三相智能卡式农灌用电能表制造技术

本实用新型专利技术公开了一种三相智能卡式农灌用电能表，包括为系统各电子器件供电的电源，微控制器，所述微控制器的信号输入端分别电连接计量电路模块、断相报警模块，与所述微控制器进行交互通讯的智能ＣＰＵ卡、作为存储单元的ＳＡＭ模块；可以进行三相三线、三相四线大电流、小电流等各种情况下的正反向电能计量；另一方面，通过一表多卡、一卡多表技术实现多个用户可用同一只表进行灌溉计费、也可以一个用户在多只表上使用。试验证明，本实用新型专利技术可提高农业灌溉的用电效率。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电能计量装置中的计量仪表技术和农田灌溉用电管理系统 领域，尤其涉及一表多卡、 一卡多表的用电智能模式。
技术介绍
随着农村电网改造及农村用电管理体制改革的进行，农村用电管理的现代化 已是不可阻挡的趋势，农业灌溉作为农业生产用电中的一部分，实现其自动化 管理将有着良好的市场前景。目前农田灌溉大部分还是通过抄表收费或计时收 费，不可避免的存在着窃电、欠费、电霸等不良行为，也存在着人情电、关系 电。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种实现农民持卡用电、方便用电 计费管理的三相智能卡式农灌用电能表。为解决上述技术问题，本技术的技术方案是三相智能卡式农灌用电 能表，包括为系统各电子器件供电的电源，微控制器，所述微控制器的信号输 入端分别电连接计量电路模块、断相报警模块，与所述微控制器进行交互通讯的智能CPU卡、作为存储单元的SAM模块，所述微控制器的信号输出端电连接的显示模块和控制继电器模块，其中所述计量电路模块包括A相计量模块、B相计量模块、C相计量模块；A相计量模块包括相电流传感器，与所述相电流传感器电连接的信号放大器，与所述信号放大器电连接的A/D转换器，与所述A/D转换器电连接的数字滤波器， 与所述数字滤波器电连接的功率计算器；所述A相计量模块还包括相电压传感 器，与所述相电压传感器电连接的信号放大器，与所述信号放大器电连接的A/D 转换器，与所述A/D转换器电连接的数字滤波器，与所述数字滤波器电连接的 功率计算器；所述B相计量模块和C相计量模块与A相计量模块的电路相同，且所述A相计量模块、B相计量模块和C相计量模块各自的功率计算器电连接 至共同的累加器，所述累加器电连接功率脉冲转换模块，该脉冲信号经过分频器， 一路用于脉冲指示和校验， 一路用于驱动数器和单片机计算电能；所述电源模块包括参数相同的A相变压器、B相变压器和C相变压器，所 述A相变压器、B相变压器和C相变压器的副边的其中两抽头之间分别通过全 波整流后汇集，再通过阻容降压稳压，最后通过稳压器、稳压滤波电路来得到 微控制器电源+5V，同时在稳压器前还抽出了一个12V的检测电源，用以检测供 电电源，该检测电源输入到看门狗电路，看门狗发出复位信号给微控制器；三 相变压器原边抽头和模拟地共同通过三相全波整流、电容稳压电路和稳压器来得到计量电源VCC和负电源VSS;所述断相报警模块包括分别取样于A相变压器、B相变压器和C相变压器 的原边中间抽头，所述三个原边中间抽头分别通过电阻分压得到电源缺相指示信号，即A相、B相和C相的断相信号；且在断相时对应指示灯熄灭；所述CPU卡和SAM模块，都是带有微处理器的E2PR0M，其内部掩膜有操作 系统TIMEC0S2.0，并采用DES加密方法，通过密钥卡来修改安全认证模块SAM 中的密钥。作为一种改进，所述智能CPU卡通过卡座和微控制器电连接，卡座上有一 对常开触点，当CPU卡插入时，该常开触点闭合。由于采用了上述技术方案，可以进行三相三线、三相四线大电流、小电流 等各种情况下的正反向电能计量；另一方面，通过一表多卡、 一卡多表技术实 现多个用户可用同一只表进行灌溉计费、也可以一个用户在多只表上使用。试 验证明，本技术可提髙农业灌溉的用电效率。附图说明图1是本技术的电能计量及指示部分原理框图2是本技术的电源及电源管理部分原理框图3是本技术的微控制器智能控制部分原理框图4是本技术的智能存储单元SAM模块功能原理框图；图5是本技术的卡与微控制器接口电路原理框图； 图6是本技术的数码管显示电路原理框图。具体实施方式本实施例的整体组成分主体部件和附加部件，主体部件为电能表本身，有 封闭式外壳包装，底壳上有固定孔；附加部件为漏电保护器，漏电保护器是外 接在表后的用以断开电机。主体部件按照功能又分为电源模块、计量模块、单 片机智能控制模块、显示模块、卡与SAM模块等。其中电源模块是为整机提供 不同的电源，电源之间互不影响；计量模块是通过电压电流取样网络利用专用 电能计量芯片实现电能量的计量；单片机智能模块是实现数据处理、信息传递、 预付费等功能；显示模块是显示剩余电量、插卡信息等；卡与SAM模块是实现 卡内信息与表内信息的互送，互送之前必须经过密钥认证。以下结合各功能原 理图为本电能表工作过程叙述。图1是本技术电能表的电能计量部分原理图，其中电阻分压网络是通 过系列电阻将电压信号调整到计量芯片需要的输入信号范围，然后在芯片内进 行增益放大、模数转换，然后送到计算器；同时电压采样电路还设置短接部分 电阻来实现对计量误差的调整。电流互感器电流取样是将从相线进入的电流通 过外接负载电阻把电流信号转换成电压信号，然后将该信号经过增益放大、模 数转换后送到计算器。计算器把代表负载电流和负载电压的两个电压信号值相 乘，得到代表有功功率的值；三相有功功率值累加得到总有功功率，再经功率 脉冲转换，把有功功率值转换成与之成正比的脉冲群， 一路是正负脉冲， 一路 是正脉冲，根据需要可采集正负脉冲，也可采集正脉冲。本技术采集了正 脉冲，即不论功率方向都输出正脉冲，该脉冲信号经过分频器， 一路用于脉冲 指示和校验， 一路用于驱动计数器和单片机计算电能。本技术即有计数器 指示用电量，又有数码管显示电量；计数器指示的是该村所有用户的总消耗电 量，而六位数码管显示的是当前用户的剩余电量，带一位小数。该计量电路的 优点是高精度、高可靠性、宽负荷、低功耗、误差曲线平直、节能节材等。图2是本技术的电源及电源管理部分原理图，其中三相变压器原边抽头2和模拟地3共同通过三相全波整流、电容稳压电路和稳压器来得到计量电 源Vcc和负电源Vss，同时还利用抽头2通过电阻分压得到电源缺相指示信号， 即A相、B相和C相的断相信号，并通过发光二极管来进行指示；副边抽头4 和5之间先通过全波整流，再通过电容稳压，最后通过稳压器来得到微控制器 电源+5V，即数字电源，同时在稳压器前还抽出了一个12V的检测电源，用以检 测掉电和控制继电器。电源管理采用专门看门狗电路，通过检测12V电源，输 出VG喂狗信号或DD掉电、RESET复位信号。电源之间互相隔离、互不干扰，有效的避免了信号通道中的干扰、增强了整机的抗扰度。图3是微控制器智能控制部分原理图，这是整机中的核心智能部分。它实现的功能主要是-(1) 将采集到的计量脉冲通过设定的脉冲常数计算成电能，并且每走五度电 电表都要将内存中的数据往SAM模块中存储一次，因为SAM是一种带CPU的智 能E2PR0M,数据不容易丢失，且保密性好。(2) 预付费功能，即通过CPU卡、SAM模块(即安全认证模块，是一种智能 型E2PR0M，结构原理图见图5)和与之配套使用的售电系统进行电量预购或电 费预收；在数据传递过程中通过微控制器进行电表认证和电量认证，如果密钥 不对，则拒绝读取或写入数据，所有数据都经过DES加密，安全性和保密性非 常好，这也是我们产品独有的专利技术(专利号01261220.0)。(3) —表多卡和一卡多表功能，它与普通的一卡一表式预付费电能表的最大 区别是在一定的区域内，同一张用户卡可在不同的表上使用，同一只表也可 以认该村不同用户的卡本文档来自技高网...

【技术保护点】
三相智能卡式农灌用电能表，包括为系统各电子器件供电的电源，微控制器，所述微控制器的信号输入端分别电连接计量电路模块、断相报警模块，与所述微控制器进行交互通讯的智能ＣＰＵ卡、作为存储单元的ＳＡＭ模块，所述微控制器的信号输出端电连接的显示模块和控制继电器模块，其特征在于：　　　　所述计量电路模块包括Ａ相计量模块、Ｂ相计量模块、Ｃ相计量模块；Ａ相计量模块包括相电流传感器，与所述相电流传感器电连接的信号放大器，与所述信号放大器电连接的Ａ／Ｄ转换器，与所述Ａ／Ｄ转换器电连接的数字滤波器，与所述数字滤波器电连接的功率计算器；所述Ａ相计量模块还包括相电压传感器，与所述相电压传感器电连接的信号放大器，与所述信号放大器电连接的Ａ／Ｄ转换器，与所述Ａ／Ｄ转换器电连接的数字滤波器，与所述数字滤波器电连接的功率计算器；所述Ｂ相计量模块和Ｃ相计量模块与Ａ相计量模块的电路相同，且所述Ａ相计量模块、Ｂ相计量模块和Ｃ相计量模块各自的功率计算器电连接至共同的累加器，所述累加器电连接功率脉冲转换模块，该脉冲信号经过分频器，一路用于脉冲指示和校验，一路用于驱动计数器和单片机计算电能；　　　　所述电源模块包括参数相同的Ａ相变压器、Ｂ相变压器和Ｃ相变压器，所述Ａ相变压器、Ｂ相变压器和Ｃ相变压器的副边的其中两抽头之间分别通过全波整流后汇集，再通过阻容降压稳压，最后通过稳压器、稳压滤波电路来得到微控制器电源＋５Ｖ，同时在稳压器前还抽出了一个１２Ｖ的检测电源，用以检测供电电源，该检测电源输入到看门狗电路，看门狗发出复位信号给微控制器；三相变压器原边抽头和模拟地共同通过三相全波整流、电容稳压电路和稳压器来得到计量电源Ｖｃｃ和负电源Ｖｓｓ；　　　　所述断相报警模块包括分别取样于Ａ相变压器、Ｂ相变压器和Ｃ相变压器的原边中间抽头，所述三个原边中间抽头分别通过电阻分压得到电源缺相指示信号，即Ａ相、Ｂ相和Ｃ相的断相信号；且在断相时对应指示灯熄灭；　　　　所述ＣＰＵ卡和ＳＡＭ模块，都是带有微处理器的Ｅ↑［２］ＰＲＯＭ，其内部掩膜有操作系统ＴＩＭＥＣＯＳ２．０，并采用ＤＥＳ加密方法，通过密钥卡来修改安全认证模块ＳＡＭ中的密钥。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杰，王炜，马华丽，范成军，庄道强，吴金星，
申请(专利权)人：五洲明珠股份有限公司潍坊浩特电气分公司，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]