CN109959821A - 一种基于分流器的高精度智能电表 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于分流器的高精度智能电表，所述智能电表包括：一电能计量电路，所述电能计量电路包括一串联双锰铜分流器，一微计算机数据处理电路，其中，所述串联双锰铜分流器包括一双锰铜分流体，所述双锰铜分流体由一第一锰铜分流体和一第二锰铜分流体串联构成，通过电能计量电路实现电路中小电流、大电流分段精确测量，提高智能电表的测量精度，以及可以通过NB‑IoT无线通信形成物联网智能电表终端。
Description
技术领域
本发明涉及物联网应用的智能电表，尤其是涉及一种基于分流器的高精度智能电表。
背景技术
国内外现有的单相智能电表中都是采用一个锰铜分流器电流回路取样电阻，作为智能电表电流取样或采样的器件；不同电流规格的智能电表产品对应一个不同阻值的锰铜分流器，如图1所示，图1是现有智能电表中的锰铜分流器基本结构图；现有技术中的锰铜分流器是由第一紫铜分流体，锰铜分流体，第二紫铜分流体组成，锰铜分流体两端设置有取样接线端子a、b，第一紫铜分流体设置有接线端子e；所述的第一紫铜分流体、锰铜分流体、第二紫铜分流体相互之间焊接成一体，组成一个有低电阻值的锰铜分流器。
现有的不同规格的单相智能电表中的锰铜分流器，如规格为5(60)A的智能电表，即额定电流Ib＝5A，最大电流Imax＝60A，电压U＝220VAC的单相智能电表对应的是250μΩ的锰铜分流器；但是选用一个250μΩ的锰铜分流器，单相智能电表电路中，电能计量芯片的启动电流要≥0.004Ib，也就是说，电能计量芯片的启动电流小于0.004Ib，或负载消耗功率小于5W时该智能电表无法正常计量；或者说，由于电能计量芯片的模拟输入端存在失调电压，锰铜分流器通过的小电流所形成的压降＜5mV时，电能计量芯片无法可靠分辩计量，导致电表计量误差较大，进而造成费用计算和实际费用不符。
有鉴于此，设计一种提高智能电表测量精度的技术方案，是本领域技术人员有待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中智能电表的计量精度不高的技术问题，本发明提供一种基于分流器的高精度智能电表，所述智能电表包括一电能计量电路，所述电能计量电路包括一串联双锰铜分流器；一微计算机数据处理电路；其中，所述串联双锰铜分流器包括一双锰铜分流体，所述双锰铜分流体由一第一锰铜分流体和一第二锰铜分流体串联构成。
进一步地，所述串联双锰铜分流器还包括第一紫铜分流体、第二紫铜分流体，其中，所述双锰铜分流体通过焊接方式设置在所述第一紫铜分流体和所述第二紫铜分流体之间。
更进一步地，所述双锰铜分流体包括三个接线端a、b、c，所述接线端a和所述接线端c位于所述锰铜分流体的两端。。
更进一步地，所述三个接线端a、b、c位于所述双锰铜分流体的同侧或两侧。
更进一步地，所述接线端b位于所述锰铜分流体中心轴线上，所述接线端a和所述解线端c位于所述锰铜分流体的两端，所述接线端a和所述接线端b之间形成所述第一锰铜分流体，所述接线端b和所述接线端c之间形成所述第二锰铜分流体。
更进一步地，所述第一锰铜分流体和所述第二锰铜分流体上设置一通孔，用于改变电流分布。
更进一步地，所述电能计量电路包括：一第一电能计量芯片，具有一第一输入端及一第一通信接口；一第二电能计量芯片，具有一第二输入端及一第二通信接口；
其中，所述第一锰铜分流体耦接至所述第一电能计量芯片的所述第一输入端，用于检测一第一电流；所述第一锰铜分流体和所述第二锰铜分流体串联耦接至所述第二电能计量芯片的所述第二输入端，用于检测一第二电流，所述第二电流小于所述第一电流。
更进一步地，一磁保持继电器，耦接至所述微计算机数据处理电路，且所述磁保持继电器由所述微计算机数据处理电路控制；一电流互感线圈，耦接至所述第一电能计量芯片，用于防止窃电。
更进一步地，所述电能计量电路还可设置为仅具有一个一第三电能计量芯片，所述第一电能计量芯片具有第一模拟输入端和第二模拟输入端及通信接口；所述磁保持继电器，耦接至所述微计算机处理电路，且所述磁保持继电器由所述微计算机处理电路控制；
其中，所述第一锰铜分流体耦接至所述第二模拟输入端，用于检测一第三电流；所述第一锰铜分流体和所述第二锰铜分流体串联耦接至所述第二模拟输入端，用于检测一第四电流，所述第四电流小于所述第三电流。
更进一步地，所述微计算机处理电路包括：一微处理器，一光耦合双隔离通信电路，一隔离稳压电源，一NB-IOT无线通信电路，一驱动电路；其中，所述微处理器连接一驱动电路；所述光耦合双隔离通信电路耦接至所述电能计量电路；
所述驱动电路耦接于所述磁保持继电器。
其中隔离稳压电源用于为负载电路提供稳定的电流。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
通过上述的基于分流器的高精度智能电表的技术方案，本发明由基于串联双锰铜分流器的电能计量电路、微计算机数据处理电路所组成的智能电表，采用串联双锰铜分流器以及电能计量电路实现电路中小电流、大电流分段精确测量，以及可以通过微计算机处理电路中NB-IoT无线通信形成物联网智能电表终端，方便用户随时查看消费的电量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有智能电表中的锰铜分流器基本结构图；
图2是本发明所提供的串联双锰铜分流器结构图；
图3是本发明所提供的实施例一串联双锰铜分流器电流回路取样智能电表模块原理图；
图4是本发明所提供的实施例二串联双锰铜分流器电流回路取样智能电表模块原理图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“轴向”、“径向”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
下面结合附图做进一步说明。
如图2所示，本发明所提供的串联双锰铜分流器结构图，包括第一紫铜分流体10、双锰铜分流体20、第二紫铜分流体30所组成；其中双锰铜分流体20上设置有接线端子a、b、c，其中，接线端子a、b、c可以分布于双锰铜分流体20的同一侧或者两侧，更好地选择是其中一个接线端子位于双锰铜分流体20的纵向中心分隔线处；其中接线端a和接线端b之间组成第一锰铜分流体20-1，接线端b和接线端c之间组成第二锰铜分流体20-2,第一锰铜分流体20-1和第二锰铜分流体20-2串联组成双锰铜分流体20。
其中，双锰铜分流体20有2个改变电流分布的通孔d，通孔d在双锰铜分流体20尺寸一定下可以微调分流体的电阻值，通孔d的直径越大，双锰铜分流体20的阻值越大，进而提高电流在双锰铜分流体20中分布的一致性，也即提高第一锰铜分流体20-1和第二锰铜分流体20-2的等效阻值，同时提高了第一锰铜分流体20-1及第二锰铜分流体20-2的分辨率及精度。
图2(b)是图2(a)剖视线A-A方向的剖视图，图中显示通孔d最优位于第一锰铜分流体20-1和第二锰铜分流体20-2的中心位置，但也不限于此位置。
如图3所示，是本发明的实施例一串联双锰铜分流器电流回路取样智能电表电路原理图，由电能计量电路100、微计算机数据处理电路200所组成的智能电表电路图。
所述的电能计量电路100，由串联双锰铜分流器、第一电能计量芯片RN1、第二电能计量芯片RN2、磁保持继电器J50、电流互感线圈CT组成，其中，第一电能计量芯片RN1，具有第一输入端及第一通信接口，此处第一输入端为第一电能计量芯片RN1的模拟输入端V1N、V1P，第一通信接口为通信接口UART(1)，第二电能计量芯片RN2，具有第二输入端及第二通信接口，第二输入端为第二电能计量芯片RN2的模拟输入端V1N、V1P，第二通信接口为第二电能计量芯片RN2的通信接口UART(2)；磁保持继电器(J50)，耦接至微计算机处理电路200，且磁保持继电器(J50)由微计算机处理电路200控制。
第一锰铜分流体20-1的等效锰铜电阻R20-1耦接至第一电能计量芯片RN1的第一输入端，用于检测一第一电流；第一锰铜分流体20-1和所述第二锰铜分流体20-2串联等效为锰铜电阻R20-1和锰铜电阻R20-2的串联，锰铜电阻R20-1和锰铜电阻R20-2串联后耦接至所述第二电能计量芯片RN2的第二输入端，用于检测一第二电流，其中，第二电流小于所述第一电流，智能电能表实现分段测量电路中电流的大小。
电能计量电路还包括：晶振Z1和Z2、电阻R1-R14、电阻R1-8、锰铜电阻R20-1、锰铜电阻R20-2、电容C1-C6、电容C16-C19；所述的锰铜电阻R20-1为第一锰铜分流体20-1的等效电阻，锰铜电阻R20-2为第二锰铜分流体20-2的等效电阻。
双锰铜分流体20的接线端a、b、c分别对应锰铜电阻R20-1的a端和b端，以及锰铜电阻R20-2的b端和c端。其中，锰铜电阻R20-1的a端接电源相线L输入端；第一电能计量芯片RN1的第一输入端V1N、V1P通过电阻R2、R1分别连接到锰铜电阻R20-1的a端和b端，检测第一电流也即额定电流Ib至Imax之间的电流值，其中电容C1、C2是滤波电容；第二电能计量芯片RN2的第二输入端V1N、V1P通过R12、R11分别连接到锰铜电阻R20-1的a端和锰铜电阻R20-2的c端，检测出第二电流也即最小启动电流0.001Ib至额定Ib之间的电流值，其中电容C16、C17是滤波电容；第一电能计量芯片RN1的第一通信接口UART(1)和第二电能计量芯片RN2的第二通信接口UART(2)，分别连接微计算机数据处理电路200中光耦合双隔离通信电路IC2的RXD1、TXD1和RXD2、TXD2端；与第一电能计量芯片RN1和第二电能计量芯片RN2耦接的电阻R1-8是电压采集分压电阻，是由6-8个电阻串联组成1M-2M欧姆的电阻，并且由R1-8和R7、R13串联组成低电压输出，由第一电能计量芯片RN1的V3P端和第二电能计量芯片RN2的V2P端进行电压采集；电压采集的接地端是由第一电能计量芯片RN1的V3N端和第二电能计量芯片RN2的V2N端通过R8、R14接地，其中电压采集电路中的电容C5、C6、C18、C19是滤波电容；所述的电流互感线圈CT是检测电力线零线N上的电流，并且通过电阻R3、R4、R5、R6，电容C3、C4连接到第一电能计量芯片RN1的V2P、V2N端组成防窃电检测电路；所述的磁保持继电器J50是智能电表内部安装的费控电源总控开关；磁保持继电器J50是通过智能电表中的核心微处理器IC1进行驱动管理，解决远程遥控智能电表出线用户负载的供电状态。
所述的微计算机数据处理电路200，是由微处理器IC1、光耦合双隔离通信电路IC2、隔离稳压电源WA1、NB-IOT无线通信电路、驱动电路组成；另外微计算机数据处理电路200还可以包括微处理器IC1的外围电路，外围电路根据需求自己进行选择，可以包含备用电源管理单元、隔离RS485单元、红外通信电路、时间电路、温度传感器电路、存储器电路、数据安全ESAM电路、LCD显示、键盘所组成。
其中，所述微处理器IC1连接驱动电路；光耦合双隔离通信电路IC2耦接至电能计量电路100；驱动电路耦接于所述磁保持继电器J50。
所述的微处理器IC1是低功耗16位微处理器，微处理器IC1的SPI通信接口连接NB-IOT无线通信电路，光耦合双隔离通信电路IC2中KZ口高低电平是通过选通第一电能计量芯片RN1的第一通信接口UART(1)和第二电能计量芯片RN2的第二通信接口UART(2)与微处理器IC1的端口UART2进行交替切换通信，实现智能电表分段测量大小电流的功能；微处理器IC1的I/O口连接驱动电路，驱动磁保持继电器J50的开和关。
其中，微处理器IC1通过接口外围分别连接时间电路、温度传感器电路、存储器电路、红外通信电路、隔离RS485、ADC模拟/数字转换接口连接备用电源管理及数据安全电路。
如图4所示，是本发明提供的实施例二串联双锰铜分流器电流回路取样智能电表电路原理图，由串联双锰铜分流器电能计量电路100、微计算机数据处理电路200所组成的智能电表电路图。
该实施例与实施例一不同之处在于本事实例中使用一个电能计量电路，第一锰铜分流体20-1和第二锰铜分流体20-2分别与同一个电能计量电路不同模拟输入端连接。为了更清晰的描述该实施例，将本实施例中的电能计量电路中第三电能计量芯片RN3的端口V1N、V1P以及V2N、V2P命名为第一模拟输入端以及第二模拟输入端，测量的两个分段电流分别为第三电流和第四电流，相当于实施例一中的第一电流和第二电流。
电能计量电路100是仅由一个第三电能计量芯片RN3、晶振Z1、电阻R1-R8、电阻R1-8、锰铜电阻R20-1、锰铜电阻R20-2、电容C1-C15、磁保持继电器J50所组成；第三电能计量芯片RN3具有第一模拟输入端和第二模拟输入端及通信接口，其中第一模拟输入端V1N、V1P；第二模拟输入端为V2P、V2N；双锰铜分流体20的等效和实施例一中相同，此处不再赘述。
所述的锰铜电阻R20-1为第一锰铜分流体20-1的等效电阻，锰铜电阻R20-2为锰铜分流体20-2的等效电阻，并且锰铜电阻R20-1的a端接电源相线L输入端；所述的第一电能计量芯片RN1的第一模拟输入端V1N、V1P通过电阻R2、R1分别连接到锰铜电阻R20-1的a端和锰铜电阻R20-2的c端，检测第四电流最小启动电流0.001Ib至额定Ib之间的电流值，其中电容C1、C2是滤波电容；所述的第一电能计量芯片RN1的第二模拟输入端V2N、V2P通过R4、R3分别连接到锰铜电阻R20-1的a端和b端，检测出第四电流也即额定电流Ib至Imax之间的电流值，其中电容C3、C4是滤波电容；采用分段检测电路中的大小电流，提高智能电表测量时的精确度。
第三电能计量芯片RN3通信接口UART通过光耦合隔离通信电路IC2连接微处理器IC1的端口UART2；与第三电能计量芯片RN3的接口耦接的电阻R1-8是电压采集分压电阻，是由6-8个电阻串联组成1M-2M欧姆的电阻，并且R1-8和R5串联组成低电压输出，由第一电能计量芯片RN1的端口V3P进行电压采集；电压采集的接地端是由第三电能计量芯片RN3的端口V3N通过电阻R6接地，其中电压采集电路中的电容C5、C6是滤波电容；所述的磁保持继电器J50是智能电表内部安装的费控电源总控开关，磁保持继电器J50是通过智能电表中的核心微处理器IC1进行驱动管理，解决远程遥控智能电表出线用户负载的供电状态。
微计算机数据处理电路200，和实施例一的不同之处在于，光耦合双隔离通信电路IC2中KZ口高低电平是通过选通第三电能计量芯片RN3的第一模拟输入端V1N、V1P和第二模拟输入端V2N、V2P与微处理器IC1的端口UART2进行交替切换通信，实现智能电表分段测量大小电流的功能。
本发明提出基于串联双锰铜分流器的电能计量电路100、微计算机数据处理电路200所组成的智能电表，采用串联双锰铜分流器以及电能计量电路实现电路中小电流、大电流分段精确测量，提高智能电表的测量精度，同时可以通过微计算机处理电路中NB-IoT无线通信形成物联网智能电表终端。
如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种基于分流器的高精度智能电表，其特征在于，所述智能电表包括：
一电能计量电路，所述电能计量电路包括一串联双锰铜分流器；
一微计算机数据处理电路，所述微计算机数据处理电路耦接于所述电能计量电路，用于选择与其进行通信的所述电能计量电路；
其中，所述串联双锰铜分流器包括一双锰铜分流体，所述双锰铜分流体由一第一锰铜分流体和一第二锰铜分流体串联构成。
2.根据权利要求1所述的智能电表，其特征在于，所述串联双锰铜分流器还包括第一紫铜分流体、第二紫铜分流体，其中，
所述双锰铜分流体通过焊接方式设置在所述第一紫铜分流体和所述第二紫铜分流体之间。
3.根据权利要求1所述的智能电表，其特征在于，所述双锰铜分流体包括三个接线
端a、b、c，所述接线端a和所述接线端c位于所述双锰铜分流体的两端。
4.根据权利要求3所述的智能电表，其特征在于，所述三个接线端a、b、c位于所述双锰铜分流体的同侧或两侧。
5.根据权利要求3所述的智能电表，其特征在于，所述接线端b位于所述双锰铜分流体中心轴线上，所述接线端a和所述接线端b之间形成所述第一锰铜分流体，所述接线端b和所述接线端c之间形成所述第二锰铜分流体。
6.根据权利要求1所述的智能电表，其特征在于，所述第一锰铜分流体和所述第二锰铜分流体上设置一通孔，用于改变电流分布。
7.根据权利要求1所述的智能电表，其特征在于，所述电能计量电路包括：
一第一电能计量芯片，具有一第一输入端及一第一通信接口；
一第二电能计量芯片，具有一第二输入端及一第二通信接口；
其中，所述第一锰铜分流体耦接至所述第一电能计量芯片的所述第一输入端，用于检测一第一电流；
所述第一锰铜分流体和所述第二锰铜分流体串联后耦接至所述第二电能计量芯片的所述第二输入端，用于检测一第二电流，所述第二电流小于所述第一电流。
8.根据权利要求7所述的智能电表，其特征在于，所述电能计量电路还包括：
一电流互感线圈，耦接至所述第一电能计量芯片；
一磁保持继电器，耦接至所述微计算机数据处理电路，且所述磁保持继电器由所述微计算机数据处理电路控制。
9.根据权利要求1所述的智能电表，其特征在于，所述电能计量电路还可设置为仅具有一个一第三电能计量芯片，所述第三电能计量芯片具有一第一模拟输入端和一第二模拟输入端及一通信接口；
所述磁保持继电器，耦接至所述微计算机数据处理电路，且所述磁保持继电器由所述微计算机数据处理电路控制；
其中，所述第一锰铜分流体耦接至所述第二模拟输入端，用于检测一第三电流；所述第一锰铜分流体和所述第二锰铜分流体串联后耦接至所述第二模拟输入端，用于检测一第四电流，所述第四电流小于所述第三电流。
10.根据权利要求8或9任一项所述的智能电表，其特征在于，所述微计算机数据处理电路包括：
一微处理器，一光耦合双隔离通信电路，一NB-IOT无线通信电路，一驱动电路；
其中，所述微处理器连接一驱动电路；
所述驱动电路耦接于所述磁保持继电器J50；
所述光耦合双隔离通信电路一端耦接至所述电能计量电路，另一端耦接至所述微处理器。
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