專利名稱：雙向直流電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電能計(jì)量領(lǐng)域，特別是涉及一種雙向直流電能表。
背景技術(shù)：
在能源和環(huán)境的巨大壓力下，人類在不斷地尋求清潔的代用燃料，以改善日益惡化的交通排放現(xiàn)狀，電動(dòng)汽車逐漸成為各國(guó)政府和汽車制造商關(guān)注的焦點(diǎn)，人們不遺余力地展開對(duì)電動(dòng)汽車的研究，試圖使其成為新世紀(jì)汽車的發(fā)展主流。當(dāng)代融合多種高新技術(shù)而興起的蓄電池電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車及燃料電池汽車正在引發(fā)世界汽車工業(yè)的一場(chǎng)革命，展現(xiàn)了汽車工業(yè)的光明未來。所以，美、日以及一些歐盟國(guó)家相繼推出專項(xiàng)研究計(jì)劃，以期推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展。對(duì)以蓄電池作為能源系統(tǒng)的電動(dòng)汽車來講，蓄電池充電站、充電樁是不可缺少的子系統(tǒng)之一，它的功能是將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)汽車車載蓄電池的電能。電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)商品化所面臨的挑戰(zhàn)之一，就是如何使它的用戶在蓄電池電能用完之后，能夠快速和方便地再充電使用。針對(duì)我國(guó)的國(guó)情，要緩解城市交通的壓力，同時(shí)又要注意對(duì)環(huán)境的保護(hù)，降低城市大氣和噪音的污染，必然要大力的發(fā)展電動(dòng)公交系統(tǒng)，因此，研制大功率的電動(dòng)汽車用非車載智能充電站、充電樁就成為必然的需求。充電站、充電樁在進(jìn)行充電時(shí)，需要具有對(duì)電流、 電壓、電量等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、計(jì)量和顯示功能的儀表。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種雙向直流電能表， 它可靠性高、精度高、使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)電壓范圍寬，適用于額定電壓750V以內(nèi)的直流電能的計(jì)量，且整機(jī)出廠后無須調(diào)整，可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車充電站、充電樁等直流大電流的計(jì)量。本實(shí)用新型提供的雙向直流電能表，它包括計(jì)量單元、CPU控制單元、液晶屏和電源電路，所述計(jì)量單元、CPU控制單元均與電源電路相連，所述CPU控制單元分別與計(jì)量單元和液晶屏相連，它還包括均與CPU控制單元相連的第一 RS485通訊電路和第二 RS485通訊電路，所述第一 RS485通訊電路和第二 RS485通訊電路還均與電源電路相連。在上述技術(shù)方案中，所述計(jì)量單元的主芯片采用ATT7053芯片。在上述技術(shù)方案中，它還包括印刷電路板，所述CPU控制單元、計(jì)量單元、液晶屏、 第一 RS485通訊電路和第二 RS485通訊電路均集成在所述印刷電路板上。在上述技術(shù)方案中，它還包括外殼，所述印刷電路板封裝在所述外殼內(nèi)部。在上述技術(shù)方案中，所述印刷電路板通過自攻螺絲固定。在上述技術(shù)方案中，它還包括LED指示燈，所述LED指示燈與CPU控制單元相連。在上述技術(shù)方案中，它還包括數(shù)據(jù)保存電路，所述數(shù)據(jù)保存電路與CPU控制單元相連。[0013]本實(shí)用新型工作時(shí)，電壓、電流經(jīng)傳感器件轉(zhuǎn)換為采樣信號(hào)，通過濾波處理后送入計(jì)量單元(ATT7053芯片)，計(jì)量單元(ATT7053芯片)將能量信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，送到CPU 控制單元，進(jìn)行電量脈沖采集、電量累計(jì)和各項(xiàng)計(jì)算分析處理，其結(jié)果保存在數(shù)據(jù)保存電路中；同時(shí)CPU控制單元完成抄表、LCD顯示等功能。此外，本實(shí)用新型還帶有溫度補(bǔ)償電路芯片，保證時(shí)鐘在標(biāo)稱溫度下時(shí)鐘日誤差小于0. 5s/d，測(cè)量精度高；數(shù)據(jù)安全性上采用冗余設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采用多重備份，確保計(jì)量數(shù)據(jù)可靠；具有二個(gè)RS485通信接口，通信接口物理層彼此獨(dú)立，一個(gè)通信信道的損壞不影響另一個(gè)信道。綜上所述，本實(shí)用新型的可靠性高、精度高、使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)電壓范圍寬，適用于額定電壓750V以內(nèi)的直流電能的計(jì)量，且整機(jī)出廠后無須調(diào)整，可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車充電站、充電樁等直流大電流的計(jì)量。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述參見圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的雙向直流電能表，它包括電源電路、計(jì)量單元(主芯片采用ATT7053芯片)、CPU控制單元、第一 RS485通訊電路、第二 RS485通訊電路、液晶屏、LED指示燈和數(shù)據(jù)保存電路，計(jì)量單元、CPU控制單元、第一 RS485通訊電路和第二 RS485通訊電路均與電源電路相連，CPU控制單元分別與計(jì)量單元、第一 RS485通訊電路、第二 RS485通訊電路、液晶屏、LED指示燈和數(shù)據(jù)保存電路相連。本實(shí)用新型實(shí)施例的外殼內(nèi)設(shè)置有PCB板(Printed Circuit Board，印刷電路板)，CPU控制單元、計(jì)量單元、液晶屏、第一 RS485通訊電路和第二 RS485通訊電路均集成在PCB板上，整個(gè)PCB板封裝在外殼內(nèi)部，并通過自攻螺絲固定。下面詳細(xì)說明本實(shí)用新型實(shí)施例的工作原理。計(jì)量單元(主芯片為ATT7053芯片)，一方面對(duì)輸入的零線電流、火線電流、電壓進(jìn)行電能計(jì)量，轉(zhuǎn)換成電能脈沖，經(jīng)光電隔離后，送到CPU控制單元進(jìn)行計(jì)量，反向電路亦轉(zhuǎn)成正向電能計(jì)量；另一方面，經(jīng)用電脈沖輸出電路送到電能表的信號(hào)接線端上，便于檢測(cè)和外部遠(yuǎn)傳使用。計(jì)量單元同時(shí)對(duì)電壓和電流采樣，經(jīng)過運(yùn)算把實(shí)時(shí)的功率和功率因數(shù)等電網(wǎng)參數(shù)送入CPU控制單元。CPU控制單元對(duì)電量進(jìn)行計(jì)量，并把數(shù)據(jù)通過液晶屏顯示出來。CPU控制單元是電能表的核心，包括4MHZ的XT晶體時(shí)鐘振蕩電路，內(nèi)部有硬件看門狗，硬件上按要求采用分時(shí)復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算和控制。液晶屏通過CPU控制單元直接驅(qū)動(dòng)顯示，顯示電能表剩余電量，累計(jì)電量，當(dāng)前功率，通訊狀態(tài)和電表工作狀態(tài)等內(nèi)容。數(shù)據(jù)保存電路采用Microchip E2ROM 24LC256芯片，可擦寫1000萬次，用于保存電費(fèi)、電量、編號(hào)等數(shù)據(jù)和狀態(tài)。電源電路的電源變壓器采用三個(gè)2VA/3繞組，一個(gè)繞組輸出9V/20mA供給第一 RS485通訊電路，一個(gè)繞組輸出9V/20mA供給第二 RS485通訊電路，一個(gè)繞組輸出
410. 5V/120mA供給CPU控制單元和計(jì)量單元，整流后的電壓直接送給數(shù)據(jù)保存電路。電源變壓器的初級(jí)繞組與CPU控制單元的繞組間隔離電壓大于4000V，計(jì)量單元的繞組與CPU控制單元的繞組之間隔離電壓大于4000V，初級(jí)繞組與計(jì)量單元的繞組及RS485接口繞組間隔離電壓大于2000V，電源電路設(shè)計(jì)須考慮420V電壓情況，78L05前電壓不能超過36V，另外電源變壓器的初級(jí)繞組需串連一個(gè)熱敏電阻，以保障高電壓下不損壞。計(jì)量單元的電磁兼容性和抗干擾由ATT7053芯片和布局決定，整個(gè)CPU控制單元與計(jì)量單元的信號(hào)傳輸采用光電隔離，隔離電壓大于4000V，同時(shí)還要注意電路板的物理隔離。在輸入電壓線路的火線、零線上加有壓敏電阻，目的是阻止雷擊和高頻脈沖傳入CPU控制單元，干擾CPU控制單元工作。本實(shí)用新型實(shí)施例的主要功能如下1、計(jì)量功能1. 1電量計(jì)量(1)具有雙向直流電能計(jì)量功能，能存儲(chǔ)其數(shù)據(jù)。(2)具有分時(shí)計(jì)量功能，有功電能量按相應(yīng)的時(shí)段分別累計(jì)、存儲(chǔ)總、尖、峰、平、谷電能量。(3)能存儲(chǔ)上12個(gè)月的總電能和各費(fèi)率電能量；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分界時(shí)刻為月末M時(shí)， 或在每月1號(hào)至觀號(hào)內(nèi)的整點(diǎn)時(shí)刻。1.2電量?jī)鼋Y(jié)電量?jī)鼋Y(jié)可以凍結(jié)正向(反向)有功及尖、峰、平、谷電量，具體分為以下幾種情況(1)定時(shí)凍結(jié)電表按照用戶約定的時(shí)間及間隔凍結(jié)電能量數(shù)據(jù)；每個(gè)凍結(jié)量保存12次。(2)瞬時(shí)凍結(jié)在非正常情況下，凍結(jié)當(dāng)前的日歷、時(shí)間、所有電能量和有功功率的數(shù)據(jù)；瞬時(shí)凍結(jié)量保存最后3次的數(shù)據(jù)。(3)約定凍結(jié)在新老兩套費(fèi)率/時(shí)段轉(zhuǎn)換、階梯電價(jià)轉(zhuǎn)換或電力公司認(rèn)為有特殊需要時(shí)，凍結(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)刻的電能量以及其他重要數(shù)據(jù)，保存最后2次凍結(jié)數(shù)據(jù)。(4)日凍結(jié)存儲(chǔ)每天零點(diǎn)時(shí)刻的電能量，存儲(chǔ)60天的數(shù)據(jù)。(5)整點(diǎn)凍結(jié)存儲(chǔ)整點(diǎn)時(shí)刻或半點(diǎn)時(shí)刻的有功總電能和無功總電量以及凍結(jié)時(shí)間，可存儲(chǔ)96個(gè)數(shù)據(jù)。凍結(jié)內(nèi)容及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)均符合DL/T 645-2007及其備案文件要求，凍結(jié)電量可通過用戶卡、檢查卡或其它通信接口抄出，便于進(jìn)行用電量分析和線損統(tǒng)計(jì)。2、費(fèi)率和時(shí)段及電價(jià)方案2. 1電能表采用硬件帶溫度自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)鐘設(shè)計(jì)，在參比溫度、參比電壓下，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確度優(yōu)于0. k/d。 2. 2日歷、時(shí)鐘和費(fèi)率時(shí)段及電價(jià)方案均可通過RS485、紅外數(shù)據(jù)接口等進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，設(shè)置時(shí)需按下編程鍵，進(jìn)入編程狀態(tài)。2. 3具有兩套費(fèi)率時(shí)段表，可在約定的時(shí)刻自動(dòng)轉(zhuǎn)換。2. 4每套費(fèi)率表包括兩個(gè)時(shí)區(qū)，在一個(gè)自然日內(nèi)至少可編程設(shè)置4種費(fèi)率和8個(gè)時(shí)段，時(shí)段設(shè)置的最小時(shí)間間隔為15分鐘，時(shí)段可跨越零點(diǎn)設(shè)置。[0044]3、電力參數(shù)測(cè)量及監(jiān)測(cè)智能電表能測(cè)量、記錄、顯示當(dāng)前電壓、電流、有功功率等運(yùn)行參數(shù)，測(cè)量誤差(引用誤差)士以內(nèi)。4、事件記錄電量的事件記錄功能可以記錄對(duì)電表的編程和清零操作、以及電表運(yùn)行狀態(tài)，具體分為以下幾種情況4. 1永久記錄電能表清零事件的發(fā)生時(shí)刻及清零時(shí)的電能量數(shù)據(jù)。4. 2記錄編程總次數(shù)、最近10次編程的時(shí)刻、操作者代碼、編程項(xiàng)的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)。4. 3記錄校時(shí)總次數(shù)(不包含廣播校時(shí))，最近10次校時(shí)的時(shí)刻、操作者代碼。4. 4記錄掉電的總次數(shù)，最近10次掉電發(fā)生及結(jié)束的時(shí)刻。4. 5記錄開表蓋總次數(shù)，最近10次開表蓋事件的發(fā)生、結(jié)束時(shí)刻。事件記錄可通過通信接口抄出，便于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。5、計(jì)時(shí)功能采用具有溫度補(bǔ)償功能的內(nèi)置硬件時(shí)鐘電路，具有日歷、計(jì)時(shí)、閏年自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能；內(nèi)部時(shí)鐘端子輸出頻率為1Hz。在_25°C +60°C的溫度范圍內(nèi)，時(shí)鐘準(zhǔn)確度不大于士 ls/d ；在參比溫度(23°C )下，時(shí)鐘準(zhǔn)確度不大于士0. k/d。電能表可接受的廣播校時(shí)范圍不大于5min ；廣播校時(shí)無需編程鍵和通訊密碼配合；每天只允許校對(duì)一次，且應(yīng)避免在電能表執(zhí)行凍結(jié)或結(jié)算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存操作前后5min內(nèi)進(jìn)行。6、顯示功能6. 1 顯示該電能表采用大屏幕寬溫中文字符液晶顯示，具有防紫外線功能，在正常使用情況下，IXD壽命大于10年。6. 1. 1電能表具備自動(dòng)循環(huán)顯示和按鍵兩種顯示方式；自動(dòng)循環(huán)顯示時(shí)間間隔可設(shè)置在5 20秒；按鍵顯示時(shí)，LCD應(yīng)啟動(dòng)背光，帶電時(shí)無操作60s后自動(dòng)關(guān)閉背光。6. 1.2停電顯示(1)停電后，液晶顯示自動(dòng)關(guān)閉；(2)液晶顯示關(guān)閉后，可用按鍵或其他方式喚醒液晶顯示；喚醒后如無操作，自動(dòng)循環(huán)顯示一遍后關(guān)閉顯示；按鍵顯示操作結(jié)束30秒后關(guān)閉顯示。6. 2指示燈顯示(1)脈沖指示燈紅色，平時(shí)滅，計(jì)量直流電能時(shí)閃爍；(2)報(bào)警指示燈紅色，正常時(shí)滅，報(bào)警時(shí)常亮。7、通訊功能7. 1具有二個(gè)RS485通信接口，通信接口物理層彼此獨(dú)立，一個(gè)通信信道的損壞不影響另一個(gè)信道。7. 2電能表通過通信接口可以與手持終端、數(shù)據(jù)采集器、檢測(cè)設(shè)備、計(jì)算機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、廣播對(duì)時(shí)、設(shè)置、抄讀、編程、管理等。通訊規(guī)約符合DL/T645-2007標(biāo)準(zhǔn)。7. 3RS485通信接口和電能表內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，有效保護(hù)電路。RS485通信接口通過電氣性能、抗干擾試驗(yàn)，符合DL/T 614-2007的要求。7. 4RS485 通信傳輸速率允許在 1200bps、M00bps、4800bps、9600bps 中選擇，缺省設(shè)置為MOObps。8、端口輸出8. 1電能表具備與所計(jì)電能成正比的光脈沖測(cè)試輸出和電脈沖測(cè)試輸出功能。8. 2光脈沖測(cè)試輸出裝置的特性符合GB/T17215. 211-2006的要求。8. 3電脈沖測(cè)試輸出為光隔離無源輸出，脈寬為80ms士20ms，輸出裝置的特性符 GB/T15284-2002 的要求。8. 4電能表具備秒時(shí)間信號(hào)輸出端子。9、報(bào)警功能9. 1當(dāng)電能表出現(xiàn)故障時(shí)，在循環(huán)顯示第一項(xiàng)顯示報(bào)警代碼或報(bào)警提示，并且IXD 背光燈持續(xù)點(diǎn)亮。9. 2當(dāng)電能表出現(xiàn)故障時(shí)，顯示出錯(cuò)信息碼(用Err-XX表示)(1) Err-04表示時(shí)鐘電池電壓低；O)Err_08表示時(shí)鐘故障。10、編程密碼和安全保護(hù)電能表具備編程開關(guān)和編程密碼雙重防護(hù)措施，以防止非授權(quán)人進(jìn)行編程操作， 僅在允許編程狀態(tài)才能進(jìn)行編程操作，廣播校時(shí)和讀表操作不受編程開關(guān)的控制。10. 1編程開關(guān)(1)編程開關(guān)采用按鍵式設(shè)計(jì)，且只有在打開封印后方能觸及到編程開關(guān)。(2)在可編程狀態(tài)下，若240分鐘內(nèi)沒有任何操作，電能表將自動(dòng)關(guān)閉編程狀態(tài)。10. 2編程密碼(1)電能表需先通過編程密碼驗(yàn)證，才能執(zhí)行編程或其他特殊操作。(2)密碼采用兩級(jí)管理，每一級(jí)密碼由6位阿拉伯?dāng)?shù)字組成；密碼權(quán)限等級(jí)不同， 可執(zhí)行的操作不同。(3)具有高等級(jí)密碼權(quán)限的人員，可修改低等級(jí)密碼，并執(zhí)行低等級(jí)密碼的所有操作。(4)如果連續(xù)3次密碼輸入錯(cuò)誤，電能表將自動(dòng)關(guān)閉編程功能M小時(shí)。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種雙向直流電能表，它包括計(jì)量單元、CPU控制單元、液晶屏和電源電路，所述計(jì)量單元、CPU控制單元均與電源電路相連，所述CPU控制單元分別與計(jì)量單元和液晶屏相連，其特征在于它還包括均與CPU控制單元相連的第一 RS485通訊電路和第二 RS485通訊電路，所述第一 RS485通訊電路和第二 RS485通訊電路還均與電源電路相連。
2.如權(quán)利要求1所述的雙向直流電能表，其特征在于所述計(jì)量單元的主芯片采用 ATT7053 芯片。
3.如權(quán)利要求1所述的雙向直流電能表，其特征在于它還包括印刷電路板，所述CPU 控制單元、計(jì)量單元、液晶屏、第一 RS485通訊電路和第二 RS485通訊電路均集成在所述印刷電路板上。
4.如權(quán)利要求3所述的雙向直流電能表，其特征在于它還包括外殼，所述印刷電路板封裝在所述外殼內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求4所述的雙向直流電能表，其特征在于所述印刷電路板通過自攻螺絲固定。
6.如權(quán)利要求1所述的雙向直流電能表，其特征在于它還包括LED指示燈，所述LED 指示燈與CPU控制單元相連。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的雙向直流電能表，其特征在于它還包括數(shù)據(jù)保存電路，所述數(shù)據(jù)保存電路與CPU控制單元相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種雙向直流電能表，涉及電能計(jì)量領(lǐng)域，它包括計(jì)量單元、CPU控制單元、液晶屏和電源電路，所述計(jì)量單元、CPU控制單元均與電源電路相連，所述CPU控制單元分別與計(jì)量單元和液晶屏相連，它還包括均與CPU控制單元相連的第一RS485通訊電路和第二RS485通訊電路，所述第一RS485通訊電路和第二RS485通訊電路還均與電源電路相連。本實(shí)用新型的可靠性高、精度高、使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)電壓范圍寬，適用于額定電壓750V以內(nèi)的直流電能的計(jì)量，且整機(jī)出廠后無須調(diào)整，可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車充電站、充電樁等直流大電流的計(jì)量。
文檔編號(hào)G01R11/54GK202153235SQ20112023910
公開日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者劉金剛, 徐健, 李良紅 申請(qǐng)人:武漢阿迪克電子有限公司