智能电表的设计及原理

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种智能电表。该专利由佛山奇正电气有限公司申请，并于2017年7月25日获得授权公告。

内容说明

本实用新型涉及一种低压电器，尤其涉及一种电气仪表。

发明背景

目前智能电表因其功能齐全，在供电配电中广泛使用，代替传统的电表，但智能电表也因为其功能相对比较强大，用得功能器件较多，加上其所在工作环境电磁干扰比较强，导致结构相对复杂，造成其整体成本相对较高，功耗过大，可靠性不够理想。

发明内容

为解决现有智能电表存在上述缺陷，本实用新型提供一种结构科学简单、功耗小、成本低的智能电表。

为实现上述目的，本实用新型采取的方案是：一种智能电表，包括壳体、安装组件和电路组件；壳体背部设有与电路组件电气连接的接线端子；电路组件设置于壳体内；其特征是：所述电路组件包括以下电路：外接连接端子，用于外接信号的输入或输出连接；系统直流供电电路，由其负责给各部分电路供电；微控制器电路，作为各种输入信号和输出信号的处理单元和控制单元；按钮，直接和微控制器电路的输入端连接，用于向微控制器电路输入人机交互指令；单相或三相电压取样电路，直接和微控制器电路的功能输入端连接，由微控制器电路进行信号处理及A/D转换处理；电流感应电路，其输出端与外接连接端子连接，作为电流信号的传感器，获取系统单相或三相的电流信号。

单相或三相电流信号转换电路，与电流感应电路输出端连接，将电流感应电路的电流信号转换成电压信号；单相或三相电流信号调制电路，其输入端与电流信号转换电路连接，其输出端与微控制器电路的输入端连接，输入电流信号转换得到的电压信号到微控制器电路，由微控制器电路对其输入的电压信号进行处理；显示模块电路，直接和微控制器电路的输出端连接，由微控制器电路控制其显示；可编程存储器电路，通过光电隔离器与微控制器电路的IIC总线接口连接，由微控制器电路对其进行数据信息的擦写；LED状态指示电路，直接和微控制器电路的输出端连接，由微控制器电路控制其点亮，与显示模块电路配合，作状态指示用；通讯电路，通过光电隔离器与微控制器电路的串行接口连接，由微控制器电路控制其与外围设备进行通讯。

在线编程电路，直接和微控制器电路的在线编程接口连接，用于微控制器电路的程序烧写到微控制器电路内部的存储器中；继电输出电路，直接和微控制器电路的输出端连接，由微控制器电路控制其动作，其输出端与外接连接端子连接；遥信信号输入电路，直接和微控制器电路的输入端连接，用于获取断路器、重合器、继电器等接点的变位信息的开关量信息。

作为上述方案的进一步说明，前述系统直流供电电路包括两路独立分开的5V直流电压输出电源模块，以及一个3 .3V直流电压输出的主芯片稳压电路，主芯片稳压电路为微控制器电路提供电源，主芯片稳压电路与其中一路5V直流电压连接。

作为上述方案的进一步说明，前述微控制器为型号为71M6541D的电表芯片；电表芯片外接有晶振电路，电表芯片电源端与3 .3V的主芯片稳压电路输出端连接。

作为上述方案的进一步说明，前述电流感应电路由电流互感器构成，单相或三相电流信号转换电路均包括并联在各自对应的电流互感器输出端的电压转换电阻；单相或三相电流信号调制电路均包括以下阻容网络电路单元，阻容网络电路单元包括由两个串联的电阻组成的电阻组和由两个串联的电容组成的电容组，电阻组和电容组并联在电压转换电阻两端，电阻组和电容组两端之间均各用一个电阻连接，电阻组和电容组的中点连接在一起，作为电流转换成电压后的电压信号公共参考电位端，定义为信号接地端；电容组两端部与电表芯片的相应A/D转换输入端连接，电容组两端部与电表芯片连接处与主芯片稳压电路地线之间接有抗干扰电容器；信号接地端与电表芯片参考电压端连接，信号接地端通过一个电感器与主芯片稳压电路输出端连接。

由上可知，本实用新型具有如下的优点：具有可编程测量、显示、报警、数字通讯和模拟量变送输出等功能的智能仪表，广泛应用变电站自动化、配电自动化、智能建筑、自动化生产线、测试台等。真有效值测量，精度高，稳定性好。结合系统软件，互感器变比可通过仪表按键现场设置，使用方便灵活。4位高亮红色数码管显示器显示；可选一路或二路继电器报警输出，实现上下限报警功能；可选RS485数字通讯接口，可与各种PLC、HMI、组态软件实现组网；结构科学简单，功能多，使用元器件少，容易制造，体积小。