專利名稱：一種智能電表和監控系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種智能電表，屬于電力儀表技術領域。
背景技術：
目前，近年來，隨著智能用電技術的發展，電表經歷了三個主要發展階段:第一階段:本世紀60年代以前，電表基本上米用電氣機械原理。感應式電表米用電磁感應原理制成，包括兩個固定的鐵心線圈和一個活動的轉盤。當線圈通過交變電流時，在轉盤上感應產生渦流，這些渦流預交變磁場相互作用產生電磁力，從而引起活動部分轉動，產生扭矩。第二階段:從70年代起，人們開始研究并試驗采用模擬電子電路的方案。到了 80年代，大量新型電子元器件的相繼出現，為模擬電子式電表的更新奠定了基礎。在1976年日本就研制出電子式電表，從此以后進一步準 確測量交流電參量，包括電壓、電流、功率、電能計量等成為測量領域的主攻方向和熱門課題。第三階段:從90年代末數字采樣技術應用于電功率的測量，數字采樣技術的電子式電表是以處理器為核心，對數字化的被測對象進行各種判斷、處理和運算，從而實現多種功能。從本質上講，數字采樣的電子式電表是最容易和當前蓬勃發展的計算機技術相結合，使得各種復雜的控制自校準數據傳輸功能都可以很方便地用于電表中，因而有很強的生命力。目前市場常見的電表如下

圖1所示，主要包括:MCU (Micro Controller Unit，微控制器單元)模塊、載波模塊、計量芯片、電源模塊、紅外通信、RS485通信、CPU卡、加密模塊、顯示與按鍵和存儲器。其中，MCU模塊是智能電表的核心處理器，用于控制各個模塊、數據的處理等功能，載波模塊用于完成與主站的通信；計量芯片用于完成電壓、電流數據的采集；電源模塊用于整個電表各個模塊的供電管理；存儲器主要存儲參數、日數據、月數據和負荷數據等；顯示與按鍵模塊主要是用于人機交互；安全模塊主要用于數據的加解密；CPU卡主要用于與外部IC卡接口，完成購電等功能；RS485通信模塊和紅外通信模塊主要用于數據的抄讀、設置等功能。其中，智能電表工作原理為:計量芯片完成電能數據的采集，MCU模塊通過SPI 口讀取計量芯片的數據，MCU進一步處理完數據保存到存儲器，外部設備可以通過載波模塊、紅外通信、RS485通信讀取MCU處理的數據。通過顯示與按鍵可以現場查看電表數據。現有技術中，智能電表中載波模塊主要基于FSK (頻移鍵控)等調制方式的電力線載波通信技術。電力線載波通信是以電力線為傳輸媒介，通過載波方式傳輸模擬或數字信號的技術，而且無外架通信線路。當用戶使用的電表數量達到上百萬臺之后，要保證電表與主站/控制中心之間安全、可靠的通信變得越來越困難，而智能電網相關功能所需的實時通信也變得越來越困難
實用新型內容
[0010]本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術中，當用戶使用的電表數量達到上百萬臺之后，要保證電表與主站/控制中心之間可靠的通信變得越來越困難的缺點。本實用新型解決上述技術問題所采取的技術方案如下:一種智能電表，包括:微控制器MCU模塊和與所述MCU模塊相連接的計量芯片、CPU卡、顯示與按鍵模塊和存儲器；所述計量芯片，用于進行電能數據的采集；所述CPU卡，用于與外部IC卡接口，完成購電操作；所述存儲器，用于存儲所述電能數據；所述顯示與按鍵模塊，用于顯示所述電能數據；還包括有:正交頻分復用OFDM模塊，與所述MCU模塊相連接，所述OFDM模塊與主站進行通信并傳遞所述電能數據。進一步地，還設有:紅外通信模塊和/或RS485通信模塊，與所述MCU控制模塊相連接，所述紅外通信模塊和/或RS485通信模塊與用戶的手持終端相通信。進一步地，還設有安全模塊，與所述MCU控制模塊相連接，用于對所述電能數據進行加密。進一步地，所述電能數據包括:電壓、電流、功率、電量、頻率任一或其組合。進一步地，所述MCU模塊通過通用異步收發傳輸UART接口與所述OFDM模塊相連接。進一步地，所述智能電表通過正交頻分復用OFDM模塊接入到以太網中，并與包含有OFDM模塊且連接到所述以太網中的主站進行通信。進一步地，所述OFDM模塊與包含有OFDM模塊的主站通過電力載波信道進行通信。
—種智能電表監控系統,包括:以上所述智能電表和主站，所述智能電表通過所述OFDM模塊與包含有OFDM模塊的所述主站進行通信。本實用新型采取了上述方案以后，由于OFDM是一種高速、低成本的電力線載波通信調制方式，本實用新型通過OFDM模塊與主站進行通信，能夠實現大量數據的可靠的傳輸。本實用新型的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
以下結合附圖對本實用新型進行詳細的描述，以使得本實用新型的上述優點更加明確。圖1是現有技術中的智能電表的結構示意圖；圖2是本發明實施例智能電表的結構示意圖；圖3是本實用新型實施例智能電表通信系統的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本實用新型進行詳細地說明。OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復用技術，是MCM Mult1-Carrier Modulation,多載波調制的一種。其主要思想是:將信道分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制到每個子信道上進行傳輸。OFDM采用數據并行傳輸的多載波技術，將高速串行數據分解為多個并行的低速數據，使用N個子載波把整個信道分成N個子信道，這些子信道并行傳輸信息。本實用新型為了克服現有技術中，當用戶使用的電表數量達到上百萬臺之后，要保證電表與主站/控制中心之間可靠的通信變得越來越困難的缺點，采取了上述OFDM技術，從而實現大量數據的可靠的傳輸。如圖2所示，在優選的實施例中，所述智能電表，包括:微控制器MCU模塊、OFDM模塊、計量芯片、電源模塊、紅外通信模塊、RS485通信模塊、CPU卡、安全模塊、顯示與按鍵模塊和存儲器，其中，與微控制器MCU模塊相連接的計量芯片、CPU卡、所述顯示與按鍵模塊，用于顯示所述電壓、電流數據，所述計量芯片，用于進行電能數據的采集；所述CPU卡，用于與外部IC卡接口，完成購電操作；所述存儲器，用于存儲所述電能數據，其中，與現有技術不同，本申請采取了正交頻分復用OFDM模塊，其與所述MCU模塊相連接，且所述OFDM模塊與主站進行通信并傳遞所述電能數據。由于OFDM是一種高速、低成本的電力線載波通信調制方式，本實用新型通過OFDM模塊與主站進行通信，能夠實現大量數據的可靠的傳輸。此外，如圖1所示，本實用新型還設有紅外通信模塊和/或RS485通信模塊，與所述MCU控制模塊相連接，其中，所述紅外通信模塊和/或RS485通信模塊與用戶的手持終端相通信，并且，還設有安全模塊，用于對所述電能數據進行加密，從而實現數據的安全通信。其中，所述電能數據包括:電壓、 電流、功率、電量、頻率任一或其組合，更具體地說，所述計量芯片用于完成包含電壓、電流數據的電能數據的采集；所述電源模塊用于整個電表各個模塊的供電管理；存儲器主要存儲參數、日數據、月數據和負荷數據等；所述顯示與按鍵模塊主要是用于人機交互；安全模塊主要用于電表數據的加解密；CPU卡主要用于與外部IC卡接口，完成購電等功能；RS485通信模塊和紅外通信模塊主要用于數據的抄讀、設置等功能，而所述OFDM模塊用于完成與主站的通信。優選的是，所述OFDM模塊與主站之間通過電力載波信道進行通信。例如，所述MCU模塊通過通用異步收發傳輸UART接口與所述OFDM模塊相連接，且所述正交頻分復用OFDM模塊接入到以太網中，并與包含有OFDM模塊且連接到所述以太網中的主站進行通信；或者，可選地，所述OFDM模塊與包含有OFDM模塊的主站通過電力載波信道進行通信。如圖3所示，所述智能電表通信系統，包括:所述智能電表和主站，所述智能電表通過正交頻分復用OFDM模塊接入到以太網中，所述主站連接到所述以太網中并接收所述智能電表所傳輸的電能數據。下面對本實用新型的工作原理進行一個說明:計量芯片進行電能數據(電壓、電流、功率、電量、頻率)的采集，所述MCU模塊通過接口，如SPI 口讀取計量芯片的數據，MCU進一步處理完數據保存到存儲器，外部設備可以通過OFDM模塊、紅外通信、RS485通信讀取MCU處理的數據。其中，現場工作人員可以用手持終端通過紅外通信、RS485讀取數據，通過顯示與按鍵模塊可以現場查看電表數據。所述主站通過OFDM模塊遠程讀取數據，例如，主站通過電力載波信道讀取基于OFDM的智能電表數據，其中，基于OFDM的智能電表通過OFDM模塊解析電力線上的數據，然后通過UART 口發送給MCU，然后MCU將數據解析后組幀，通過UART 口發送給OFDM模塊，然后發送到電力線上，然后又能夠傳送給主站。此外，隨著國家電網公司電力光纖到戶工程的啟動，可通過基于OFDM的智能電表將將家庭的局域網連接到以太網中，從而解決最后一公里的問題，具有數據傳輸更快、更穩定的技術優點。本實用新型將OFDM技術的載波通信方式應用于智能電表行業，且基于OFDM的智能電表，將智能電表接入到網絡從而實現雙向大量數據的實時傳輸。并且，由于在智能電表中接入OFDM模塊，多載波OFDM模塊的智能電表在通信過程中只有一小部分載波受影響，克服了現有技術中智能電表通信的單個衰落或者干擾可能導致整個鏈路不可用的缺點，因此，OFDM模塊增強了抗頻率選擇性衰落和抗窄帶干擾的能力。此外，本實用新型還可以借助于糾錯碼的使用幫助其恢復一些載波上的信息。例如，通過合理地挑選子載波位置，可以使OFDM的頻譜波形保持平坦，同時保證了各載波之間的正交。因此，提高了智能電表抄表成功率；提高了智能電表通信過成中的通信速率。最后應說明的是:以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用 新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種智能電表，包括:微控制器MCU模塊和與所述MCU模塊相連接的計量芯片、CPU卡、顯示與按鍵模塊和存儲器；所述計量芯片，用于進行電能數據的采集；所述CPU卡，用于與外部IC卡接口，完成購電操作；所述存儲器，用于存儲所述電能數據；所述顯示與按鍵模塊，用于顯示所述電能數據；其特征在于，還包括有:正交頻分復用OFDM模塊，與所述MCU模塊相連接，所述OFDM模塊與主站進行通信并傳遞所述電能數據。
2.根據權利要求1所述的智能電表，其特征在于，還設有:紅外通信模塊和/或RS485通信模塊，與所述MCU控制模塊相連接，所述紅外通信模塊和/或RS485通信模塊與用戶的手持終端相通信。
3.根據權利要求1所述的智能電表，其特征在于，還設有安全模塊，與所述MCU控制模塊相連接，用于對所述電能數據進行加密。
4.根據權利要求1 3任一所述的智能電表，其特征在于，所述電能數據包括:電壓、電流、功率、電量、頻率任一或其組合。
5.根據權利要求4所述的智能電表，其特征在于，所述MCU模塊通過通用異步收發傳輸UART接口與所述OFDM模塊相連接。
6.根據權利要求5所述的智能電表，其特征在于，所述智能電表通過正交頻分復用OFDM模塊接入到以太網中，并與包含有OFDM模塊且連接到所述以太網中的主站進行通信。
7.根據權利要求6所述的智能電表，其特征在于，所述OFDM模塊與包含有OFDM模塊的主站通過電力載波信道進行通信。
8.—種智能電表監控系統,其特征在于,包括: 權利要求1 7任一所述的智能 電表和主站，所述智能電表通過所述OFDM模塊與包含有OFDM模塊的所述主站進行通信。
專利摘要本實用新型公開了一種智能電表和監控系統，所述智能電表包括微控制器MCU模塊和與所述MCU模塊相連接的計量芯片、CPU卡、顯示與按鍵和存儲器，其中，所述計量芯片，用于進行電能數據的采集；所述CPU卡，用于與外部IC卡接口，完成購電操作；所述存儲器，用于存儲所述電能數據；所述顯示與按鍵和存儲器，用于顯示所述電壓、電流數據；還包括正交頻分復用OFDM模塊，與所述MCU模塊相連接，且所述OFDM模塊與主站進行通信并傳遞所述電能數據。本實用新型通過OFDM模塊與主站進行通信，實現大量數據的可靠的通信。
文檔編號G07F15/06GK203118105SQ20122056245
公開日2013年8月7日 申請日期2012年10月30日 優先權日2012年10月30日
發明者馮保才, 馬宗超, 王加元, 裴俊英, 趙玲 申請人:國網電力科學研究院, 國家電網公司