一種可模塊化擴展的多路電能量計量裝置及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可模塊化擴展的多路電能量計量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]智能電表是智能電網(wǎng)的智能終端，除了具備傳統(tǒng)電能表基本用電量的計量功能以夕卜，為了適應智能電網(wǎng)和新能源的使用，它還具有用電信息存儲、雙向多種費率計量、用戶端控制、多種數(shù)據(jù)傳輸模式的雙向數(shù)據(jù)通信等智能化的功能。在我國，隨著國家堅強智能電網(wǎng)建設的推進，作為用戶端的智能電表的需求也在不斷增長。當前，低壓居民用戶普遍采用一戶一表的安裝方式，對于城市小區(qū)居民用戶而言，同一樓棟的用戶電表往往集中安裝于樓道走廊、電表井或配電房中。數(shù)十塊電表分別配置有采集、存儲、計算、顯示、通訊、讀卡、控制等功能，性能得不到充分的利用。因此，針對低壓居民用戶集中裝表的場合，有必要設計一種可采集多路用電信息的電能計量裝置，并根據(jù)用戶數(shù)量的變化靈活擴展配置，達到功能與經(jīng)濟性的平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有的技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種可模塊化擴展的多路電能量計量裝置及方法。
[0004]本發(fā)明技術(shù)方案如下所述:
一種可模塊化擴展的多路電能量計量裝置，其特征在于，包括中央處理單元、紅外單元、讀卡單元、存儲單元、電池單元、液晶顯示單元、鍵盤單元、電壓采集單元、多路電流采集模塊以及通訊單元，所述中央處理單元分別與所述紅外單元、所述讀卡單元、所述存儲單元、所述電池單元、所述液晶顯示單元、所述鍵盤單元、所述電壓采集單元、所述多路電流采集模塊以及所述通訊單元連接，其中，
所述中央處理單元負責調(diào)用整個系統(tǒng)的任務，管理所有系統(tǒng)外設，
所述紅外單元支持外部設備通過紅外線通信端口讀取裝置內(nèi)的相關用戶用電信息，所述讀卡單元支持用戶通過用戶卡讀取計量裝置內(nèi)存儲的和用戶相關的用電信息，所述存儲單元用于存儲從計量自動化系統(tǒng)或者營銷管理信息系統(tǒng)獲得的用戶檔案信息、各電壓、所述電流采集模塊采集的用戶用電數(shù)據(jù)、所述中央處理單元的計算結(jié)果及相關歷史數(shù)據(jù)，
所述電池單元為整個裝置提供備用電源，用于停電發(fā)生時維持裝置正常持續(xù)運行，所述液晶顯示單元用于顯示鍵盤輸入對應的各設置項，用于顯示用戶查詢的用電信息，
所述鍵盤包括參數(shù)設置鍵和多功能方向鍵，所述參數(shù)設置鍵用于系統(tǒng)的設置輸入，所述多功能方向鍵用于設置光標的位置、顯示屏翻頁，
所述通訊單元用于與主站、集中器進行通訊，
所述電壓采集單元用于實時采集計量裝置安裝位置處的線路電壓瞬時數(shù)據(jù)， 所述電流采集模塊采集用戶線路上的電流瞬時量，并提供給所述中央處理單元用于用戶的電能計量和用電分析。
[0005]進一步的，所述中央處理單元、所述紅外單元、所述讀卡單元、所述存儲單元、所述電池單元、所述液晶顯示單元、所述鍵盤單元、所述電壓采集單元以及所述通訊單元組裝成一體結(jié)構(gòu)，該一體結(jié)構(gòu)為裝置主機。
[0006]更進一步的，所述裝置主機設置于用戶線路進線的干線上，所述電流采集模塊設于用戶線路進線的支線上。
[0007]更進一步的，所述電流采集模塊和所述裝置主機通過信號線進行連接。
[0008]更進一步的，所述裝置主機還包括電源管理單元，所述電源管理單元兩端分別連接所述電池單元和所述中央處理單元，所述電源管理單元將電池單元輸出的電壓或者線路上的電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的系統(tǒng)供電電壓。
[0009]進一步的，所述電流采集模塊內(nèi)設有霍爾電流傳感器和MCU芯片，所述霍爾電流傳感器將采集到的用戶線路上的電流瞬時量傳遞給所述MCU芯片，所述MCU芯片利用其上集成的AD將霍爾電流傳感器輸出的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號提供給所述中央處理單元。
[0010]更進一步的，所述MCU芯片上設有SPI接口，所述電流數(shù)字信號通過所述SPI接口進行傳遞。
[0011]本發(fā)明還提供一種利用上述可模塊化擴展的多路點能量計量裝置的計量方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)電壓采集單元和電流采集模塊分別采集計量裝置安裝處和用戶線路上的電壓瞬時數(shù)據(jù)和電流瞬時數(shù)據(jù)；
(2)A/D轉(zhuǎn)換器將步驟(I)采集到的各個模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，中央處理單元通過數(shù)字乘法器將電壓采樣信號與各路電流采樣信號進行相乘，得到各路用戶的瞬時功率；
(3)通過數(shù)字低通濾波器獲取各路用戶在Λt時刻內(nèi)的平均有功功率；
(4)中央處理單元對各用戶的有功功率對時間進行離散數(shù)字積分，得到用戶有供電量;
(5 )將最終結(jié)果存儲后供用戶查詢顯示或經(jīng)通訊單元上傳。
[0012]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，其有益效果在于，本發(fā)明可替代集中裝表場合下電能表一戶一表的安裝方式，支持模塊化擴展，只需要一臺裝置主機，并根據(jù)用戶的數(shù)量靈活配置電流采集子模塊個數(shù)，通過集中采集、集中處理、集中顯示、集中上傳的方式對集中裝表的普通居民用電信息進行采集，降低了計量設備投資成本，減少了維護工作量、節(jié)約了表箱安裝空間。本發(fā)明計量過程簡單，節(jié)約了不必要的步驟，節(jié)約了計量時間和出錯的可能。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明電流采集模塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明與外部線路間的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明計量方法流程圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖以及實施方式對本發(fā)明進行進一步的描述:
如圖1所示，一種可模塊化擴展的多路電能量計量裝置，包括中央處理單元、紅外單元、讀卡單元、存儲單元、電池單元、電源管理單元、液晶顯示單元、鍵盤單元、電壓采集單元、多路電流采集模塊(即電流采集子模塊)以及通訊單元，中央處理單元分別與紅外單元、讀卡單元、存儲單元、液晶顯示單元、鍵盤單元、電壓采集單元、多路電流采集模塊以及通訊單元連接，并通過電源管理單元與電池單元連接，其中:
(I)中央處理單元
中央處理單元是保證正常工作的最小系統(tǒng)，負責調(diào)用整個系統(tǒng)的任務，管理所有系統(tǒng)外設。
[0015](2)紅外單元
紅外單元支持外設通過裝置的紅外線通信端口讀取裝置內(nèi)的相關用戶用電信息，如用戶編號、用戶名稱、表碼、電量、費率等。
[0016](3)讀卡單元
讀卡單元支持用戶通過用戶卡讀取計量裝置內(nèi)存儲的和用戶相關的用電信息，如用戶編號、用戶名稱、表碼、電量、費率等。
[0017](4)存儲單元
存儲單元用于存儲裝置從計量自動化系統(tǒng)或者營銷管理信息系統(tǒng)獲得的用戶檔案信息、各電壓、電流模塊采集的用戶用電數(shù)據(jù)、中央處理單元的計算結(jié)果及相關歷史數(shù)據(jù)等。
[0018](5)電池單元
電池單元為本裝置提供備用電源，用于停電發(fā)生時裝置的正常持續(xù)運行。采用充電電池或普通電池實現(xiàn)。
[0019](6)電源管理單元
電源管理單元將電池單元輸出的電壓或者線路上的電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的系統(tǒng)供電電壓。采用充電電池時，還有充電管理能力，具有充電狀態(tài)檢測、電池電量檢測、電量低報警和電量充滿提示等功能。
[0020](7)液晶顯示單元
液晶顯示單元用于顯示鍵盤輸入對應的各設置項。除此之外，還用于