单相费控智能电表的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种单相费控智能电表。该专利由无锡市恒通电器有限公司申请，并于2018年11月2日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及电工仪器仪表行业电能计量领域，尤其涉及的是一种单相费控智能电表。

发明背景

电表作为电能用户用电量的专用计量器具，经历了从感应式电表到全电子式电表的发展，其中全电子式电表在功能上又经历了普通电子式电能表、复费率电能表、预付费电能表、多功能电能表等发展阶段。现有的电能表存在一定的弊端：功能单一，智能程度不高，精度低，费控模式和超部分方式单一，数据可靠性不高，使用不方便。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种单相费控智能电表，旨在解决现有功能单一、智能程度不高的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种单相费控智能电表结构示意图，所述电表包括外壳、显示屏、按键、卡槽、引脚接入口和指纹采集装置，所述显示屏位于外壳的上部，显示屏上方的中央位置还设置有指示灯，所述引脚接入口位于外壳下方，指纹采集装置连接内部的指纹识别模块，所述按键包括十个数字按钮和确认按钮、取消按钮以及四个方向按钮。

所述电表的内部结构包括单片机、计量单元、存储单元、电源单元、报警单元、显示单元、载波通信单元、继电器控制单元、485通信单元、时钟单元、按键输入单元、安全认证单元和防偷电单元。

所述单片机采用78F0526单片机芯片，所述计量单元由计量芯片ADE7755和外围电路组成，计量单元连接有电流采样单元和电压采样单元，电流采样单元和电压采样单元的信号输出端连接计量单元的信号输入端；所述电压采样单元式分压电阻网络，所述电流采样单元包括铜锰分流器和电流互感器；所述计量单元具有分时计量的功能，可以分时计量尖、峰、平、谷时段的电量；所述电源单元采用锂电池，并且所述电源单元连接报警单元，所述报警单元可实现故障报警，并且当报警单元检测到电源电压小于3V时自动发出声光报警信号；

所述显示屏为LCD液晶显示屏，可显示电量、电压、电流、功率因数等数据，同时可通过485通信单元或载波通信单元实现抄表，即实现三种不同的抄表方式；在正常使用情况下，指示灯为常亮状态，卡槽内可插入磁卡，显示屏上可显示时间、日期、当前已用电量、当前已扣费用和卡内余额；

当磁卡插入卡槽时，用户需同时按下指纹，通过指纹采集装置采集指纹图像后传输至指纹识别模块，指纹识别模块对该指纹进行识别，如果匹配，则磁卡会从卡槽内自动弹出，如果不匹配，则显示屏上会出现提示信息，且该系统指纹输入信息只能出错4次，超过次数，指纹识别模块会将报警信息传输至单片机，单片机接收并处理该信息后由报警单元发出警报指令，并将系统锁死，该电表无法正常工作，需进行软件解锁后才能恢复正常；

所述载波通信单元利用现有的输配电电力线网络作为传输介质，实现电能表与电力部门的远程售电系统的联网；所述继电器控制单元可在用户欠费或过载时自动拉闸断电，当用户欠费时由远程售电系统发送拉闸命令，当电表成功接收拉闸命令后，所述显示屏将显示“拉闸”字符闪烁提示，继电器控制单元驱动继电器拉闸；拉闸成功后，“拉闸”字符不再闪烁并保持显示；

当用户充值后，远程售电系统再发送允许合闸命令，当电表成功接收命令后，此时显示屏显示“拉闸”字符将消失，继电器控制单元驱动继电器合闸；所述存储单元采用EEPROM存储器，可防止电能数据在意外断电后消失；所述时钟单元为具有温度补偿功能的时钟电路，输出频率为1Hz，时钟精度≤0 .4s/d；

所述安全认证单元采用嵌入式安全模块，其包括内核算法单元，所述内核算法单元连接有算法协处理器、随机数发生器、RAM存储器和定时器，用于防止非授权人进行操作，从而保障数据传输的安全性；所述防偷电单元包括电流取样回路，单片机定期读取并比较火线和零线电流取样的值，如果这两个电流取样差值超过设定的阈值，单片机选择两个电流中较大的电流通道作为当前电量计量的通道，同时由报警灯单元输出声光报警信号指示窃电状态发生；

所述费控智能电表的工作模式包括本地费控模式和远程费控模式，并可接收费控模式切换信号在两种模式之间进行切换，费控模式切换信号由单相费控智能电表内预设的切换时间触发，所述预设的切换时间由售电系统的上位机进行设置，一旦单相费控智能电表内的定时时间到达预设的切换时间时，就会根据切换当前的费控模式，判断得到切换信号是本地费控模式切换至远程费控模式还是远程费控模式切换至本地费控模式。

本发明所提供的一种单相费控智能电表，具有以下有益的技术效果：1、可实现远程预付费和抄表，以及本地费控模式和远程费控模式的灵活切换，使较好地满足电能计量与结算需求； 2、采用了安全认证和指纹识别，数据的安全性高；3、LCD液晶显示屏可显示电量、电压、电流、功率因数等数据，同时可通过485通信单元或载波通信单元实现抄表，即实现三种不同的抄表方式；4、可实现故障报警和电量过低报警，便于管理，增加了电表运行的可靠性； 5、防偷电单元可以遏制常见偷电方式，达到防止偷电的目的。