專利名稱：具有防開箱竊電與巡檢管理功能的擴展型智能電能表的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于國家電網公司低壓電力用戶電能計量與管理的智能電 能表，屬于電力行業的電能計量與用電管理技術領域，特別是具有防開箱竊電與巡檢管理 功能的擴展型智能電能表。
背景技術：
長期以來，一直存在通過非法打開配電計量箱(電表箱)來進行竊電的現象。針對 這一現象，市場上有很多防止竊電的智能電表箱產品。為了實現動態監測與及時響應，這些 智能型防竊電電表箱內都需要配置微機監測與通信設備，其缺陷是一方面費用很高，另一 方面增加這些智能設備本身也增加了設備種類，增加了供電部門的維護環節。此外，由于供電部門的多個職能部門(抄表、巡檢、計量等)都有可能打開計量箱， 供電部門也有對電能表箱的開啟及開箱人員進行記錄管理的需求。市場上也有針對此需求 的產品，但這類產品的缺陷是費用較高，不夠簡單實用。
發明內容針對利用打開電能表計量箱來進行竊電的現象以及供電部門對計量箱的開啟進 行管理的需求，本實用新型提供了一種具有防開箱竊電與巡檢管理功能的擴展型智能電能 表，能夠實現對計量箱的開啟進行監測、記錄、開箱人員識別等功能，杜絕非法打開計量箱 的現象發生。本實用新型的目的是這樣實現的一種具有防開箱竊電與巡檢管理功能的擴展型 智能電能表，包括電能表的主MCU模塊，主MCU模塊的信號輸入端通過光電隔離器件以及 UART總線連接著單片機擴展功能模塊，單片機擴展功能模塊的信號輸入端通過電能表的 空閑跳閘端子分別連接著一開箱檢測行程開關以及一信息鈕扣，其中信息鈕扣通過1-wire 總線與所說的跳閘端子相連。本實用新型使用時，將開箱檢測行程開關安裝在計量箱的箱體與箱門處。擴展 型智能電能表內包括專用的擴展功能模塊，擴展功能模塊的核心為AVR系列超低功耗 ATtinyl3A單片機。擴展功能模塊對內通過UART總線，經光電隔離后與電能表主MCU進行 通信，向主MCU傳送計量箱開合狀態、開箱人員身份、LCD信息命令與內容、聲音與燈光報警 等信息；對外，通過電能表空閑的跳閘端子，利用1-Wire總線與外部設備進行信息交換；通 過擴展功能模塊的軟件處理，跳閘端子同時作為一路開關量輸入信號通道使用。擴展型智能電能表通過跳閘端子檢測用于標識開箱人員身份的信息鈕 (iButton)。擴展功能模塊通過1-Wire總線協議讀取信息鈕的64位信息，并進行CRC校驗， 校驗通過后，通過UART總線將身份識別信息送至主MCU ；主MCU將信息顯示在IXD上，并將 相關信息保存在固態介質中。擴展型智能電能表通過跳間端子檢測計量箱的開合狀態。擴展功能模塊采集計量 箱行程開關的輸入狀態，在計量箱開合狀態發生變化時，通過UART總線將相應信息送至主MCU ；主MCU將信息顯示在LCD上，并將相關信息保存在固態介質中。專用擴展功能模塊內嵌軟件通過FSM有限狀態機的編程方法，實現跳閘端子的信 號復用將跳閘端子同時作為1-Wire總線信號端子和開關量輸入信號端子。核心思路是將 擴展功能模塊的工作狀態分解為“開箱檢測態”和“信息鈕讀取態”，內嵌軟件根據跳閘端子 的電平狀態以及當前工作狀態來控制狀態的轉移，使擴展功能模塊總能處在正確的工作模 式下。擴展型智能電能表根據計量表箱開合狀態及身份信息識別情況，產生非法開箱報 警信息。在電能表表箱打開后的約定時間內，如果沒有采集到有效的身份信息，則會觸發報 警記錄報警事件與發生的時間；將電能表載波接口的事件標志位(模塊管腳號10)置為高 電平；IXD報警顯示和LED燈光指示。擴展型智能電能表對多功能電能表通信協議DL/T-645 2007規定的數據標識進 行了擴展，增加了“表箱狀態”數據標識符，支持用電信息采集系統對計量表箱的開啟、報警 和開箱身份信息的讀取調用。配合供電部門的營銷應用軟件，可以實現計量箱的實時動態 監測、報警與巡檢管理，能夠有效杜絕通過打開計量箱竊電的現象。本實用新型充分利用了智能電能表自身的網絡通信能力和數據處理能力實現了 計量箱開合的檢測、報警與巡檢管理，不需要在計量箱內增加額外的檢測與通信設備，杜絕 非法打開計量箱的現象發生，簡化了設備及其安裝維護，節省了成本。

圖1是本實用新型的連接結構框圖；圖2是本實用新型擴展功能模塊的電路原理圖；圖3是本實用新型擴展功能模塊與電能表主電路的接口電路原理圖。
具體實施方式
一種具有防開箱竊電與巡檢管理功能的擴展型智能電能表，如圖1、圖2、圖3所 示，包括電能表的主MCU模塊9，主MCU模塊9的信號輸入端通過光電隔離器件8以及UART 總線7連接著單片機擴展功能模塊6，單片機擴展功能模塊6的信號輸入端通過電能表的 空閑跳閘端子5分別連接著一開箱檢測行程開關3以及一信息鈕扣2，信息鈕扣2型號為 DS1990A。其中信息鈕扣2通過1-wire總線4與所說的跳閘端子5相連。開箱檢測行程開 關3安裝在計量箱1箱體與箱門處。如圖3所示，序號12為擴展功能模塊6的接口，序號 8為光電隔離器件。其中KM-TXD為擴展功能模塊6的TXD輸出信號端，KM-RXD為擴展功能 模塊的RXD輸入信號端，KM-CTRL為擴展功能模塊6的485控制輸出信號端。如圖2所示，AVR單片機10負責通信、開關量采集與數據處理，三極管T10用于將 單片機輸出口擴展為0C輸出以滿足1-Wire總線的電氣特性要求，與跳閘端子相連的為連 接端子11。行程開關3的接點(兩根線)連接到電能表的跳閘端子5上。表箱關閉時，行程 開關3處于常閉狀態，表箱打開時行程開關3處于常開狀態。信息鈕扣2的觸點也連接到 電能表的跳閘端子5上，與行程開關3的接點并聯，共用跳閘端子5。電能表的擴展功能模塊6分別有一個輸入口和輸出口，同時連接到跳閘端子5上。 在初始狀態以及空閑狀態下，輸出口功能無效，跳閘端子5只作為輸入端口使用。[0019]電能表的擴展功能模塊6時刻檢測跳閘端子5的輸入狀態。當檢測到跳閘端子5 處在低電平狀態時，則認為是計量表箱的行程開關3關閉，擴展功能模塊6不作進一步動 作，繼續循環檢測跳間端子5的電平狀態，這種狀態被定義為“開箱檢測”狀態。當檢測到跳閘端子5為高電平時，則認為表箱被打開，擴展功能模塊6啟動“信息 鈕讀取”的過程，程序處于“信息鈕讀取”狀態。在“開箱檢測”狀態下，如果檢測到表箱1被打開，則電能表高亮顯示提示信息，提 示插入信息鈕扣2，同時程序進入“信息鈕讀取”狀態。在“信息鈕讀取”狀態下，不進行表箱 狀態的檢測。如果在進行“信息鈕讀取”的過程中表箱被關閉，則讀取的信息將通不過CRC 校驗，不會造成誤讀。在讀取信息鈕扣2的過程中，如果始終檢測不到信息鈕扣2的接入，則程序將一直 處在“信息鈕讀取”狀態，直到有信息鈕扣2接入或者表箱1被關閉才會完成“信息鈕讀取” 的過程。無論讀取的信息是否正確(即是否通過CRC校驗)，程序都會回到“開箱檢測”狀態。在“信息鈕讀取”狀態下，如果表箱1被關閉，則讀出的信息都為0，通不過CRC檢 驗，程序退出“信息鈕讀取”狀態，回到“開箱檢測”狀態。在“信息鈕讀取”狀態下，程序按照信息鈕扣DS1990A規定的時序進行讀取操作。本實用新型電能表巡檢過程如下1、巡檢員打開表箱1，電能表檢測到行程開關3 打開，使電能表高亮提示請進行身份驗證！ 2、巡檢員插入信息鈕扣2，電能表顯示讀取成 功或失敗。3、如果在規定時間內，電能表未讀取到有效身份信息，則電能表產生報警事件 將載波接口的“事件”端子置為有效；記錄報警類型和報警發生的時間；通過LED和蜂鳴器 發出聲光報警。
權利要求一種具有防開箱竊電與巡檢管理功能的擴展型智能電能表，包括電能表的主MCU模塊，其特征是主MCU模塊的信號輸入端通過光電隔離器件以及UART總線連接著單片機擴展功能模塊，單片機擴展功能模塊的信號輸入端通過電能表的空閑跳閘端子分別連接著一開箱檢測行程開關以及一信息鈕扣，其中信息鈕扣通過1 wire總線與所說的跳閘端子相連。
專利摘要本實用新型公開了一種具有防開箱竊電與巡檢管理功能的擴展型智能電能表，包括電能表的主MCU模塊，主MCU模塊的信號輸入端通過光電隔離器件以及UART總線連接著單片機擴展功能模塊，單片機擴展功能模塊的信號輸入端通過電能表的空閑跳閘端子分別連接著一開箱檢測行程開關以及一信息鈕扣，其中信息鈕扣通過1-wire總線與所說的跳閘端子相連。本實用新型利用智能電能表自身的網絡通信能力和數據處理能力來實現電表箱開合的檢測、報警與巡檢管理，不需要在電表箱內增加額外的檢測與通信設備，簡化了設備及其安裝維護，節省了成本。
文檔編號G01R11/24GK201707374SQ20102024204
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月30日 優先權日2010年6月30日
發明者劉正紅, 塔拉甫·加盤, 龔政 申請人:新疆新能信息通信有限責任公司;北京合眾普瑞科技有限公司