDO端口均連接計量電源V_Msr端，DGND、AGND端口均連接計量電壓GND端。晶振X2兩端連接計量芯片OSCO、OSCI端口，為計量芯片提供時鐘源；電阻R6與LEDl串聯后連接計量芯片的脈沖輸出端CFl端，實現電量脈沖的顯示。差分阻容濾波電路中，電阻R3 —端接II+、電阻R3另一端連接電阻R4及地端；電阻R4 —端接I1-、電阻R4另一端連接電阻R3及地端。電阻R2 —端接II+、電阻R2另一端連接電容C2及計量芯片的I IN ;電阻R5 —端接11-、電阻R5另一端連接電容C3及計量芯片的11P。電容C2一端接電阻R2及計量芯片的I IN、電容C2的另一端接電容C3及地端；電容C3 —端接電阻R5及計量芯片的IIP、電容C3的另一端接電容C2及地端。
[0009]優(yōu)選地，通訊模塊包括485芯片U4及其保護電路，485芯片U4的R端口接CPU的RXD端口，485芯片U4的RE和DE端口均接CPU的TXD端口，485芯片U4的D端口接CPU的P04端口；電容C4 一端接485模塊電源端及485芯片U4的VCC端口、電容C4的另一端接485模塊電源地端。
[0010]更優(yōu)選地，電阻RlO —端接485模塊電源端及電容C4、電阻RlO的另一端接485芯片U4的A端口及瞬變電壓抑制二極管TVS。
[0011]進一步地，熱敏電阻F4—端接瞬變電壓抑制二極管TVS及電阻R9、熱敏電阻F4的另一端接485總線B端口 ；瞬變電壓抑制二極管TVS —端接熱敏電阻F4、瞬變電壓抑制二極管TVS的另一端接電阻RlO及485總線A端口；電阻R9 —端接485芯片U4的B端口及電容熱敏電阻F4、電阻R9的另一端接485芯片U4的GND端口及485模塊電源地端。
[0012]有益效果:使用本實用新型后，電能表在失電、故障甚至損壞的情況下，使用射頻讀卡器可以通過射頻信號為電能表的EEPROM供電，并讀寫數據，讀出電能表的電量等數據及事件記錄，為故障維修提供更多信息，同時避免了電量信息丟失導致的電費無法收取，減少了電力局的經濟損失。
【附圖說明】
[0013]圖1是依據本實用新型的零功耗射頻讀表的電能表的結構框圖；
[0014]圖2是零功耗射頻讀表的電能表的電氣原理圖；
[0015]圖3是零功耗射頻讀表的電能表的通信模塊電氣原理圖；
[0016]圖4是零功耗射頻讀表的電能表的載波模塊保護電路原理圖；
[0017]圖5是RFID讀寫器讀取電表數據過程示意圖；
[0018]圖6是零功耗射頻讀表的電能表的軟件流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。另外地，不應當將本實用新型的保護范圍僅僅限制至下述具體結構或部件或具體參數。
[0020]本實用新型的零功耗射頻讀表的電能表，具體指電能表處于不同狀態(tài)下，包括工作正常，故障，損壞，供電正常，供電失效等環(huán)境下，能夠通過非接觸的方式讀取電能表數據。
[0021]在本實用新型中應用了 RFID系統，即提供了一種讀取無源標簽的技術，如果將無源標簽作為電能表的存儲單元。就可以有效的解決電能表在故障，損壞等情況下無法讀出數據的問題。解決這些問題的前提條件是存儲單元既具有RF接口又能夠與儀表通訊，存儲儀表數據。RFID(射頻識別:rad1 frequency identificat1n)是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，作為條形碼的無線版本，RFID技術具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點。
[0022]在本實用新型中，RFID系統的基本工作流程是:讀寫器通過內部的射頻天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當無源標簽進入讀寫器的射頻天線工作區(qū)域時，利用波束供電技術，將接收到的射頻信號轉化為直流電源，為無源標簽內電路供電，無源標簽獲得能量被激活，響應讀寫器的射頻信號，將標簽中的信息，通過無源標簽的天線利用載波信號發(fā)送給讀寫器。
[0023]在本實用新型使用的M24LR64是一款內置標準I2C串口的EEPROM存儲器，可與大多數微控制器通信，此外，還提供一個IS015693標準的RF(射頻)接口，可與RFID閱讀器進行無線通信。IS015693是一種無源RFID標準，能同時從RF系統獲取電能和數據。在RF模式下，讀寫M24LR64不需要電源，從而節(jié)省板上電源，輕松、便捷地無線存取電子產品參數。I2C(Inter — Integrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。I2C已經成為一種較為常用的串行接口標準，具有協議完善、支持芯片較多和占用I/O端口少等優(yōu)點。目前有很多半導體集成電路上都集成了 I2C接口。本實用新型提供的方法是將以上技術結合起來，通過非接觸的方式在不同環(huán)境下，讀取電能表數據。
[0024]本實用新型的零功耗射頻讀表的電能表技術是一種最大限度的保證現場數據不丟失的技術，尤其是在電能表發(fā)生故障時，無法主動或被動上傳數據的條件下更能夠發(fā)揮其重要作用。現有讀寫技術均通過喚醒CPU，由CPU通過I2C總線讀取EEPROM數據，再通過紅外和485等通信模塊實現數據傳輸。本方案直接讀取EEPROM的數據，可以降低電能表硬件保養(yǎng)成本，提高系統穩(wěn)定性，延長電能表壽命。
[0025]本實用新型的設計方案是:智能電能表在原有電路結構上增加有I2C接口和RF接口的雙接口 EEPR0M，智能電能表的MCU與EEPROM通過I2C接口連接，并遵照I2C通信協議的規(guī)約將數據存儲至RF-EEPROM。EEPROM通過RF接口連接電路板上的內置天線，可以接收來自RFID讀寫器的指令，并從RF系統獲取電能，使EEPROM不依靠智能電能表的電能也可以正常工作。RFID讀寫器可以通過USB接口連接到上位機，上位機控制RFID讀寫器向EEPROM發(fā)送指令并寫入或讀取數據。
[0026]以下結合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步說明。
[0027]參考附圖1，具體給出零功耗射頻讀表的電能表的結構框圖，零功耗射頻讀表的電能表可分為電能表主控電路、EEPROM模塊電路、射頻天線三部分組成。電能表主控電路是電能表的核心部分，包括微處理器模塊、計量模塊、485通信模塊、液晶顯示模塊、繼電器控制模塊等，電能表主控電路完成計量、通信、顯示、控制等功能。EEPROM模塊電路為電能表提供存儲器，微處理器通過I2C總線與EEPROM通信，實現數據的存取功能。射頻天線接收外部RF信號，輸入到EEPROM模塊電路，EEPROM將射頻信號轉化為讀寫指令，并從RF系統獲取電能，所以不依靠智能電能表的電能也可以正常工作。
[0028]參考附圖2，進一步給出零功耗射頻讀表的電能表的電氣原理圖，本實用新型的零功耗射頻讀表的電能表包括主控制器、電能計量模塊、通訊模塊和存儲模塊。其中主控制器是電能表的核心，在整個系統起到邏輯運算和控制的作用；計量模塊用于采集電流電壓信號并計量用戶電量；通訊模塊用于電能表與上位機的遠程通信；存儲模塊用于存儲電量及事件等數據。
[0029]主控制器包括CPU及其最小系統電路，由電阻Rl和Cl串聯組成復位電路，電阻Rl一端接+5V電源及CPU的VCC端口、電阻Rl另一端連接電容Cl及CPU的RESET端口；電容Cl 一端接電阻Rl及CPU的RESET端口、另一端接地及CPU的VSS端口。
[0030]電能計量模塊包括計量芯片U2、晶振電路、電流和電壓采樣電路、脈沖燈電路。計量芯片的MMD1、DVDD、MMDO端口均連接計量電源V_Msr端，DGND、AGND端口均連接計量電壓GND端。外部火線實際電流的采樣電流經繼電器的錳銅片后轉化為電壓信號(參見圖2中的11+/I 1-端接至繼電器)，采樣電流經過由電阻R2、R3、R4、R5、電容C2、C3組成的差分阻容濾波電路之后，輸入到計量芯片電流采樣端口 I1N、I1P。火線電壓經R7電阻分壓后輸入到計量芯片電壓采樣端口 V