本實用新型涉及電能表信息采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能型電能表無線信息采集器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的國內(nèi)外的智能型電能表無線信息采集器的設(shè)計方案有兩種，一種是采用微功率無線通信技術(shù)，一種是采用通用分組無線服務(wù)技術(shù)(GPRS)：

其中微功率無線通信技術(shù)方案，電路主要包括電源電路、控制電路和通信電路，通信電路包括RS485通信電路和微功率無線通信電路，該方案上行通信采用微功率無線組網(wǎng)的方式來實現(xiàn)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，下行通信采用有線485的方式來完成電能表數(shù)據(jù)的采集和存儲，其優(yōu)點是抄表成功率高、組網(wǎng)速度快、無需人工干預(yù)，缺點是通信距離短不超過1000米，不能廣泛應(yīng)用于智能型電能表數(shù)據(jù)采集，只適合于密集安裝的智能型電能表近距離的數(shù)據(jù)采集。

其中基于通用分組無線服務(wù)技術(shù)(GPRS)的方案，電路主要包括電源電路、控制電路和通信電路，通信電路包括GPRS通信電路、RS485通信電路和紅外通信電路，該方案上行通信采用GPRS通信的方式來實現(xiàn)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，下行通信采用485通信的方式來完成電能表數(shù)據(jù)的采集和存儲，其缺點是電路設(shè)計復(fù)雜，成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種實時快速、具有多重保護(hù)功能的智能型電能表無線信息采集器。

一種智能型電能表無線信息采集器，包括電源電路、控制電路、通信電路、時鐘電路、存儲電路、LED指示電路和保護(hù)電路，

所述通信電路包括RS485通信電路、紅外通信電路、遙信電路和GPRS通信電路；

所述的電源電路輸出三路相互獨立的電源：分別為第一電源、第二電源和第三電源，第一電源給控制電路、時鐘電路存儲電路、LED指示電路、紅外通信電路和GPRS通信電路提供電源，第二電源給RS485通信電路和遙信電路提供電源，第三電源給第二保護(hù)電路提供電源，正常工作時時鐘電路由第一電源提供電源，停電時由備用電池提供電源；

所述的保護(hù)電路包括第一保護(hù)電路、第二保護(hù)電路、第三保護(hù)電路和第四保護(hù)電路，所述第一保護(hù)電路設(shè)于電源電路的輸入端，所述第二保護(hù)電路設(shè)于第三電源電路的輸出端，所述第三保護(hù)電路設(shè)于GPRS通信電路的電源輸入端，所述第四保護(hù)電路設(shè)于RS485通信電路的輸出端。

所述的控制電路分別控制通信電路、存儲電路及LED指示電路，時鐘電路給控制電路提供時鐘數(shù)據(jù)。

通過在智能型電能表無線信息采集器中設(shè)計能夠提供多電源的電源電路、三個通信電路和四個保護(hù)電路，并采用專用的無線通信芯片和微控制器組成實時快速采集、管理和存儲數(shù)據(jù)和信息的智能型電能表無線信息采集器，并且斷電時數(shù)據(jù)不丟失、時鐘不停止，能實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集和電能質(zhì)量曲線的監(jiān)控和管理，滿足電力用戶大范圍的集中抄表和數(shù)據(jù)采集。

所述的第一保護(hù)電路包括壓敏電阻、色環(huán)電阻及PTC熱敏電阻。

第一保護(hù)電路在系統(tǒng)遭受雷擊、超壓情況下保護(hù)系統(tǒng)不被破壞。

所述的第二保護(hù)電路包括1個獨立的開關(guān)控制芯片。

第二保護(hù)電路保證在系統(tǒng)受強(qiáng)電攻擊下不會造成整體電源的崩潰，保證采集器的主電源電路正常工作。

所述的第三保護(hù)電路包括1個獨立的可調(diào)輸出線性穩(wěn)壓器。

第三保護(hù)電路提供可靠的工作電源，保證GPRS通信電路的正常工作。

所述的第四保護(hù)電路包括防雷管、TVS管和熱敏電阻。

第四保護(hù)電路可保護(hù)485通信線路在雷擊和強(qiáng)電誤接時不受破壞。

所述的RS485通信電路由485芯片和外圍電路組成，每路RS485通信電路的輸入、輸出端通過光電耦合器和控制電路的RS485通信輸入、輸出端連接，完成數(shù)據(jù)通信和收發(fā)控制。

所述的紅外通信電路由紅外接收電路、紅外發(fā)射電路和38KHZ調(diào)制電路組成，紅外通信電路的輸入、輸出端和控制電路的紅外通信輸入、輸出端連接，完成數(shù)據(jù)通信和載波調(diào)制解調(diào)。

所述電源電路為系統(tǒng)提供電源，包括高頻變壓器、整流電路、開關(guān)控制芯片、穩(wěn)壓電路、濾波電路和備用電池，所述高頻變壓器包含有初級線圈和次級線圈。

所述控制電路控制系統(tǒng)運(yùn)行，包括基于ARM Cortex-M3處理器內(nèi)核的32位RISC微控制器MB9BF218S及外圍電路。

所述時鐘電路包括R8025T時鐘芯片及外圍電路。

所述存儲電路包括FM24CL64BG芯片和FLASH閃存電路及外圍電路。

綜上所述的，本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)如下優(yōu)點：

本實用新型通過設(shè)計能夠提供多電源的電源電路、三個通信電路和四個保護(hù)電路，并采用專用的無線通信芯片和微控制器組成實時快速采集、管理和存儲數(shù)據(jù)和信息的智能型電能表無線信息采集器，并且斷電時數(shù)據(jù)不丟失、時鐘不停止，能實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集和電能質(zhì)量曲線的監(jiān)控和管理，滿足電力用戶大范圍的集中抄表和數(shù)據(jù)采集；本實用新型在雷擊和強(qiáng)電過壓時，能有效保護(hù)采集器和通信電路不受到破壞。

附圖說明

圖1是本實用新型智能型電能表無線信息采集器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本實用新型RS485通信電路的電路圖a。

圖3是本實用新型RS485通信電路的電路圖b。

圖4是本實用新型紅外通信電路的電路圖。

圖5是本實用新型第一保護(hù)電路的電路圖。

圖6是本實用新型第二保護(hù)電路的電路圖。

圖7是本實用新型第三保護(hù)電路的電路圖。

圖8是本實用新型第四保護(hù)電路的電路圖a。

圖9是本實用新型第四保護(hù)電路的電路圖b。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本實用新型進(jìn)行更詳細(xì)的描述。

實施例1

本實用新型智能型電能表無線信息采集器包括電源電路1、控制電路2、通信電路3、時鐘電路4、存儲電路5、LED指示電路6、保護(hù)電路7，其中：

所述電源電路1為系統(tǒng)提供電源，包括高頻變壓器、整流電路、開關(guān)控制芯片、穩(wěn)壓電路、濾波電路和備用電池，所述高頻變壓器設(shè)置1個初級線圈和3個次級線圈；

所述控制電路2控制系統(tǒng)運(yùn)行，包括基于ARM Cortex-M3處理器內(nèi)核的32位RISC微控制器MB9BF218S及外圍電路；

所述通信電路3包括485通信電路、紅外通信電路、遙信電路和GPRS通信電路；

所述時鐘電路4包括R8025T時鐘芯片及外圍電路；

所述存儲電路5包括FM24CL64BG芯片和FLASH閃存電路及外圍電路；

所述LED指示電路6包括3路單色LED和3路雙色LED電路；

所述保護(hù)電路7包括第一保護(hù)電路71、第二保護(hù)電路72，第三保護(hù)電路73和第四保護(hù)電路74；所述第一保護(hù)電路71設(shè)于電源電路的輸入端，所述第二保護(hù)電路72設(shè)于電源3的輸出端，所述第三保護(hù)電路73設(shè)于GPRS通信電路的電源輸入端，所述第四保護(hù)電路74設(shè)于RS485通信電路的輸出端。

本實施例中，控制電路2采用基于ARM Cortex-M3處理器內(nèi)核的32位RISC微控制器MB9BF218S芯片，所述MB9BF218S芯片通過RS485通信信道與智能型電能表之間執(zhí)行下行通信，采集智能型電能表的電量數(shù)據(jù)和電網(wǎng)模擬參數(shù)等；所述MB9BF218S芯片通過GPRS通信信道與主站之間執(zhí)行上行通信，將已進(jìn)行分析、處理和分類存儲的采集信息上傳至主站，實現(xiàn)電能質(zhì)量曲線的監(jiān)控和管理。

控制電路2微處理器MB9BF218S的引腳5（CTR1）與耦合電路光電耦合器U2的第2腳連接，其引腳16（RXD1）與耦合電路光電耦合器U3的第4腳連接，其引腳17（TX1）與耦合電路光電耦合器U8的第2腳連接，完成RS485通信電路1的數(shù)據(jù)通信和收發(fā)控制；其引腳26（RXD2）與耦合電路光電耦合器U11的第4腳連接，其引腳27（TX2）與耦合電路光電耦合器U12的第2腳連接，其引腳28（CTR2）與耦合電路光電耦合器U20的第2腳連接，完成RS485通信電路2的數(shù)據(jù)通信和收發(fā)控制。

通信電路3的紅外通信電路包括紅外接收、紅外發(fā)射和載波調(diào)制三個電路，紅外接收電路的紅外接收器US采用FM-9038LM-5CN，其第1腳與微處理器MB9BF218S的引腳62（RXDH）連接，紅外發(fā)射電路的PNP型三極管Q4的集電極通過電阻R31與微處理器MB9BF218S的引腳7（TXDH）連接，載波調(diào)制電路的PNP型三極管Q10的集電極通過電阻R30與微處理器MB9BF218S的引腳63（38KHz）連接，完成38KHz載波調(diào)制解調(diào)、紅外通信數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送；紅外通信主要供掌上電腦的現(xiàn)場對采集器進(jìn)行參數(shù)初始化，現(xiàn)場對設(shè)備維護(hù)、監(jiān)控，同時，可以現(xiàn)場抄收采集器中儲存的電量及各種電表信息。掌上電腦與采集器采用遠(yuǎn)紅外通信，在4米內(nèi)無線通信，使用方便、安全。

通信電路3的遙信電路通過耦合電路光電耦合器U1的第4腳與控制電路2微處理器MB9BF218S的引腳29（YX）連接，通過遙信通信完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集傳輸。

通信電路3的GPRS通信電路選用模塊化設(shè)計，設(shè)計由GPRS通信芯片、電源和網(wǎng)絡(luò)指示燈、SIM卡、射頻天線及外圍電路組成。GPRS通信芯片選用專為純數(shù)據(jù)應(yīng)用要求而設(shè)計的FIBOCOM G620芯片，該芯片支持全球通用的GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz四頻，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，GPRS數(shù)據(jù)連接可靠，其引腳17、18（BATT）為工作電源輸入端，由可調(diào)輸出線性穩(wěn)壓器MIC29302WU提供工作電壓VBATT。電源指示燈的一端連接工作電壓VBATT，另一端通過電阻R1接地，實現(xiàn)上電時電源指示功能。網(wǎng)絡(luò)指示燈一端連接工作電壓VBATT，另一端通過電阻R310與三極管VT3的基極連接，三極管VT3的發(fā)射極通過電阻R308與G620芯片的引腳5（LPG）連接，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)指示功能。GPRS通信芯片F(xiàn)IBOCOM G620的引腳11（RESET_N）通過電阻R10與引腳21（POWER_ON）連接，其引腳21（POWER_ON）通過二極管D4與微處理器MB9BF218S的引腳9（GPIO）連接，其引腳2（CTS）先通過電阻R11與三極管VT302的基極連接，接著三極管VT302的發(fā)射極再通過電阻R7、R12與控制電路2微處理器MB9BF218S的引腳8連接，其引腳22（RTS）通過電阻R30與控制電路2微處理器MB9BF218S的引腳13連接，其引腳7（SIM_CLK）、引腳8（SIM_DATA）、引腳9（VSIM）、引腳10（SIM_RST）分別與SIM卡接口4、3、6、5連接，其引腳14（RF_ANT）通過電阻R3與射頻天線連接，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)采集功能。

所述時鐘電路4由內(nèi)部帶有溫度補(bǔ)償功能的實時時鐘芯片R8025T和外圍電路組成。通電時，時鐘電路的電源由電源1提供；停電時，時鐘電路的電源由備用電池提供。時鐘電路的時鐘芯片R8025T通過I C總線和控制電路的微處理器連接，微處理器通過IC總線讀取時鐘芯片獲取時鐘數(shù)據(jù)，停電時時鐘仍然繼續(xù)走時。

所述存儲電路5由1個FRAM存儲芯片F(xiàn)M24CL64、一個FLASH存儲芯片MX25L25735FMI-10G和外圍電路組成，存儲電路的FRAM存儲芯片通過IC總線與控制電路的微處理器連接，F(xiàn)LASH存儲芯片通過多個I/O口與控制電路的微處理器連接，存儲采集的智能型電能表的參數(shù)數(shù)據(jù)、當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)不丟失。

所述的LED指示電路6由3路單色LED和3路雙色LED電路組成，LED指示電路的LED分別由控制電路微處理器的6個GPIO口驅(qū)動，指示當(dāng)前采集器的工作狀態(tài)，實現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)指示、告警指示、上行遠(yuǎn)程通信狀態(tài)指示、下行本地通信狀態(tài)指示、遠(yuǎn)程通道在線指示和遠(yuǎn)程通道信號強(qiáng)度指示。

所述的第一保護(hù)電路71包括1個獨立的壓敏電阻、1個獨立的色環(huán)電阻、1個獨立的PTC熱敏電阻：第一保護(hù)電路71輸入端連接電源的輸入端L、N，接著先并聯(lián)一個壓敏電阻（MOV）RV1，再通過一個色環(huán)電阻RF連接一個PTC熱敏電阻VR，器件VR將熱敏和壓敏封裝在同一個器件中。MOV其電阻隨電壓增加而減小，在過壓瞬間MOV形成一個低阻的分流器，這時熱敏電阻因為過流而快速升溫阻值變大最終形成開路，保護(hù)變壓器兩端電壓不會進(jìn)一步上升，保護(hù)后續(xù)電路，在系統(tǒng)遭受雷擊、超壓情況下保護(hù)系統(tǒng)不被破壞。

所述的第二保護(hù)電路72包括1個獨立的開關(guān)控制芯片：開關(guān)控制芯片U1選用VIPER22A，連接高頻變壓器的初級線圈和次級線圈；開關(guān)控制芯片U1控制變壓器初級線圈的導(dǎo)通和關(guān)閉，其導(dǎo)通和關(guān)閉的頻率和導(dǎo)通占空比由變壓器的次級的反饋電路控制，當(dāng)負(fù)載較高時次級輸出電壓跌落，開關(guān)控制芯片通過導(dǎo)通和關(guān)閉的頻率和導(dǎo)通占空比，輸出電壓提高，電壓提高到目標(biāo)電壓并穩(wěn)定后，開關(guān)控制芯片降低導(dǎo)通和關(guān)閉的頻率和導(dǎo)通占空比，達(dá)到穩(wěn)壓和提高效率的目的。在系統(tǒng)受強(qiáng)電攻擊下不會造成整體電源的崩潰，保證采集器的主電源電路和電路元件的正常工作。

所述的第三保護(hù)電路73包括1個獨立的可調(diào)輸出線性穩(wěn)壓器：可調(diào)輸出線性穩(wěn)壓器U24采用MIC電源芯片29302WU，其第一腳（EN）為使能控制輸入端與微處理器MB9BF218S的引腳6連接，其第2腳為電源輸入端，由電源1提供電源，其第3腳為接地端，其第4腳為電源輸出端，其第5腳為反饋輸入端。MIC電源芯片29302WU是高度精確的電壓調(diào)節(jié)器，提供低壓差電壓和快速瞬態(tài)響應(yīng)，具有過壓保護(hù)和反向電流保護(hù)的作用，防止積極和消極的電壓瞬變，提供可靠的工作電源，保證GPRS通信電路的正常工作。

所述的第四保護(hù)電路74包括2個獨立的防雷管、2個獨立的TVS管和4個獨立的熱敏電阻：2路RS485通信電路都單獨連接第四保護(hù)電路74，所述第四保護(hù)電路74輸出端連接RS485通信電路的輸出端，輸入端連接端口A1、B1、A2、B2。當(dāng)RS485通信電路的信號輸入端誤接強(qiáng)電或遭受雷擊，RS485通信電路的A、B端電壓瞬間升高，第四保護(hù)電路74中的防雷管DV1、DV2高效的吸收和清除線路中產(chǎn)生的高電壓浪涌雜波、雷電干擾以及靜電，熱敏電阻RVT1、RVT2、RVT3、RVT4斷開，TVS二極管D11、D13動作把電壓鉗制在允許工作電壓范圍內(nèi)，保護(hù)RS485通信線路在雷擊和強(qiáng)電誤接時不受破壞。

以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。

本實施例未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。